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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Osciloscópio-multímetro de dois feixes de tamanho pequeno. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição Um osciloscópio é um dos instrumentos de medição mais necessários no complexo no local de trabalho de um rádio amador, mas ao mesmo tempo um dos equipamentos mais caros. É por isso que o desejo de projetar tal produto entre os radioamadores nunca acaba. Neste artigo, os leitores são convidados a se familiarizar com a construção original de um osciloscópio de dois feixes de pequeno porte, que não é difícil de fazer por conta própria. Olhando nas revistas de rádio, não encontrei um único dispositivo usando indicadores gráficos de cristal líquido. Portanto, proponho meu desenvolvimento como base (unidade base) para uso em vários projetos de rádio amador. Quero avisar desde já que este osciloscópio não foi criado como um aparelho de medição pronto, mas sim como um aparelho que permite demonstrar as principais possibilidades de combinação de microcontroladores e indicadores gráficos. Isso pode explicar a ausência de funções de serviço no programa do microcontrolador, como a indicação do modo de operação, a dimensão dos valores medidos e o modo de medição do cursor. Espero que a publicação deste desenvolvimento sirva de impulso para a criação por radioamadores de uma série de designs originais e úteis. características técnicas
A parte principal do diagrama de circuito é mostrada na fig. 1. Contém dois amplificadores idênticos A1 e A2, montados em um amplificador operacional duplo DA1, microcontrolador DD1, medidor R, C (A3). Como indicador, foi utilizado um módulo de cristal líquido com resolução de 128x64 pixels do tipo MT12864A-1 com controlador embutido e driver de fonte de alimentação (-8 V) do LCD [1]. O resistor 1R6 (2R6) é projetado para polarizar os "feixes", o comutador duplo 1SA1 (2SA1) define o ganho do amplificador operacional DA1.
O divisor de entrada é montado estruturalmente em um conector de tamanho pequeno 1XS-1XS5 (2XS -2XS5). Os sinais das saídas dos dispositivos A1, A2 e A3 são alimentados nas entradas RAO, RA1 e RA3 do microcontrolador DD1, configuradas como entradas analógicas do ADC. A chave SA1 é usada para ligar a luz de fundo do LCD. A chave SA2 define o modo de operação "osciloscópio - multímetro". Botão SB1 - "Iniciar", varrer no modo osciloscópio ou medir "R" no modo multímetro. Botão SB2 - "CLS", limpando a tela. Botão SB3 - "kY", configuração de software do ganho ao longo do eixo Y no modo osciloscópio ou medição "C" no modo multímetro. Botão SB4 - "kX", definindo a velocidade de varredura. Um sinal externo para iniciar a varredura ("Start") deve ter uma polaridade positiva com um nível TTL, é alimentado através dos conectores de entrada XS1 e XS2 para o transistor VT1. Como o osciloscópio opera no modo de varredura de partida única com armazenamento adicional do sinal na tela do visor, não há necessidade de usar sincronização ao examinar sinais periódicos, o que simplifica muito o circuito. Através do resistor R4, a energia é fornecida (cerca de -8 V) ao LCD. Ao selecionar a resistência deste resistor, o contraste da imagem no indicador é definido. A porta C (saídas RC0-RC7) do microcontrolador é usada para transferir dados para o indicador. Os resistores "pull-up" internos são conectados programaticamente às saídas RB0-RB4. Ao operar no modo osciloscópio, o microcontrolador DD1 digitaliza alternadamente o sinal das saídas dos amplificadores A1 e A2 (canais 1 e 2) e liga os pontos correspondentes no indicador (128 pontos ao longo do eixo X). Para aumentar a velocidade de varredura nos três primeiros modos de varredura, apenas um primeiro canal é utilizado (para isso, o algoritmo de operação do microcontrolador foi alterado). Os valores digitalizados do sinal do primeiro canal são registrados na RAM do microcontrolador e, após a gravação de todos os 120 (os últimos 8 não tinham RAM suficiente), os pontos são exibidos no indicador. O microcontrolador utilizado utiliza um ADC de 10 bits, e o indicador possui um total de 64 pontos ao longo do eixo Y, o que corresponde a 6 dígitos. Isso é usado para controle de ganho de software. Oito dígitos são selecionados para exibição na tela: no modo 2 (x1) os seis dígitos mais altos de oito são exibidos na tela, no modo 1 (x0,5) os seis dígitos do meio são usados, o que equivale a 2 aumento de duas vezes na sensibilidade, no modo 0 (x0,25, 6) - os 4 dígitos mais baixos, o que equivale a um aumento de 4,6 vezes no ganho. A fonte de tensão de referência do ADC é conectada programaticamente à fonte de alimentação de +1024 V, portanto, o “preço de divisão” do ADC é igual a Ucc/XNUMX. Informações sobre os modos de controle de ganho de software e tempo de varredura são exibidas como um número de um dígito no canto superior esquerdo do indicador quando o botão correspondente é pressionado brevemente. Ao mesmo tempo, os modos são alternados "em um círculo". No modo multímetro, o ADC é conectado à saída do primeiro canal do osciloscópio, exibe periodicamente um código correspondente ao sinal de entrada na forma de um número de dois dígitos na parte superior esquerda do indicador (de 63 a 1), que corresponde à posição do ponto ao longo do eixo Y no modo osciloscópio. Ao pressionar o botão SB1 (Fig. 3) "Start / R" na parte central superior do indicador, um número de três dígitos é exibido correspondente ao valor da resistência medida (levando em consideração o multiplicador definido pela chave 1SA800) . O valor máximo do número é limitado por um valor aproximadamente igual a 3, devido à limitação da tensão na saída da fonte de corrente, montada no transistor 1VT2 (Fig. XNUMX).
O LED 3HL1 é usado como fonte de tensão de referência. Os resistores 3R3-3R5 definem as correntes da fonte de corrente em cada faixa. O transistor 3VT3 é usado para descarregar o capacitor medido. Quando você pressiona o botão SB3 "kY / C", o transistor 3VT3 fecha a capacitância medida. Quando o botão é solto, o transistor fecha e a tensão na capacitância medida começa a aumentar. O microcontrolador conta o tempo de carregamento do capacitor para uma tensão de 0,287 V. Este tempo, numericamente igual à capacitância medida (levando em consideração o multiplicador da chave 3SA1), é exibido na parte superior central do indicador e é armazenado até a próxima pressão do botão SB3. Como a tensão no capacitor medido não excede 0,287 V, na maioria dos casos é possível realizar medições sem dessoldar o capacitor do dispositivo. A fonte de alimentação (Fig. 3) é um tanto complicada devido ao desejo de usar uma bateria de um telefone celular com tensão nominal de 3,6 V (potência do indicador 4,5 ... 5,5 V). O conversor de tensão nos transistores VT1, VT2 aumenta a tensão de alimentação para 5 V. O estabilizador nos transistores VT6-VT8 limita a tensão a um nível próximo ao mínimo permitido para o funcionamento do indicador - 4,6 V. O LED HL1 é usado como um fonte de voltagem exemplar e como um indicador de power-on. O estabilizador nos transistores VT3-VT5 gera uma tensão de -0,7 V para deslocar os "feixes" na tela indicadora.
Para aumentar a velocidade de varredura do osciloscópio, você pode usar um ADC externo de alta velocidade com memória buffer ou usar o efeito estroboscópico [2]. Especificações e comandos de programação para o indicador MT12864A-1 são fornecidos em [1]. O microcontrolador pode ser substituído por um PIC16F876 usando o mesmo firmware. Descrições desses microcontroladores em russo podem ser encontradas na Internet [3]. A programação do microcontrolador e o circuito do programador são descritos em [4]. O firmware do microcontrolador em um arquivo hexadecimal (Oscil873.hex) e o código-fonte do programa em assembler (Oscil873.asm) com comentários em quase inglês (MPLAB IDE 6.0.20 "digere" muito mal a língua russa): baixar. É altamente desejável usar um amplificador operacional da série KR1446. O transformador T1 é enrolado em um anel K16x8x5 mm feito de ferrita de grau M2000NM. O enrolamento I contém 2x65 voltas com derivações a partir da 45ª volta, contando a partir do ponto médio, do fio PELSHO 0,5. O enrolamento II contém 15 e III - 30 voltas de fio PELSHO 0,1. O corpo do dispositivo é feito de fibra de vidro e pintado com primer automotivo cinza em uma embalagem de aerossol. O dispositivo é montado em uma placa retangular com dimensões de 130x86 mm feita de fibra de vidro dupla face. Os elementos de montagem do dispositivo são fixados por solda nos pontos de referência de placas de montagem individuais, combinadas em uma placa retangular comum. Para a fabricação de breadboards, você pode usar tiras de fibra de vidro revestidas com folha de largura adequada; os trilhos de energia são cortados através deles (geralmente ao longo das bordas). A partir das unidades funcionais assim obtidas, a partir dos cubos, é montado um dispositivo acabado. O ajuste deve começar pelas fontes de alimentação, pois +4,6 V é usado como referência para o ADC. O circuito de alimentação pode ser bastante simplificado usando uma bateria de quatro ou mais baterias. Nesse caso, o conversor de tensão pode ser excluído do circuito e a tensão negativa para deslocamento dos feixes pode ser retirada do pino 18 HG1 (cerca de -8 V). Em outras modificações de indicadores, esta tensão pode estar ausente, e então você terá que fazer outro conversor para alimentar o indicador (pino 3). Resistor R4 (ver Fig. 1) selecione o contraste de imagem desejado na tela. A calibração do osciloscópio está vinculada a pontos na tela na expectativa de que no futuro o modo de medição do cursor seja introduzido no programa, sem esse modo é melhor usar a grade na tela. A maneira mais fácil de determinar seu tamanho é registrando um sinal calibrado na tela, por exemplo, um meandro. Ao ajustar o amplificador de entrada, deve-se levar em consideração que a resistência do resistor 1R11 (2R11) afeta tanto o ganho do amplificador operacional 1DA1 (2DA1) quanto o deslocamento do feixe na tela ("sensibilidade" do controlador de polarização 1R6 e 2R6), e os resistores 1R8-1R10 (2R8 - 2R10) - apenas para amplificação [4]. A velocidade de varredura pode ser controlada por um atraso de software entre as amostras do ADC. Nos três primeiros modos de "alta velocidade", a linha de varredura é ligeiramente encurtada à direita. Isso se deve ao fato de que o sinal é gravado através do buffer RAM e o PIC16F873 não possui memória suficiente. Ao usar P1C16F876, tais problemas não surgem, mas o programa deve ser corrigido (transferir parte da memória buffer do banco 0 para o banco 2 ou 3). No modo multímetro, ao medir tensão, o sinal de entrada passa por um divisor e um amplificador operacional do canal 1 (o controle de polarização deve ser definido como zero). O ADC permite aumentar a precisão da medição de tensão para três dígitos, mas você terá que tomar medidas para eliminar a influência do regulador de polarização e selecionar os resistores do divisor de entrada com a precisão apropriada. Em seguida, usando resistores exemplares, a calibração é realizada no modo de medição de resistência com resistores 3R3-3R5 na faixa correspondente e 3R1 - geral. A calibração do medidor de capacitância é realizada por atrasos de software (se for usado quartzo com uma frequência diferente). Literatura
Autor: A.Kichigin, Podolsk, Região de Moscou
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