Qu'est-ce qu'un Oscilloscope ? Comment le choisir ? Comment l'utiliser sur Arduino ?

Introduction

Dans ce cours on va voir comment on peut utiliser un oscilloscope avec Arduino et dans quel cas il peut vous aider à créer votre circuit.

Qu'est-ce qu'un oscillocope ?

Un oscilloscope est un instrument de mesure destiné à visualiser un signal électrique au cours du temps. Il est utilisé afin de visualiser des tensions électriques. La courbe de rendu d’un oscilloscope est appelée oscillogramme.

Un oscilloscope est livré avec des sondes qui permettent de mesurer des endroits précis de votre circuit électronique.

Une sonde est composée d’une masse et d’une probe pour la mesure.

Cette sonde est très importante car elle possède une fréquence maximum d’utilisation qui doit correspondre à celle de votre oscilloscope afin de pouvoir l’utiliser à son plein potentiel.

Les différents types d'oscilloscope

Il existe deux types d’oscilloscopes : analogique et numérique.

Oscilloscope Analogique

Les oscilloscopes analogiques utilisent directement la tension d’entrée pour produire l’analyse sur l’écran. Ce type d’appareil est en voie d’obsolescence car il ne permet généralement que l’observation de tensions périodiques.

De plus il ne possède pas de mémoire et ne peut faire des traitements sur la courbe obtenue comme peut le faire un oscilloscope numérique.

Il est de plus en plus remplacé par les oscilloscopes numériques.

Oscilloscope Numérique

Les oscilloscopes numériques tranforment la tension d’entrée en nombre. L’affichage est reconstruit après coup.

Sur un oscilloscope numérique, le signal à visualiser est préalablement numérisé par un convertisseur analogique-numérique. La capacité de l’appareil à afficher un signal de fréquence élevée sans distorsion dépend de la qualité de cette interface.

Les principales caractéristiques à prendre en compte sur un oscilloscope numérique sont :

la résolution du convertisseur analogique-numérique
La fréquence d’échantillonnage en Mégahertz ou GigaHertz.
La taille de la mémoire mémoire

Pour acheter un oscilloscope numérique, vous avez plusieurs marque : Rigol, siglent, hantek…

Oscilloscope numérique miniaturisé !

L’informatique a permis la miniaturisation des oscilloscopes. Certains modèles ont un affichages directement sur l’ordinateur ce qui permet d’être encore plus petit et moins chère.

Cet oscillosocope peut-être très pratique pour une utilisation sur Arduino car il est peu chère et assez adapté pour ce type de projets. Si vous souhaitez avoir un oscillocope à bas coût et de bonne qualité pour débuter, celui sera parfait !

Vous pouvez l’acheter ici pour une quinzaine d’euros

Quel est l’avantage du numérique par rapport à l’analogique ?

Un oscilloscope numerique peut faire beaucoup plus de chose qu’un oscilloscope analogique.

Grace à la memoire de l’oscilloscope numérique, celui peut les signaux mesurés et possede des outils d’analyse et de traitement qui permettent d’obtenir de nombreuses caractéristiques du signal observé :

Mesure des caractéristiques du signal : valeur de crête, valeur efficace, période, fréquence
Transformation rapide de Fourier qui permet d’obtenir le spectre du signal ;
Filtres perfectionnés qui, appliqués à ce signal numérique, permettent d’accroître la visibilité de détails ;
Décodage de signaux numériques: LIN, CAN, USB

Les oscilloscopes numériques ont désormais complètement dépassé ceux analogiques, grâce à leur plus grande portabilité, une plus grande facilité d’utilisation et, surtout, leur coût réduit.

Utilisation d’un oscilloscope avec une carte Arduino

Ce n’est pas dans tous les projets que vous utiliserez un oscilloscope avec une Carte Arduino. En effet, le but de la carte Arduino est de simplifier l’utilisation de l’électronique, afin de rendre accessible la création de projet électronique à des gens dont ce n’est pas forcément leurs formations.

De plus un oscilloscope n’est pas un outil de mesure simple à utiliser pour les débutants.
La plupart des personnes préfèrent debugger avec le moniteur serie avec des “print”. Néanmoins l’oscilloscope peut vous être utile pour savoir si une tension est à 0 ou 1 ou bien si le signal obtenu est celui souhaité, comme lors d’un signal pwm.

Dans ce cours on va voir comme lire des signaux sur la carte Arduino depuis deux types d’oscilloscopes: celui miniaturisé que l’on peut lire sur l’ordinateur et un oscilloscope numérique.

Quel est l’avantage du numérique par rapport à l’analogique ?

Si vous souhaitez un oscilloscope seulement pour de l’arduino, on vous conseille l’oscilloscope miniaturisé. Il est peu cher par rapport aux autres oscilloscopes et permet de visualiser les signaux venant de votre carte arduino.

Circuit Arduino

Pour pouvoir lire la valeur d’une broche, on va envoyer un programme sur la carte Arduino.

Ici on a choisit de d’allumer la broche 5 à l’état haut de la carte et de mettre un signal PWM sur la broche 11 avec signal carré.
Voici le programme :

int Broche_pwm = 11;  // Broche avec le pwm
int Broche = 5;  // Broche a etat haut

void setup() {
  // On met les deux signaux en sortie
    pinMode(Broche_pwm, OUTPUT); 
    pinMode(Broche, OUTPUT);
    digitalWrite(Broche,HIGH); // On allume la pin 5
}

void loop() {
// On fait clignoter la pin 11.
digitalWrite(Broche_pwm,HIGH); 
delay(100); 
digitalWrite(Broche_pwm,LOW); 
delay(100); 
}

Visualisation sur l'oscilloscope numérique

On va maintenant voir comment lire ces signaux sur un oscilloscope numérique. Pour cela on branche nos sondes sur le pin 5 et sur le pin GND de la carte Arduino.

Voici la pin 5 de l’arduino sur l’oscilloscope. Ici on peut voir que la broche est bien à 5V ( 4.96V) :

Ici on peut voir la broche PWM de l’arduino sur l’oscilloscope :

Visualisation sur l'oscilloscope numérique miniaturisé

Pour l’utiliser, on a besoin de télécharger le logiciel PulseView, qui va permettre de recevoir le signal. Vous pouvez le télécharger sur ce site. en choisissant pulseview 32 ou 64 bits. Le logiciel existe aussi sur mac et linux :

Une fois téléchargé, voici ce que l’on obtient :

Connection à l'oscilloscope miniaturisé

On va maintenant voir comment retrouver votre analyseur sur Pulseview. Pour cela vous devez retrouver le nom de celui-ci.

En cliquant sur demo-device puis connect to device, on vous arrivez sur cette fenêtre :

Dans le carré rouge : Vous devez choisir un des drivers disponible par rapport à votre analyseur. Si vous avez acheté celui que l’on vous a proposé plus tôt c’est le fx2lafw.