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 / Вимірювальна техніка

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 порт LPT1 (див. таблицю): базовий порт 378Н, порт сигналів стану принтера (вхідний) 379Н, порт сигналів керування (вихідний) 37 . У програмі прийнято, що стан біт портів стандартний і відповідає станам сигналів на контактах принтерного роз'єму [1].

біт	Контакт
Порт 378Н (базовий)
0	2
1	3
2	4
3	5
4	6
5	7
6	8
7	9
Порт 379Н (введення)
0	11 (інв.)
1	10
2	12
3	13
4	15
Біти 5-7 на роз'єм не виведені	-
Порт 37АН (висновок)
Біти 0-3 на роз'єм не виведені	-
4	17 (інв.)
5	16
6	14 (інв.)
7	1 (інв.)

Принципова схема приставки зображено на рис. 1. Досліджувані сигнали через вхідні гнізда XW1 і XW2 надходять на резистивно-ємнісні дільники, що складаються з перемикачів 1SA2, 2SA2, резисторів 1R1 -1R8, 2R1-2R8 і конденсаторів 1С2-1С9,2С2-2 9 і 1 тут і далі позначають належність елементів відповідно до каналів 2 та 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 нc, 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.

Реалізоване у програмі вимірювання напруги на виходах ОУ 1DA2 і 2DA2 шляхом послідовного наближення здійснюється наступним чином. Спочатку в порт 378Н виставляється число 2⁷ (на виході ЦАП - 2,5 В) та перевіряється стан виходів компараторів (біт 3 та 4 порти 379Н). Якщо компаратор спрацював, до зазначеної кількості додається 2⁶, якщо ні - з першого віднімається друге. Потім ще раз перевіряється стан компараторів, додається або віднімається.⁵. Процедура повторюється до додавання або віднімання 2⁰. 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 за час 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.

Рис.1. Принципова схема приставки (натисніть , щоб збільшити)

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. Коли напруга на ньому досягає значення напруги на виході ЦАП, спрацьовує компаратор DA2 та запускає формувач імпульсу (DD1.2, R11, С22), що керує ключами мікросхеми 1DA1. Спрацювання компаратора DA2 програма визначає за значенням 0 контакті 11 принтерного роз'єму (біт 0 порту 379Н). Після цього запускається підпрограма визначення напруги на виходах 1DA2 та 2DA2. Величини напруги записуються в пам'ять, в ЦАП встановлюється наступне значення, тригер DD1.1 знову "зводиться", і цикл повторюється до моменту, коли буде натиснута будь-яка клавіша.

На елементах VT1, R5, R6, VD1, C3, С6 реалізовано вузол визначення синхронізації. Коли компаратор DA1 періодично спрацьовує, на контакті 10 роз'єму ХР1 (біт порту 1 379Н) присутній балка. 1 і після "зведення" тригера DD1.1 програма чекає спрацювання компаратора DA2. В іншому випадку цей тригер запускається з програми шляхом послідовної установки сигналів "Reset" та "Set" (біти 4, 7 порту 37А = "10/01", контакти 1, 17 принтерного роз'єму = "01/10").

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 = 0,001 А – струм колектора транзистора VT2.

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 заряджання. Якщо цей час великий (задана велика тривалість розгортки), після перемикання компаратора DA1 ключі комутатора 1DA2 можуть відкриватися кілька разів. При цьому на виході ЦАП встановлюються проміжні значення, а тригер DD1.1 запускається програми шляхом послідовної установки сигналів "Reset" і "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, 1А, доопрацювавши його, як показано на рис. 2.

Двоканальна осцилографічна приставка до ПК. Принципова схема блоку живлення
Рис.2. Принципова схема блоку живлення

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 компаратора DA1, 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.

Транзистори 1VT1, 2VT1 - високочастотні польові з напругою відсічення не менше 5 В (КПЗОЗГ-КПЗОЗЕ, КП307Ж тощо), 1VT2, 2VT2 - високочастотні структури npn зі статичним коефіцієнтом передачі струму п21ЕТ50Т316 , VT325, VT325 - будь-які відповідні структури з п1е не менше 2, VT21 - з імпульсним струмом колектора не менше 400 мА і робочою частотою не менше 3 МГц (КТ300А, 200N3117).

Вхідні струми ОУ 1DA2 та 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 щонайменше 10⁵, вхідними струмами не більше 0,5 мкА та часом перемикання не більше 0,5 мкс (КР554САЗ, LM211N, К521САЗ), DA1 - з часом перемикання не більше 15нс (КР597СА2, АМ686).

В якості мікросхеми DD1 можна застосувати КР1594ТМ2 (74ACT74N), КР1533ТМ2 (74ALS74AN), DD2, DD3-КР1594ЛН1 (74ACT04N), КР1554ЛН1 (74AC04N), КР1564 При використанні КР1ТМ74 смуга частот - 04...1594 МГц (у цьому випадку 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, R1 і R12 - 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 коливання, що модулює, близька до частоти вибірки. Крім того, компаратор DA2 вносить затримку близько 300 нc, 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: А. Хабаров, м. Килимів; Публікація: radioradar.net

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

Нестача сну змушує нас багато їсти 01.04.2016

Зараз практично кожна людина так чи інакше відчуває нестачу сну, і це веде до різних розладів організму. Наприклад, недосипання може призвести до значного набору ваги.

Люди схильні їсти більше, якщо погано чи недостатньо спали в попередню ніч. Тепер вчені пов'язали цю особливість поведінки з людською фізіологією: депривація сну змінює ендоканабіноїдну систему, серію рецепторів, що впливають на регуляцію гормонів та імунну функцію.

Під час дослідження медики постійно контролювали кількість сну 14 молодих чоловіків та жінок. Протягом чотирьох ночей шість учасників спали нормально, приблизно 7,5 години на добу, тоді як решта вісім учасників отримували лише 4 години сну. На день їм давали однакову кількість калорій. Дослідники просили піддослідних оцінити свій голод, настрій, апетит і тривожність, а потім щогодини брали аналізи крові, вимірюючи рівень різних речовин (наприклад, кортизолу, гормону, який допомагає тілу прокинутися).

Вчених особливо цікавив особливий ендоканабіноїд, відомий тим, що допомагає тілу регулювати апетит та рівень енергії. Виявилося, що його рівень в організмі людей, що недостатньо спали, значно варіюється протягом дня. Недосипання робить ендоканнабіноїдну систему надмірно активною, змушуючи людей постійно їсти. Причому сонні учасники експерименту не просто їли більше, а віддавали перевагу жирній і калорійній їжі, незважаючи на те, що їм давали достатню кількість калорій буквально за кілька годин до того.

Дослідження було коротким, учасників мало, але вчені вважають, що отримані результати можна застосувати до повсякденного життя. Наприклад, 40% американців отримують менше ніж 7 годин сну за ніч. Вчені вже знають, що недосип впливає на людські гени, настрій і здатність вловлювати соціальні знаки, тому, можливо, це не випадковість, що 35% жителів Америки страждають від ожиріння. Найкраще розуміння механізмів, які пов'язують депривацію сну та огрядність, можуть допомогти медикам знайти засіб для запобігання набору ваги.

А в корисності сну можна переконатися хоча б на цих двох прикладах: гарний сон покращує пам'ять і допомагає позбутися токсинів.

Інші цікаві новини:

▪ Біопаливо для ВМС США

▪ Монітор з природним підсвічуванням

▪ ДНК замість жорсткого диска

▪ Нові лінійні регулятори постійного струму

▪ Оптоволокно, що працює як людська нервова система

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Зварювальне обладнання. Добірка статей

▪ стаття Катон. Крилатий вислів

▪ стаття Якою мовою для позначення нульового рахунку в тенісному сеті використовують слово кохання? Детальна відповідь

▪ стаття Інструкція з охорони праці для оператора на автоматичних та напівавтоматичних лініях, зайнятого облицюванням пластів щитів. Типова інструкція з охорони праці