Введение
Друзья, привет!
Наши постоянные зрители наверняка уже привыкли к тому, что тематика нашего канала непосредственно связана с компьютерами. Так и есть! И впереди у нас еще много интересных и уникальных компьютерных задумок. Тем не менее, в нашей лаборатории мы делаем не только компьютеры, но и игрушки, игровые приставки, различные гаджеты и приборы.
Начиная с сегодняшнего дня мы будем знакомить вас и с этой стороной нашей деятельности, для чего создадим на канале отдельный раздел, который так и назовем - электронные гаджеты.
Сегодня мы познакомим вас с прибором, который очень выручает нас в решении задач разработки, отладки и ремонта электронной техники.
Универсальный осциллографический тестер компьютерного мастера. Это на сегодняшний день живой проект, в развитии которого мы предлагаем принять участие всем желающим.
Общее описание
Проект универсального прибора начался с желания иметь очень небольшой (карманный), легкий, но функциональный аппарат, позволяющий решить подавляющее большинство задач, связанных с анализом характеристик сигналов как в цифровых, так и в аналоговых схемах.
Сначала это была альтернатива небольшому осциллографу, но постепенно функциональность прирастала новыми особенностями. На сегодняшний день прибор приобрел законченные очертания первой версии, и активно тестируется нами в самых различных сценариях. На наш взгляд получился неплохой помощник, значительно облегчающий ремонтные и наладочные работы.
Сейчас прибор позволяет исследовать осциллограммы, измерять частоту и количество импульсов, а также анализировать спектральные характеристики сигналов.
Внешний вид
Прибор умещается на ладони! Габариты его корпуса составляют примерно 115х32 миллиметра при 16 миллиметрах толщины.
Основное устройство вывода информации - небольшой OLED-экран с диагональю около 1 дюйма и разрешением 64x32 пиксела. Кому-то этого может показаться мало, но, не торопитесь с выводами!
На лицевой панели прибора разместились 6 кнопок, отвечающих за выбор режимов работы. Расскажем о них чуть позднее.
Для подключения к электрическим цепям прибор оснащен острым щупом, который позволяет надежно снимать показания с луженых контактных площадок. Небольшое нажатие и прибор не соскользнет из образовавшейся ямки.
Компактность прибора позволяет видеть экран рядом с точкой контакта. Для этого не потребуется переводить глаза на экран, рискуя, что щуп соскользнет и станет причиной короткого замыкания. Тем не менее, если нужны свободные руки, щуп можно снять и установить на его место провод с тоненьким зажимом, который может быть надежно зафиксирован даже на ножке микросхемы.
Второй провод — это, естественно, земля, которая тоже оснащена зажимом.
В верхней части прибора расположились два ползунковых переключателя. Правый отвечает за включение и выключение тестера, а левый позволяет блокировать постоянную составляющую напряжения.
В нижней части корпуса можно разглядеть небольшое окошко индикатора заряда акккумулятора, от которого питается наше устройство.
Разъем же зарядки типа micro-USB расположен в задней части. Заряжать можно при помощи любого 5-вольтового зарядного устройства.
С обратной стороны ничего нет!
Теперь давайте познакомимся поближе с функционалом прибора.
Осциллограф
Во-первых, в наших руках цифровой осциллограф с частотой выборки — один мегагерц. Это значит, что граничная частота сигнала, который он способен анализировать составляет около 200 килогерц. Этого уже достаточно для многих задач. Тем не менее, в будущем мы собираемся это значение увеличить в несколько раз.
Пока осциллограф оснащен базовым функционалом, который реализован в текущей версии прошивки. В будущем мы конечно же добавим различных фишек, а пока давайте проверим как он работает. Для этого используем небольшой самодельный генератор прямоугольных сигналов.
Подключаемся к генератору и включаем питание прибора. На экране возникает картинка формы сигнала и характеристики режима развертки. В левом верхнем углу отображается длительность временного окна экрана, а в правом — диапазон напряжения. Через пару секунд они пропадают.
Максимальное напряжение, которое способен анализировать прибор составляет 16 вольт как в положительную, так и в отрицательную сторону.Если подать больше, прибор из строя не выйдет — он оснащен защитой, но и сигнал будет обрезан экраном.
Две пары клавиш, размещенные рядом с экраном, позволяют изменять масштаб временной и амплитудной оси. Левая кнопка нужна для остановки картинки.
Для анализа цифровых сигналов уровень «нуля» можно опустить в нижнюю часть шкалы. Для анализа только переменной составляющей сигнала, постоянную можно отфильтровать при помощи ползункового переключателя.
Синхронизация сигнала идет по переднему фронту. В будущем этот параметр мы сделаем настраиваемым.
Частотомер
Вторая клавиша слева предназначена для смены режима работы прибора. И следующим режимом по-порядку идет режим частотомера. Несмотря на то, что частотный предел осциллографа — 200 килогерц, измерять частоту сигнала можно вплоть до 20 Мегагерц и даже выше!
Помимо мгновенной частоты прибор позволяет оценить еще несколько очень интересных параметров.
Первая строка на экране показывает количество зарегистрированных импульсов. Это нужно в тех случаях, когда уловить одиночные импульсы осциллографом просто невозможно. А прибор покажет даже если импульс был только один. Сейчас на вход поступает периодическая последовательность импульсов, поэтому счетчик шпарит на всю!
Вторая строка — текущее или мгновенное значение частоты. Интервал измерения частоты может быть настроен при помощи клавиш настройки временного масштаба.
Третья и четвертая строки показывают максимальное и минимальное значение частоты за все время измерений. Это нужно для анализа сигналов с изменяемой частотой, или анализа стабильности частоты. Видно, в каком диапазоне она меняется.
Анализатор спектра
Третий режим работы — анализ амплитудного спектра сигнала на основе быстрого преобразования Фурье.
Спектральный анализ позволяет оценить уровень гармонических составляющих сигнала, измерить частотную характеристику аналоговой схемы, или, например, оценить уровень и стабильность постоянной составляющей ШИМ-сигнала. В ходе спектрального анализа можно менять масштаб как частотной, так и амплитудной шкалы.
Внутренности
Собственно, вся начинка уместилась на небольшой плате, размерами примерно 80 на 30 миллиметров.
На верхней стороне платы разместились кнопки управления OLED-дисплей и необходимые интерфейсные разъемы.
На нижней стороне платы размещены:
- цифровая часть, собранная на народном контроллере STM32 серии F103,
- аналоговая часть на операционном усилителе AD8605,
- цепи зарядки и питания устройства.
Прибор питается от Литий-ионного аккумулятора, емкостью 200 миллиампер. Зарядки аккумулятора хватает почти на 4 часа непрерывной работы устройства.
Принципиальная схема и прототип
При проектировании принципиальной схемы мы пытались использовать простые и недорогие решения, легко доступные для повторения.
Печатные платы были заказаны в Китае, как и подавляющее большинство комплектующих. Если кому нужны, у нас осталось еще несколько штук. Отдадим бесплатно. Правда там есть пара ошибок. Не без этого. Но первой версии идеальной не бывает!
Предварительно устройство было прототипировано на основе готовых модулей. Вот так выглядел прототип. В его основе лежит хорошо известная отладочная плата, получившее название Blue pill (голубая пилюля). Модуль дисплея так же с готовой обвязкой. Модуль кнопок собран на кусочке макетной платы. А вот аналоговая часть выдержала несколько ревизий пока мы нашли подходящее решение.
Зарядка, доработки
Зарядка устройства занимает примерно один час. В процессе зарядки горит красный светодиод. По ее окончании зажигается синий.
В ходе будущих доработок мы хотели бы расширить как аппаратный функционал, так и программные возможности. Например, есть большое желание добавить в прибор генератор сигналов, устройство для прозвонки цепей и... Что еще? Пишите в комментариях. Будем рады любым пожеланиям и предложениям.
Интересно и общее мнение о том, что у нас получается!
Спасибо всем, кто дочитал до конца! Будем признательны за ваши подписки, лайки, комментарии!
До новых встреч!
Ссылка на видео: https://rutube.ru/video/a4be4e9589bb666bdc863ed6e7d2b633/
Наша группа ВК: https://vk.com/terrabyte
