用 Arduino Nano 和 Nokia 5110 LCD 自制 20kHz 示波器：简易 DIY 指南

组件与物料

所需工具

• 电烙铁
• 无铅焊锡丝

应用与在线服务

• Arduino IDE

项目简介

本项目教你制作一个简单的 Arduino 示波器，最大显示频率 20 kHz，最大输入电压 5V (不加分压器时)。

示波器通过四个按键控制：

• HOLD 键：冻结当前波形
• 同步键：设置触发电平
• “+” 和 “-” 键：控制扫描速度、同步电平，并在 HOLD 模式下移动波形

Nokia 5110 屏幕上：垂直每格 1V，水平每格对应扫描分辨率，可选值：0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0 ms。扫描值在左上角显示。触发电平在屏幕左侧显示为小条，触发电压值在右上角显示。项目详情见 arduino.ru 页面。

器件极其简单，仅包含：

• Arduino Nano 单片机
• Nokia N5110 LCD 显示屏
• 四个按键
• 四个下拉电阻
• 输入插孔
• 电源开关和指示灯

已用正弦波和方波发生器测试。虽非专业仪器，但可用于教学或实验室测试低频信号，优点是制作简单、成本极低。

最终装入 PVC 盒子，表面贴自粘壁纸。

代码

Arduino 代码 (C/C++)

#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_PCD8544.h>
#include <SPI.h>

Adafruit_PCD8544 display = Adafruit_PCD8544(7, 6, 5, 4, 3); // CLK, DIN, DC, CE, RST
// VCC +3.3V, BL 通过 200Ω 接 3.3V

int izm, x, y, u, i2, zz, hold, h0, h1, h2, raz = 0, menu, sss = 512, u_dig;
unsigned int data[168];
unsigned long time, times;
float per;
byte i;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  display.begin();
  display.clearDisplay();
  display.display();
  display.setContrast(40);
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(BLACK);
  pinMode(10, INPUT); // +
  pinMode(11, INPUT); // -
  pinMode(12, INPUT); // hold
  pinMode(13, INPUT); // 同步
  ADMUX = 0b01000000; // 10位 A0
  ADCSRA = 0b11110010; // CLK/4
  analogWrite(9, 127); // PWM 输出
}

void loop() {
  // 按键控制
  if (menu == 0) {
    if (digitalRead(10) == HIGH) {
      if (hold == 0) raz++;
      if (hold == 1) i2++;
      delay(100);
    }
    if (digitalRead(11) == HIGH) {
      if (hold == 0) raz--;
      if (hold == 1 && hold > 0) i2--;
      delay(100);
    }
  }
  if (digitalRead(12) == HIGH) { hold++; i2 = 0; delay(100); }
  if (digitalRead(13) == HIGH) { menu++; delay(100); }
  if (hold > 1) hold = 0;
  if (menu > 1 || menu < 0) menu = 0;
  if (raz <= 0) raz = 0;
  if (raz > 8) raz = 8;

  if (menu == 1) {
    hold = 0;
    if (digitalRead(10) == HIGH) { sss += 24; delay(100); }
    if (digitalRead(11) == HIGH) { sss -= 24; delay(100); }
    if (sss > 1023) sss = 1023;
    if (sss < 0) sss = 0;
  }

  display.setCursor(0, 0);

  // 扫描时间校准 (由信号发生器标定)
  if (raz == 0) { zz = 1; h2 = 2; per = 0.1; }
  if (raz == 1) { zz = 1; h2 = 1; per = 0.2; }
  if (raz == 2) { zz = 12; h2 = 1; per = 0.5; }
  if (raz == 3) { zz = 32; h2 = 1; per = 1; }
  if (raz == 4) { zz = 75; h2 = 1; per = 2; }
  if (raz == 5) { zz = 200; h2 = 1; per = 5; }
  if (raz == 6) { zz = 380; h2 = 1; per = 10; }
  if (raz == 7) { zz = 750; h2 = 1; per = 20; }
  if (raz == 8) { zz = 1900; h2 = 1; per = 50; }

  // 采样与显示
  if (hold == 0 && millis() - time > 0) {
    ads();
    while (izm < sss) { ads(); h0++; if (h0 > 5000) break; }
    h0 = 0;
    times = micros();
    while (i < 167) {
      i++;
      delayMicroseconds(zz);
      ads();
      data[i] = izm;
    }
    i = 0;
    times = micros() - times;
    Serial.println(times);
  }

  // 显示输出
  if (millis() - time > 100) {
    display.clearDisplay();
    if (sss < 204 && sss > 100) { u_dig = 10; display.setCursor(0, 40); display.print("0.4V"); }
    else if (sss < 100) { u_dig = 5; display.setCursor(0, 40); display.print("0.2V"); }
    else { u_dig = 25; }

    display.setCursor(0, 0);
    while (i < 167) {
      i++;
      setka();
      display.drawLine(i * h2 - i2, 47 - data[i] / u_dig, i * h2 - i2 + h2 - 1, 47 - data[i + 1] / u_dig, BLACK);
    }
    i = 0;
    display.print(per, 1); display.print(" mS ");
    if (menu == 0) {
      if (hold == 1) display.print("HOLD ");
      else display.print("AUTO ");
    }
    if (menu == 1) {
      display.print(sss / 200.0, 1); display.print(" V ");
      display.drawLine(0, 48 - sss / u_dig, 4, 48 - sss / u_dig, BLACK);
    }
    time = millis();
  }
  display.display();
}

void ads() {
  // 10位 ADC 读取
  do { ADCSRA |= (1 << ADSC); } while ((ADCSRA & (1 << ADIF)) == 0);
  izm = (ADCL | ADCH << 8);
}

void setka() {
  for (y = 8; y < 47; y += 8) {
    for (x = 0; x < 83; x += 4) display.drawPixel(x, y, BLACK);
  }
  for (x = 0; x < 83; x += 26) {
    for (y = 10; y < 47; y += 4) display.drawPixel(x, y, BLACK);
  }
}

原理图