پروژه تبدیل تلویزیون به اسیلوسکوپ با میکروکنترلر ARM

آیا می‌توان از یک تلویزیون قدیمی به‌عنوان اسیلوسکوپ استفاده کرد؟

بله! در این پروژه، یک تلویزیون CRT قدیمی به کمک یک میکروکنترلر ARM به نمایشگر یک اسیلوسکوپ تبدیل می‌شود. هسته اصلی مدار، میکروکنترلر LPC2138 است که وظیفه نمونه‌برداری از سیگنال ورودی، پردازش اطلاعات و تولید سیگنال مناسب برای نمایش روی تلویزیون را بر عهده دارد. این پروژه نمونه جالبی از ترکیب میکروکنترلر ARM، ADC، پردازش سیگنال و تولید سیگنال ویدئویی است و می‌تواند برای علاقه‌مندان به الکترونیک، میکروکنترلرها و سیستم‌های اندازه‌گیری آموزشی بسیار جذاب باشد.

ایده پروژه چیست؟

در یک اسیلوسکوپ معمولی، سیگنال الکتریکی ورودی دریافت شده و تغییرات ولتاژ آن نسبت به زمان روی صفحه نمایش داده می‌شود. در این پروژه نیز دقیقاً همین ایده دنبال می‌شود، اما به جای استفاده از نمایشگر اختصاصی اسیلوسکوپ، از یک تلویزیون CRT استفاده شده است.

ساختار کلی سیستم را می‌توان به شکل زیر در نظر گرفت:

سیگنال ورودی - مدار ورودی - ADC - LPC2138 - پردازش و تولید تصویر - خروجی TV - تلویزیون CRT

میکروکنترلر نمونه‌های دیجیتال سیگنال ورودی را دریافت می‌کند و بر اساس این نمونه‌ها، شکل موج موردنظر را روی صفحه تلویزیون ایجاد می‌کند.

میکروکنترلر LPC2138

قلب این پروژه LPC2138 از خانواده میکروکنترلرهای ARM7 است. LPC2138 علاوه بر واحد پردازشی ARM، دارای امکاناتی مانند ورودی‌های آنالوگ و مبدل ADC است که برای چنین پروژه‌ای بسیار مهم هستند. در این مدار، سیگنال ورودی به یکی از کانال‌های ADC متصل می‌شود و میکروکنترلر مقدار آن را به داده دیجیتال تبدیل می‌کند. سپس این داده‌ها برای ایجاد شکل موج روی نمایشگر استفاده می‌شوند.

بخش ورودی اسیلوسکوپ

در قسمت ورودی مدار، کانکتور J1 برای دریافت سیگنال مورد اندازه‌گیری قرار گرفته است. همچنین کلید AC/DC در مسیر ورودی قرار دارد. این قسمت به کاربر اجازه می‌دهد نوع کوپلینگ ورودی را انتخاب کند:

• DC Coupling برای مشاهده مؤلفه DC به همراه سیگنال

• AC Coupling برای حذف مؤلفه DC و مشاهده تغییرات AC

مدار همچنین دارای پتانسیومترهایی برای تنظیم سطح و شرایط سیگنال ورودی است.

مبدل آنالوگ به دیجیتال ADC

یکی از مهم‌ترین قسمت‌های پروژه، ADC یا Analog-to-Digital Converter است. تلویزیون و مدار دیجیتال نمی‌توانند مستقیماً شکل آنالوگ ورودی را به همان صورت پردازش کنند. بنابراین ابتدا ولتاژ ورودی در فواصل زمانی مشخص نمونه‌برداری می‌شود. این نمونه‌ها در اختیار میکروکنترلر قرار می‌گیرند و LPC2138 از آن‌ها برای بازسازی شکل موج استفاده می‌کند. هرچه نمونه‌برداری مناسب‌تر انجام شود، نمایش سیگنال نیز می‌تواند دقیق‌تر باشد.

مدار Trigger در اسیلوسکوپ

یکی دیگر از بخش‌های مهم این پروژه، Trigger است. اگر شکل موج بدون Trigger روی نمایشگر رسم شود، ممکن است تصویر موج دائماً روی صفحه حرکت کند و پایدار نباشد. در این مدار، ولوم Trigger Level برای تعیین سطح Trigger استفاده می‌شود. میکروکنترلر می‌تواند از یک نقطه مشخص از سیگنال شروع به نمایش نمونه‌ها کند تا شکل موج روی صفحه پایدارتر دیده شود. این بخش از پروژه درک بسیار خوبی از مفهوم Trigger در اسیلوسکوپ‌های واقعی ایجاد می‌کند.

تبدیل تلویزیون به نمایشگر اسیلوسکوپ

قسمت جذاب پروژه اینجاست. تلویزیون CRT معمولی برای نمایش تصویر، یک سیگنال ویدئویی استاندارد دریافت می‌کند. بنابراین میکروکنترلر باید اطلاعات شکل موج را به شکلی تولید کند که تلویزیون بتواند آن را نمایش دهد. در مدار، خروجی J2 با عنوان TV برای اتصال به تلویزیون در نظر گرفته شده است. همچنین مدار قابلیت انتخاب استاندارد PAL / NTSC را دارد. بنابراین LPC2138 تنها یک ADC ساده نیست؛ بلکه باید زمان‌بندی لازم برای تولید سیگنال ویدئویی را نیز مدیریت کند.

این پروژه چه چیزهایی به ما یاد می‌دهد؟

ساخت چنین پروژه‌ای می‌تواند چندین مفهوم مهم مهندسی را به‌صورت هم‌زمان آموزش دهد:

• مباحث میکروکنترلر

• معماری ARM7

• برنامه‌نویسی LPC2138

• GPIO

• ADC

• Timer و Interrupt

• مباحث الکترونیک

• مدارهای ورودی

• تقسیم ولتاژ

• فیلتر و کوپلینگ AC/DC

• Conditioning سیگنال

• تولید سیگنال

• پردازش سیگنال

• Sampling

• تبدیل Analog به Digital

• Triggering

• ذخیره نمونه‌ها

• بازسازی شکل موج

• سیستم‌های نمایش

• تولید سیگنال ویدئویی

• Timing

• استانداردهای PAL و NTSC

• ارسال خروجی به تلویزیون CRT

فایل پروژه تبدیل تلویزیون به اسیلوسکوپ

اگر به پروژه‌های ARM، میکروکنترلر، الکترونیک و تجهیزات اندازه‌گیری علاقه دارید، فایل‌های این پروژه می‌توانند نقطه شروع مناسبی برای مطالعه و پیاده‌سازی آن باشند. فایل پروژه برای دانلود در کانال تلگرام قرار گرفته است. برای دریافت فایل پروژه و مشاهده سایر پروژه‌های الکترونیکی، اینجا کلیک کنید.