基于树莓派Pico和Scoppy实现200kHz示波器

MAKER:sainisagar7294／译：趣无尽

大家好！你一定知道，示波器是每个电子系学生或业余爱好者的必备品。为了节省成本，我建议使用手机等移动设备作为示波器。

由于不能把信号直接传输到手机上，所以我们使用树莓派 Pico 来中转信号。我们使用 USB 接口来传输数据，这样能形成更好的波形。下面请跟着我的步伐一起来完成这个项目吧！

注：本项目仅用于教育目的，只是一个让你深入了解树莓派 Pico 功能的项目，它只能测量较小的信号，因此我并不建议将其用于商业目的。

特性

– 200 kHz 带宽
– 双通道支持
– 500KS/s 采样率
– 扫描速率：5 μs ～ 20 s
– 精度：±10％
– 板载 1kHz 波
– 低功耗
– USB 接口

组件清单

– 智能手机（作为示波器的屏幕） × 1
– 树莓派 Pico × 1
– 1kΩ、100kΩ 电阻 × 1
– 面包板、跳线和 USB 数据线 × 1
– PCB 板和焊接设备（可选） × 1
– OTG 线 × 1

树莓派 Pico 简介

树莓派 Pico 采用 RP2040 ARM Cortex-M0 双核处理器，频率可灵活调整至 133 MHz。它拥有 264 KB 静态随机存取存储器（SRAM），共提供了 26 个 GPIO 引脚，其中 3 个为模拟引脚。

此外，该微控制器还配备有 2 个UART、2 个 SPI、2 个 I2C 和 16 个 PWM 通道，并内置时钟和温度传感器。其供电电压范围为 1.8 V ～ 5.5 V。

引脚排列

如图所示

刷写固件

首先，把树莓派 Pico 连上电脑，然后按住引导按钮开机。这时资源管理器会出现一个名为“RPI-RP2”的磁盘。你只需在 https://github.com/fhdm-dev/scpdl1/raw/master/a/v15/scoppy-pico-v15.uf2

下载固件（`uf2` 格式），并将其复制到树莓派 Pico 的磁盘中。当你看到板载指示灯开始闪烁，就表明完成了。

电路图

如图所示，GPIO26 是通道 1，而 GPIO27 是通道 2。向任意通道提供 0 ～ +3 V 信号，并将该信号的 GND 接到树莓派的 GND 接口上，再通过 USB 接口连接手机即可完成所有连接。

对于高电压，我们可以在通道引脚上添加一个100 kΩ 电阻。如果需要测量负电压和信号（例如 -3.3 V ～ +3.3 V），你可以使用 1.3 V 电阻在 3.3 V 和地之间组成电阻分压网络，这样就可以完美地完成相关工作了。

示波器屏幕

为了方便使用，我们提供了一个专用的 App 来显示树莓派 Pico 收到的波形和信号。我们把它命名为 `Scoppy`，每个人都可以免费使用它。通过此 App，你可以访问第一个通道，但第二个通道需要付费才能使用。

这个 App 拥有易于使用的用户界面，我相信这一定能为分析波形带来便利。我们可以调整波在 X-Y 方向上的位置，也可以增加或减少每个区域的时间或电压。此 App 可以在安卓手机上运行，最低系统要求为 Android 5.0。

其他特性

本 App 提供了一个占空比为 50% 的正弦 50Hz 演示信号，用于检查通道或进行校准。

此外，左下角显示信号的实时值，包括电压、频率、时间和占空比。

另外，本 App 还具有信号发生器和逻辑分析仪功能，这些功能为你免费提供。请注意，信号发生器仅支持 1.25MHz 频率范围内的正弦波和方波。

连接手机

由于树莓派 Pico 有 Micro USB 接口，而手机并没有标准 USB 接口，所以我们需要借助 OTG 线来连接树莓派和手机。连上后，选择“USB”作为信号的输入源。

示波器测试

这里我测试一些信号，如图所示，它能显示高达 100MHz 的波形。借助这个 App，我们可以测量高达250KHz的信号的频率和占空比。

我们 DIY 的示波器虽然无法处理更高频率的信号，但出于成本考虑，我觉得它还是不错的。

若要了解更多细节，请查看本项目的 GitHub 页面：
https://github.com/fhdm-dev/scoppy/

扩展板

审核编辑：汤梓红