Acessório de osciloscópio de dois canais para PC. Esquema, descrição

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Acessório de osciloscópio de dois canais para PC. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Sabe-se que é muito problemático configurar bem alguns dispositivos sem um osciloscópio. No entanto, os osciloscópios são bastante caros, portanto, se você tiver um computador compatível com IBM, é muito mais barato construir um decodificador relativamente simples para ele, como o descrito no artigo abaixo.

O anexo de osciloscópio de dois canais proposto a um PC é projetado para observar e estudar a forma de sinais elétricos, medir as características de tempo e amplitude de processos elétricos. A largura de banda de cada canal é 0...50 MHz, o fator de deflexão do feixe é 0,1...20 V/div, a impedância de entrada é 1 MΩ, a capacitância de entrada é 20 pF, a duração da varredura é de 0,1 µs a 100 ms/div Requisitos mínimos de PC: 386, VGA, porta de impressora, MS DOS 3.3.

Nas bandas de alta frequência, o dispositivo funciona de acordo com o princípio estroboscópico, nas bandas de baixa frequência - em tempo real. O software permite a operação no modo analisador de espectro. O número de amostras do sinal exibido na tela no modo normal é 256, no modo analisador de espectro - 128. O programa usa a porta LPT1 (consulte a tabela): porta base 378H, porta de sinal de status da impressora (entrada) 379H, porta de sinal de controle (saída) 37AH . O programa assume que o estado dos bits da porta é padrão e corresponde aos estados dos sinais nos pinos do conector da impressora [1].

Bocado	contato
Porta 378H (base)
0	2
1	3
2	4
3	5
4	6
5	7
6	8
7	9
Porta 379H (entrada)
0	11 (inv.)
1	10
2	12
3	13
4	15
Bits 5-7 por conector não criado	-
Porta 37AN (saída)
Bits 0-3 por conector não criado	-
4	17 (inv.)
5	16
6	14 (inv.)
7	1 (inv.)

O diagrama esquemático do acessório é mostrado na fig. 1. Os sinais estudados através dos conectores de entrada XW1 e XW2 são alimentados em divisores resistivos-capacitivos, constituídos por chaves 1SA2, 2SA2, resistores 1R1 -1R8, 2R1-2R8 e capacitores 1C2-1C9,2C2-2C9, que determinam a vertical máxima span (os prefixos 1 e 2 daqui em diante denotam a pertença dos elementos aos canais 1 e 2, respectivamente). As chaves MOS do microcircuito 1DA1 são conectadas às saídas dos divisores por meio de repetidores nos transistores 1VT2, 2VT1 e 2VT2, 1VT1 (duas de suas direções são usadas no canal 1, o restante no canal 2). As teclas são abertas por pulsos com duração de cerca de 10 ns provenientes do shaper no gatilho DD1.2, e os capacitores 1C10 e 2C10 são carregados através deles, para os quais as entradas não inversoras do op-amp 1DA2 e 2DA2 são conectado. As tensões nos capacitores, correspondentes às tensões dos sinais no momento da abertura das teclas, são amplificadas pelo amplificador operacional em 10 vezes. A duração do pulso de abertura corresponde à duração mínima da frente do sinal de entrada, que será exibida sem distorção, ou seja, determina a largura de banda das frequências passadas.

A medição das tensões nas saídas dos amplificadores operacionais 1DA2 e 2DA2 implementados no programa por aproximação sucessiva é realizada da seguinte forma. Primeiro, o número 378 é definido para a porta 2H⁷ (na saída do DAC - 2,5 V) e o estado das saídas dos comparadores é verificado (bit 3 e 4 da porta 379H). Se o comparador funcionou, 2 é adicionado ao número especificado⁶se não, o segundo é subtraído do primeiro. Em seguida, o estado dos comparadores é verificado novamente, 2 é adicionado ou subtraído⁵. O procedimento é repetido até a adição ou subtração de 2⁰. Os números resultantes correspondem aos valores de tensão nas saídas 1DA2 e 2DA2. O divisor R20R29 define os limites para alterar a tensão na saída do DAC de 0,5 a 4,5 V. Para evitar que o modelador de pulso funcione ao determinar as tensões nas saídas do amplificador operacional, um log é aplicado à entrada D do gatilho DD1.2 neste momento. 0. O tempo de conversão ADC com um tempo de gravação de porta de 2 µs é 2x40 µs.

A sincronização é realizada no canal 1 usando o comparador DA1, cuja entrada inversora é conectada através dos capacitores C1 e C2 à saída do repetidor nos transistores 1VT1 e 1VT2. Para aumentar a imunidade ao ruído, são introduzidos os resistores R2 e R3, que definem o comparador para uma histerese de 20 mV. O nível de sincronização é regulado por um resistor variável R4.

Figura 1. Diagrama esquemático do set-top box (clique para ampliar)

O atraso de tempo desde o momento em que o comparador DA1 é acionado até o momento em que as teclas do chip 1DA1 são abertas é definido por software e hardware em faixas de alta frequência e por software em baixas frequências. No primeiro caso, o programa, quando estiver pronto para receber o próximo valor dos sinais de entrada, configura e então remove o sinal "Reset" do trigger DD1.1 (bit 7 da porta 37A = "1/0", pino 1 do conector da impressora = "0/1"). "engatilhado" desta forma, o gatilho é acionado quando o comparador DA1 é comutado e o transistor VT3 fecha. Como resultado, um dos capacitores de ajuste de tempo C2-C8 começa a carregar a partir de uma fonte de corrente feita nos elementos VT9, R7, R21. Quando a tensão nele atinge o valor da tensão na saída do DAC, o comparador DA2 é ativado e inicia o modelador de pulso (DD1.2, R11, C22), que controla as teclas do chip 1DA1. O programa determina o funcionamento do comparador DA2 pelo valor 0 no pino 11 do conector da impressora (bit 0 da porta 379H). Em seguida, é iniciada a sub-rotina para determinação da tensão nas saídas 1DA2 e 2DA2. Os valores de tensão são registrados na memória, o próximo valor é definido no DAC, o gatilho DD1.1 é "armado" novamente e o ciclo se repete até que uma tecla seja pressionada.

Nos elementos VT1, R5, R6, VD1, C3, C6, é implementado um nó para determinar a presença de sincronização. Quando o comparador DA1 dispara periodicamente, há um log no pino 10 do conector XP1 (bit 1 da porta 379H). 1, e após o "armar" do gatilho DD1.1 o programa aguarda a operação do comparador DA2. Caso contrário, este gatilho é iniciado a partir do programa definindo sequencialmente os sinais "Reset" e "Set" (bits 4, 7 da porta 37A = "10/01", pinos 1, 17 do conector da impressora = "01/10" ).

Os valores de 0 a 255 são definidos programaticamente na saída do DAC, respectivamente, o atraso desde o momento da sincronização até o momento da abertura das teclas muda do valor mínimo para o máximo e a imagem do sinal é formada. O período de varredura T (em segundos por divisão) é determinado pela fórmula T \u2d CU / 4,5I, onde C é a capacitância do capacitor conectado em farads; U = 0,001 V - tensão máxima do DAC; I \u2d XNUMX A - a corrente de coletor do transistor VTXNUMX.

Se o capacitor de temporização for grande, a imagem do sinal é formada muito lentamente. Portanto, o programa implementa um procedimento para determinar sua capacidade, que verifica quantas vezes o programa pode ler valores de sinal durante seu carregamento. Se este tempo for longo (uma grande duração de varredura é definida), após a comutação do comparador DA1, as teclas do comutador 1DA2 podem ser abertas várias vezes. Nesse caso, os valores intermediários são definidos na saída do DAC e o gatilho DD1.1 é iniciado a partir do programa definindo sequencialmente os sinais "Reset" e "Set".

Se uma duração de varredura maior que 5 ms/div for selecionada. (switch SA2 na posição inferior - de acordo com o esquema -), o atraso após a comutação do comparador DA1 é gerado pelo software. O programa "sabe" disso pelo valor zero do bit 2 da porta 379H. O Trigger DD1.1 é iniciado a partir do programa definindo sequencialmente os sinais "Reset" e "Set" em intervalos especificados. O tempo de varredura é definido no teclado usando as teclas "0" - "9".

O deslocamento vertical do feixe é alterado pelos resistores variáveis 1R13 e 2R13, a duração da varredura (suavemente) - pelo resistor R28.

Programa escrito em Turbo Pascal. Ele implementa uma rápida transformada de Fourier (analisador de espectro). O sinal mostrado na tela é convertido. Para que o espectro seja exibido corretamente, é necessário que um número inteiro de períodos de sinal caiba na tela. Isso pode ser alcançado selecionando a duração da varredura com um resistor variável R8. A sub-rotina para conversão rápida em Fortran é dada em [2]. Lá você também pode encontrar uma explicação do método para determinar o espectro do sinal através da transformada de Fourier.

Para alimentar o set-top box, é necessária uma fonte de tensões estabilizadas +12, +5 e -6 V. O consumo de corrente nos circuitos de +12 e -6 V não excede 50, no circuito de +5 V - 150mA. O nível de ondulação não deve exceder 1 mV. Você pode usar uma fonte de alimentação chinesa (adaptador) para 3 ... 12 V, 1A, modificando-a, conforme mostrado na fig. 2.

Acessório de osciloscópio de dois canais para PC. Diagrama esquemático da fonte de alimentação
Figura 2. Diagrama esquemático da fonte de alimentação

O prefixo é montado em uma placa de ensaio convencional. Ao repetir, deve-se notar que o dispositivo é sensível a captadores externos e internos. Por exemplo, a penetração do sinal de entrada na cadeia de temporização pode causar distorção do sinal observado. Portanto, a instalação deve ser realizada de tal forma que a conexão desses circuitos de set-top box entre si e a penetração de sinais externos neles seja mínima. Os capacitores C4, C5 devem ser soldados diretamente nos terminais do comparador DA1, os elementos 1DA1, 1C10, 2C10, 1DA2, 2DA2 devem ser colocados lado a lado. Os resistores 1R1-1R8, 2R1-2R8, capacitores 1C1-1C9, 2C1-2C9, C7-C21 devem ser montados nas chaves correspondentes.

As seguintes peças podem ser usadas no anexo. Resistores R12-R19, R21-R28 - com um desvio permitido do valor nominal não superior a ± 0,25%, por exemplo, C2-29. O valor dos resistores R12-R19, R28 é 1 ... 10 kOhm, R21-R27 - 0,5 ... 5 kOhm, e a resistência do último deve ser exatamente duas vezes menor que o primeiro (isso pode ser alcançado por conexão paralela de resistores com um nominal primeiro). Os demais resistores são de qualquer tipo com tolerância de ± 5%. Como configuração de tempo (C7-C21, 1C1 -1C8, 2C1-2C8), é desejável usar capacitores com o menor desvio possível dos valores nominais e TKE pequeno.

Transistores 1VT1, 2VT1 - transistores de campo de alta frequência com uma tensão de corte de pelo menos 5 V (KPZOZG-KPZOZE, KP307Zh, etc.), 1VT2, 2VT2 - estruturas npn de alta frequência com um coeficiente de transferência de corrente estática p21E de pelo mínimo 50 (KT316D, KT325B, KT325V) , VT1, VT2 - quaisquer estruturas correspondentes com p21e não inferior a 400, VT3 - com uma corrente de pulso de coletor de pelo menos 300 mA e uma frequência de operação de pelo menos 200 MHz (KT3117A, 2N2222) .

As correntes de entrada dos amplificadores operacionais 1DA2 e 2DA2 não devem ser superiores a 0,1 nA, a taxa de variação da tensão de saída deve ser de pelo menos 20 V / μs (KR544UD2A, LF356). Comparadores 1DA3, 2DA3, DA2 - com um ganho de tensão de pelo menos 10⁵, correntes de entrada não superiores a 0,5 μA e um tempo de comutação não superior a 0,5 μs (KR554SAZ, LM211N, K521SAZ), DA1 - com um tempo de comutação não superior a 15ns (KR597CA2, AM686).

Como um chip DD1, você pode usar KR1594TM2 (74ACT74N), KR1533TM2 (74ALS74AN), DD2, DD3 -KR1594LN1 (74ACT04N), KR1554LN1 (74AC04N), KR1564LN1 (74HC04N). Ao usar o KR1594TM2, a banda de frequência é de 0 ... 50 MHz (neste caso, o capacitor C22 não está instalado e o R11 é substituído por um resistor de 4,7 kOhm), KR1533TM2 - 0 ... 15 MHz. O uso do microcircuito KR1564LN1 requer uma alteração nos valores dos resistores R12 - R19, R28 e R21 - R27: a resistência do primeiro deve ser de pelo menos 5 kOhm, o segundo - pelo menos 2,5 kOhm (enquanto mantendo a relação 2R/R).

A resistência das teclas MOS de canal aberto 1DA1 não deve ser superior a 100 Ohm, o tempo de ativação / desativação - não superior a 10 não (KR590KN8, SD5002).

A configuração do set-top box começa com a verificação dos modos do repetidor de entrada. Se as tensões nos emissores 1VT1, 2VT1 ultrapassarem 1,5 ... 2,5 V, os resistores 1R9 ou 2R9 são selecionados. Em seguida, usando uma fonte de sinal com uma frequência calibrada, selecionando os capacitores C7-C21 e o resistor R9, os valores necessários da frequência de varredura são definidos nas faixas de alta frequência (é definido programaticamente nas de baixa frequência) .

Ao trabalhar com um acessório, deve-se levar em consideração as características do efeito estroboscópico, que se expressam, por exemplo, em uma distorção significativa da forma de onda com modulação de amplitude, se a frequência da oscilação modulante estiver próxima da frequência de amostragem. Além disso, o comparador DA2 introduz um atraso de cerca de 300 ns, o que pode dificultar a observação das bordas dos sinais com grande ciclo de trabalho. O set-top box pode trazer o maior benefício quando usado em tempo real - como um osciloscópio de armazenamento, bem como com uma duração de varredura inferior a 1 μs/div. - como alternativa aos dispendiosos dispositivos de alta frequência.

Literatura

Interfaces Guk M. PC: um livro de referência. - São Petersburgo: Peter Kom, 1999.
Gonorovsky I. S. Circuitos e sinais de engenharia de rádio: um livro para universidades. - M.: Rádio e comunicação, 1986.

Autor: A.Khabarov, Kovrov; Publicação: radioradar.net

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