Измерительная техника
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Двухканальная осциллографическая приставка к ПКРаспечатать: Двухканальная осциллографическая приставка к ПК

Двухканальная осциллографическая приставка к ПК



Известно, что хорошо наладить некоторые устройства без осциллографа весьма проблематично. Однако осциллографы довольно дороги, поэтому, если у вас есть IBM-совместимый компьютер, значительно дешевле собрать относительно несложную приставку к нему, например, такую, как описываемая в публикуемой ниже статье.


Предлагаемая двухканальная осциллографическая приставка к ПК предназначена для наблюдения и исследования формы электрических сигналов, измерения временных и амплитудных характеристик электрических процессов. Полоса пропускания каждого из каналов - 0...50 МГц, коэффициент отклонения луча - 0,1...20 В/дел., входное сопротивление - 1 МОм, входная емкость - 20 пФ, длительность развертки - от 0,1 мкс до 100 мс/дел. Минимальные требования к ПК: 386, VGA, принтерный порт, MS DOS 3.3.

На высокочастотных диапазонах устройство работает по стробоскопическому принципу, на низкочастотных - в реальном времени. Программное обеспечение допускает работу в режиме спектроанализатора. Число отсчетов сигнала, изображаемого на экране, в обычном режиме - 256, в режиме спектроанализатора - 128. Программа использует порт LPT1 (см. таблицу): базовый порт 378Н, порт сигналов состояния принтера (входной) 379Н, порт управляющих сигналов (выходной) 37АН. В программе принято, что состояние бит портов стандартно и соответствует состояниям сигналов на контактах принтерного разъема [1].

Бит Контакт
Порт 378Н (базовый)
0 2
1 3
2 4
3 5
4 6
5 7
6 8
7 9
Порт 379Н (ввод)
0 11 (инв.)
1 10
2 12
3 13
4 15
Биты 5-7 на разъем
не выведены
-
Порт 37АН (вывод)
Биты 0-3 на разъем
не выведены
-
4 17 (инв.)
5 16
6 14 (инв.)
7 1 (инв.)

Принципиальная схема приставки изображена на рис. 1. Исследуемые сигналы через входные гнезда XW1 и XW2 поступают на резистивно-емкостные делители, состоящие из переключателей 1SA2, 2SA2, резисторов 1R1 -1R8, 2R1-2R8 и конденсаторов 1С2-1С9,2С2-2С9, которые определяют максимальный размах по вертикали (префиксы 1 и 2 здесь и далее обозначают принадлежность элементов соответственно к каналам 1 и 2). К выходам делителей через повторители на транзисторах 1VT1, 1VT2 и 2VT1, 2VT2 подключены МОП-ключи микросхемы 1DA1 (два из ее направлений использованы в канале 1, остальные - в канале 2). Ключи открываются импульсами длительностью около 10 нc, поступающими от формирователя на триггере DD1.2, и через них заряжаются конденсаторы 1С10 и 2С10, к которым подключены неинвертирующие входы ОУ 1DA2 и 2DA2. Напряжения на конденсаторах, соответствующие напряжениям сигналов в момент открывания ключей, усиливаются ОУ в 10 раз. Длительность открывающего импульса соответствует минимальной длительности фронта входного сигнала, который отобразится без искажений, т. е. определяет полосу пропускаемых частот.

Реализованное в программе измерение напряжений на выходах ОУ 1DA2 и 2DA2 путем последовательного приближения осуществляется следующим образом. Сначала в порт 378Н выставляется число 27 (на выходе ЦАП - 2,5 В) и проверяется состояние выходов компараторов (бит 3 и 4 порта 379Н). Если компаратор сработал, к указанному числу прибавляется 26, если нет - из первого вычитается второе. Затем еще раз проверяется состояние компараторов, прибавляется или вычитается 25. Процедура повторяется до прибавления или вычитания 20. Полученные в результате числа соответствуют значениям напряжения на выходах 1DA2 и 2DA2. Делитель R20R29 устанавливает пределы изменения напряжения на выходе ЦАП от 0,5 до 4,5 В. Чтобы формирователь импульсов не срабатывал при определении напряжений на выходах ОУ, на вход D триггера DD1.2 в это время подается лог. 0. Время преобразования АЦП при времени записи в порт, равном 2 мкс, составляет 2x40 мкс.

Синхронизация осуществляется в канале 1 с помощью компаратора DA1, инвертирующий вход которого через конденсаторы С1 и С2 подключен к выходу повторителя на транзисторах 1VT1 и 1VT2. Для повышения помехоустойчивости введены резисторы R2 и R3, задающие компаратору гистерезис 20 мВ. Уровень синхронизации регулируют переменным резистором R4.

Принципиальная схема приставки; Увеличить в новом окне

Рис.1. Принципиальная схема приставки

Задержка времени от момента срабатывания компаратора DA1 до момента открывания ключей микросхемы 1DA1 устанавливается программно-аппаратно на высокочастотных диапазонах и программно - на низкочастотных. В первом случае программа, когда она готова к приему очередного значения входных сигналов, устанавливает, а затем убирает сигнал "Reset" с триггера DD1.1 (бит 7 порта 37А = "1/0", контакт 1 принтерного разъема = "0/1"). "Взведенный" таким образом триггер срабатывает при переключении компаратора DA1, и транзистор VT3 закрывается. В результате от источника тока, выполненного на элементах VT2, R8, R9,начинает заряжаться один из времязадающих конденсаторов С7-С21. Когда напряжение на нем достигает значения напряжения на выходе ЦАП, срабатывает компаратор DA2 и запускает формирователь импульса (DD1.2, R11, С22), управляющий ключами микросхемы 1DA1. Срабатывание компаратора DA2 программа определяет по значению 0 на контакте 11 принтерного разъема (бит 0 порта 379Н). После этого запускается подпрограмма определения напряжения на выходах 1DA2 и 2DA2. Величины напряжений записываются в память, в ЦАП устанавливается следующее значение, триггер DD1.1 снова "взводится", и цикл повторяется до момента, когда будет нажата какая-либо клавиша.

На элементах VT1, R5, R6, VD1, СЗ, С6 реализован узел определения наличия синхронизации. Когда компаратор DA1 периодически срабатывает, на контакте 10 разъема ХР1 (бит 1 порта 379Н) присутствует лог. 1, и после "взведения" триггера DD1.1 программа дожидается срабатывания компаратора DA2. В противном случае этот триггер запускается из программы путем последовательной установки сигналов "Reset" и "Set"(биты 4, 7 порта 37А = "10/01", контакты 1, 17 принтерного разъема = "01/10").

На выходе ЦАП программно устанавливаются значения от 0 до 255, соответственно задержка от момента синхронизации до момента открывания ключей изменяется от минимального значения до максимального, и формируется изображение сигнала. Период развертки Т (в секундах на деление) определяется по формуле Т = CU/2I, где С - емкость подключенного конденсатора в фарадах; U = 4,5 В - максимальное напряжение ЦАП; I = 0,001 А - ток коллектора транзистора VT2.

При большой емкости времязадающего конденсатора изображение сигнала формируется слишком медленно. Поэтому в программе реализована процедура определения его емкости, проверяющая, сколько раз программа может считать значения сигналов за время его зарядки. Если это время велико (задана большая длительность развертки), после переключения компаратора DA1 ключи коммутатора 1DA2 могут открываться несколько раз. При этом на выходе ЦАП устанавливаются промежуточные значения, а триггер DD1.1 запускается из программы путем последовательной установки сигналов "Reset" и "Set".

Если выбрана длительность развертки больше 5 мс/дел. (переключатель SA2 в нижнем - по схеме - положении), задержка после переключения компаратора DA1 формируется программно. Программа "узнает" об этом по нулевому значению бита 2 порта 379Н. Триггер DD1.1 запускается из программы путем последовательной установки сигналов "Reset" и "Set" через заданные промежутки времени. Время развертки задают с клавиатуры клавишами "0"-"9".

Смещение луча по вертикали изменяют переменными резисторами 1R13 и 2R13, длительность развертки (плавно) - резистором R28.

Программа написана на языке Turbo Pascal. В ней реализовано быстрое преобразование Фурье (спектроанализатор). Преобразовывается сигнал, изображенный на экране. Для того чтобы спектр был показан правильно, необходимо, чтобы на экране укладывалось целое число периодов сигнала. Этого можно добиться, подбирая длительность развертки переменным резистором R8. Подпрограмма быстрого преобразования на языке Фортран приведена в [2]. Там же можно найти пояснение способа определения спектра сигнала через преобразование Фурье.

Для питания приставки необходим источник стабилизированных напряжений +12, +5, и -6 В. Потребляемый ток по цепям +12 и -6 В не превышает 50, по цепи +5 В - 150 мА. Уровень пульсаций не должен превышать 1 мВ. Можно использовать блок питания (адаптер) китайского производства на 3...12 В, 1А, доработав его, как показано на рис. 2.

Принципиальная схема блока питания

Рис.2. Принципиальная схема блока питания

Приставка смонтирована на обычной макетной плате. При повторении следует учесть, что устройство чувствительно к внешним и внутренним наводкам. Например, проникание входного сигнала во времязадающую цепь может вызвать искажение формы наблюдаемого сигнала. Поэтому монтаж необходимо выполнить таким образом, чтобы связь этих цепей приставки между собой и проникание в них внешних сигналов были минимальными. Конденсаторы С4, С5 следует припаять непосредственно к выводам компаратора DA1, элементы 1DA1, 1С10, 2С10, 1DA2, 2DA2 расположить рядом. Резисторы 1R1-1R8, 2R1-2R8, конденсаторы 1С1-1С9, 2С1-2С9, С7-С21 целесообразно смонтировать на соответствующих переключателях.

В приставке можно применить следующие детали. Резисторы R12-R19, R21-R28 - с допускаемым отклонением от номинала не более ±0,25 %, например, С2-29. Номинал резисторов R12- R19, R28 - 1...10 кОм, R21-R27 - 0,5...5 кОм, причем сопротивление вторых должно быть точно в два раза меньше, чем первых (этого можно добиться параллельным соединением резисторов с номиналом первых). Остальные резисторы - любого типа с допускаемым отклонением ±5 %. В качестве времязадающих (С7-С21, 1С1 -1С8, 2С1-2С8) желательно использовать конденсаторы с возможно меньшим отклонением от номинальных значений и малым ТКЕ.

Транзисторы 1VT1, 2VT1 - высокочастотные полевые с напряжением отсечки не менее 5 В (КПЗОЗГ-КПЗОЗЕ, КП307Ж и т. п.), 1VT2, 2VT2 - высокочастотные структуры n-p-n со статическим коэффициентом передачи тока п21Э не менее 50 (КТ316Д, КТ325Б, КТ325В), VT1, VT2 - любые соответствующей структуры с п21э не менее 400, VT3 - с импульсным током коллектора не менее 300 мА и рабочей частотой не менее 200 МГц (КТ3117А, 2N2222).

Входные токи ОУ 1DA2 и 2DA2 должны быть не более 0,1 нА, скорость нарастания выходного напряжения - не менее 20 В/мкс (КР544УД2А, LF356). Компараторы 1DA3, 2DA3, DA2 - с коэффициентом усиления напряжения не менее 105, входными токами не более 0,5 мкА и временем переключения не более 0,5 мкс (КР554САЗ, LM211N, К521САЗ), DA1 - с временем переключения не более 15нс(КР597СА2, АМ686).

В качестве микросхемы DD1 можно применить КР1594ТМ2 (74ACT74N), КР1533ТМ2 (74ALS74AN), DD2, DD3 -КР1594ЛН1 (74ACT04N), КР1554ЛН1 (74AC04N), КР1564ЛН1 (74HC04N). При использовании КР1594ТМ2 полоса частот - 0...50 МГц (в этом случае конденсатор С22 не устанавливают, a R11 заменяют резистором сопротивлением 4,7 кОм), КР1533ТМ2 - 0... 15 МГц. Применение микросхемы КР1564ЛН1 требует изменения номиналов резисторов R12 - R19, R28 и R21 - R27: сопротивление первых должно быть не менее 5 кОм, вторых - не менее 2,5 кОм (при сохранении отношений 2R/R).

Сопротивление открытого канала МОП ключей 1DA1 должно быть не более 100 Ом, время включения/выключения - не более 10 не (КР590КН8, SD5002).

Налаживание приставки начинают с проверки режимов входных повторителей. Если напряжения на эмиттерах 1VT1, 2VT1 выходят за пределы 1,5...2,5 В, подбирают резисторы 1R9 или 2R9. Затем, используя источник сигнала с калиброванной частотой, подбором конденсаторов С7-С21 и резистора R9 устанавливают требуемые значения частоты развертки на высокочастотных диапазонах (на низкочастотных она устанавливается программно).

При работе с приставкой следует учитывать особенности стробоскопического эффекта, выражающиеся, например, в значительном искажении формы сигнала с амплитудной модуляцией, если частота модулирующего колебания близка к частоте выборки. Кроме того, компаратор DA2 вносит задержку около 300 нc, это может создать трудности при наблюдении фронтов сигналов с большой скважностью. Наибольшую пользу приставка может принести при использовании в режиме реального времени - как запоминающий осциллограф, а также при длительности развертки менее 1 мкс/дел. - как альтернатива дорогим высокочастотным приборам.

Скачать: [Программу]

Источники

  1. Гук М. Интерфейсы ПК: справочник. -СПб.: Питер Ком, 1999.
  2. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1986.

Автор: А.Хабаров, г. Ковров


Дата публикации: 02.07.2003
Мнения читателей
  • / 17.12.2014 - 16:10
  • Андрей / 17.10.2011 - 05:43
    Эта схема имеет ценность только в стробоскопическом режиме. В обычном режиме ее обгоняет простеньная дешевая микруха ADS7816 под управлением pic16 (частота дискретизации 200кГц и амплитудная дискретность 12 разрядов). У кого-нибудь удалось запустить схему в стробоскопическом режиме без помех и искажений?
  • mastertaan@mail.ru / 28.05.2011 - 02:16
    глянул мануал и загрузил его сюда http://mastertaan.mylivepage.ru/file/index на самом деле буржуи ножки лепят по другому! 3-3.2-4.14-9.12-8.7-6.16-1.5-5.8-7 и только две ноги совпадают так что придётся тебе проводками разводку делать. удачи!
  • Ohistitel / 27.05.2011 - 11:54
    Спосибо mastertaan , наконец то привезли под заказ мне этот несчастный компаратор AM686 аж с америки , начал устанавливать и столкнулся с проблемой -если сравнивать входы микросхем, то там где у одной вход 12в у другой пин "NС" и так по половине пинов. помогите пожалуйста какую ногу куда подключать. у меня естть AM686HC в металлическом корпусе H-10-1 и даташит на него. нужно провести аналогию ног с к597са2. Пожалуйста очень нужно, я уже все сделал
  • mastertaan@mail.ru / 19.12.2010 - 17:53
    ножки ... в верху 14 и ниже 12 http://monitor.net.ru/forum/usb-info-313861.html здесь были фотки и ли в (моём мире на мейле)
  • Ohistitel / 16.12.2010 - 08:58
    Добрый день. наткнулся в сети на схемуу осциллографа решил собрать его, почти полностью выресовал его печатную плату, разьмером под сидиром 5.25 и тут незадача на кнопке SА1 не подписаны ножки компоратора кр597са2 , пробовал найти даташит-бесполезно нашел даташит на буржуйскую замену, там какая-то ерунда (если сравнивать входы микросхем, то там где у одной вход 12в у другой пин "NС" и так по половине пинов. даташит от АМ686.) вобщем прошу помоч мне тем ,что скажете какие пины не подписаны ,очень прошу вас, я не настолько продвинут чтоб самому вкурить. а я вам могу печатку скинуть если нужно. моя почта Ohistitel2007@yandex.ru , если на счет печатки надо , то пишите.
  • Андрей / 16.11.2010 - 05:30
    Под Xp надо использовать inpout32.dll
  • Volodya / 19.10.2010 - 17:25
    Есть у кого нить прога под XP?. Если есть киньте плиз на volodya_va@mail.ru.
  • mastertaan / 26.05.2010 - 06:20
    выложил свежие фото осцилла в (мой мир). сборку выполнил на селуминовой раме от старого флопика . теперь при желании легко установить в ПК. и очень удобно в процессе дальнейшей доработки ПО а так же железа.
  • mastertaan@mail.ru / 17.05.2010 - 04:34
    всем кто захочет переписать прогу! мне удалось слепить (повторить) все импульсы компа . собрал за сутки внешний генератор пилы. причем цифровой и со всеми импульсами как таймера так и стобирующие. пила на 128 разрядов . строб 128+128 (256). таймер 32-64-128-256 на выбор. получилось - 1 ЛА3 и 3 ИЕ5 ну и 1 ЛН для инверсии сигналов.процедуру измерения напряжения обойти не удалось . ее надо переписывать.
  • mastertaan@mail.ru / 14.05.2010 - 04:00
    (это ссылка на USB-LPT.Atmega 8-16.)http://www-user.tu-chemnitz.de/~heha/bastelecke/Rund%20um%20den%20PC/USB2LPT/index.html.en и посложнее есть http://www.radioradar.net/radiofan/miscellaneous/usb_com_lpt.html
  • mastertaan@mail.ru / 13.05.2010 - 10:58
    этот модуль преобразует в COM порт и шину RS-232. и есть уже готовое решение на данный порт . собран на PIC16F876 пять входов аналоговых и 6 выходов цифровых . модуль с оптронной развязкой УМ-АЦП1 под прогу ХР www.miliamper.narod.ru .вообще проблема в том что USB в досе тормозит и глючит . сейчас учусь работать с паскалем . пока смог удалить блок измерения емкости и Sw процедуру заодно перешол на внешний таймер и теперь думаю как обойти привязать к нему измерение напряжений . по английскому туго соображаю думаю что через формирование от 1-128 с привязкой к длительности таймера. знаний 0 . програмиста нужно ! внешний таймер зацепил на порт (379:64)потом зацеплю на свободный
  • ivanych / 11.05.2010 - 11:55
    Подскажите пожалуйста? Собираюсь данную приставку с LPT-порта переделать на USB. Для этого выбрал USB-модуль http://oscope.narod.ru/usb_um232r.html . Какой лучше всего DSP использовать для согласования приставки и модуля?
  • Андрей / 03.04.2010 - 15:52
    А это мой осцилл. http://keep4u.ru/full/d7b6135e48e6015490d865e797198f1e.html http://keep4u.ru/full/d3595b4de7dee11991ec7ae13eab37c5.html http://keep4u.ru/full/a388dc4f637d5d1f488e5bb129c693a0.html http://keep4u.ru/full/e77dcb38c1dcff671ebcec317e678249.html
  • Андрей / 03.04.2010 - 15:38
    Проверял работу осцилла с помощью генератора синусоиды (компьютерная программа использующая звуковую плату, другого генера нет). Подавал 20кГц. На обычном осцилле идет чистая синусоида, а на этом вот такое: первая - реальный режим http://keep4u.ru/full/67d5721f6381ad7803f3c84b4629e871.html вторая и третья, стробоскопический, 50мкс/дел. http://keep4u.ru/full/f8b6a8749dc2f0fdcf111b0208ac02d2.html http://keep4u.ru/full/56a367ee390bb3f028e031bd8a274273.html Вообще, синхра оставляет желать лучшего. Надо как-то дорабатывать. Лучше наверно, аппаратно. Не нравится, синхра какая то неровная, и на сигнале какие-то модуляции, частотой как ниже частоты сигнала, так и выше.
  • mastertaan / 02.04.2010 - 07:16
    нашол расчет по соткам ! LPT порт очень скоростной тоже ! надо кварц (частоту) делить на 8 и получилось 3 мГц даже не вериться хотя на винде 95 машина шустрая ! вообщем основная задача воткнуть генер от 2,5 кГц до 24 мГц и если увидим поднесущюю цвета от 4-8 мГц на на сигнале видео то значит ГУТ ослик удался ! и сразу целая куча кондеров отпадает за ненадобностью ведь длительность жестко привязана к частоте ( плавно изменяя частоту меняется и длительность) остается только пересчет по 8 бит (256 импульсов) и ровно столькоже пауза ( пропуск-период) а задержка есть механическая (внешняя)R8 резюк и штуки 3-5 кондеров оставить (все гениальное просто)
  • Андрей / 02.04.2010 - 03:56
    Вобщем с режимами разобрался с помощью тумблера. Теперь не тормозит в реале, и стробрежим пашет. В медленных стробрежимах частота обновления довольно низкая. Да и внутренние помехи в стробрежиме побольше будут чем в реале.
  • Андрей / 01.04.2010 - 12:16
    Спасибо, мощная тема. Почитаю, на будущее, если возможностей Этого осцилла будет не хватать, можно насобирать умных мыслей.
  • mastertaan / 01.04.2010 - 11:04
    http://forum.ixbt.com/print/0048/000841.html ссылка по осликам самопальным тема гиганская будет время почитай очень круто!!!!
  • mastertaan / 01.04.2010 - 09:35
    программные таймеры низкочастотные и виртуальные я уже почитал! нам желательно генератор до 10 мГц а уже его пусть контролирует таймер по длительности пакетов и частотка генератора с выводом контролем и регулировкой на экран с клавы !на всех лпт устройствах есть окно задающее скорость порта если этого нет то с таймера на очень низкой частоте всего 2 варианта или с внешнего генератора !
1 234567  Вперед

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics