Attacco per oscilloscopio a due canali per PC. Schema, descrizione

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Attacco oscilloscopio a due canali per PC. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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È noto che è molto problematico configurare bene alcuni dispositivi senza un oscilloscopio. Tuttavia, gli oscilloscopi sono piuttosto costosi, quindi se si dispone di un computer compatibile con IBM, è molto più economico costruire un set-top box relativamente semplice, come quello descritto nell'articolo seguente.

Il proposto collegamento dell'oscilloscopio a due canali a un PC è progettato per osservare e studiare la forma dei segnali elettrici, misurare le caratteristiche di tempo e ampiezza dei processi elettrici. La larghezza di banda di ciascun canale è 0...50 MHz, il fattore di deflessione del raggio è 0,1...20 V/div, la resistenza di ingresso è 1 MΩ, la capacità di ingresso è 20 pF, la durata della scansione è di 0,1 µs 100 ms /div Requisiti minimi del PC: 386, VGA, porta stampante, MS DOS 3.3.

Sulle bande ad alta frequenza, il dispositivo funziona secondo il principio stroboscopico, sulle bande a bassa frequenza - in tempo reale. Il software consente il funzionamento in modalità analizzatore di spettro. Il numero di campioni del segnale visualizzato sullo schermo in modalità normale è 256, in modalità analizzatore di spettro - 128. Il programma utilizza la porta LPT1 (vedi tabella): porta di base 378H, porta del segnale di stato della stampante (ingresso) 379H, porta del segnale di controllo (uscita) 37AH . Il programma presuppone che lo stato dei bit della porta sia standard e corrisponda allo stato dei segnali sui pin del connettore della stampante [1].

Po	contatto
Porta 378H (base)
0	2
1	3
2	4
3	5
4	6
5	7
6	8
7	9
Porta 379H (ingresso)
0	11 (inv.)
1	10
2	12
3	13
4	15
Bit 5-7 per connettore non allevato	-
Porta 37AN (uscita)
Bit 0-3 per connettore non allevato	-
4	17 (inv.)
5	16
6	14 (inv.)
7	1 (inv.)

Lo schema schematico dell'allegato è mostrato in fig. 1. I segnali studiati attraverso i jack di ingresso XW1 e XW2 sono inviati a divisori resistivi-capacitivi, costituiti da interruttori 1SA2, 2SA2, resistori 1R1 -1R8, 2R1-2R8 e condensatori 1C2-1C9,2C2-2C9, che determinano la massima verticale span (i prefissi 1 e 2 qui di seguito denotano l'appartenenza degli elementi ai canali 1 e 2, rispettivamente). Gli interruttori MOS del microcircuito 1DA1 sono collegati alle uscite dei divisori tramite ripetitori sui transistor 1VT2, 2VT1 e 2VT2, 1VT1 (due delle sue direzioni sono utilizzate nel canale 1, il resto nel canale 2). I tasti vengono aperti da impulsi della durata di circa 10 ns provenienti dallo shaper sul trigger DD1.2, e attraverso di essi vengono caricati i condensatori 1C10 e 2C10, ai quali sono gli ingressi non invertenti degli op-amp 1DA2 e 2DA2 collegato. Le tensioni sui condensatori, corrispondenti alle tensioni dei segnali al momento dell'apertura dei tasti, vengono amplificate dall'amplificatore operazionale di 10 volte. La durata dell'impulso di apertura corrisponde alla durata minima del fronte del segnale di ingresso, che verrà visualizzato senza distorsioni, ovvero determina la larghezza di banda delle frequenze passate.

La misurazione delle tensioni alle uscite degli amplificatori operazionali 1DA2 e 2DA2 implementati nel programma per approssimazione successiva viene eseguita come segue. Innanzitutto, il numero 378 è impostato sulla porta 2H⁷ (all'uscita del DAC - 2,5 V) e viene verificato lo stato delle uscite dei comparatori (bit 3 e 4 della porta 379H). Se il comparatore ha funzionato, 2 viene aggiunto al numero specificato⁶in caso negativo, il secondo viene sottratto dal primo. Quindi si verifica nuovamente lo stato dei comparatori, si aggiunge o si sottrae 2⁵. La procedura viene ripetuta fino all'addizione o sottrazione di 2⁰. I numeri risultanti corrispondono ai valori di tensione alle uscite 1DA2 e 2DA2. Il divisore R20R29 imposta i limiti per la modifica della tensione all'uscita del DAC da 0,5 a 4,5 V. Per evitare che il modellatore di impulsi funzioni durante la determinazione delle tensioni alle uscite dell'amplificatore operazionale, viene applicato un log all'ingresso D del trigger DD1.2 in questo momento. 0. Il tempo di conversione dell'ADC con un tempo di scrittura della porta di 2 µs è 2x40 µs.

La sincronizzazione viene eseguita nel canale 1 utilizzando il comparatore DA1, il cui ingresso invertente è collegato tramite i condensatori C1 e C2 all'uscita del ripetitore sui transistor 1VT1 e 1VT2. Per aumentare l'immunità al rumore, vengono introdotti i resistori R2 e R3, che impostano il comparatore su un'isteresi di 20 mV. Il livello di sincronizzazione è regolato da un resistore variabile R4.

Fig. 1. Schema schematico del set-top box (clicca per ingrandire)

Il tempo di ritardo dall'attivazione del comparatore DA1 al momento dell'apertura dei tasti del chip 1DA1 è impostato da software e hardware alle alte frequenze e da software alle basse frequenze. Nel primo caso il programma, quando è pronto a ricevere il valore successivo dei segnali di ingresso, imposta e quindi rimuove il segnale di "Reset" dal trigger DD1.1 (bit 7 della porta 37A = "1/0", pin 1 del connettore della stampante = "0/1"). "Armato" in questo modo, il trigger viene attivato quando viene attivato il comparatore DA1 e il transistor VT3 si chiude. Di conseguenza, uno dei condensatori di temporizzazione C2-C8 inizia a caricarsi da una sorgente di corrente realizzata sugli elementi VT9, R7, R21. Quando la tensione su di esso raggiunge il valore della tensione all'uscita del DAC, il comparatore DA2 si attiva e avvia lo shaper di impulsi (DD1.2, R11, C22), che controlla i tasti del chip 1DA1. Il programma determina il funzionamento del comparatore DA2 dal valore 0 sul pin 11 del connettore della stampante (bit 0 della porta 379H). Successivamente viene avviato il sottoprogramma per la determinazione della tensione sulle uscite 1DA2 e 2DA2. I valori di tensione vengono registrati in memoria, il valore successivo viene impostato nel DAC, il trigger DD1.1 viene nuovamente "armato" e il ciclo si ripete fino a quando non viene premuto un tasto.

Sugli elementi VT1, R5, R6, VD1, C3, C6 è implementato un nodo per determinare la presenza della sincronizzazione. Quando il comparatore DA1 si attiva periodicamente, è presente un log sul pin 10 del connettore XP1 (bit 1 della porta 379H). 1, e dopo l'"armamento" del trigger DD1.1 il programma attende il funzionamento del comparatore DA2. In caso contrario, questo trigger viene lanciato dal programma impostando in sequenza i segnali "Reset" e "Set" (bit 4, 7 della porta 37A = "10/01", pin 1, 17 del connettore della stampante = "01/10" ).

I valori da 0 a 255 sono impostati programmaticamente sull'uscita DAC, rispettivamente, il ritardo dal momento della sincronizzazione al momento dell'apertura dei tasti cambia dal valore minimo al massimo e si forma l'immagine del segnale. Il periodo di scansione T (in secondi per divisione) è determinato dalla formula T \u2d CU / 4,5I, dove C è la capacità del condensatore collegato in farad; U = 0,001 V - tensione massima del DAC; I \u2d XNUMX A - la corrente del collettore del transistor VTXNUMX.

Se il condensatore di temporizzazione è grande, l'immagine del segnale si forma troppo lentamente. Pertanto, il programma implementa una procedura per determinare la sua capacità, che controlla quante volte il programma può leggere i valori del segnale durante la sua carica. Se questo tempo è lungo (è impostata una durata di scansione ampia), dopo aver commutato il comparatore DA1, i tasti dell'interruttore 1DA2 possono essere aperti più volte. In questo caso, all'uscita DAC vengono impostati valori intermedi e il trigger DD1.1 viene lanciato dal programma impostando in sequenza i segnali "Reset" e "Set".

Se viene selezionata una durata di scansione maggiore di 5 ms/div. (interruttore SA2 nella posizione inferiore - secondo lo schema -), il ritardo dopo la commutazione del comparatore DA1 è generato dal software. Il programma "sa" di questo dal valore zero del bit 2 della porta 379H. Il trigger DD1.1 viene lanciato dal programma impostando in sequenza i segnali "Reset" e "Set" a intervalli specificati. Il tempo di scansione viene impostato da tastiera utilizzando i tasti "0" - "9".

Lo spostamento verticale del raggio viene modificato dai resistori variabili 1R13 e 2R13, la durata dello sweep (senza intoppi) dal resistore R28.

Programma scritto in Turbo Pascal. Implementa una veloce trasformata di Fourier (analizzatore di spettro). Il segnale visualizzato sullo schermo viene convertito. Affinché lo spettro venga visualizzato correttamente, è necessario che un numero intero di periodi di segnale si adatti allo schermo. Ciò può essere ottenuto selezionando la durata della scansione con un resistore variabile R8. La subroutine per la conversione veloce in Fortran è data in [2]. Lì puoi anche trovare una spiegazione del metodo per determinare lo spettro del segnale attraverso la trasformata di Fourier.

Per alimentare il set-top box è necessaria una sorgente di tensioni stabilizzate +12, +5 e -6 V. Il consumo di corrente nei circuiti +12 e -6 V non supera i 50, nel circuito +5 V - 150 mA. Il livello di ondulazione non deve superare 1 mV. È possibile utilizzare un alimentatore di fabbricazione cinese (adattatore) per 3 ... 12 V, 1A, modificandolo, come mostrato in fig. 2.

Attacco per oscilloscopio a due canali per PC. Schema schematico dell'alimentatore
Fig.2. Schema schematico dell'alimentatore

Il prefisso è montato su una breadboard convenzionale. Quando si ripete, va notato che il dispositivo è sensibile ai pickup esterni e interni. Ad esempio, la penetrazione del segnale di ingresso nella catena di temporizzazione può causare la distorsione del segnale osservato. Pertanto, l'installazione deve essere eseguita in modo tale che il collegamento di questi circuiti del set-top box tra loro e la penetrazione di segnali esterni in essi sia minima. I condensatori C4, C5 devono essere saldati direttamente ai terminali del comparatore DA1, gli elementi 1DA1, 1C10, 2C10, 1DA2, 2DA2 devono essere affiancati. I resistori 1R1-1R8, 2R1-2R8, i condensatori 1C1-1C9, 2C1-2C9, C7-C21 devono essere montati sugli interruttori corrispondenti.

Le seguenti parti possono essere utilizzate nell'allegato. Resistori R12-R19, R21-R28 - con una deviazione consentita dal valore nominale non superiore a ± 0,25%, ad esempio C2-29. Il valore dei resistori R12-R19, R28 è 1 ... 10 kOhm, R21-R27 - 0,5 ... 5 kOhm e la resistenza di quest'ultimo dovrebbe essere esattamente due volte inferiore al primo (questo può essere ottenuto da collegamento in parallelo di resistori con un primo nominale). Le restanti resistenze sono di qualsiasi tipo con una tolleranza di ± 5%. Come impostazione dell'ora (C7-C21, 1C1 -1C8, 2C1-2C8) è preferibile utilizzare condensatori con la minima deviazione possibile dai valori nominali e un TKE piccolo.

Transistor 1VT1, 2VT1 - transistor di campo ad alta frequenza con una tensione di interruzione di almeno 5 V (KPZOZG-KPZOZE, KP307Zh, ecc.), 1VT2, 2VT2 - strutture npn ad alta frequenza con un coefficiente di trasferimento di corrente statico p21E di at almeno 50 (KT316D, KT325B, KT325V) , VT1, VT2 - eventuali strutture corrispondenti con p21e non inferiore a 400, VT3 - con una corrente di impulso del collettore di almeno 300 mA e una frequenza operativa di almeno 200 MHz (KT3117A, 2N2222) .

Le correnti di ingresso degli amplificatori operazionali 1DA2 e 2DA2 non devono essere superiori a 0,1 nA, la velocità di variazione della tensione di uscita deve essere di almeno 20 V / μs (KR544UD2A, LF356). Comparatori 1DA3, 2DA3, DA2 - con un guadagno di tensione di almeno 10⁵, correnti di ingresso non superiori a 0,5 μA e un tempo di commutazione non superiore a 0,5 μs (KR554SAZ, LM211N, K521SAZ), DA1 - con un tempo di commutazione non superiore a 15 ns (KR597CA2, AM686).

Come chip DD1, puoi utilizzare KR1594TM2 (74ACT74N), KR1533TM2 (74ALS74AN), DD2, DD3 -KR1594LN1 (74ACT04N), KR1554LN1 (74AC04N), KR1564LN1 (74HC04N). Quando si utilizza KR1594TM2, la banda di frequenza è 0 ... 50 MHz (in questo caso, il condensatore C22 non è installato e R11 viene sostituito con un resistore con una resistenza di 4,7 kOhm), KR1533TM2 - 0 ... 15 MHz. L'utilizzo del microcircuito KR1564LN1 richiede una modifica dei valori delle resistenze R12 - R19, R28 e R21 - R27: la resistenza del primo deve essere almeno 5 kOhm, il secondo - almeno 2,5 kOhm (mentre mantenendo il rapporto 2R/R).

La resistenza dei tasti MOS a canale aperto 1DA1 non dovrebbe essere superiore a 100 Ohm, il tempo di accensione / spegnimento - non più di 10 non (KR590KN8, SD5002).

La configurazione del set-top box inizia con il controllo delle modalità del ripetitore di ingresso. Se le tensioni sugli emettitori 1VT1, 2VT1 vanno oltre 1,5 ... 2,5 V, vengono selezionate le resistenze 1R9 o 2R9. Quindi, utilizzando una sorgente di segnale con frequenza calibrata, selezionando i condensatori C7-C21 e il resistore R9, i valori richiesti della frequenza di scansione vengono impostati nelle gamme delle alte frequenze (è impostato programmaticamente in quelle delle basse frequenze) .

Quando si lavora con un accessorio, è necessario tenere conto delle caratteristiche dell'effetto stroboscopico, che si esprimono, ad esempio, in una significativa distorsione della forma d'onda con modulazione di ampiezza, se la frequenza dell'oscillazione modulante è vicina alla frequenza di campionamento. Inoltre, il comparatore DA2 introduce un ritardo di circa 300 ns, che può rendere difficile l'osservazione dei fronti di segnali con un ciclo di lavoro elevato. Il set-top box può apportare il massimo vantaggio se utilizzato in tempo reale, come oscilloscopio a memoria, nonché con una durata di scansione inferiore a 1 μs / div. - in alternativa ai costosi dispositivi ad alta frequenza.

Letteratura

Guk M. Interfacce PC: un libro di riferimento. - San Pietroburgo: Peter Kom, 1999.
Circuiti e segnali di ingegneria radiofonica Gonorovsky I. S.: un libro di testo per le università. - M.: Radio e comunicazione, 1986.

Autore: A.Khabarov, Kovrov; Pubblicazione: radioradar.net

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