arduinoで簡単オシロのご紹介

こんばんは．2020年４月期のアニメは期待作が無さそうに思っているヒラサカです．

いま、EZ-USBでDCCを実装中である．各部の波形をオシロで観測しつつ、DAC出力(Audio信号)もオシロで観測したい．するとオシロが１台じゃ足りない．USBオシロを買おうかなとAliexpressを探してみたりしたが、数千円の出費してまで欲しいわけでもない、購買意欲が微妙な状態だ．

そういう時にはArduinoで作ってしまえ、というわけで探したら良い物があったので以下にご紹介する．わたしは何も設計とかしてなくて、ただパクッて動かしてみただけだ．

こちらのページをパクらせてもらった．

Arduino 簡易オシロスコープ

同ページの下の方にDLリンクがあるのでDLする．

プログラムは２パートから成る．一つはArduinoに焼くオシロスコープ本体．もう一つはPC上で波形表示するプログラムである．

解凍してArduinoフォルダにコピーする．わたしの環境では、
C:\Users\hira\Documents\Arduino\oscilloscope

フォルダが２つある．ArduinoとProcessingという名前だ．ProcessingというのがPC波形表示プログラムであろうと想像がつく．

Processingフォルダを開くと、kit_scope.pdeというのだけしか入ってない．dataフォルダの下には画像ファイルがいるだけ．.pdeってなんなのさ？である．

ちなみにkit_scope.pdeにはこんなcodeが書かれている．
final OscConfigOne osccfg[] = {
  new OscConfigOne(0, 0,  1000,    1,  50, 50),
  new OscConfigOne(1, 0,  1000,    1,  20, 20),
  new OscConfigOne(2, 0,  1000,    1,  10, 10),
  new OscConfigOne(3, 0,  1000,    1,   5,  5),
};

調べたところ、.pdeというのは、javaで動くscript言語のようなものなんだってさ．そんなのがあるなんて知らなかったよ．

こちらからDLしてprocessing IDEをインストする．kit_scope.pdeをprocessing IDEで開けるようになればよし．初めて見る画面だが、Arduino IDEと色が違うだけでなんか似ている．

processing IDEの左上の再生ボタンを押すと、COM port scanを永久に続けるようだ．

お馴染みのArduino IDEも開く．kit_scope.inoをスケッチ開きして、プリント基板に焼く．

COM port scanしていたprocessingがオシロのArduinoを見つけ次第、画面はこのように切り替わり、音声信号が表示される．すげー便利．Alliexpressに注文して１ヶ月待たされなくてよかったよ．

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ソフトウエアの運用について述べたが、ハード面のことにはまだ触れていない．

AdruinoのADCは、０～5Vのダイナミックレンジがあるらしい．

わたしが観測したいのはdigital信号ではなく、audio信号なのでDC2.5Vを中心とした交流波形を観測したいわけなので、少し外付け回路が必要になる．こんな回路で、ADC入力をDC2.5Vに固定してやるといい．こうすれば2.5Vを中心に振れるAC波形を観測できる．
なお、A1,A2はArduinoのピン名である．

カップリングの0.1uFは1uF変更した．

←取り付けたCR

追記：
リアル世界の人から仕組みを質問されたので追記しとく．
「ArduinoとPCの接続形態、及びADCデータがどのような形で流れているのか？」

物理的な接続形態はUSBケーブルである．Arduinoは、FLASH焼きのためにUSBケーブルでPCと接続する．そのUSB接続がそのままオシロでも流用される．

PCからArduinoがどう見えるのか？ USBデバイスのCOM portに見える．Arduino基板上には、RS232-USB変換ICであるところの、FT232かそれに類するICが載っている．

したがって、PCとArduino間の通信プロトコルは、COM portによる9600bpsとか115200bpsのいつものアレである．FLASH焼きもオシロもCOMで通信する．オシロスコープでCOM portに流れているのはASCIIの電圧データっていうベタな仕様だよ．

かしこ