Construir un osciloscopio de aficionado

Question

Tengo un proyecto en el que he estado pensando durante un tiempo, y me he dado cuenta de que en algún momento de su desarrollo, voy a necesitar un osciloscopio. Bien, no hay problema.

En lugar de comprar un osciloscopio, he decidido que me gustaría, como mínimo, diseñar el mío propio y, con suerte, construir el resultado. Para simplificar las cosas, estoy pensando en usar una Raspberry Pi para hacer todos los cálculos y visualizaciones divertidas (no tengo ganas de implementar la FFT en un AVR, muchas gracias).

Cuanto más leo sobre los osciloscopios, más confundido estoy, para ser sincero. ¿Por qué no es ¿un osciloscopio sólo un ADC? Si tuviera que conectar algo como este (con la debida protección contra sobretensiones y preamplificación) a un circuito en un extremo, y a una CPU debidamente programada en el otro, ¿no sería eso un osciloscopio?

[En el pasado sólo he trabajado con circuitos digitales simples -¡soy principalmente un informático teórico! -- y por lo tanto estoy tratando de envolver mi cabeza alrededor de la electrónica analógica en este momento. Como tal, me disculpo si la respuesta a esto es extremadamente obvia...]

Answer 1

En el fondo, un osciloscopio (digital) es sólo un ADC, junto con algo de memoria para mantener las muestras. Las muestras se leen de la memoria y se muestran.

Los problemas de implementación práctica hacen que los osciloscopios comerciales sean complicados. La señal de entrada debe escalarse adecuadamente para el rango del ADC, lo que significa que hay que tener atenuadores y/o amplificadores con valores de ganancia muy precisos y muy planos en un enorme rango de frecuencias (de DC a 10s o 100s de MHz como mínimo) para poder medir formas de onda con una distorsión mínima.

Además, dependiendo de la aplicación, la frecuencia de muestreo del ADC debe ajustarse (con mucha precisión) en un amplio rango dinámico - 1 ns/muestra a 1 s/muestra (9 órdenes de magnitud) sería lo típico.

Luego está la cuestión de saber cuándo hay que empezar -o, lo que es más importante, parar- el muestreo; esto se conoce como disparo. Cada aplicación tiene sus propias necesidades de disparo, y los osciloscopios comerciales disponen de una amplia gama de opciones para adaptarse a ellas.

Answer 2

Es importante distinguir un proyecto de hobby de un equipo listo para usar, y hacer la elección correcta para usted. No tiene por qué ser la elección correcta para los demás.

Si lo que quieres es un equipo para utilizarlo en otro proyecto ESTE año, yo compraría uno. Podría ser nuevo o usado en función de tus necesidades y presupuesto.

Si lo que quieres es construir un osciloscopio como un hobby o un proyecto educativo, ¡adelante! Te deseo una experiencia divertida y educativa. Aprenderás mucho. Es probable que te encuentres con detractores; diles que pueden ahorrar mucho tiempo y dinero en sus próximas vacaciones, por ejemplo, no yendo a Europa y comprando un libro de imágenes en su lugar. No entienden lo que hay que hacer.

En efecto, un osciloscopio digital (básico) se compone de un front-end (que incluye un ADC y quizás un circuito de disparo), un ordenador integrado, una pantalla y un software.

Sugeriré que es probable que surjan las siguientes cuestiones:

• La hora. Este proyecto le llevará un tiempo, dependiendo del rendimiento deseado, su experiencia, etc.
• El costo. Costará más que comprar uno de igual rendimiento.
• Rendimiento. ¿Qué tipo de rendimiento busca? Incluyendo rangos de entrada, resolución de tiempo, cuánto voltaje debe soportar el extremo frontal.
• Pruebas. ¿Cómo lo vas a depurar? ¿Cómo comprobarás que funciona correctamente?
• Seguridad. ¿Qué ocurre si se sondea 120VAC o se alcanza una tensión superior?

Answer 3

Creo que puedes obtener algunas ideas de Osciloscopio de almacenamiento digital AVR 10MHz 50MS/s .
Incluye los esquemas completos y el código fuente.

Utiliza un pequeño CPLD que lee los resultados del ADC y llena una RAM, luego utiliza un AVR mcu para leer los datos de la RAM y enviarlos a un PC

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También puede ser útil:

• El Esquemas de Bitscope
• El dsonano incluyendo los esquemas completos y el código fuente
• Varios proyectos relacionados con DSO usando FPGA o mcu listados aquí

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Hay un diagrama de bloques en openDSO página del proyecto que debería ser útil para visualizar las secciones utilizadas en un DSO.

Answer 4

JYE Tech tiene una Kit de osciloscopio de 49 dólares :

con las siguientes características:

5M samples/second
8 bit resolution
256 sample memory depth
1MHz analog bandwidth
100mV/Div-5V/Div sensitivity
1M impedance
50Vpeak-to-peak max input voltage
DC/AC coupling
Save and display up to 6 captures to memory
Transfer screen capture to PC as a bitmap file (serial adapter not included)
Backlit LCD display
FFT function available

Sparkfun también lo tiene pero por 10 dólares más.

Todos los componentes de montaje superficial ya están soldados.

Utiliza un ATmega 64. Proporcionan el esquema y la lista de piezas en su sitio web si quieres usarlos como guía para hacer el tuyo propio, pero dudo que puedas hacerlo por un precio cercano a los 49 dólares. El código fuente del firmware también está disponible.

Por sólo $30 more ($ 79,50) tienen una unidad ensamblada con un ancho de banda analógico de 5 MHz.