Схема. Осциллографическая приставка к компьютеру

Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 1
Технические характеристики
Число каналов …………………………….1
Верхняя частота полосы пропускания
(по уровню -3 дБ), МГц ………………….4,5
Входная емкость, пф …………………….20
Входное сопротивление, МОм …………1,2…2,4
Максимальное входное напряжение, В.10
Максимальная частота дискретизации, МГц…20
Объем памяти, отсчетов …………………400
Разрядность АЦП, бит ……………………6
Синхронизация ………..внутренняя (реализована программно)
Масса, кг ……………………………………1,7

      

Схема осциллографической приставки

      Показана на рис. 1, она содержит управляемый делитель входного напряжения А1, входной усилитель А4, основной модуль А2 с АЦП и микроконтроллером, модуль гальванической развязки А5 и блок питания A3. Исследуемый сигнал через входное гнездо XW1 поступает на делитель напряжения А1 [1], схема которого показана на рис. 2. Возможна установка одного из шести коэффициентов передачи: 1/2; 1/3; 1/10; 1/30; 1/100 и 1/300. При разомкнутых контактах переключателя SA2 (см. рис. 1) на вход делителя А1 поступает только переменная составляющая входного сигнала.
Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 2
      Верхним плечом делителя служат резистор R1 и конденсаторы С1, С2. Нижнее плечо устанавливают включением одного из реле К1—К5, соответствующие контакты которого подключают одну из RC-цепей (R2C4, R4C5C6, R7C7, R9C8 и R11C9). Так происходит выбор одного из пяти пределов измерения. На шестом, самом чувствительном, контакты реле К1—К5 разомкнуты и нижним плечом делителя служат входные сопротивление и емкость усилителя А4. Питающее напряжение на реле поступает через ключи на транзисторах VT1 — VT5, на базы которых через резисторы R3, R5, R6, R8, R10 поступают управляющие сигналы с выходов микроконтроллера, расположенного на плате основного модуля А2. Диоды VD1—VD5 защищают транзисторы от выбросов напряжения на обмотках реле при их выключении. При включении устройства устанавливается коэффициент деления 1/300.
Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 3
      С выхода делителя А1 исследуемый сигнал поступает на входной усилитель А4, схема которого показана на рис. 3. Он выполнен на быстродействующем ОУ DA1, вход которого защищают диоды VD1 и VD2. Конденсатор С5 и резистор R2 задают входные сопротивление и емкость усилителя. ОУ DA1 использован в неинвертирующем включении с коэффициентом усиления, равном тридцати, который задан резисторами R3 и R4. Поскольку примененный АЦП работает с сигналом, напряжение которого должно находиться в интервале -2…0 В, входной сигнал сдвинут в область минусовых напряжений, что реализовано подачей на верхний по схеме вывод резистора R3 напряжения смещения, которое снимается с делителя напряжения, состоящего из резистора R1 и резисторов, подключенных между контактами 5 и 7 усилителя А4 (резисторы R1—R3 на рис. 1).
Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 4
      С выхода усилителя А4 (контакт 6) сигнал поступает на вход основного модуля А2 (рис. 4), содержащего АЦП DA1 и микроконтроллер DD2. Цепь R1VD1VD2 ограничивает напряжение на входе АЦП DA1 до уровней, не выходящих за пределы образцового напряжения. С выходов D1—D6 АЦП DA1 код поступает на линии РСО—РС5 микроконтроллера DD2, который осуществляет их обработку, запоминание и передачу в компьютер согласно записанной в его ПЗУ программе. Тактовый сигнал частотой 20 МГц поступает на АЦП и микроконтроллер от генератора, собранного на элементе DD1.1, частота которого стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. Элемент DD1.2 является буферным, a DD1.3 — дополнительным инвертором для обеспечения поступления тактовых сигналов на АЦП и микроконтроллер в противофазе, чтобы момент чтения данных микроконтроллером совпадал с моментом готовности данных в буферном регистре АЦП.
Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 5
      Связь приставки с компьютером осуществляется по интерфейсу RS-232 с помощью модуля гальванической развязки А5, схема которого показана на рис. 5. Элементы логических микросхем DD1 и DD2 являются буферными, микросхема DD3 преобразует уровни сигналов ТТЛ в соответствующие им уровни сигналов интерфейса RS-232 и обратно. Собственно гальваническая развязка реализована на оптронах U1 и U2. Микросхемы DD2 и DD3, а также все связанные с ними элементы питаются от отдельного источника, содержащего стабилизатор напряжения DA1 и мостовой выпрямитель на диодах VD1— VD4, напряжение на который поступает от трансформатора Т2 (см. рис. 1). Остальные узлы приставки питаются от блока питания (рис. 6), содержащего два мостовых выпрямителя на диодах VD1 —VD4, VD5—VD8 и стабилизаторы выходного напряжения 5 В на микросхеме DA1, -6В — на микросхеме DA2 и -2 В — на микросхеме DA3.
Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 6
      Налаживание всех узлов желательно проводить последовательно друг за другом, подключая очередной узел, когда предыдущие уже налажены. Начинают с блока питания, при этом точное значение выходного напряжения -6 В (вывод 5) добиваются подборкой резистора R2, а -2 В (вывод 7) — подборкой резистора R4, напряжение на выводе 8 должно быть 5 В.

      После этого приступают к налаживанию модуля гальванической развязки, временно устанавливают перемычку между его выводами 2 и 8, к нему подключают вилку ХР2 и соединяют его с СОМ-портом компьютера. Запускают на компьютере любую терминальную программу, например TeraTerm Pro, позволяющую отправлять и принимать строки символов через СОМ-порт и настраивают ее на обмен с соответствующим портом со скоростью 57600 Бод. Попытайтесь отправить строку символов — она должна «вернуться».

Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 7      Затем налаживают основной модуль. На плату монтируют все элементы, кроме АЦП DA1, подключают светодиод HL1, соединяют плату с модулем гальванической развязки, подключают к гнезду XS1 программатор и программируют микроконтроллер DD2. При этом устанавливают его конфигурацию: OSCCAL— B4h, CKDIV — 1, CKOUT — 1, SUT — 2, CKSEL — О, RSTDISBL — 1, DWEN — 1, WDTON — 1, EESAVE — 1, BODLEVEL — 7, SELFPRGEN — 1. Отключают питание, подключают устройство к СОМ-порту компьютера, запускают терминальную программу и настраивают ее на скорость обмена 57600 Бод с восемью битами данных, одним стоп-битом, отключенным контролем четности и без контроля потока. Подают питающее напряжение, при этом светодиод HL1 должен кратковременно вспыхнуть, что свидетельствует о правильной работе программы МК, а в компьютер — поступить строка символов «Y.Martyniuk Oscilloscope verl .0».

      Входной усилитель и делитель напряжения начинают работать сразу, если монтаж выполнен правильно. Возможно, потребуется провести частотную коррекцию переключаемых делителей, изменяя емкость подстроенных конденсаторов. Удобнее всего выполнять эту операцию, подав на вход устройства прямоугольные импульсы частотой несколько сот килогерц, добиваясь наиболее точного отображения их формы на экране монитора.

      Сначала выполняют коррекцию на пределах 2 В/дел, (замкнуты контакты реле К5.1), 0,67 В/дел, (замкнуты контакты К4.1) и 0,22 В/дел. (замкнуты контакты реле К3.1) конденсатором С2 на плате делителя напряжения А1. Затем — на пределе 0,02 В/дел, (контакты всех реле разомкнуты) конденсатором С5 на плате усилителя А4, на пределе измерения 0,033 В/дел, (замкнуты контакты реле К1.1) — конденсатором С4 на плате делителя напряжения А1, и завершают настройку на пределе 0,067 В/дел, конденсатором С6 на этой же плате.

Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 8
Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 9
Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 10
Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 11
      Чертежи печатных плат входного делителя напряжения, входного усилителя и основного модуля показаны на рис. 7, рис. 8 и рис. 9 соответственно, а на рис. 10 и рис. 11 — чертежи плат модуля гальванической развязки и блока питания Для изготовления плат применен односторонне фольгированный стеклотекстолит толщиной 1,5 мм.

      Применены постоянные резисторы МЛТ, С2-23, переменный — СП4-1, оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные, подстроенные — КТ4-23 (в делителе) и КПК-М (в усилителе), остальные — К10-17. Реле К1— К5 — SS1A050000 или другие герконовые, с рабочим напряжением обмотки 5 В. ВЧ гнездо XW1 — RCA, розетка XS1 — DB9S, вилка ХР2 — DB9R. Понижающий трансформатор Т1 — с напряжением на вторичных обмотках по 10 В при токе до 250 мА, Т2 — с напряжением на вторичной обмотке 9 В при токе до 150мА. Микросхемы стабилизаторов напряжения установлены на двух теплоотводах, которые представляют собой пластины из алюминиевого листа толщиной 2 мм размерами 45×120 мм. Микросхемы LM337 установлены на одном теплоотводе, LM7805 — на втором, причем микросхема стабилизатора DA1 модуля гальванической развязки установлена через изоляционную прокладку. Микросхему АЦП DA1 основного модуля желательно снабдить теплоотводом — пластиной из листового алюминия толщиной 1 мм и размерами 55×45 мм.

      Ее крепят к плате тремя болтами МЗ с надетыми на них пружинами, которые и прижимают теплоотвод к корпусу микросхемы, причем между микросхемой и пластиной следует проложить тонкий слой теплопроводной пасты.
Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 12
Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 13
      Все платы, два теплоотвода и понижающие трансформаторы установлены на шасси из стеклотекстолита или алюминия толщиной 2 мм и размерами 170×170 мм перпендикулярно его поверхности (рис. 12). Шасси на стойках крепят в корпус из листового металла размерами 200x180x70 мм (рис. 13), вилка ХР2, гнездо XS1, выключатель питания SA1 и переменный резистор R3 установлены на задней стенке корпуса, а входной разъем XW1, переключатель SA2 и светодиод HL1 — на передней. Устройство подключают к компьютеру экранированным кабелем длиной до 2 м. Распайка вилки ХР2: 2 — выход передатчика приставки (TXD), 3 — вход приемника приставки (RXD), 5 — общий.

      Для работы с приставкой разработаны программы, работающие в средах DOS и Windows (программа для DOS может работать неправильно на современных компьютерах, автор использовал ее на компьютере с процессором 80386), Программа для DOS написана в среде Turbo Pascal 7 0, а для Windows — в среде Delphi 7. Программы рассчитаны на работу с портом СОМ1.

      Для начала работы с приставкой следует нажать на экранную кнопку «Старт» в окне программы. В правой части окна (рис. 14) установкой метки выбирают чувствительность по вертикали и режим синхронизации, в нижней части — движок, который позволяет изменять скорость развертки, справа от осциллограммы — движок для выбора уровня синхронизации.
Схема Осциллографическая приставка к компьютеру 14
      Для программирования был применен программатор AVReal [2]. Назначение выводов гнезда XS1: 1 — общий, 2 — MOSI, 3 — SCK, 4 — MISO, 5 — RESET, 6 — 5В.

Прилагаемые файлы:   osc.zip   

Ю. МАРТЫНЮК, г. Затобольск, Казахстан
«Радио» №№ 9-10 2010г.

Похожие статьи:
Микромощный УКВ ЧМ передатчик — приставка к компьютеру

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *