Описываемый в статье простой прибор предназначен для наблюдения за формой однополярных низкочастотных сигналов.

Технические характеристики

1. Полоса частот: от 4 Гц до 15 кГц;
2. Частота выборок: ~300 кГц;
3. Время развертки: от 0,1 мс на клетку до 80 мс на клетку;
4. Уровень входных сигналов: до 5 В;
5. Встроенный генератор прямоугольных сигналов частотой: от 35 Гц до 20 кГц (запоминается при выключении питания);
6. Электропитание: встроенный Li-Ion аккумулятор емкостью 800 мАч;
7. Время автономной работы: не менее 10 часов;
8. Индикация: монохромный OLED 128x64, 0,96"; поле отображения сигнала 124x56;
9. Габаритные размеры корпуса: 100x65x25.

Устройство

Внешний вид:

Органы управления и клеммы:

Выбранная конструкция и расположение клемм рассчитаны на то что прибор будет удерживаться в руке при работе; щуп ввиде заточенного штыря контактирует с проверяемой схемой, сигнал общего провода подключается через зажим вида "крокодил".

Прибор имеет 2 режима работы: режим настройки частоты генератора и режим осциллографа.

При включении питания на индикаторе отображается 2 пункта меню и ниже – частота генератора. Выделенный пункт подсвечивается. Вначале всегда выделен пункт "START SCOPE".

Для запуска осциллографа нажмите кнопку "Выбор", для настройки частоты генератора нажмите кнопку "Меньше" – будет подсвечен пункт "SETUP GEN" и далее – кнопку "Выбор". На индикаторе отобразится надпись "Generator Settings", частота генератора и, в прямоугольнике, шаг перестройки частоты – 5 или 50 Гц. Для выбора шага нажимайте кнопку "Шаг", для настройки частоты – кнопки "Больше" и "Меньше".

После настройки нажмите кнопку "Выбор" для возврата в главное меню.

В режиме осциллографа в верхней строке индикатора отображаются: время развертки на клетку, режим синхронизации (по фронту или спаду), измеренная частота сигнала, уровень синхронизации, заряд аккумулятора.

В правой части индикатора вертикальная линия показывает графически значение уровня синхронизации. Подсвеченные значения изменяются кнопками "Больше" и "Меньше". Для выбора значения нажимайте кнопку "Выбор": последовательно будут подсвечиваться время развертки, режим синхронизации, уровень синхронизации.

Условная схема:

Пробник собран из готовых модулей с AliExpress:

• OLED 128x64 I2C;
• Arduino Pro Mini;
• Плата зарядки Li-Ion;
• Преобразователь 0,5-5В в 5 В;
• Корпус.

Конструкция

Указанные модули устанавливаются на печатную плату размерами 56x96 мм:

Печатная плата рассчитана на установку Arduino Pro Mini продавца Thinary; с преобразователя необходимо предварительно демонтировать USB-разъем. В плате предусмотрены технологические отверстия, через которые, используя плату как кондуктор, необходимо выполнить отверстия в корпусе под кнопки, индикатор, светодиоды индикации зарядки.

Вид смонтированной платы показан ниже:

Провода входа пробника и выхода генератора монтируются со стороны пайки. Высота монтажа составляет 6,5 мм, высота стоек в корпусе 6 мм, поэтому со стороны установки элементов на крепежные отверстия платы необходимо приклеить текстолитовые шайбы под винт М2,5 толщиной 0,5 мм.

Вид изнутри:

Резъбовая часть разъема входа сигнала укорочена на 6 мм. Аккумулятор крепится на плату на двухстронний скотч.

Программное обеспечение (Firmware)

Исходный код написан на C в Atmel Studio 7 (диалект Arduino не используется).

Отсчеты сигнала снимаются с канала 0 АЦП в функции get_samples(), вызываемой из основного цикла. Прерывания АЦП не используются. Первое преобразование, выполняемое за 25 тактов частоты АЦП пропускается. Снимаются 255 отсчетов в буфер, за тем осуществляется поиск синхронизации и вывод на дисплей. Режимы развертки от 0,1 мс/кл до 3,3 мс/кл реализованы сменой предделителя частоты АЦП; в режимах 20 мс/кл и 80 мс/кл между запусками очередного преобразования АЦП введены соответствующие задержки.

Для взаимодействия с дисплеем используется аппаратный I2C, работающий на частоте шины 400 кГц.

Измеритель частоты сигнала – классический; основан на подсчете числа импульсов за определенный период (в данном случае – 1 сек.). В качестве счетчика импульсов используется 16-битный Timer1; 8-битный Timer2 работает как таймер измерительных интервалов.

Во встроенном генераторе прямоугольных сигналов для генерации используется 8-битный Timer0, поэтому шаг перестройки частоты не точно соответствует предустановленному (5 или 50 Гц); при этом индицируется фактическая частота.

Интересующиеся также могут вместо программы ProboScope зашить прилагаемую программу Тетрис и превратить прибор в забавную игрушку.

К статье прилагаются файлы:

• Схема, плата, сборка, исходный код и прошивка
• Исходный код и прошивка Тетрис

Внимание! Запрещается воспроизведение данной статьи или ее части без согласования с автором. Если вы желаете разместить эту статью на своем сайте или издать в печатном виде, свяжитесь с автором.
Автор статьи: Вершинин И.В.