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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Oscilloscopio-multimetro a due raggi di piccole dimensioni. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Un oscilloscopio è uno degli strumenti di misura più necessari sul posto di lavoro di un radioamatore, ma allo stesso tempo è anche una delle apparecchiature più costose. Questo è il motivo per cui il desiderio di progettare un prodotto del genere tra i radioamatori non si esaurisce mai. In questo articolo, i lettori sono invitati a familiarizzare con il design originale di un oscilloscopio a due raggi di piccole dimensioni, che non è affatto difficile da realizzare da soli. Sfogliando le riviste Radio, non ho trovato un solo dispositivo che utilizzi indicatori grafici a cristalli liquidi. Pertanto, propongo il mio sviluppo come base (blocco base) da utilizzare in vari progetti di radioamatori. Vorrei avvertirvi subito che questo oscilloscopio non è stato creato come uno strumento di misura già pronto, ma come un dispositivo che consente di dimostrare le capacità di base dell'utilizzo combinato di microcontrollori e indicatori grafici. Ciò può spiegare l'assenza di funzioni di servizio nel programma del microcontrollore, come l'indicazione della modalità operativa, la dimensione delle grandezze misurate e la modalità di misurazione del cursore. Spero che la pubblicazione di questo sviluppo serva da impulso alla creazione da parte dei radioamatori di una serie di progetti originali e utili. caratteristiche tecniche
La parte principale dello schema elettrico è mostrata in Fig. 1. Contiene due amplificatori identici A1 e A2, assemblati su un doppio amplificatore operazionale DA1, microcontrollore DD1, misuratore R, C (A3). Come indicatore è stato utilizzato un modulo a cristalli liquidi con una risoluzione di 128x64 pixel, tipo MT12864A-1, con controller integrato e driver di alimentazione (-8 V) LCD [1]. Il resistore 1R6 (2R6) è progettato per polarizzare i "raggi", il doppio interruttore 1SA1 (2SA1) imposta il guadagno dell'amplificatore operazionale DA1.
Il divisore di ingresso è strutturalmente montato su un connettore di piccole dimensioni 1XS-1XS5 (2XS -2XS5). I segnali dalle uscite dei dispositivi A1, A2 e A3 vengono inviati agli ingressi RAO, RA1 e RA3 del microcontrollore DD1, configurati come ingressi analogici dell'ADC. L'interruttore SA1 viene utilizzato per accendere la retroilluminazione dello schermo LCD. L'interruttore SA2 imposta la modalità operativa "oscilloscopio - multimetro". Pulsante SB1 - "Avvio", scansione in modalità oscilloscopio o misurazione "R" in modalità multimetro. Pulsante SB2 - "CLS", pulizia dello schermo. Pulsante SB3 - “kY”, software che imposta il guadagno lungo l'asse Y in modalità oscilloscopio o misura “C” in modalità multimetro. Pulsante SB4 - “kX”, impostazione della velocità di scansione. Il segnale esterno per avviare la scansione (“Start”) deve avere una polarità positiva con livello TTL; viene fornito attraverso i jack di ingresso XS1 e XS2 al transistor VT1. Poiché l'oscilloscopio funziona in modalità di avvio a scansione singola con ulteriore memorizzazione del segnale sullo schermo dell'indicatore, quando si studiano i segnali periodici non è necessario utilizzare la sincronizzazione, il che semplifica notevolmente il circuito. Attraverso il resistore R4, viene fornita alimentazione (circa -8 V) al display LCD. Selezionando la resistenza di questo resistore, viene impostato il contrasto dell'immagine sull'indicatore. La porta C (uscite RC0-RC7) del microcontrollore viene utilizzata per trasmettere i dati all'indicatore. Le resistenze interne “pull-up” sono collegate via software alle uscite RB0-RB4. Quando si opera in modalità oscilloscopio, il microcontrollore DD1 digitalizza alternativamente il segnale dalle uscite degli amplificatori A1 e A2 (canali 1 e 2) e accende i punti corrispondenti sull'indicatore (128 punti lungo l'asse X). Per aumentare la velocità di scansione nelle prime tre modalità di scansione, viene utilizzato solo il primo canale (a questo scopo è stato modificato l'algoritmo operativo del microcontrollore). I valori del segnale digitalizzato del primo canale vengono scritti nella RAM del microcontrollore e quindi, dopo aver registrato tutti i 120 punti (non c'era abbastanza RAM per gli ultimi 8), vengono visualizzati sull'indicatore. Il microcontrollore utilizzato utilizza un ADC a 10 bit e l'indicatore dell'asse Y ha solo 64 punti, che corrispondono a 6 bit. Viene utilizzato per il controllo del guadagno del software. Vengono selezionate otto cifre per la visualizzazione sullo schermo: nella modalità 2 (x1) vengono visualizzate sullo schermo le sei cifre più alte su otto, nella modalità 1 (x0,5) vengono utilizzate le sei cifre centrali, il che equivale ad aumentare la sensibilità di 2 volte, in modalità 0 (x0,25) - 6 bit di ordine basso, che equivale ad aumentare il guadagno di 4 volte. La sorgente di tensione di riferimento dell'ADC è collegata via software all'alimentatore +4,6 V, quindi il "prezzo di divisione" dell'ADC è Ucc/1024. Le informazioni sulle modalità di regolazione del software del guadagno e del tempo di scansione vengono visualizzate sotto forma di un numero a una cifra nell'angolo in alto a sinistra dell'indicatore quando si preme brevemente il pulsante corrispondente. Allo stesso tempo, le modalità cambiano in cerchio. In modalità multimetro, l'ADC è collegato all'uscita del primo canale dell'oscilloscopio; emette periodicamente un codice corrispondente al segnale di ingresso sotto forma di un numero a due cifre nella parte in alto a sinistra dell'indicatore (da O a 63), che corrisponde alla posizione del punto lungo l'asse Y in modalità oscilloscopio. Quando si preme il pulsante SB1 (Fig. 1) “Start/R”, nella parte centrale superiore dell'indicatore viene visualizzato un numero di tre cifre corrispondente al valore di resistenza misurato (tenendo conto del moltiplicatore impostato dall'interruttore 3SA1). Il valore massimo del numero è limitato a circa 800, dovuto alla limitazione della tensione all'uscita del generatore di corrente, assemblato sul transistor 3VT1 (Fig. 2).
Come sorgente di tensione di riferimento viene utilizzato il LED 3HL1. I resistori 3R3-3R5 impostano le correnti della sorgente di corrente in ciascun intervallo. Il transistor 3VT3 viene utilizzato per scaricare il condensatore misurato. Quando si preme il pulsante "kY/C" dell'SB3, il transistor 3VT3 chiude la capacità misurata. Quando il pulsante viene rilasciato, il transistor si chiude e la tensione ai capi della capacità misurata inizia ad aumentare. Il microcontrollore conta il tempo necessario per caricare il condensatore a una tensione di 0,287 V. Questa volta, numericamente uguale alla capacità misurata (tenendo conto del moltiplicatore dell'interruttore 3SA1), viene visualizzata nella parte centrale superiore dell'indicatore e viene memorizzato fino alla successiva pressione del pulsante SB3. Poiché la tensione ai capi del condensatore da misurare non supera 0,287 V, nella maggior parte dei casi è possibile effettuare misurazioni senza rimuovere il condensatore dal dispositivo. L'alimentazione (Fig. 3) è un po' complicata a causa della volontà di utilizzare la batteria di un cellulare con una tensione nominale di 3,6 V (alimentazione indicatore 4,5...5,5 V). Il convertitore di tensione sui transistor VT1, VT2 aumenta la tensione di alimentazione a 5 V. Lo stabilizzatore sui transistor VT6-VT8 limita la tensione a un livello vicino al minimo consentito per il funzionamento dell'indicatore - 4,6 V. Il LED HL1 viene utilizzato come sorgente di tensione di riferimento e come indicatore di accensione. Lo stabilizzatore sui transistor VT3-VT5 produce una tensione di -0,7 V per spostare i "raggi" sullo schermo dell'indicatore.
Per aumentare la velocità di scansione dell'oscilloscopio, è possibile utilizzare un ADC esterno ad alta velocità con memoria buffer o utilizzare l'effetto stroboscopico [2]. Le caratteristiche tecniche e i comandi di programmazione dell'indicatore MT12864A-1 sono riportati in [1]. Il microcontrollore può essere sostituito con un PIC16F876 utilizzando lo stesso firmware. Le descrizioni di questi microcontrollori in russo possono essere trovate nelle risorse Internet [3]. La programmazione del microcontrollore e del circuito programmatore sono descritti in [4]. Firmware del microcontrollore in un file esadecimale (Oscil873.hex) e codice sorgente del programma in assembler (Oscil873.asm) con commenti in quasi inglese (MPLAB IDE 6.0.20 “digerisce” molto male il russo): scaricare. È altamente auspicabile utilizzare un amplificatore operazionale della serie KR1446. Il trasformatore T1 è avvolto su un anello di dimensioni standard K16x8x5 mm realizzato in ferrite M2000NM. L'avvolgimento I contiene 2x65 giri con prese dal 45esimo giro, contando dal punto medio, filo PELSHO 0,5. L'avvolgimento II contiene 15 e III - 30 giri di filo PELSHO 0,1. Il corpo del dispositivo è realizzato in fibra di vetro e verniciato con un primer automobilistico grigio in una confezione aerosol. Il dispositivo è montato su una piastra rettangolare di dimensioni 130x86 mm realizzata in fibra di vetro a doppia faccia. Gli elementi di montaggio del dispositivo sono fissati mediante saldatura ai punti di appoggio delle singole schede elettroniche abbinate su una piastra rettangolare comune. Per realizzare breadboard, puoi prendere strisce di laminato in fibra di vetro sventato di una larghezza adeguata e su di esse vengono tagliati i bus di potenza (di solito lungo i bordi). Dalle unità funzionali così ottenute, come dai cubi, viene assemblato il dispositivo finito. La regolazione dovrebbe iniziare con gli alimentatori, poiché la tensione di +4,6 V viene utilizzata come tensione di riferimento per l'ADC. Il circuito di alimentazione può essere notevolmente semplificato se si utilizza una batteria di quattro o più batterie. In questo caso sarà possibile escludere il convertitore di tensione dal circuito e la tensione negativa per lo spostamento dei raggi potrà essere prelevata dal pin 18 di HG1 (circa -8 V). In altre modifiche degli indicatori, questa tensione potrebbe essere assente e quindi sarà necessario realizzare un altro convertitore per alimentare l'indicatore (pin 3). Il resistore R4 (vedi Fig. 1) seleziona il contrasto richiesto dell'immagine sullo schermo. La calibrazione dell'oscilloscopio è legata ai punti sullo schermo nella speranza che in futuro venga introdotta nel programma una modalità di misurazione tramite cursore; senza questa modalità è meglio utilizzare una griglia sullo schermo. Il modo più semplice per determinarne le dimensioni è registrare sullo schermo un segnale calibrato, ad esempio un meandro. Quando si regola l'amplificatore di ingresso, è necessario tenere presente che la resistenza del resistore 1R11 (2R11) influenza sia il guadagno dell'amplificatore operazionale 1DA1 (2DA1) sia la polarizzazione del raggio sullo schermo ("sensibilità" del regolatore di polarizzazione 1R6 e 2R6) e resistori 1R8-1R10 (2R8 - 2R10) - solo per amplificazione [4]. La velocità di scansione può essere regolata tramite un ritardo software tra i campioni ADC. Nelle prime tre modalità “ad alta velocità”, la linea di scansione è leggermente accorciata a destra. Ciò si spiega con il fatto che il segnale viene registrato tramite buffer RAM e il PIC16F873 non dispone di memoria sufficiente. Quando si utilizza P1C16F876, tali problemi non si verificano, ma è necessario correggere il programma (trasferire parte della memoria buffer dal banco 0 al banco 2 o 3). In modalità multimetro, quando si misura la tensione, il segnale di ingresso passa attraverso il divisore e l'amplificatore operazionale del canale 1 (il regolatore di polarizzazione deve essere impostato su zero). L'ADC consente di aumentare la precisione della misurazione della tensione a tre cifre, ma sarà necessario adottare misure per eliminare l'influenza del regolatore di polarizzazione e selezionare i resistori per il divisore di ingresso con la precisione adeguata. Quindi, la calibrazione viene eseguita utilizzando resistori standard nella modalità di misurazione della resistenza con resistori 3R3-3R5 nell'intervallo corrispondente e 3R1 - generale. Il capacimetro è calibrato con ritardi software (se si utilizza quarzo con frequenza diversa). Letteratura
Autore: A.Kichigin, Podolsk, Regione di Mosca
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