Osciloscópio DIY com Arduino Nano (10 Hz–50 kHz) e LCD 128×64
Componentes e Materiais
- Arduino Nano R3 × 1
- Capacitor 100 µF × 1
- LCD ST7920 128×64 × 1
- Potenciômetro rotativo (genérico) × 2
- Chave táctil momentânea × 3
Ferramentas Necessárias
- Ferro de solda
Aplicativos e Serviços Online
- Arduino IDE
Sobre este Projeto
Este projeto descreve como construir um osciloscópio simples com faixa de 10 Hz a 50 kHz. É uma faixa extremamente ampla, considerando que o dispositivo não usa conversor digital-analógico externo, apenas o Arduino.
O resultado é exibido em um LCD relativamente grande (ST7920) com resolução 128×64 pixels. A área de medição é 96×64 e a área de informação é 32×64, onde são mostrados frequência do sinal de teste, Vpp, etc.
É extremamente simples de construir e consiste em poucos componentes:
- Arduino Nano
- Display LCD ST7920 128×64
- Três chaves momentâneas
- Dois potenciômetros
- Um capacitor 100 µF
O dispositivo possui várias funções:
- Auto trigger (exibição muito estável)
- Velocidade de varredura: 0,02 ms/div ~ 10 ms/div, segundo escala 1-2-5 em nove níveis
- Função Hold: congela forma de onda e parâmetros
Este projeto foi publicado no blog de Wu Hanqing com o código original. Fiz alterações mínimas pois construí baseado no hardware de um projeto anterior. Como visto no vídeo, o instrumento tem visualização muito clara devido à tela grande e um auto trigger surpreendentemente bom. A posição vertical da imagem é ajustada com potenciômetro de 50 kΩ, e o contraste com 10 kΩ. Testado com gerador de sinais senoidal e retangular.
Embora não seja um instrumento profissional, ainda serve para fins educacionais ou em laboratório para testar sinais de baixa frequência, sendo muito fácil de fazer e extremamente barato.
Código
#include <U8glib.h>
U8GLIB_ST7920_128X64_4X u8g(6, 5, 4); // SCK, MOSI, CS
int Input = A0;
int Key_add = 8;
int Key_sub = 9;
int Key_hold = 10;
int x, y;
int i, i1, i2, V_min, V_max, V_mid, t, t0, t1, sta, Key = 1, hold = 0;
long Freq;
float Vpp;
int Y[96];
int Buffer[192];
// Bitmap para tela inicial (logo)
const uint8_t L[] PROGMEM = { /* dados do bitmap omitidos por brevidade */ };
void setup() {
pinMode(Key_add, INPUT); digitalWrite(Key_add, HIGH);
pinMode(Key_sub, INPUT); digitalWrite(Key_sub, HIGH);
pinMode(Key_hold, INPUT); digitalWrite(Key_hold, HIGH);
ADMUX = 0x60; // configuração ADC
ADCSRA = 0xe2; // ADC auto-trigger, prescaler
u8g.setFont(u8g_font_5x7);
u8g.firstPage();
do {
u8g.drawBitmapP(0, 0, 16, 64, L);
} while (u8g.nextPage());
delay(2000);
}
void loop() {
sample();
Measure();
Transform();
Key_scan();
if (hold == 0) {
u8g.firstPage();
do { draw(); } while (u8g.nextPage());
}
}
void sample() {
for (i = 0; i < 192; i++) {
Buffer[i] = ADCH;
switch (Key) {
case 1: break;
case 2: delayMicroseconds(4); break;
case 3: delayMicroseconds(10); break;
case 4: delayMicroseconds(23); break;
case 5: delayMicroseconds(60); break;
case 6: delayMicroseconds(123); break;
case 7: delayMicroseconds(248); break;
case 8: delayMicroseconds(623); break;
case 9: delayMicroseconds(1247); break;
default: break;
}
}
}
void Measure() {
V_max = Buffer[0]; V_min = Buffer[0];
for (i = 0; i < 192; i++) {
if (Buffer[i] > V_max) V_max = Buffer[i];
if (Buffer[i] < V_min) V_min = Buffer[i];
}
V_mid = (V_max + V_min) / 2;
Vpp = (V_max - V_min) * 5.0 / 255.0;
// detecção de cruzamento por zero para frequência
for (i = 0; i < 97; i++) {
if (Buffer[i] < V_mid && Buffer[i+1] >= V_mid) { i1 = i; break; }
}
for (i = i1 + 1; i < 98 + i1; i++) {
if (Buffer[i] < V_mid && Buffer[i+1] >= V_mid) { i2 = i; break; }
}
t = i2 - i1;
if (t > 0) Freq = 8000 / t; else Freq = 0;
}
void Transform() {
for (sta = 0; sta < 96; sta++) {
if (Buffer[sta] < 128 && Buffer[sta+2] > 128) break;
}
for (i = 0; i < 96; i++) Y[i] = 63 - (Buffer[i+sta] >> 2);
}
void draw() {
// desenha forma de onda
for (x = 0; x < 95; x++) u8g.drawLine(x, Y[x], x, Y[x+1]);
// moldura e grade
u8g.drawFrame(0, 0, 97, 64);
u8g.drawLine(48, 0, 48, 63); // centro vertical
u8g.drawLine(0, 32, 96, 32); // centro horizontal
for (x = 0; x < 96; x += 8) u8g.drawLine(x, 31, x, 33);
for (y = 0; y < 64; y += 8) u8g.drawLine(47, y, 49, y);
for (x = 8; x < 96; x += 8)
for (y = 8; y < 64; y += 8)
u8g.drawPixel(x, y);
// painel de informações (lado direito)
u8g.drawStr(98, 7, "MS/div");
u8g.drawStr(98, 23, "V/div");
u8g.drawStr(98, 30, "0.324");
u8g.drawStr(98, 40, "Vpp");
u8g.setPrintPos(98, 47); u8g.print(Vpp); u8g.drawStr(118, 47, "V");
u8g.drawStr(98, 55, "F(HZ)");
switch (Key) {
case 1: u8g.drawStr(98, 14, "0.02"); u8g.setPrintPos(98, 62); u8g.print(Freq * 50); break;
case 2: u8g.drawStr(98, 14, "0.05"); u8g.setPrintPos(98, 62); u8g.print(Freq * 20); break;
case 3: u8g.drawStr(98, 14, "0.1"); u8g.setPrintPos(98, 62); u8g.print(Freq * 10); break;
case 4: u8g.drawStr(98, 14, "0.2"); u8g.setPrintPos(98, 62); u8g.print(Freq * 5); break;
case 5: u8g.drawStr(98, 14, "0.5"); u8g.setPrintPos(98, 62); u8g.print(Freq * 2); break;
case 6: u8g.drawStr(98, 14, "1"); u8g.setPrintPos(98, 62); u8g.print(Freq); break;
case 7: u8g.drawStr(98, 14, "2"); u8g.setPrintPos(98, 62); u8g.print(Freq / 2); break;
case 8: u8g.drawStr(98, 14, "5"); u8g.setPrintPos(98, 62); u8g.print(Freq / 5); break;
case 9: u8g.drawStr(98, 14, "10"); u8g.setPrintPos(98, 62); u8g.print(Freq / 10); break;
default: break;
}
}
void Key_scan() {
if (digitalRead(Key_add) == LOW) {
while (digitalRead(Key_add) == LOW); Key++; if (Key == 10) Key = 9; delay(10);
}
if (digitalRead(Key_sub) == LOW) {
while (digitalRead(Key_sub) == LOW); Key--; if (Key == 0) Key = 1; delay(10);
}
if (digitalRead(Key_hold) == LOW) {
while (digitalRead(Key_hold) == LOW); hold = ~hold; delay(10);
}
}
Esquemático
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