Oscyloskop Cyfrowy AVR v2.0 Atmega 32 LCD LS020

Witam. Przedstawiam dziś drugą, ulepszoną i bardziej funkcjonalną wersję przenośnego oscyloskopu cyfrowego.
Głównym założeniem było zwiększenie zakresu częstotliwości w porównaniu do pierwszej wersji oraz jak zwykle: jak najtańszy koszt. Ponadto chciałem użyć w miarę duży ale tani kolorowy wyświetlacz.
Urządzenie z założenia miało być mobilne, dlatego z konieczności miniaturyzacji szukałem sposobów, na jak najmniejszą płytkę czyli jak najmniej elementów.
HARDWARE
-Atmega 32-16AU taktowana zewnętrznym kwarcem 16 MHz.
-LCD 176x132, TFT, 65536 kolorów, Sterownik LS020
-Przetwornik A/C – wewnętrzny ATMegi taktowany 1 MHz, częstotliwość próbkowania mierzona: ok. 70 kHz
Aktualizacja oprogramowania: 14 kw 2011 - Przetwornik taktowany 2MHz, częstotliwość próbkowania ok 140 KHz
-sterowanie: joystick z telefonu Siemens CX65
-Akumulator- LI-POL 3,6V, 500mAh
-zasilanie – całościowo 3,3V po stabilizatorze liniowym
SOFTWARE
Cały program napisany w języku C, kompilowany WINAVR. Zajmuje ok. 3000 linii, 31 kB pamięci flash. Pamięć RAM uC też wykorzystana jest do max, kod był wielokrotnie zmieniany i optymalizowany tak aby pamięć wyrabiała.
Sterownik wyświetlacza początkowo był przeróbką sterownika kolegi Saper_2, jeszcze z wyświetlaczem L2F i M128, następnie przeszedłem na sterownik Kranza i sprzętowe SPI. Po zmianie na LS020 i M32, nie znając ASM zmuszony byłem napisać własne funkcje obsługi SPI i wysyłania, reszta funkcji i tak była mojego autorstwa więc właściwie można by powiedzieć, że cały sterownik napisałem po swojemu od nowa.
PARAMETRY
Oscyloskop przeznaczony jest do pomiaru napięć prądu zmiennego w zakresie napięć do 25V i w zakresie częstotliwości do ok. 10KHz Po aktualizacji oprogramowania do ok 15-20 KHz(choć można i więcej z tym że obraz będzie gorszej jakości). Pole robocze wyświetlacza ma rozmiar 118x155 pixeli, podzielone jest na działki w pionie i w poziomie. U góry na pasku wyświetlany jest czas na działkę X oraz napięcie na działkę Y. Po prawej z boku znajduje się 4 pozycyjne Menu:
1. Uruchomienie pomiaru
2. Ustawienia
3. Woltomierz
4. Wskaźnik akumulatora
Uruchomienie pomiaru powoduje włączenie ciągłego pomiaru który można zatrzymać ruchem joysticka. Przebieg na wyświetlaczu jest automatycznie skalowany, obliczana jest amplituda i jest wyświetlana na górnym pasku, obliczana jest działka X oraz Y i również wyświetlana. Przebieg jest synchronizowany (na filmie przebieg jest niestabilny ze względu na niestabilność generatora na LM555 i ładowarce telefonicznej). W ustawieniach istnieje możliwość zmiany podstawy czasu poprzez ustawienie co którą próbkę przetwornik zbiera oraz odwrotnie, co który pixel wyświetlana jest dana próbka. Regulować można również poziom wzmocnienia, przesunięcie w osi pionowej. Jest też możliwość wyboru, czy wyświetlane mają być same wartości dyskretne, czy też przebieg ma być interpolowany (odcinkowo). Dodatkowo jest możliwość zmiany przekładni dzielnika napięcia na wejściu co przydane może się okazać podczas potrzeby zmierzenia większych napięć. Można wtedy w sondzie dołożyć dodatkowy dzielnik napięcia i zmienić przekładnię w ustawieniach.
Urządzenie wyposażone jest również w woltomierz mierzący z dokładnością ok. 0,03V.
Ostatnim elementem menu jest Miernik akumulatora. Pokazuje on aktualny stan akumulatora zasilającego w postaci standardowej bateryjki oraz dodatkowo wyświetla napięcie w Voltach.
Budowa
Na początku budowę zacząłem a M128 i wyświetlaczem ze sterownikiem L2F50 ale po małym wypadku zmuszony byłem na kupno nowego wyświetlacza. Przy okazji zrezygnowałem z M128 na rzecz M32. Szukając gdzie tylko się da możliwości zaoszczędzenia elementów podłączanych do portów mikrokontrolera (co upraszcza płytkę) zrezygnowałem z sterowania podświetlaniem LCD przetwornicą sterowaną PWM. Drugim powodem był zbyt duży pobór prądu tej przetwornicy (przy testach ok. 70mA) podczas gdy połączenie diod równolegle przy napięciu zasilania 3,3V dało pobór niewiele ponad 30mA. Nie potrzebowałem regulować podświetleniem ani też nie miałem zbyt dużych wymagań co do jasności podświetlenia, tak więc zostało na zasilaniu bezpośrednim na równolegle połączone diody.
Płytka została zaprojektowana w Eagle, wykonana termotransferem. Soldermaska nakładana pędzlem dlatego też może nie wygląda to zbyt ładnie. Trafiłem na jakiś wadliwy laminat od którego strasznie ścieżki odpadały więc musiałem wszystko lutować ręcznie. Płytka jest dwustronna, przelotek jest bodajże 17 z czego 4 są jako przejścia dolnej warstwy a reszta to linie danych i zasilania do LCD i joysticka.
Zostało podłączone gniazdo również od siemensa CX65 dzięki czemu mam wszystkie potrzebne wyjścia i wejścia w jednym gnieździe. (zasilanie, sygnał analogowy i linie do programatora co umożliwia łatwą aktualizację oprogramowania)
Obudowa to przeróbka obudowy również Z CX65, przycięta, zespawana lutownicą i wygładzona szpachlą samochodową a następnie pomalowana szarym lakierem.




Przebiegi na zdjęciach są z generatora uczelnianego dlatego są stabilne. Ja w domu generatora niestety nie posiadam więc na filmiku poniżej są przebiegi z LM555 przez mały filtr.



Filmik po aktualizacji: Zwiększenie szybkości odświeżania ekranu i zakresu częstotliwości:



Koszty
-ATMega 13 zł
-stabilizator 3 zł
-uszkodzony siemens CX65 niecałe 20 zł z wysyłką
-kwarc 1zł
-włącznik 1 zł
-rezystory, kondensatory kupowane jakiś czas temu w dużych ilościach więc myślę że wliczają przesyłki dla dużych ilości w proporcji wyjdzie ok 1 zł
-szpachla, lakier miałem od łatania samochodu po zimie
-akumulator coś ok 8-9 zł z wysyłką z ebaya
Całość to niespełna 50 zł

Zapraszam do komentowania.

Świetny projekt, o ile to prawda ?
Czy będzie można liczyć na udostępnienie HEX-a i schematu ?

Jednak to prawda, kolega w swoim wcześniejszym projekcie wspominał o nowej wersji.
Jaki koszt wyświetlacza? Kupny czy z czegoś wymontowany?
Bardzo ładnie wykonany.

Realizacja cool lecz zakres pomiarowy a raczej jego brak pozycjonuje projekt jako całkowicie nieprzydatny

grala1 napisał:

Jaki koszt wyświetlacza? Kupny czy z czegoś wymontowany?

Pisze wszystko u góry

Tasioror napisał:

Dołączam się do prośby o pcb i wsad do procka.

Narazie nie przewiduję udostępnienia wsadu i schematu. Być może w późniejszym czasie.

pawol napisał:

Realizacja cool lecz zakres pomiarowy a raczej jego brak pozycjonuje projekt jako całkowicie nieprzydatny

Gdyby Wszyscy wykonywali tylko urządzenia SUPER PRZYDATNE to elektroda nie miałaby co pokazywać na stronie głównej, może raz na 2-3 tygodnie coś by się pokazało.

Poproszę o sam schemat.

grala1 napisał:

Jaki koszt wyświetlacza? Kupny czy z czegoś wymontowany?
Bardzo ładnie wykonany.

Pewnie z Siemensa którego kupił.

skaktus napisał:

Pewnie z Siemensa którego kupił.

Dokładnie. Samego nowego wyświetlacza nie ma sensu kupować bo po pierwsze jest dużo droższy, po drugie jest to sam wyświetlacz a kupując telefon jest jeszcze ramka mocująca do płyty głównej i konektory, i choćby joystick, obudowa, gniazdo i wtyczka które ja jeszcze użyłem wymontowując z telefonu.

Wydaję mi się, że projekt może być przydatny dla kolegów samochodziarzy. Sprawdzenie sondy lamdba lub innych niezbyt szybko zmiennych sygnałów wystepujących w samochodzie. A urządzenie jest dość poręczne w porownaniu do klasycznego oscyloskopu.

Niestety z akumulatorem to szału nie zrobiłeś, nawet na allegro od czasu do czasu są li-jony chyba 1600mAh albo coś koło tego, sprzedawane przez usera elektrody swoją drogą. Li-pol nie zajmuje specjalnie miejsca a wymaga dodatkowej ostrożności. 500mAh to bardzo mało na taki projekt, szczególnie że zasilasz wyświetlacz przez stabilizator który swoje musi zabrać. Warto przypomnieć że pojemność takich akumulatorów mierzona jest przy rozładowaniu do 3V, a czasem nawet mniej, czego tutaj się chyba nie uzyska.

Kriti napisał:

Wydaję mi się, że projekt może być przydatny dla kolegów samochodziarzy. Sprawdzenie sondy lamdba lub innych niezbyt szybko zmiennych sygnałów wystepujących w samochodzie. A urządzenie jest dość poręczne w porownaniu do klasycznego oscyloskopu.

Gdyby urządzenie projektować specjalnie pod zastosowania diagnostyki samochodowej można by zrobić interfejs przystosowany i specjalnie do tego oraz opcje użyteczne przy takich pomiarach. Wbudowany ADC Atmegi spokojnie do tego wystarcza i wbrew twierdzeniu o niedokładności i niestabilności jest całkiem dokładny czego dowodem jest jak widać ładna sinusoida.

msichal napisał:

Niestety z akumulatorem to szału nie zrobiłeś, nawet na allegro od czasu do czasu są li-jony chyba 1600mAh albo coś koło tego, sprzedawane przez usera elektrody swoją drogą. Li-pol nie zajmuje specjalnie miejsca a wymaga dodatkowej ostrożności. 500mAh to bardzo mało na taki projekt, szczególnie że zasilasz wyświetlacz przez stabilizator który swoje musi zabrać. Warto przypomnieć że pojemność takich akumulatorów mierzona jest przy rozładowaniu do 3V, a czasem nawet mniej, czego tutaj się chyba nie uzyska.

Akumulator jest taki zamontowany bo taki miałem, kupiłem go jakieś 2-3 miesiące temu z myślą o budowie modelu, ale jakoś mi chwilowo modelarstwo przeszło więc akumulator leżał. Szkoda żeby leżał aż zdechnie, więc został wykorzystany. Wiem że w Polsce można kupić większe i lepszy akumulatory ale wliczając cenę z przesyłką taniej nie kupisz niż ja ten kupiłem. A Koszty to też ważna sprawa. Druga sprawa to rozmiar, a nie ma co ukrywać ten akumulatorek jest mały. Jest to aku modelarski i te 500mAh raczej uwzględniane jest do ok 3 V bo modele tak mniej więcej rozładowują, a i sama "chińska pojemność" nie wiadomo w jakiej przekładni ma się do rzeczywistej pojemności. Tak czy siak, całe urządzenie pobiera 60mA więc nawet jeśli pojemność wynosi 300 a nie 500 to nie jest tragicznie. Rozładowanie akumulatora programowo zostało uwzględnione do ok 3,4V.

Od dłuższego czasu przykładam się do pracy nad czymś takim, ale brak czasu nie pozwala mi na skupienie się nad tym.
Przemyślana i estetyczna konstrukcja.
Zdaje mi się że gro czasu spędziłeś nad zdrapywaniem z padów solder-maski .
Podobnie jak mój "przedmówca" poprosiłbym o schemat by podglądnąć jak rozwiązałeś układ sprzętowo.

ps.
Dość ciekawy prima aprilisowy psikus adminów
Liczba postów chyba binarnie ?
poprzestawiane wszystko,ciekawe kiedy wszystko wróci do normy ?

Przecież tych padów nie ma aż tak dużo znowu, 10 minut drapania i po robocie.
Co do schematu to jest on narazie trochę nieestetycznie narysowany, ale nie ma tam nic oprócz elementów niezbędnych do zasilania uC oraz dzielników napięcia na dwa wejścia ADC (jeden dzielnik od sygnału, drugi od pomiaru akumulatorka). Noi oczywiście podłączony LCD i joystick. Resztą zajmuje się ATMega.

kombo napisał:

ps.
Dość ciekawy prima aprilisowy psikus adminów
Liczba postów chyba binarnie ?
poprzestawiane wszystko,ciekawe kiedy wszystko wróci do normy ?

Jutro wróci do normy. W zeszłym roku było to samo:)

A mnie zastanawia jakie źródło napięcia odniesienia autor zastosował? Wewnętrzne czy jakieś zewnętrzne? Zamiast całego schematu mógłby kolega przedstawić fragmenty schematu dot. wejścia pomiarowego i części odpowiedzialnej za ładowanie i pomiar aku? Przy okazji prosił bym o bibliotekę do JOYSTIC-a.

Wejście pomiarowe to tak jak mówiłem dzielnik napięcia o odpowiednim przełożeniu podłączony do jednego wejścia ADC. Do drugiego wejścia podłączony jest drugi dzielnik o przełożeniu 1/2 - do pomiaru akumulatora. A co do ładowania akumulatora to sprawa jest nierozstrzygnięta.. Ładowałem jak dotąd raz zasilaczem ale docelowo będzie ładowane ładowarką od MP4 z wyjściem która to sama sprawuje kontrolę nad procesem ładowania.
A jeśli chodzi do joystick to nie bez powodu wybrałem joystick od tego siemensa. Działa on po prostu jak 5 przycisków i tak też jest zbudowany. Ma 6 pinów wyjściowych, jeden jest wspólny a reszta to kolejno góra, dół, prawo. lewo i OK więc obsługa jest tak prosta jak obsługa zwykłych przycisków.
Napięcie odniesienia zewnętrzne 3,3V.

AVE...

Zakres pomiarowy troszkę marny - nie mógłbyś wyciągnąć na wbudowanym ADC 50-100kHz przy zachowaniu jakości pomiaru? By było jak znalazł do pomiarów audio. Może spróbować z zewnętrznym ADC?

Projekt ten jednak bardziej ma sens edukacyjny, niż użytkowy...

Drzasiek, czy doproszę sie o sam schemat, reszta mnie nie interesuje.

Urgon napisał:

AVE...
Zakres pomiarowy troszkę marny - nie mógłbyś wyciągnąć na wbudowanym ADC 50-100kHz przy zachowaniu jakości pomiaru? By było jak znalazł do pomiarów audio. Może spróbować z zewnętrznym ADC?

Projekt ten jednak bardziej ma sens edukacyjny, niż użytkowy...

Gdyby zastosować interpolację sinc można by zakres znacznie znacznie zwiększyć. Poza tym przetwornik można jeszcze spokojnie szybciej popędzać, wg dokumentacji do 8 MHz (nie próbowałem w praktyce) czyli teoretyczna częstotliwość próbkowania byłaby ok 600 KHz + tak jak mówiłem interpolację sinc i można by uzyskać całkiem niezły zakres. Do tego przydałby się jakiś cyfrowo sterowany wzmacniacz operacyjny tak aby uzyskiwać możliwie jak największą rozdzielczość. Przecież oscyloskopy cyfrowe zwykle albo często mają przetworniki 8 bitowe.
Wszystko jest ciągle sprawą otwartą, jednak trochę brakuje mi funduszy na eksperymenty.

Moderowany przez Mirek Z.:

Fragment nie na temat usunąłem.

Super sprawa ! Jestem naprawdę pod wrażeniem.Chyba jedyną wadą to częst. do jakiej to w pełni stabilnie "rysuje" przebiegi zachowując przy tym dobrą jakość obrazu.10KHz to niewiele nawet do "audio" sporo za mało, zwykła karta dźwiękowa daje nam większy zakres pomiaru.

Cytat:

Gdyby Wszyscy wykonywali tylko urządzenia SUPER PRZYDATNE to elektroda nie miałaby co pokazywać na stronie głównej, może raz na 2-3 tygodnie coś by się pokazało.

Jasne ze "wynalazki" na tym forum sa mile widziane. Więc napisalem "projekt cool" ale jego przydatnosc jest zerowa. To taki sam bajer jak "podgrzewane kapcie na USB"

Pozdrawiam

jak widać na http://radiokot.ru/circuit/digital/measure/30/

Dodano po 4 [minuty]:

jak widać na Link

W jaki sposób zmieniłeś układ połączeń diod podświetlających wyświetlacz? Na module przecież wyprowadzone są tylko początek i koniec łańcucha - czyżby rozbiórka modułu?

Trzeba przeciąć 2 ścieżki i połączyć diody równolegle, 10min roboty. Kończy się problem ze sposobem zasilania podświetlania przez przetworniczkę.

Można prosić o schemat? Jak nie na forum to na PW.

hpt napisał:

jak widać na http://radiokot.ru/circuit/digital/measure/30/

Dodano po 4 [minuty]:

jak widać na Link

Należałoby raczej pokazać projekt Dirka Milewskiego (c) z roku 2006.
http://comwebnet.webuda.com/fo/showthread.php?tid=565
Baardzo podobny projekt.

pawol napisał:

"projekt cool" ale jego przydatnosc jest zerowa.

Przydatność ze względu na parametry może i nie jest duża ale nie przesadzajmy znowu, że zerowa. Tak jak ktoś wspomniał można urządzenie to wykorzystać do diagnostyki samochodowej, można do audio (w pewnym zakresie), można do sprawdzania zasilaczy(jakość stabilizacji), i wiele wiele innych przykładów których nie jestem w stanie teraz przytoczyć.. W otoczeniu jest wiele sygnałów wolnozmiennych których okiem się zaobserwować nie da a które można lub potrzeba zmierzyć.
I przyznaję, że projekt ten powstał zdecydowanie w celach naukowych oraz jako hobby po prostu.. bo ja muszę coś robić, a powielanie ciągle tych samych rozwiązań które ktoś już gdzieś przedstawiał nie wchodzi w grę. I nie mam zamiaru używać tego do pomiarów, od tego mam oscyloskop (stary, ruski ale działa ) A projekt ten może być bazą do następnych projektów.. jeszcze sporo z AVR można wyciągnąć, a potem przyjdzie czas na inną rodzinę procesorów.

badworm napisał:

W jaki sposób zmieniłeś układ połączeń diod podświetlających wyświetlacz? Na module przecież wyprowadzone są tylko początek i koniec łańcucha - czyżby rozbiórka modułu?

Rozbiórka modułu to za dużo powiedziane. Wystarczy tylko odgiąć taśmę:

Najlepiej to zrobić podgrzewając na zgięciu taśmę bo jest ona dość twarda w tym miejscu i odgięcie jej "na twardo" może spowodować odłamanie przy szkle.
A co do przeróbki to można to wykonać tak jak Duch napisał choć ja nie ryzykowałem, d tej taśmy się niewdzięcznie lutuje a przerywanie ścieżek? hmm.. na takiej taśmie to trochę ryzyko. Ja po prostu odlutowałem diody, zamontowałem tam gdzie mają być i polutowałem.

Duch__ napisał:

Można prosić o schemat? Jak nie na forum to na PW.

Dopiero wróciłem do domu, ale tak jak mówiłem schemat wrzucę jutro. Choć nie ma na nim nic oprócz zasilania Atmegi i dzielników.

Freddy napisał:

Należałoby raczej pokazać projekt Dirka Milewskiego (c) z roku 2006.
http://comwebnet.webuda.com/fo/showthread.php?tid=565
Baardzo podobny projekt.

Widziałem już gdzieś ten projekt. Można gdzieś zobaczyć filmik z działania tego oscyloskopu?

Co do zmiany podświetlania dorzucę jeszcze coś od siebie:



Przy zmianach korzystałem z tego tematu:
Wyświetlacz s65 backlight by piXel

Porównywał kolega wskazania swojego oscyloskopu, z przyrządem fabrycznym?

Duch__ napisał:

Wyświetlacz s65 backlight by piXel

W tym temacie autor trochę przesadził z tym poborem prądu 11mA. Jedna dioda podłączona bezpośrednio pod zasilanie ok 3,3V pobiera właśnie ok 10 mA.

Paolo1976 napisał:

Porównywał kolega wskazania swojego oscyloskopu, z przyrządem fabrycznym?

Jest do przebieg z laboratoryjnego uczelnianego generatora więc myślę że dokładny.
na generatorze ustawiłem 1 KHz, amplituda 2V i składowa stała 1 V. '

widać ze zdjęcia że jeden okres zajmuje ok 3,7 działki., Mnożąc to przez 260 us i odwracając wychodzi częstotliwość 1,039 KHz. Niedokładność wynika z niedokładności odczytu z małego wyświetlacza.

Schemat:

Bardzo fajny projekt. Pisanie że wartość użytkowa tego projektu jest zerowa, jest co najmniej nie na miejscu. Wszystko zależy do czego urządzenie ma być zastosowane i częstotliwość w żadnym wypadku nie może być wyznacznikiem użyteczności.

Ze swojej strony prosiłbym autora o informację czy da się ustawić poziom wyzwalania i jak jest rozwiązana synchronizacja.

Jakim cudem działa ci stabilnie Atmega32 przy 3,3V i dodatkowo napędzana jest kwarcem 16MHz? Czy gdzieś w opisie nie ma błędu?