Двоканальна осцилографічна приставка до ПК. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Двоканальна осцилографічна приставка до ПК. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Комп'ютери

Коментарі до статті

Відомо, що добре налагодити деякі пристрої без осцилографа дуже проблематично. Однак осцилографи досить дорогі, тому, якщо у вас є IBM-сумісний комп'ютер, значно дешевше зібрати відносно нескладну приставку до нього, наприклад, таку, як описана в статті, що публікується нижче.

Пропонована двоканальна осцилографічна приставка до ПК призначена для спостереження та дослідження форми електричних сигналів, вимірювання тимчасових та амплітудних характеристик електричних процесів. Смуга пропускання кожного з каналів - 0...50 МГц, коефіцієнт відхилення променя - 0,1...20 В/поділ, вхідний опір - 1 МОм, вхідна ємність - 20 пф, тривалість розгортки - від 0,1 мкс до 100 мс/поділ. Мінімальні вимоги до ПК: 386, VGA, порт принтера, MS DOS 3.3.

На високочастотних діапазонах пристрій працює за стробоскопічним принципом, на низькочастотних – у реальному часі. Програмне забезпечення допускає роботу у режимі спектроаналізатора. Число відліків сигналу, що зображується на екрані, у звичайному режимі - 256, в режимі спектроаналізатора - 128. Програма використовує LPT1 (див. таблицю): базовий порт 378Н. порт сигналів стану принтера (вхідний) 379Н, порт сигналів керування (вихідний) 37АН. У програмі прийнято, що стан біт портів стандартний і відповідає станам сигналів на контактах принтерного роз'єму [1].

Двоканальна осцилографічна приставка до ПК

Принципова схема приставки зображено на рис. 1.

(Натисніть для збільшення)

Досліджувані сигнали через вхідні гнізда XW1 і XW2 надходять на резистивно-ємні дільники, що складаються з перемикачів 1SA2, 2SA2, резисторів 1R1-1R8, 2R1-2R8 і конденсаторів 1С2- 1С9, 2С2-2С9 1 тут і далі позначають належність елементів відповідно до каналів 2 і 1). До виходів дільників через повторювачі на транзисторах 2VT1, 1VT1 і 2VT2, 1VT2 підключені МОП-ключі мікросхеми 2DA1 (два з її напрямків використані каналі 1, інші - каналі 1). Ключі відкриваються імпульсами тривалістю близько 2 не, що надходять від формувача на тригері DD10 і через них заряджаються конденсатори 1.2С1 і 10С2, до яких підключені неінвертуючі входи ОУ 10DA1 і 2DA2. Напруги на конденсаторах, що відповідають напруг сигналів в момент відкривання ключів, посилюються ОУ в 2 разів. Тривалість відчиняючого імпульсу відповідає мінімальній тривалості фронту вхідного сигналу, який відобразиться без спотворень, тобто визначає смугу частот, що пропускаються.

До виходів ОУ підключено здвоєний АЦП послідовного наближення. Він містить компаратори 1DA3, 2DA3 та ЦАП, зібраний на елементах мікросхем DD2, DD3 та матриці R-2R, що складається з резисторів R12-R19, R21 - R28. Виходи компараторів з'єднані з контактами 13 та 15 принтерного роз'єму ХР1. Значення сигналів цих контактах відповідають бітам 3 і 4 порту 379Н. Входи ЦАП підключені до контактів 2-9 ХР1, тому значення вихідного сигналу ЦАП може встановлюватися шляхом запису порт 378Н числа від 0 до 255 (у межах 0,5...4,5 В).

Реалізоване у програмі вимірювання напруги на виходах ОУ 1DA2 і 2DA2 шляхом послідовного наближення здійснюється наступним чином. Спочатку порт 378Н виставляється число 2' (на виході ЦАП - 2,5 У) і перевіряється стан виходів компараторів (біт 3 і 4 порту 379Н). Якщо компаратор спрацював, до зазначеного числа додається 26, якщо ні - від першого віднімається друге. Потім ще раз перевіряється стан компараторів, додається або віднімається 25. Процедура повторюється до додавання або віднімання 2г. Отримані в результаті числа відповідають значенням напруги на виходах 1DA2 та 2DA2. Дільник R20R29 встановлює межі зміни напруги на виході ЦАП від 0,5 до 4,5 В. Щоб формувач імпульсів не спрацьовував щодо напруг на виходах ОУ, на вхід D тригера DD1,2 в цей час подається лог 0. Час перетворення АЦП при часі запису в порт, що дорівнює 2 мкс, становить 2x40 мкс.

Синхронізація здійснюється в каналі 1 за допомогою компаратора DA1, вхід якого інвертує через конденсатори С1 і С2 підключений до виходу повторювача на транзисторах 1VT1 і 1VT2. Для підвищення завадостійкості введено резистори R2 і R3, що задають компаратору гістерезис 20 мВ. Рівень синхронізації регулюють змінним резистором R4

Затримка часу від моменту спрацювання компаратора DA1 до моменту відкриття ключів мікросхеми 1DA1 встановлюється програмно-апаратно на високочастотних діапазонах і програмно - на низькочастотних. У першому випадку програма, коли вона готова до прийому чергового значення вхідних сигналів, встановлює, а потім забирає сигнал "Reset" з тригера DD1.1 (біт 7 порту 37А = "1/0", контакт 1 принтерного роз'єму = '0/1 '). "Зведений" таким чином тригер спрацьовує при перемиканні компаратора DA1, і транзистор VT3 закривається. В результаті від джерела струму, виконаного на елементах VT2. R8, R9, починає заряджатися один з конденсаторів С7-С21. виході ЦАП, спрацьовує компаратор DA2 і запускає формувач імпульсу (001.2, R11, С22), керуючий ключами мікросхеми 1DA1. Виходи 2DA0 і 11DA0 Величини напруг записуються в пам'ять, в ЦАП встановлюється таке значення, тригер DD379 знову "зводиться", і цикл повторюється до моменту, коли буде натиснута будь-яка клавіша

Коли компаратор DA1 періодично спрацьовує на контакті 5 роз'єму ХР6 (біт 1 порту 3Н) присутній лог. 6, і після "зведення" тригера DD1 програма чекає зроблення компаратора DA10 В іншому випадку цей тригер запускається з програми шляхом послідовної установки сигналів "Reset" і "Set" (біти 1, 1 порту 379А - "1/1.1", контакти 2, 4 принтерного роз'єму = "7/37").

На виході ЦАП програмно встановлюються значення від 0 до 255 відповідно затримка від моменту синхронізації до моменту відкривання ключів змінюється від мінімального значення до максимального, і формується зображення сигналу. Період розгортки Т (у секундах на поділ) визначається за формулою Т = CU/2I, де - ємність підключеного конденсатора у фарадах; U - 4,5 В - максимальна напруга ЦАП I 0 А - струм колектора транзистора VT001

При великій ємності конденсатора, що задає час, зображення сигналу формується занадто повільно Тому в програмі реалізована процедура визначення його ємності, що перевіряє, скільки разів програма може вважати значення сигналів за час його зарядки. можуть відкриватися кілька разів При цьому на виході ЦАП встановлюються проміжні значення, а тригер DD1 запускається з програми шляхом послідовного встановлення сигналів "Reset" та "Set".

Якщо вибрано тривалість розгортки більше 5 мс/діл. (перемикач SA2 в нижньому – за схемою – положенні), затримка після перемикання компаратора DA1 формується програмно. Програма "дізнається" про це за нульовим значенням біта 2 порти 379Н. Тригер DD1.1 запускається із програми шляхом послідовної установки сигналів "Reset" та "Set" через задані проміжки часу. Час розгортки задають із клавіатури клавішами "0" - "9".

Зсув променя по вертикалі змінюють змінними резисторами 1R13 і 2R13, тривалість розгортки (плавно) - резистором R28.

Програма написана мовою Turbo Pascal. У ній реалізовано швидке перетворення Фур'є (спектроаналізатор). Перетворюється сигнал на екрані. Щоб спектр був показаний правильно, необхідно, щоб у екрані вкладалося цілу кількість періодів сигналу. Цього можна досягти, підбираючи тривалість розгорнення змінним резистором R8. Підпрограму швидкого перетворення мовою Фортран наведено в [2]. Там же можна знайти пояснення способу визначення спектра сигналу перетворення Фур'є.

Для живлення приставки необхідне джерело стабілізованої напруги +12, +5, і -6 В. Споживаний струм по ланцюгах +12 і -6 не перевищує 50, по ланцюгу +5 В - 150 мА. Рівень пульсацій не повинен перевищувати 1 мВ. Можна використовувати блок живлення (адаптер) китайського виробництва на 3...12 В, 1А, доопрацювавши його, як показано на рис. 2.

Двоканальна осцилографічна приставка до ПК

Приставку змонтовано на звичайній макетній платі. При повторенні слід врахувати, що пристрій чутливий до зовнішніх та внутрішніх наведень. Наприклад, проникнення вхідного сигналу під час ланцюга може викликати спотворення форми спостережуваного сигналу. Тому монтаж необхідно виконати таким чином, щоб зв'язок цих ланцюгів приставки між собою та проникнення в них зовнішніх сигналів були мінімальними. Конденсатори С4, С5 слід припаяти безпосередньо до висновків DA1 компаратора, елементи 1DA1,1С10, 2С10, 1DA2, 2DA2 розташувати поруч. Резистори 1R1-1R8, 2R1-2R8, конденсатори 1С1-1С9, 2С1-2С9, С7-С21 доцільно змонтувати на відповідних перемикачах.

У приставці можна застосувати такі деталі. Резистори R12-R19, R21-R28 - з відхиленням від номіналу не більше ±0,25 %, наприклад, С2-29. Номінал резисторів R12- R19, R28 - 1...10 кОм, R21-R27 - 0,5...5 кОм, причому опір других має бути точно вдвічі меншим, ніж перших (цього можна досягти паралельним з'єднанням резисторів з номіналом перших). Інші резистори - будь-якого типу з відхиленням ±5 %. Як часозадаючі (С7-С21, 1С1 -1С8, 2С1-2С8) бажано використовувати конденсатори з можливо меншим відхиленням від номінальних значень і малим ТКЕ.

Транзисторы 1VT1, 2VT1 - высокочастотные полевые с напряжением отсечки не менее 5 В (КП303Г-КП303Е, КП307Ж и т. п.), 1VT2, 2VT2 - высокочастотные структуры npn со статическим коэффициентом передачи тока h21э не менее 50 (КТ316Д, КТ325Б, КТ325В) , VT1, VT2 - будь-які відповідні структури з h21е не менше 400, VT3 - з імпульсним струмом колектора не менше 300 мА і робочою частотою не менше 200МГц(КТ3117А, 2N2222).

Вхідні струми ОУ 1DA2 і 2DA2 повинні бути не більше 0,1 нА, швидкість наростання вихідної напруги – не менше 20 В/мкс (КР544УД2А, LF356). Компаратори 1DA3, 2DA3, DA2 - з коефіцієнтом посилення напруги не менше 105, вхідними струмами не більше 0,5 мкА і часом перемикання не більше 0,5 мкс (КР554САЗ, LM211N, К521САЗ), DA1 - з часом перемикання не більше 15 КР597СА2, АМ686).

В якості мікросхеми DD1 можна застосувати КР1594ТМ2 (74ACT74N), КР1533ТМ2 (74ALS74AN), DD2, DD3-КР1594ЛН1 (74ACT04N), КР1554ЛН1 (74AC04N), КР1564 З використанням КР1ТМ74 смуга частот - 04...1594 МГц (у разі конденсатор С2 не встановлюють, a R0 замінюють резистором опором 50 кОм), КР22ТМ11 - 4,7... 1533 МГц. Застосування мікросхеми КР2ЛН0 вимагає зміни номіналів резисторів R15 - R1564, R1nR12 - R19: опір перших має бути не менше ніж 28 кОм, других - не менше ніж 21 кОм (при збереженні відносин 27R/R).

Опір відкритого каналу МОП ключів 1DA1 має бути не більше 100 Ом, час увімкнення/вимкнення - не більше 10 не (КР590КН8, SD5002).

Налагодження приставки починають із перевірки режимів вхідних повторювачів. Якщо напруги на емітерах 1VT1, 2VT1 виходять за межі 1,5...2,5, підбирають резистори 1R9 або 2R9. Потім, використовуючи джерело сигналу каліброваної частотою, підбором конденсаторів С7-С21 і резистора R9 встановлюють необхідні значення частоти розгортки на високочастотних діапазонах (на низькочастотних вона встановлюється програмно).

При роботі з приставкою слід враховувати особливості стробоскопічного ефекту, що виражаються, наприклад, значному спотворенні форми сигналу з амплітудною модуляцією, якщо частота модулюючого коливання близька до частоти вибірки. Крім того, компаратор DA2 вносить затримку близько 300 нс, це може створити труднощі при спостереженні сигналів фронтів з великою шпаруватістю. Найбільшу користь приставка може принести при використанні в режимі реального часу - як осцилограф, що запам'ятовує, а також при тривалості розгортки менше 1 мкс / справ. - Як альтернатива дорогим високочастотним приладам.

література

Гук М. Інтерфейси ПК: довідник. - СПб.: Пітер Ком, 1999.
Гоноровський І. С. Радіотехнічні ланцюги та сигнали: підручник для вузів. - М: Радіо і зв'язок, 1986.

Автор: О.Хабаров, м.Килимів Володимирської обл.

Дивіться інші статті розділу Комп'ютери.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву

Визначено точну швидкість розширення Всесвіту 26.07.2018

Астрономам вдалося зробити найточніші виміри швидкості розширення Всесвіту за допомогою телескопів Gaia та Hubble. Про це повідомляє Укрінформ із посиланням на дослідження, опубліковане в журналі The Astrophysical Journal.

За новими даними, постійна Хаббла становить 73,5 кілометрів на секунду на мегапарсек, тобто розбіжність між вже відомими значеннями виявилася ще більшою, ніж вважалося раніше.

Майже 100 років тому астрофізик Едвін Хаббл, спостерігаючи за далекими галактиками, визначив, що вони не стоять на місці, а поступово розбігаються в сторони, причому швидкість видалення конкретної галактики прямо пропорційна відстані до неї. Сьогодні цей закон називається законом Хаббла, постійну, яка входить до нього, називають постійною Хаббла.

Астрономи підрахували відстань до сусідніх галактик за цефеїдами – класу пульсуючих наднових (змінних) зірок (гігантів та надгігантів). Цей клас зірок має добре встановлену залежність між періодом зміни блиску та зірковою величиною – чим яскравіша зірка, тим повільніше вона пульсує. Якщо нам відомі дві зірки, які пульсують з тим самим періодом, і відстань до однієї з них, то відстань до іншої можна визначити за нескладною формулою.

Дослідники порівняли абсолютну зіркову величину 50 цефеїд, вираховану завдяки телескопу Hubble, з видимою зоряною величиною, та визначили відстань до них. Потім вчені уточнили дані за допомогою телескопа Gaia, який з великою точністю вимірює паралакси та власні рухи зірок. Це дозволило дослідникам відкалібрувати дані і точніше визначити відстані до цефеїду поза нашою Галактикою.

За новими даними, постійна Хаббла складає 73,52 ± 1,62 кілометрів в секунду на мегапарсек. Це означає, що галактики, які ми бачимо на відстані 10 мегапарсек, тікають від нас зі швидкістю 735 кілометрів на секунду, а галактики, які ми бачимо на відстані 11 мегапарсек - зі швидкістю 808 кілометрів на секунду.

Ця величина сильно розходиться з даними обсерваторії Планк, адже невідповідність між отриманими різними методами значення постійної Хаббла становить понад 3,8 сигми.

Інші цікаві новини:

▪ Бездротовий імплант для дистанційного керування мозком

▪ Створено надміцний алюмінієвий сплав

▪ Екологічна упаковка з томатного бадилля

▪ Вухам потрібен шум

▪ Прозора глина

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Акумулятори, зарядні пристрої. Добірка статей

▪ стаття Замість кола - шкірка. Поради домашньому майстру

▪ стаття Яка столиця найвологіша, а яка найсухіша? Детальна відповідь

▪ стаття Крушина Пурша. Легенди, вирощування, способи застосування