Малогабаритний двопроменевий осцилограф-мультиметр. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

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

Малогабаритний двопроменевий осцилограф-мультиметр. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

Коментарі до статті

Осцилограф - один із найнеобхідніших у комплексі вимірювальних приладів на робочому місці у радіоаматора, але в той же час і один із найдорожчих з обладнання. Ось чому потяг до конструювання такого виробу у радіоаматорів не вичерпується ніколи. У цій статті читачам запропоновано ознайомитися з оригінальною побудовою малогабаритного двопроменевого осцилографа, який зовсім нескладно виготовити самостійно.

Переглядаючи журнали "Радіо", не знайшов жодного пристрою, який використовує рідкокристалічні графічні індикатори. Тому я пропоную свою розробку як основу (базового блоку) для використання її в різних радіоаматорських конструкціях. Хочу відразу попередити, що цей осцилограф створювався не як готовий вимірювальний прилад, а як пристрій, що дозволяє продемонструвати основні можливості спільного використання мікроконтролерів та графічних індикаторів. Цим і можна пояснити відсутність у програмі мікроконтролера сервісних функцій, таких як індикація режиму роботи, розмірності вимірюваних величин та режиму курсорних вимірів. Сподіваюся, що публікація цієї розробки стане поштовхом для створення радіоаматорами цілого ряду оригінальних і корисних конструкцій.

Технічні характеристики

Чутливість каналів вертикального відхилення на весь екран при вхідному дільнику в положенні "х1" і режимі посилення програмного регулювання "х1" (10 мВ між точками екрана), м...640
Режими програмного регулювання посилення ("електронна лупа").....х0,25 (режим 0) х0,5 (режим 1) х1 (режим 2)
Пуск розгортки......ручним або зовнішнім сигналом позитивної полярності рівня TTL
Тривалість розгортки (відповідно до таблиці), з......0,005...500
Діапазони вимірювання опорів, Ом. . х100, х10, х1
Діапазони вимірювання ємностей, мкФ......х0,01, х0,1, х1
Інтервал вимірюваних напруг (з урахуванням дільників), В......(0...63)-103
Число розрядів, що індикуються, в режимі вимірювання напруги......2
Джерело живлення (акумулятор), В......3,6
Споживаний струм (без підсвічування), ма......40
Габарити, мм......135x90x30

Основна частина принципової схеми наведено на рис. 1. Вона містить два ідентичні підсилювачі А1 і А2, зібраних на здвоєному операційному підсилювачі DA1, мікроконтролер DD1, вимірювач R, С (A3). Як індикатор використаний рідкокристалічний модуль з роздільною здатністю 128x64 точок типу МТ12864А-1 з вбудованим контролером і драйвером живлення (-8 В) РКІ [1]. Резистор 1R6 (2R6) призначений для зміщення променів, здвоєний перемикач 1SA1 (2SA1) встановлює посилення операційного підсилювача DA1.

(Натисніть для збільшення)

Вхідний дільник конструктивно зібраний на малогабаритному роз'ємі 1XS-1XS5 (2XS-2XS5). Сигнали з виходів пристроїв А1, А2 та A3 подані на входи RAO, RA1 та RA3 мікроконтролера DD1, налаштовані як аналогові входи АЦП. Вимикач SA1 служить для включення підсвічування РКІ. Перемикач SA2 встановлює режим роботи "осцилограф - мультиметр". Кнопка SB1 - "Пуск", розгортка в режимі осцилографа або вимірювання "R" у режимі мультиметра. Кнопка SB2 – "CLS", очищення екрану. Кнопка SB3 - "kY", програмне встановлення посилення по осі Y в режимі осцилографа або вимірювання "С" в режимі мультиметра. Кнопка SB4 – "кХ", встановлення швидкості розгортки. Зовнішній сигнал для запуску розгортки (Пуск) повинен мати позитивну полярність з рівнем TTL, його подають через вхідні гнізда XS1 і XS2 на транзистор VT1.

Оскільки осцилограф працює в режимі одноразового пуску розгортки з подальшим запам'ятовуванням сигналу на екрані індикатора, при дослідженні періодичних сигналів відпадає необхідність використання синхронізації, що значно спрощує схему. Через резистор R4 подано харчування (близько -8) на РКІ. Підбором опору цього резистора встановлюють контрастність зображення на індикаторі.

Порт С (виходи RC0-RC7) мікроконтролера використовують передачі даних на індикатор. До виходів RB0-RB4 програмно підключені внутрішні "підтягують" резистори.

При роботі в режимі осцилографа мікроконтролер DD1 по черзі оцифровує сигнал з виходів підсилювачів А1 і А2 (канали 1 і 2) і включає відповідні крапки на індикаторі (128 точок по осі X). Для збільшення швидкості розгортки перших трьох режимах розгортки використовують лише один перший канал (для цього змінено алгоритм роботи мікроконтролера). Оцифровані значення сигналу першого каналу записують в оперативну пам'ять мікроконтролера, а потім після запису всіх 120 (8 останніх не вистачило ОЗУ) точок виводять на індикатор. У мікроконтролері застосований 10-розрядний АЦП, а в індикаторі по осі Y всього 64 точки, що відповідає 6 розрядам. Це використовують для програмного регулювання посилення.

Для виведення на екран вибрано вісім розрядів: у режимі 2 (х1) на екран виводять старші шість розрядів з восьми, у режимі 1 (х0,5) використовуються середні шість розрядів, що еквівалентно збільшенню чутливості в 2 рази, в режимі 0 (х0,25, 6) - молодші 4 розрядів, що еквівалентно збільшення посилення в 4,6 рази. Джерело зразкової напруги АЦП програмно підключений до джерела живлення +1024, тому "ціна поділу" АЦП дорівнює Ucc/XNUMX. Інформацію про режими програмного регулювання посилення та часу розгортки виводять у вигляді однорозрядного числа у верхньому лівому куті індикатора при короткочасному натисканні відповідної кнопки. Одночасно відбувається перемикання режимів по колу.

У режимі мультиметра АЦП підключають до виходу першого каналу осцилографа, він періодично виводить код, що відповідає вхідному сигналу у вигляді дворозрядного числа в лівій верхній частині індикатора (від 63), який відповідає положенню точки по осі Y в режимі осцилографа. При натисканні на кнопку SB1 (рис. 1) "Пуск/R" у центральній верхній частині індикатора виводиться трирозрядне число, що відповідає вимірюваному значенню опору (з урахуванням множника встановлюваного перемикачем 3SA1). Максимальне значення числа обмежене значенням, приблизно рівним 800, що обумовлено обмеженням напруги на виході джерела струму, зібраному на транзисторі 3VT1 (рис. 2).

Малогабаритний двопроменевий осцилограф-мультиметр

Світлодіод 3HL1 використаний як джерело зразкової напруги. Резисторами 3R3-3R5 встановлюють струм джерела струму в кожному діапазоні. Транзистор 3VT3 використовують для розрядки вимірюваного конденсатора. При натисканні на кнопку SB3 "kY/C" транзистор 3VT3 замикає ємність, що вимірювається. При відпусканні кнопки транзистор закривається і напруга на ємності, що вимірюється, починає збільшуватися. Мікроконтролер підраховує час зарядки конденсатора до напруги 0,287 В. Цей час, чисельно рівне вимірюваної ємності (з урахуванням множника перемикача 3SA1), виведено в середню верхню частину індикатора і зберігається до наступного натискання на кнопку SB3. Оскільки напруга на вимірюваному конденсаторі не перевищує 0,287, то в більшості випадків можна проводити вимірювання, не випаюючи конденсатор з пристрою.

Блок живлення (рис. 3) дещо ускладнений через бажання використовувати акумуляторну батарею від мобільного телефону з номінальною напругою 3,6 В (живлення індикатора 4,5...5,5 В). Перетворювач напруги на транзисторах VT1, VT2 збільшує напругу живлення до 5 В. Стабілізатор на транзисторах VT6- VT8 обмежує напругу на рівні, близькому до мінімально допустимого для роботи індикатора - 4,6 В. Світлодіод HL1 використаний як джерело зразкової напруги та як індикатор вмикання живлення . Стабілізатор на транзисторах VT3-VT5 виробляє напругу -0,7 для зміщення "променів" на екрані індикатора.

(Натисніть для збільшення)

Для підвищення швидкості розгортки осцилографа можна застосувати зовнішній АЦП швидкодіючий з буферною пам'яттю або використовувати стробоскопічний ефект [2]. Технічні характеристики та команди програмування індикатора MT12864A-1 наведені у [1]. Мікроконтролер можна замінити на PIC16F876, використовуючи ту ж прошивку.

Описи цих мікроконтролерів російською можна знайти у ресурсах Інтернету [3]. Програмування мікроконтролера та схема програматора описані в [4]. Прошивка мікроконтролера в hex-файлі (Oscil873.hex) та вихідний текст програми на асемблері (Oscil873.asm) з коментарями на квазіанглійській мові (MPLAB IDE 6.0.20 дуже погано "перетравлює" російську мову): завантажити.

Операційний підсилювач украй бажано використовувати із серії КР1446.

Трансформатор Т1 намотаний на кільці типорозміру К16x8x5 мм із фериту марки М2000НМ. Обмотка I містить 2x65 витків з відведеннями від 45-го витка, рахуючи від середньої точки, проводи ПЕЛШО 0,5. Обмотка II містить 15, a III - 30 витків дроту ПЕЛШО 0,1.

Корпус пристрою виготовлений із фольгованого склотекстоліту та пофарбований автомобільною ґрунтовкою сірого кольору в аерозольній упаковці. Монтаж пристрою виконаний на прямокутній пластині розмірами 130x86 мм із двосторонньо фольгованого склотекстоліту. Елементи монтажу закріплені пайкою на опорних точках окремих монтажних плат, об'єднаних на загальній прямокутній пластині. Для виготовлення макетних плат можна взяти смужки фольгованого склотекстоліту відповідної ширини, на них (зазвичай по краях) прорізають шини живлення. З отриманих у такий спосіб функціональних вузлів, як із кубиків, збирається готовий пристрій.

Починати регулювання слід з джерел живлення, так як напруга +4,6 використано як зразкове для АЦП. Схему блоку живлення можна значно спростити, якщо використовувати батарею з чотирьох і більше акумуляторів. При цьому зі схеми можна буде виключити перетворювач напруги, а негативну напругу для зміщення променів можна взяти з 18 виводу HG1 (близько -8 В). В інших модифікаціях індикаторів ця напруга може бути відсутня, і тоді доведеться робити ще один перетворювач для живлення індикатора (висновок 3). Резистор R4 (див. мал. 1) підбирає необхідний контраст зображення на екрані.

Калібрування осцилографа прив'язане до точок на екрані для того, що в майбутньому в програму буде введено режим курсорних вимірювань, без цього режиму краще використовувати сітку на екрані. Найпростіше її розмір можна визначити, записавши на екран калібрований сигнал, наприклад, меандр. При регулюванні вхідного підсилювача слід врахувати, що опір резистора 1R11 (2R11) впливає на посилення операційного підсилювача 1DA1 (2DA1), так і на зміщення променя на екрані ("чутливість" регулятора зміщення 1R6 і 2R6), а резистори 1R8 - 1R10) - лише посилення [2].

Швидкість розгортки можна регулювати програмною затримкою між відліками АЦП. На перших трьох "швидкісних" режимах лінію розгортки трохи вкорочено праворуч. Це тим, що запис сигналу йде через буферне ОЗУ і пам'яті у PIC16F873 не вистачає. При використанні P1C16F876 таких проблем не виникає, але треба підкоригувати програму (перенести частину буферної пам'яті з банку 0 до банку 2 або 3).

У режимі мультиметра при вимірюванні напруги вхідний сигнал проходить через дільник і операційний підсилювач каналу 1 (регулятор зміщення повинен бути виведений в нуль). АЦП дозволяє збільшити точність вимірювання напруги до трьох розрядів, але тоді доведеться вжити заходів щодо усунення впливу регулятора зміщення та підібрати резистори вхідного дільника з відповідною точністю. Потім зразковим резисторам проводять калібрування в режимі вимірювання опору резисторами 3R3-3R5 на відповідному діапазоні, a 3R1 - загальну.

Калібрування вимірювача ємності роблять програмними затримками (якщо використаний кварц з іншою частотою).

література

.
Хабаров А. Двоканальна осцило-графічна приставка до ПК. - Радіо. 2003. № 4, с. 23-25.
<Microchip.ru>.
Фролов Д. Багатопрограмний таймер – годинник – термометр. – Радіо, 2003, № 3, з 18-21.
Гутников BC Інтегральна електроніка у вимірювальних пристроях. - Л.: Вища школа, 1998, з 36.

Автор: А.Кічігін, м.Подільськ Московської обл.

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Молекулярний м'яз із гідрогелю скорочується на світлі 22.01.2018

Американським ученим вдалося створити м'яз, що скорочується на світлі, який при цьому може піднімати невеликий вантаж. Експерти використовували як матеріал для своєї розробки гідрогель з поліетиленгліколю.

Вчені Вашингтонського університету під керівництвом Джонатана Барнса зуміли розробити молекулярний м'яз, що реагує на світ. Раніше експерти створили унікальний полімер, здатний змінювати колір та форму. На його основі були створені системи, що відповідають на окисно-відновні реакції в розчині, а потім і поза ним.

На цьому етапі досліджень вчені вирішили довести, що розроблений ними полімер може виконувати роботу. Для цього на молекулярний м'яз із гідрогелю помістили невеликий грузик і направили на нього промінь світла. Через деякий час полімер зрушив вантаж на кілька сантиметрів.

Автори дослідження надалі планують "навчити" м'яз переносити важчий вантаж.

Інші цікаві новини:

▪ Електрична машинка для стрижки волосся в носі та вухах

▪ Біорозкладаються шльопанці з водоростей

▪ Гнучкі та еластичні джерела живлення

▪ Гібридні процесори AMD Trinity

▪ Транскраніальна магнітна стимуляція покращила короткочасну вербальну пам'ять

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Зорові ілюзії. Добірка статей

▪ стаття Суспільство готує злочин, злочинець вчиняє його. Крилатий вислів

▪ стаття Яка сова кричить у-хи, у-ху? Детальна відповідь

▪ стаття Секурінега напівчагарникова. Легенди, вирощування, способи застосування