Схема. Портативный цифровой осциллограф DSS-31 (2)

Продолжение. Начало —   www.radioelectronika.ru/?mod=cxemi&sub_mod=full_cxema&id=776   

   Схема Портативный цифровой осциллограф DSS-31 (2) 1   
      Осциллограф выполнен на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5мм, изображённой на рис. 5. Расположение деталей на двух её сторонах показано на рис. 6. Большинство перемычек — из неизолированного лужёного провода. Те, что выделены цветом — из многожильного изолированного провода. Со стороны печатных проводников имеется несколько перемычек для поверхностного монтажа. А перемычки S1—S4 представляют собой капли припоя, соединяющие соседние монтажные площадки. Как уже было сказано, в зависимости от требующейся полярности контактов разъёма ХЗ делают лишь две из четырех перемычек (S1 и S4 либо S2 и S3).

      Для микроконтроллера DD4 на плате предусматривают цанговую панель DIP40-W-M. Прежде чем устанавливать её, следует смонтировать все элементы и перемычки, которые должны находиться под панелью.
      Входной разъём XW1 и переменный резистор R35, если он СП4-1 или подобный, устанавливают на алюминиевых уголках толщиной 2 мм. Все выводы ЖКИ HG1 соединяют отрезками провода МГТФ-0,12 с контактными площадками платы, обозначенными И1—И20. Цифры в обозначениях совпадают с номерами выводов ЖКИ. На четырёх стойках М2,5х7 индикатор крепят над платой.
   Схема Портативный цифровой осциллограф DSS-31 (2) 2   
      Отсек для батареи GB1, рассчитанный на три элемента типоразмера АА, приклеивают к пластине размерами 40×76 мм из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. В отверстия по углам этой пластины расклёпывают резьбовые втулки МЗ-5,5×2,5x3x3,5.48.016, с помощью которых пластину устанавливают над основной платой под ЖКИ. Провода от батарейного отсека припаивают к контактам розетки НК-2, сочленяемой с находящейся на плате вилкой WK-2 (X4). Можно припаять их и без разъёма непосредственно к соответствующим контактным площадкам платы.

      Если предполагается пользоваться только аккумуляторами, лучше применить готовую батарею на 3,6 В, в которой три аккумулятора подобраны идентичными по параметрам и будут заряжаться и разряжаться одинаково. К тому же исключается переходное сопротивление между аккумуляторами и контактами батарейного отсека. Такую батарею фиксируют на описанной выше стеклотекстолитовой пластине липкой лентой.
      Плата рассчитана на установку резисторов и конденсаторов в основном для поверхностного монтажа типоразмера 0805 (R1— R7, R12—R14, R16, R18, R20—R25, R34, R37—R42, R44, R49— R52, R54, R55, R59, R61, R63, R66—R71, С1, С6, С9, С12—С17, С19—С21, С23— С28, С30, С32, СЗЗ, С36, С37, С39, С40, С42, С44, С45, С48—С50, С57, С61, С62) и типоразмера 1206 (R9, R19, R36, R56—R58, R60, R62, R65). Резисторы R8, R10, R11, R17, R30—R33, R43, R45, R46, R48, R64 — МЛТ-0,125 или импортные MF-12, монтируемые обычным образом.

      Резистор R10 желательно выбрать с ТКС не хуже ±100 ppm/°C (MF-12-100 к±1%, С2-23-0.062-100 к±1% и подобные). Резисторы R20 и R24 должны иметь ТКС не хуже ±100ppm/°С, иначе при изменении температуры окружающей среды возможен уход линии развёртки по вертикали. Подстроечные резисторы: R15 — многооборотный 3296W, R26—R29, R53 — 3329Н (СПЗ-19а). Переменный резистор R35 — СП4-1 с характеристикой А (линейной). Его можно заменить импортным RV091NP. Резистор СП4-1 устанавливают на алюминиевый уголок, a RV091NP — непосредственно на печатную плату в предусмотренные для его выводов отверстия.

      Суммарное сопротивление резисторов R2 и R3 должно равняться 900 кОм±0,5 %, a R4 и R5 — 90 кОм±0,5 %. Резисторы R6, R7, R24 должны быть с допуском не хуже 0,5 % либо подобраны с такой точностью. Образующие делитель для измерения напряжения батареи питания резисторы R69—R71 также нужно подобрать с точностью не хуже ±0,5 % либо программно откалибровать измеритель напряжения питания, войдя в меню конфигурации осциллографа.
Схема Портативный цифровой осциллограф DSS-31 (2) 3
      Подстроечные конденсаторы С2, С4, С5 — КТ4-256. Оксидные конденсаторы алюминиевые для обычного монтажа (C8, C10, C11, C18, С22, C29, С31, С35, C38, C47, C51—C54, C56, C58, C59) и танталовые для поверхностного монтажа типоразмера А или В (C8, C10, C29, C35, C43, C53, C56), типоразмера В (C34, С41, С47, C60) и типоразмера С (C46, C51, C55, C58, C59). Причём конденсаторы C8, C10, С29, C34, C35, C47, С50, С51, C53, C56, C58, C59 могут быть как алюминиевыми, так и танталовыми. Конденсаторы C53, C56, C59, если они алюминиевые, необходимо зашунтировать керамическими конденсаторами типоразмера 0805 ёмкостью 0,47 мкФ. Конденсатор СЗ — металлоплёночный CL21, а 07 — плёночный CL11 (зелёного цвета с маркировкой 2E682J). Оба должны быть рассчитаны на переменное напряжение не менее 250 В.

      Дроссели L1, L5, L7, L8, L10 — LGA0305 или LGA0307 индуктивностью 22…33 мкГн с активным сопротивлением не более 1,5 Ом. Дроссель L3 — индуктивностью 10…22 мкГн типоразмера 1206 для поверхностного монтажа, например LQM31F. Дроссели L4 и L9 — LGA0410 или аналогичные индуктивностью 22…33 мкГн с активным сопротивлением не более 1 Ом. Дроссели L11—L13 — LGA0305, LGA0307 или аналогичные с активным сопротивлением не более 10 Ом. Дроссель L14 — RCH-895 или другой указанной на схеме индуктивности с активным сопротивлением не более 0,1 Ом, рассчитанный на ток не менее 1 А.

      Дроссель L6 должен быть рассчитан на ток не менее 1 А. Для его самостоятельного изготовления можно использовать ферритовое кольцо типоразмера К10x6x3 мм с начальной магнитной проницаемостью не менее 600. Чтобы предотвратить насыщение, в нём необходимо сделать немагнитный зазор. Для этого остро заточенным ножом по линии диаметра на кольце со всех доступных сторон делают надрезы, после чего кольцо разламывают пополам. Вставив в каждый из стыков по прокладке из бумаги толщиной 0,25 мм, половины кольца склеивают эпоксидным клеем. На время его затвердевания половины удобно сжать бельевой прищепкой. Излишки затвердевшего клея снимают надфилем.

      На магнитопровод для механической прочности (иначе при намотке провода он может сломаться) сверху и снизу накладывают шайбы 10×6 мм из стеклотекстолита толщиной 0,4 мм, после чего магнитопровод вместе с ними обматывают слоем фторопластовой или другой изоляционной плёнки.
      Обмотка дросселя состоит из 27 витков провода ПЭТВ-2 диаметром не менее 0,63 мм. В авторском экземпляре КПД преобразователя на микросхеме МАХ756 с описанным дросселем составил 85 % при входном напряжении 3,6 В и токе нагрузки 50 мА и 87,5 % при токе нагрузки 120 мА.

      Если самостоятельное изготовление дросселя L6 затруднительно, можно использовать готовый RCH-895 на 22 мкГн, имеющий активное сопротивление менее 0,06 Ом и рассчитанный на ток 1,7 А. На печатной плате предусмотрено место для его установки. КПД преобразователя с дросселем RCH-895 получается таким же, как в предыдущем случае. Однако следует иметь в виду, что RCH-895 имеет разомкнутый магнитопровод, а это увеличивает уровень создаваемых им электромагнитных помех.

      Для дросселя L6 можно использовать и кольцевой магнитопровод из порошкового железа, например, от дросселя VTP01002 (10 мкГн, 2 А). Размеры этого магнитопровода — 9,5×4,5×4,5 мм. Индуктивность 22 мкГн была получена при намотке на него 22 витков провода ПЭТВ-2 диаметром 0,63 мм. КПД преобразователя при входном напряжении 3,6 В и токе нагрузки 50 мА составил 83,7 %, а при токе нагрузки 120 мА— 86 %, что немного хуже, чем при дросселе с ферритовым магнитопроводом.
Схема Портативный цифровой осциллограф DSS-31 (2) 4
      Примерно таким же КПД получается при использовании готового тороидального дросселя DLV-260-M2.0 (26 мкГн, 2 А) с габаритными размерами 17,5×8 мм. Пригодны и экранированные дроссели в исполнении для поверхностного монтажа, например CDRH6D28NP-220N. К ним следует припаять выводы из лужёного провода.
      Печатная плата рассчитана на установку реле К1 типа G6HK-2 5 VDC фирмы Omron (поляризованное двухобмоточное с двумя устойчивыми положениями якоря). По электрическим характеристикам пригодно и реле V23042 В2201 В101 фирмы SIEMENS, но такая замена потребует переделки печатной платы.

      Транзистор 2SA1300 может быть заменён на SS8550 (его выводы расположены иначе — база и коллектор поменялись местами) или аналогичный с напряжением насыщения не более 0,25 В при токе коллектора 70 мА. Полевой транзистор BSH201 при необходимости заменяют более дешёвым BSS84.

      Защитные диоды КД409А можно выпаять из телевизионных селекторов каналов СК-В-1, СК-М-24. Особенность этих диодов — малая ёмкость р-n перехода и очень маленький прямой ток при напряжении до 0,3…0,4 В. Заменять их диодами другого типа не рекомендуется. При замене оптрона РС817А прибором с другим буквенным индексом или другого типа потребуется, возможно, подобрать резисторы R39 и R41, чтобы получить на выводе эмиттера фототранзистора оптрона импульсы неискажённой формы.

      Графический ЖКИ WG12864A можно заменять подобными (разрешение экрана 128×64 пкс., встроенный контроллер KS107 или KS108), например, BG12864AGPLHbn, MT12864A. В случае применения ЖКИ с белой светодиодной подсветкой необходимо уменьшить её ток, увеличив номинал резистора R48 до 47 Ом.
      Индексы в конце обозначений ЖКИ указывают цвет фона, тип и цвет подсветки, рабочий интервал температуры и другие особенности прибора. Поскольку каждый производитель использует свою систему обозначений, характеристики индикатора лучше перед покупкой уточнить.

      Желательно отсутствие в ЖКИ узла термокомпенсации. Он состоит из терморезистора, нескольких постоянных резисторов и регулирующего транзистора, включённого в выходную цепь преобразователя положительного напряжения питания в отрицательное, необходимое для регулировки контрастности изображения, и поддерживает её неизменной при значительных колебаниях температуры окружающей среды. Оптимальную контрастность устанавливают подстроечным резистором, подключаемым между выводами 18 и 3 ЖКИ, причём обычно такой, чтобы погашенные точки индикатора были едва видны.

    Как показал опыт работы с графическими индикаторами, именно узел термокомпенсации не всегда позволяет добиться оптимальной контрастности. Например, у ЖКИ WG12864A-YGB-T она оставалась недостаточной даже при непосредственном соединении его выводов 18 и 3 и напряжении питания +5 В. При попытке запитать отрицательным напряжением от встроенного в ЖКИ преобразователя внешнее устройство (потребляющее всего несколько миллиампер) на регулирующем транзисторе узла термокомпенсации падает большая часть этого напряжения.

      При использовании вместо микросхемы MAX756CSA более дешёвой NCP1400ASN50T1 её монтируют на плату, как показано на рис. 6 в верхней части выреза платы для установки ЖКИ (вид со стороны печатных проводников). В этом случае конденсатор С39 и резистор R54 устанавливать нет необходимости, а стабилитрон 1N5342B (VD17) следует заменить на 1 N5341 В, так как максимальное входное напряжение микросхемы NCP1400ASN50T1 не должно превышать 6 В.

    Микроконтроллер ATmega32A-PU можно заменить устаревшим ATmega32-16PU. При тактовой частоте 20 МГц потребляемый последним ток приблизительно на 8 мА больше. Запрограммировать микроконтроллер можно с помощью программы PonyProg 2.07 и программатора SI Prog, описанного в [2]. Запустив программу PonyProg, следует выбрать тип микроконтроллера (Device AVRmicro ATmega32), открыть файл DSS-31a.hex и загрузить его содержимое во FLASH-память микроконтроллера. Необходимо также запрограммировать конфигурацию микроконтроллера, отметив «галочками» разряды СКОРТ, BODEN, BODLEVEL, SUT1, EESA-VE. Подробное описание работы с программой PonyProg можно найти в [3].

      Отдельно следует сказать о выборе кварцевого резонатора ZQ1 для микроконтроллера. Резонаторы HC-49S (в низком корпусе «лодочка» высотой 3,6 мм) в данном случае не подходят. Во всяком случае, из шести различных экземпляров не запустился ни один. По-видимому, они не обладают достаточной добротностью. По схеме, показанной на рис. 7, был собран и опробован генератор для проверки кварцевых резонаторов. Резонаторы HC-49S на 20 МГц в нём также не заработали.

      Были опробованы и кварцевые резонаторы HC-49U (высотой 13 мм). Все они оказались работоспособными. Наибольшая амплитуда выходного напряжения проверочного генератора была получена с резонатором, промаркированным PY 20.000MHz. Запуск проверочного генератора и тактового генератора микроконтроллера происходил без сбоев. Уже длительное время осциллограф устойчиво работает с этим резонатором.
      Микросхемы CD74HC4052M можно заменить на 74НС4052 других производителей. Интегральные параллельные стабилизаторы TL431 AIL и TL431 BID желательно применить именно с такими буквенными индексами, иначе может ухудшиться устойчивость осциллографа к изменениям температуры окружающей среды.
Схема Портативный цифровой осциллограф DSS-31 (2) 5
      Микросхему ICL7660CSA можно заменить на ICL7660ESA, MAX1044ESA или использовать другие микросхемы-преобразователи полярности напряжения, например TPS60401. Для неё на плате предусмотрено место, показанное на рис. 6 в нижней части выреза для ЖКИ (вид платы со стороны печатных проводников), но практически работа осциллографа с этой микросхемой не проверялась. Возможно также применение микросхем TPS60400, TPS60402 и TPS60403 с изменением номинала конденсатора С56 в соответствии с документацией на эти микросхемы.

      Если ни одной из микросхем, пригодных для работы в качестве преобразователя полярности напряжения, найти не удалось, а ЖКИ HG1 имеет такой встроенный преобразователь, можно воспользоваться его выходным напряжением, установив на плату и подключив, как показано на рис. 4 штриховыми линиями, дроссель L13. Микросхему DA9, дроссель L12 и конденсаторы С53, С56 в этом случае не устанавливают, а сопротивление резистора R25 увеличивают до 270 Ом.

      Если в индикаторе имеется узел термокомпенсации, придётся либо всё-таки смонтировать в осциллографе узел на микросхеме DA9, либо удалить из ЖКИ узел термокомпенсации, удалив с печатной платы ЖКИ его элементы. В ЖКИ WG12864A-YGB-T — это терморезистор RT1 (он зелёного цвета), транзистор Q1 (единственный в корпусе SOT-23) и резисторы R61—R63 (все они электрически связаны с Q1 и RT1). Теперь остаётся соединить между собой отрезком провода или каплей припоя предназначавшиеся для транзистора Q1 контактные площадки.

      Звуковой излучатель НСМ1201А взят из китайского электромеханического будильника. Он электромагнитный диаметром 12 мм без встроенного генератора (номинальное напряжение — 1,5 В, сопротивление обмотки — 6,5 Ом). Желаемую громкость звука устанавливают подборкой резистора R45. Если громкость остаётся недостаточной, её удаётся увеличить, применив излучатель KSS-1206 (47 Ом) с компьютерной материнской платы. Можно использовать и пьезокерамический звуковой излучатель подходящих размеров. Он не должен иметь встроенного генератора, поскольку звуковые сигналы различной тональности генерирует сам микроконтроллер.
Схема Портативный цифровой осциллограф DSS-31 (2) 6
      Светодиоды L-13ID и L-13GD можно заменить аналогичными по размерам и цвету свечения, например, В!_-84549Аи BL-S2149A.
      Выключатель SA1 — SK-22F14, переключатель SA2 — SS-9. Кнопки SB1 — SB7 — тактовые размерами 6×6 мм с толкателями высотой 18 мм, на которые надеты цветные пластмассовые колпачки. Разъём XW1 — импортное гнездо ВМС (аналогичный отечественный разъём имеет крепежную часть большего диаметра).

      Разъём Х1 — розетка miniUSB. Если передавать осциллограммы в компьютер нет необходимости, этот разъём, микросхему DD3, оптрон U1 и связанные с ними элементы можно не устанавливать. Гнездо Х2 вырезано из разъёма, применявшегося в модулях телевизоров УПИМЦТ. Вместо него возможно установить вилку ножевую шириной 6,4 мм — под неё на плате предусмотрено место. Гнездо ХЗ подбирают под штекер применяемого источника внешнего питания. Разъём Х4 для подключения батареи питания — WK-2. От него можно и отказаться, припаяв провода от батарейного отсека непосредственно к соответствующим контактным площадкам платы.

      Плату осциллографа крепят на пяти стойках М3х13 к нижней крышке готового пластмассового корпуса Z72U. Он снабжён крепёжными ушками, которые необходимо аккуратно удалить. Без ушек корпус имеет внешние размеры 179x101x37 мм. На его нижней крышке устанавливают самоклеящиеся резиновые ножки. В соответствующих местах корпуса делают отверстия под индикатор и органы управления. Для удобства разметки отверстий элементы HG1, SA2, SB1—SB7 «Вкл./Выкл.», HL1, HL2, SA1, XW1, R35 лучше монтировать на плату поочерёдно в указанной последовательности по мере вырезания и сверления в корпусе отверстий под них.
Схема Портативный цифровой осциллограф DSS-31 (2) 7
      Чтобы уменьшить влияние на входные узлы осциллографа внешних наводок, на внутреннюю поверхность пластмассового корпуса необходимо наклеить экраны из тонкого листового алюминия, меди, латуни, жести или любого другого проводящего материала. Экран, показанный на рис. 8, наклеивают на левую часть нижней половины корпуса (под аналоговыми узлами на плате). При сборке осциллографа он окажется соединённым с цепью AGND через крепёжную стойку, ближайшую к разъёму XW1.

    На верхнюю половину корпуса экран (его развёртка изображена на рис. 9, её нужно согнуть по штриховым линиям) также наклеивают над аналоговыми узлами прибора. Он покроет и две боковые стенки корпуса. Для соединения этого экрана с цепью AGND под винт крепления упомянутой выше стойки устанавливают, как показано на рис. 10, контактную пружину из упругой латуни или бронзы Она должна прижиматься к части экрана, находящейся на левой боковой стенке корпуса.
      Чтобы придать осциллографу законченный внешний вид, рисуют с помощью любой программы—графического редактора и печатают на обычной бумаге наклейку на его переднюю панель, например, показанную на рис. 11.

      Рисунок ламинируют с обеих сторон. С обратной стороны по всей его поверхности наклеивают двустороннюю липкую ленту, не снимая с неё защитную плёнку. После этого рисунок аккуратно вырезают по периметру. Белые торцы полученной наклейки желательно закрасить под цвет фона рисунка. Делать это маркёром нежелательно, со временем его краситель проникает глубоко в бумагу, заливая белые участки рисунка. Лучше использовать гелевую авторучку.
      Отделив от липкой ленты защитную плёнку, наклейку накладывают на переднюю панель корпуса прибора и плотно прижимают к ней. Достоинство такого метода состоит в том, что при необходимости наклейка может быть без труда удалена, причём на пластмассовом корпусе практически никаких следов не останется.

Прилагаемые файлы:    DSS-31.zip   

Продолжение —   www.radioelectronika.ru/?mod=cxemi&sub_mod=full_cxema&id=778
www.radioelectronika.ru/?mod=cxemi&sub_mod=full_cxema&id=779

ЛИТЕРАТУРА
2. Долгий А. Разработка и отладка устройств на микроконтроллерах. — Радио, 2001 ,№6, 7.
3. Долгий А. Программаторы и программирование микроконтроллеров. — Радио, 2004, № 4—8.

С. САМОЙЛОВ, г. Харьков, Украина
«Радио» №2 2012г.

Похожие статьи:
Портативный цифровой осциллограф DSS-31 (1)
Портативный цифровой осциллограф DSS-31 (3)
Портативный цифровой осциллограф DSS-31 (4)

Добавить комментарий

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