Bouw een 20 kHz Arduino Oscilloscoop op een Nokia 5110 LCD – Eenvoudige DIY Handleiding

Onderdelen en benodigdheden

Benodigde tools en machines

• Soldeerbout (generiek)
• Soldeerdraad, loodvrij

Apps en online diensten

• Arduino IDE

Over dit project

Deze keer laat ik zien hoe je een eenvoudige Arduino-oscilloscoop maakt. De maximale signaalfrequentie die de oscilloscoop kan weergeven is 20 kHz, en de maximale invoerspanning is 5 V zonder spanningsdeler.

De oscilloscoop wordt bediend met vier knoppen:

• "HOLD"-knop – om de huidige schermstatus te vriezen
• Synchronisatieknop – om het synchronisatieniveau in te stellen
• "+" en "-" knoppen – regelen de sweep, sync-niveau en verplaatsen het signaalbeeld in HOLD-modus

Op het Nokia 5110-scherm is vertikaal elk vakje 1 V, horizontaal is één vakje gelijk aan de scanresolutie, met de volgende waarden: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 20,0 en 50,0 ms. De sweep-waarde wordt gewijzigd met de "+" en "-" knoppen en wordt linksboven weergegeven. Het triggerniveau wordt als een kleine balk aan de linkerkant van het scherm getoond, en de triggerspanning wordt rechtsboven weergegeven. Dit project is gepubliceerd op arduino.ru waar je meer details kunt lezen.

Het apparaat is extreem simpel te bouwen en bestaat uit slechts een paar componenten:

• Arduino Nano microcontroller
• Nokia N5110 LCD-display
• Vier knoppen
• Vier pull-down weerstanden
• Invoeraansluiting (jack)
• Stroomschakelaar en LED

Ik heb de oscilloscoop getest met een sinus- en blokgolfgenerator. Hoewel het geen professioneel of erg bruikbaar instrument is, kan het toch worden gebruikt voor educatieve doeleinden of in je laboratorium, voor het testen van laagfrequente signalen, vooral wetende dat het apparaat heel makkelijk te maken is en extreem goedkoop.

Tot slot wordt het apparaat in een geschikte doos van PVC geplaatst en bekleed met zelfklevend behang.

Code

Arduino-code (C/C++)

#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_PCD8544.h>
#include <SPI.h>

Adafruit_PCD8544 display = Adafruit_PCD8544(7, 6, 5, 4, 3); // CLK, DIN, DC, CE, RST
// VCC +3.3V, BL ++ 200 OHM ++ 3.3V

int izm, x, y, u, i2, zz, hold, h0, h1, h2, raz = 0, menu, sss = 512, u_dig;
unsigned long data[168];
unsigned long time, times;
float per;
byte i;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  display.begin();
  display.clearDisplay();
  display.display();
  display.setContrast(40);
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(BLACK);
  pinMode(10, INPUT); // +
  pinMode(11, INPUT); // -
  pinMode(12, INPUT); // hold
  pinMode(13, INPUT); // sync
  ADMUX = 0b01000000; // 10-bit A0
  ADCSRA = 0b11110010; // CLK/4
  analogWrite(9, 127); // PWM 9 OUTPUT
}

void loop() {
  // KNOPBEDIENING
  if (menu == 0) {
    if (digitalRead(10) == HIGH) {
      if (hold == 0) raz++;
      if (hold == 1) i2 = i2 + 1;
      delay(100);
    }
    if (digitalRead(11) == HIGH) {
      if (hold == 0) raz--;
      if (hold == 1 && hold > 0) i2 = i2 - 1;
      delay(100);
    }
  }
  if (digitalRead(12) == HIGH) { hold++; i2 = 0; delay(100); }
  if (digitalRead(13) == HIGH) { menu++; delay(100); }
  if (hold > 1) hold = 0;
  if (menu > 1 || menu < 0) menu = 0;
  if (raz <= 0) raz = 0;
  if (raz > 8) raz = 8;

  if (menu == 1) {
    hold = 0;
    if (digitalRead(10) == HIGH) { sss += 24; delay(100); }
    if (digitalRead(11) == HIGH) { sss -= 24; delay(100); }
    if (sss > 1023) sss = 1023;
    if (sss < 0) sss = 0;
  }

  display.setCursor(0, 0);

  // SWEEP TIJD gekalibreerd met generator
  if (raz == 0) { zz = 1; h2 = 2; per = 0.1; }
  if (raz == 1) { zz = 1; h2 = 1; per = 0.2; }
  if (raz == 2) { zz = 12; h2 = 1; per = 0.5; }
  if (raz == 3) { zz = 32; h2 = 1; per = 1; }
  if (raz == 4) { zz = 75; h2 = 1; per = 2; }
  if (raz == 5) { zz = 200; h2 = 1; per = 5; }
  if (raz == 6) { zz = 380; h2 = 1; per = 10; }
  if (raz == 7) { zz = 750; h2 = 1; per = 20; }
  if (raz == 8) { zz = 1900; h2 = 1; per = 50; }

  if (hold == 0 && millis() - time > 0) {
    ads();
    while (izm < sss) { ads(); h0++; if (h0 > 5000) break; }
    h0 = 0; // SYNCHRONISATIE
    times = micros();
    while (i < 167) {
      i++;
      delayMicroseconds(zz);
      ads();
      data[i] = izm; // METING 10-bit
    }
    i = 0;
    times = micros() - times;
    Serial.println(times);
  }

  // UITVOER OP DISPLAY
  if (millis() - time > 100) {
    display.clearDisplay();
    if (sss < 204 && sss > 100) { u_dig = 10; display.setCursor(0, 40); display.print("0.4V"); }
    else if (sss < 100) { u_dig = 5; display.setCursor(0, 40); display.print("0.2V"); }
    else { u_dig = 25; }

    display.setCursor(0, 0);
    while (i < 167) {
      i++;
      setka();
      display.drawLine(i * h2 - i2, 47 - data[i] / u_dig, i * h2 - i2 + h2 - 1, 47 - data[i + 1] / u_dig, BLACK);
    }
    i = 0;
    display.print(per, 1);
    display.print(" mS ");
    if (menu == 0) {
      if (hold == 1) display.print("HOLD ");
      else display.print("AUTO ");
    }
    if (menu == 1) { display.print(sss / 200.0, 1); display.print(" V "); }
    if (menu == 1) { display.drawLine(0, 48 - sss / u_dig, 4, 48 - sss / u_dig, BLACK); }
    time = millis();
  }
  display.display();
}

void ads() {
  // 10-bit ADC
  do { ADCSRA |= (1 << ADSC); } while ((ADCSRA & (1 << ADIF)) == 0);
  izm = (ADCL | ADCH << 8);
}

void setka() {
  for (y = 8; y < 47; y += 8) {
    for (x = 0; x < 83; x += 4) {
      display.drawPixel(x, y, BLACK);
    }
  }
  for (x = 0; x < 83; x += 26) {
    for (y = 10; y < 47; y += 4) {
      display.drawPixel(x, y, BLACK);
    }
  }
}

Schema's