基于樹莓派Pico和Scoppy實(shí)現(xiàn)200kHz示波器

MAKER:sainisagar7294／譯：趣無盡

大家好！你一定知道，示波器是每個(gè)電子系學(xué)生或業(yè)余愛好者的必備品。為了節(jié)省成本，我建議使用手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備作為示波器。

由于不能把信號(hào)直接傳輸?shù)绞謾C(jī)上，所以我們使用樹莓派 Pico 來中轉(zhuǎn)信號(hào)。我們使用 USB 接口來傳輸數(shù)據(jù)，這樣能形成更好的波形。下面請(qǐng)跟著我的步伐一起來完成這個(gè)項(xiàng)目吧！

注：本項(xiàng)目?jī)H用于教育目的，只是一個(gè)讓你深入了解樹莓派 Pico 功能的項(xiàng)目，它只能測(cè)量較小的信號(hào)，因此我并不建議將其用于商業(yè)目的。

特性

– 200 kHz 帶寬
– 雙通道支持
– 500KS/s 采樣率
– 掃描速率：5 μs ～ 20 s
– 精度：±10％
– 板載 1kHz 波
– 低功耗
– USB 接口

組件清單

– 智能手機(jī)（作為示波器的屏幕） × 1
– 樹莓派 Pico × 1
– 1kΩ、100kΩ 電阻 × 1
– 面包板、跳線和 USB 數(shù)據(jù)線 × 1
– PCB 板和焊接設(shè)備（可選） × 1
– OTG 線 × 1

樹莓派 Pico 簡(jiǎn)介

樹莓派 Pico 采用 RP2040 ARM Cortex-M0 雙核處理器，頻率可靈活調(diào)整至 133 MHz。它擁有 264 KB 靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM），共提供了 26 個(gè) GPIO 引腳，其中 3 個(gè)為模擬引腳。

此外，該微控制器還配備有 2 個(gè)UART、2 個(gè) SPI、2 個(gè) I2C 和 16 個(gè) PWM 通道，并內(nèi)置時(shí)鐘和溫度傳感器。其供電電壓范圍為 1.8 V ～ 5.5 V。

引腳排列

如圖所示

刷寫固件

首先，把樹莓派 Pico 連上電腦，然后按住引導(dǎo)按鈕開機(jī)。這時(shí)資源管理器會(huì)出現(xiàn)一個(gè)名為“RPI-RP2”的磁盤。你只需在 https://github.com/fhdm-dev/scpdl1/raw/master/a/v15/scoppy-pico-v15.uf2

下載固件（`uf2` 格式），并將其復(fù)制到樹莓派 Pico 的磁盤中。當(dāng)你看到板載指示燈開始閃爍，就表明完成了。

電路圖

如圖所示，GPIO26 是通道 1，而 GPIO27 是通道 2。向任意通道提供 0 ～ +3 V 信號(hào)，并將該信號(hào)的 GND 接到樹莓派的 GND 接口上，再通過 USB 接口連接手機(jī)即可完成所有連接。

對(duì)于高電壓，我們可以在通道引腳上添加一個(gè)100 kΩ 電阻。如果需要測(cè)量負(fù)電壓和信號(hào)（例如 -3.3 V ～ +3.3 V），你可以使用 1.3 V 電阻在 3.3 V 和地之間組成電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，這樣就可以完美地完成相關(guān)工作了。

示波器屏幕

為了方便使用，我們提供了一個(gè)專用的 App 來顯示樹莓派 Pico 收到的波形和信號(hào)。我們把它命名為 `Scoppy`，每個(gè)人都可以免費(fèi)使用它。通過此 App，你可以訪問第一個(gè)通道，但第二個(gè)通道需要付費(fèi)才能使用。

這個(gè) App 擁有易于使用的用戶界面，我相信這一定能為分析波形帶來便利。我們可以調(diào)整波在 X-Y 方向上的位置，也可以增加或減少每個(gè)區(qū)域的時(shí)間或電壓。此 App 可以在安卓手機(jī)上運(yùn)行，最低系統(tǒng)要求為 Android 5.0。

其他特性

本 App 提供了一個(gè)占空比為 50% 的正弦 50Hz 演示信號(hào)，用于檢查通道或進(jìn)行校準(zhǔn)。

此外，左下角顯示信號(hào)的實(shí)時(shí)值，包括電壓、頻率、時(shí)間和占空比。

另外，本 App 還具有信號(hào)發(fā)生器和邏輯分析儀功能，這些功能為你免費(fèi)提供。請(qǐng)注意，信號(hào)發(fā)生器僅支持 1.25MHz 頻率范圍內(nèi)的正弦波和方波。

連接手機(jī)

由于樹莓派 Pico 有 Micro USB 接口，而手機(jī)并沒有標(biāo)準(zhǔn) USB 接口，所以我們需要借助 OTG 線來連接樹莓派和手機(jī)。連上后，選擇“USB”作為信號(hào)的輸入源。

示波器測(cè)試

這里我測(cè)試一些信號(hào)，如圖所示，它能顯示高達(dá) 100MHz 的波形。借助這個(gè) App，我們可以測(cè)量高達(dá)250KHz的信號(hào)的頻率和占空比。

我們 DIY 的示波器雖然無法處理更高頻率的信號(hào)，但出于成本考慮，我覺得它還是不錯(cuò)的。

若要了解更多細(xì)節(jié)，請(qǐng)查看本項(xiàng)目的 GitHub 頁(yè)面：
https://github.com/fhdm-dev/scoppy/

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