Construire un oscilloscope avec Raspberry Pi Pico

Si vous êtes passionné par les projets électroniques, ce n’est qu’une question de temps avant que vous ne réalisiez à quel point un oscilloscope peut être utile. Cependant, les oscilloscopes peuvent être d’un coût prohibitif pour quelqu’un qui débute avec PWM et l’analyse de la logique numérique.

La bonne nouvelle est que vous pouvez construire votre propre oscilloscope 200kHz à bas prix avec une carte de microcontrôleur Raspberry Pi Pico et le logiciel gratuit Scoppy.

Que peut-on faire avec un oscilloscope Pi Pico ?

Le produit que vous allez fabriquer est un oscilloscope basse fréquence qui peut mesurer des tensions allant jusqu’à 3,3V. Bien que ce ne soit pas beaucoup, tant que votre projet ne dépasse pas la limite des capacités du Pi Pico, vous pouvez toujours utiliser cet oscilloscope pour des projets impliquant la modulation de largeur d’impulsion (PWM), la caractérisation des capteurs, l’analyse de la logique numérique et l’électronique audio.

Bien qu’il s’agisse avant tout d’un oscilloscope, cet appareil de bricolage est également doté d’autres fonctionnalités telles qu’un analyseur logique ! Cela signifie que vous pouvez également l’utiliser comme outil d’apprentissage pour mieux comprendre les différents protocoles de communication et expérimenter la modulation de largeur d’onde et l’électronique de faible puissance.

Ce dont vous aurez besoin

Comme il existe de nombreuses façons d’améliorer ce projet, nous allons simplement vous montrer comment fabriquer l’oscilloscope de base lui-même. Voici les éléments dont vous aurez besoin :

Article

Quantité

Raspberry Pi Pico / Pico W

1

Smartphone Android (Android 6.0 et plus)

1

Adaptateur USB OTG

1

Câble USB (Type-A vers micro-USB)

1

Résistances de 1 kΩ

2

Résistance de 100 kΩ

1

Planche à pain

1

Fils de connexion (mâle-mâle)

2

Vous pouvez également échanger quelques éléments en fonction de vos préférences. Vous pouvez utiliser des pinces crocodiles à la place des fils de connexion si vous préférez clipser les choses lorsque vous sondez un circuit. Vous pouvez utiliser un protoboard pour souder tous les composants ensemble afin de créer un oscilloscope plus permanent. Et si vous avez un Raspberry Pi Pico W, vous pouvez l’utiliser à la place du Pi Pico ordinaire.

La fabrication de cet oscilloscope Raspberry Pi Pico est très simple et se fait en quatre étapes.

Voir aussi :  6 Steps to Prepare Your Raspberry Pi for the Outdoors

Étape 1 : Installation de l’application Scoppy Android

Tout d’abord, vous voudrez télécharger et installer l’application Scoppy pour votre téléphone ou tablette Android. Celle-ci est utilisée pour afficher l’interface graphique de l’oscilloscope.

Télécharger : Scoppy (Gratuit)

Étape 2 : Installation du micrologiciel Scoppy Pico

Téléchargez le micrologiciel correspondant au type de Raspberry Pi Pico que vous prévoyez d’utiliser : le Pico normal ou le Pico W avec connectivité sans fil.

Télécharger : Scoppy Pi Pico (Gratuit)

Télécharger : Scoppy Pi Pico W (Gratuit)

Une fois que vous avez téléchargé le micrologiciel approprié, appuyez sur le bouton BOOTSEL du Pi Pico et maintenez-le enfoncé, puis connectez-le à votre ordinateur à l’aide du câble USB et relâchez le bouton. Le Pico devrait alors être détecté en tant que périphérique USB de stockage de masse.

Copiez maintenant le fichier .uf2 que vous venez de télécharger et placez-le sur le périphérique de stockage de masse du Pico. Pendant le transfert, la DEL intégrée du Pi Pico doit clignoter. Cela indique que le fichier est en train d’être transféré de l’ordinateur vers votre Pico

Étape 3 : ajouter une résistance de limitation de courant

Cette étape n’est pas nécessaire pour que l’oscilloscope Pico fonctionne, mais elle garantira que la carte est protégée au cas où vous sonderiez des tensions supérieures à la limite de 3,3 V. Nous avons décidé d’ajouter cette étape à la construction de base.

Pour un montage temporaire, fixez les broches GND, 3,3V et GP26 de la Pico à la planche à pain à l’aide de têtes de broches mâles droites.

Vous pouvez utiliser les deux fils de liaison mâle-mâle comme sondes, où la GND se connecte à la terre, et la broche GP26 se connecte à la sortie du signal du circuit électronique que vous voulez tester.

Étape 4 : connecter le Raspberry Pi Pico à l’appareil Android

Un téléphone ou une tablette Android est nécessaire pour fournir une interface utilisateur graphique (GUI) à l’oscilloscope Raspberry Pi Pico. Pour le connecter, vous devrez utiliser un appareil Android fonctionnant sous Android 6.0 ou supérieur et disposant d’une prise en charge USB OTG.

Une fois que vous avez connecté votre smartphone à la carte Pico configurée via USB, ouvrez l’application Scoppy sur le téléphone et sélectionnez Autoriser à l’invite qui vous demande la permission d’utiliser le périphérique USB avec l’application Scoppy.

Voir aussi :  Les 6 meilleurs microcontrôleurs alternatifs à Arduino

Félicitations ! Vous avez configuré avec succès l’oscilloscope basé sur Pico.

Comment utiliser Scoppy

Ce qui distingue cet oscilloscope des autres oscilloscopes préconstruits bon marché que vous pouvez trouver en ligne, c’est la belle interface graphique qu’un smartphone offre à l’utilisateur.

Bien que l’interface soit assez intuitive, elle peut encore être intimidante pour les personnes qui apprennent à utiliser un oscilloscope. Pour vous aider à utiliser les options du menu Scoppy, voici les principaux contrôles et paramètres que vous devez connaître :

Contrôles horizontaux et verticaux

Contrôle

Fonction

TEMPS/DIV

Échelle horizontale. Règle la base de temps d’échantillonnage du signal en millisecondes par division.

POSITION (Horizontale)

Déplace la forme d’onde vers la gauche et la droite pour prévisualiser les sections échantillonnées avec des horodatages.

VOLTS/DIV

Échelle verticale. Effectue un zoom avant et arrière sur la forme d’onde pour ajuster la taille de l’amplitude du signal.

POSITION (Verticale)

Déplace la forme d’onde vers le haut et le bas de l’écran.

Commandes de déclenchement

Contrôle

Fonction

OFF

Aucun déclenchement n’est utilisé ; les formes d’onde sont affichées sans aucune synchronisation avec un point spécifique d’un signal.

AUTO

Ajuste automatiquement le déclenchement pour capturer et afficher une forme d’onde stable.

NORM

Attend qu’un événement de déclenchement se produise avant de capturer la forme d’onde spécifique.

BORD ASCENDANT

Capture la forme d’onde lorsque le signal d’entrée passe d’une tension inférieure à une tension supérieure.

BORD DESCENDANT

Capture la forme d’onde lorsque le signal d’entrée passe d’une tension plus élevée à une tension plus faible.

Pour tester l’oscilloscope, vous pouvez placer la sonde de masse sur la connexion de masse d’un circuit et la sonde de signal sur le nœud à partir duquel vous essayez de capturer le signal. Assurez-vous que le circuit utilise moins de 3,3 V.

Si vous ne disposez pas d’un circuit pour tester l’oscilloscope, vous pouvez visualiser les signaux de test sur la carte Pico : il suffit de connecter la sonde de signal à la broche GP22 de la Pico et la sonde de masse à une broche GND de la carte.

Voir aussi :  Comment construire des interrupteurs intelligents DIY compatibles avec Alexa pour la domotique.

Si l’oscilloscope affiche une onde carrée de 1 kHz avec un rapport cyclique de 50 %, votre oscilloscope Raspberry Pi Pico fonctionne comme prévu et est prêt à être utilisé pour vos projets électroniques !

Limites

Le projet Scoppy a été développé pour fournir aux novices en électronique et aux amateurs un oscilloscope et un analyseur logique bon marché pour apprendre et créer des projets à basse fréquence. Ce qui permet à cet oscilloscope d’être ultra bon marché est l’utilisation d’un smartphone que la plupart des gens possèdent déjà et d’un microcontrôleur à 4 $.

Bien sûr, le Raspberry Pi Pico est un facteur limitant important pour cet oscilloscope, car il ne peut gérer que jusqu’à 3,3 V à des fréquences de 200 kHz avec un taux d’échantillonnage de 500 kS/s. Cela limite l’oscilloscope aux projets électroniques de faible puissance et de basse fréquence. Quant à l’analyseur logique, il est limité à huit voies, chacune avec un taux d’échantillonnage maximal de 25MS/s.

Mais même avec ces limitations, il existe de nombreux projets que vous pouvez réaliser et, je l’espère, apprendre en utilisant cet oscilloscope bon marché et facile à assembler basé sur le Pico.

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Comment faire un oscilloscope avec un Raspberry Pi Pico ?

Oscilloscope DIY SmartPhone avec Raspberry Pi Pico

  • Installer l’application Scoppy Android.
  • Installez le firmware sur votre Pico.
  • Connectez le Pico à votre téléphone/tablette.
  • Démarrez la disquette.
  • Écran de l’oscilloscope et interfaces.
  • Assemblage du matériel.
  • Test des signaux externes.
  • Mesure des signaux haute tension.

Quelle est la fréquence d’échantillonnage du Raspberry Pi Pico ?

Le microcontrôleur RP2040 fonctionne sur une fréquence d’horloge de 48MHZ qui provient de la PLL USB. Ainsi, son ADC a besoin d’un cycle d’horloge CPU de 96 pour effectuer une conversion. Par conséquent, la fréquence d’échantillonnage est de (96 x 1 / 48MHz) = 2 μs par échantillon (500kS/s).

Le Raspberry Pi Pico peut-il fonctionner de manière indépendante ?

Si vous souhaitez faire fonctionner votre Raspberry Pi Pico sans qu’il soit relié à un ordinateur, vous devez utiliser une alimentation électrique USB. Les tensions de fonctionnement sûres sont comprises entre 1,8V et 5,5V.

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