硬件工程師都應該DIY一個示波器


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DIY一個示波器是極好的,可以學到電源,模擬,模數混合,FPGA,到通信,上位機,數字信號處理算法。

DIY一個示波器是極有難度的。很多核心技術咱搞不到。

感謝開源精神。不得不說老外的開源精神就是好啊。

SCOPEFUN是一個開源示波器項目,包括開源的原理圖,PCB,FPGA代碼,上位機。帶寬100M,單通道采樣率500M,等效采樣模式下采樣率達2G。還支持邏輯分析儀,函數信號發生器的功能。美滋滋。

我最近更新了三期視頻,都是關於這個示波器的, 分別是項目介紹,示波器三大指標介紹,模擬輸入部分電路分析(這節手撕原理圖,電路有點糊大家湊合看)。 歡迎大家來B站一起交流。(一起來B站搞學習)

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點擊閱讀原文跳轉到我B站其他視頻。

 

下圖為我自己打樣的示波器PCB.打了10張。四層板很漂亮

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我一直覺得,一個硬件工程師怎么也要自己DIY一次示波器,只有這樣才能深刻掌握電信號的基本屬性及信號處理的過程,通過自己動手制作能夠真正掌握模擬電路、數字邏輯、處理器、輸入控制、輸出顯示、電源管理以及軟件設計等全方位的知識和技能。

 

從此以后你也能更好地使用你實驗室的測量儀器了。

 

今天下午我發了下面的一個短視頻 - 用樹莓派做的示波器!

 

這個短視頻引來了很多朋友的好奇,紛紛在問是如何實現的?答案是:

樹莓派3B+一枚

7寸電容觸摸屏一個,通過樹莓派的DSI連接,分辨率800*480

OpenScope MZ一個,支持USB和WiFi連接

Waveform Live開源儀器軟件,可以運行在瀏覽器中

 

要強調一下的是,這個OpenS cope MZ是個多功能的口袋儀器,它有如下主要的功能:

連接方式:WiFi和USB 2.0

雙通道示波器,采樣率6.25 MS/s

任意波形發生器:正弦波, 三角波, 鋸齒波, 方波和直流輸出

邏輯分析儀和GPIO

雙通道電源,輸出電壓范圍:±4 V

 

可以說是一個多功能合一的儀器,雖然指標不高,但對於日常的調試工作已經勝任了,更重要的是它是一個非常好的學習平台。關於這個口袋儀器,我們愛板網上有專門的評測文章,點擊下面的閱讀原文就可以看到這篇文章。

 

整個系統搭建起來的成本:

樹莓派+電容屏 ~ 600元

OpenScope MZ ~600元(可以從Digikey購買)

總計 ~1200元,看起來不便宜,但想到它有這么多的功能,你實驗桌從此變得干凈,其他人也會很崇拜地看着你,這點錢真的值了。

 

對很多人來講硬件的制作難度不是很高,但要做一套功能強大、使用起來非常流暢的儀器軟件難度是相當大的,這成了很多硬件玩家的一個障礙,畢竟硬件高手擅長軟件編程的不是很多,況且儀器這玩意本身背后就非常復雜。

 

以前很多自己DIY儀器的朋友多數是基於Labview或者用LabWindows自己編寫界面,現在福音來了 - 這個OpenScope MZ運行的是一款開源的測試測量儀器軟件Waveform Live,而且它竟能夠運行在瀏覽器里!也就是說無論你用的是Window的電腦、Mac機器、Linux的樹莓派、IOS的iPad、Android的手機,都可以用這個軟件。

 

我發的這個視頻中的示波器運行的就是Waveform Live。

 

重要的是 它是開源的 !你可以按照自己的喜好進行裁剪、進一步定制。

 

再推薦兩款開源的儀器軟件:

Scopfun : https://www.scopefun.com

Scopy :ADI公司的口袋儀器ADALM2000就是用的這款開源軟件,網址:https://wiki.analog.com/university/tools/m2k/scopy

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Scopy的主要功能及支持的平台

 

另外關於開源示波器的一些主要項目,有一個網站整理的非常全,大家可以自行閱讀,漲漲見識:http://www.opencircuits.com/Oscilloscope

 

有的朋友會問,如果自己計划用樹莓派設計一個示波器,在硬件上都有哪些連接方式?樹莓派有5地方可以輸入數據:

1.

通過USB端口, 目前的樹莓派支持USB2.0,如果你設計一個支持USB2.0接口的數據采集板,可以考慮通過USB端口進行數據的連接

2.

通過以太網接口連接

3.

通過WiFi連接

4.

通過40個管腳的GPIO連接,其中這些GPIO管腳中有SPI總線,其時鍾能夠運行到50MHz,因此對於一些低速的數據傳輸是沒有問題的

5.

通過CSI接口,這本是樹莓派用於連接外部攝像頭的低壓差分接口(LVDS),因此可以通過這個接口將ADC采集的高速數據傳遞到樹莓派的處理器進行數據的處理

 

至於采用哪種方式,取決於你性能的要求以及價格的考慮,從學習的角度,你可以考慮從簡單的方式入手,比如通過SPI將你從ADC采集的數據傳遞進來。

 

心動不如行動,自己動手,挑戰一下自己的綜合知識。

​自我介紹:B站資深恰飯Up,雙985通信專業畢業,擅長高速數字電路設計(X86/FPGA/ARM等)。不定期分享硬件電路設計干貨,知識體系,有趣專業實驗。包括但不僅限於學習方法、模電、FPGA、小信號、高速電路、信號完整性、Layout、嵌入式、學習方法。已幫助成千上萬電子專業學生和初級工程師入門成長。技術交流群集合了眾多經驗豐富的技術大牛,交流氛圍極佳。我的寶藏都在這了。

 

        

 

 


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