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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Zweikanal-Oszilloskopaufsatz für PC. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Computer Es ist bekannt, dass es sehr problematisch ist, einige Geräte ohne Oszilloskop gut einzurichten. Oszilloskope sind jedoch ziemlich teuer, wenn Sie also einen IBM-kompatiblen Computer haben, ist es viel billiger, eine relativ einfache Set-Top-Box dafür zu bauen, wie die im folgenden Artikel beschriebene. Der vorgeschlagene Zweikanal-Oszilloskopaufsatz für einen PC dient zur Beobachtung und Untersuchung der Form elektrischer Signale sowie zur Messung der Zeit- und Amplitudeneigenschaften elektrischer Prozesse. Die Bandbreite jedes Kanals beträgt 0...50 MHz, der Strahlablenkungskoeffizient beträgt 0,1...20 V/Div., der Eingangswiderstand beträgt 1 MOhm, die Eingangskapazität beträgt 20 pF, die Sweep-Dauer beträgt 0,1 μs bis 100 ms/Div. Mindestanforderungen an den PC: 386, VGA, Druckeranschluss, MS DOS 3.3. Im Hochfrequenzbereich arbeitet das Gerät nach dem Stroboskopprinzip, im Niederfrequenzbereich in Echtzeit. Die Software ermöglicht den Betrieb im Spektrumanalysatormodus. Die Anzahl der auf dem Bildschirm angezeigten Signalproben beträgt im Normalmodus 256, im Spektrumanalysatormodus 128. Das Programm verwendet Port LPT1 (siehe Tabelle): Basisport 378H. Druckerstatussignalanschluss (Eingang) 379H, Steuersignalanschluss (Ausgang) 37AN. Das Programm geht davon aus, dass der Zustand der Portbits Standard ist und dem Zustand der Signale an den Pins des Druckersteckers [1] entspricht.
Das schematische Diagramm der Befestigung ist in Abb. 1 dargestellt. eines.
Die untersuchten Signale werden über die Eingangsbuchsen XW1 und 2 und 1 zeigen hier und unten an, dass die Elemente zu den Kanälen 2 bzw. 2 gehören). Die MOS-Schalter der Mikroschaltung 2DA1 sind über Repeater an den Transistoren 1VT1, 8VT2 und 1VT2, 8VT1 mit den Ausgängen der Teiler verbunden (zwei ihrer Richtungen werden in Kanal 2 verwendet, der Rest in Kanal 1). Die Tasten werden durch Impulse mit einer Dauer von etwa 9 ns geöffnet, die vom Treiber am Trigger DD2 kommen, und durch sie werden die Kondensatoren 2C2 und 9C1 aufgeladen, an die die nichtinvertierenden Eingänge des Operationsverstärkers 2DA1 und angeschlossen sind 2DA1 sind verbunden. Die Spannungen an den Kondensatoren, die den Signalspannungen zum Zeitpunkt des Öffnens der Tasten entsprechen, werden vom Operationsverstärker um das Zehnfache verstärkt. Die Dauer des Öffnungsimpulses entspricht der Mindestdauer der Vorderseite des Eingangssignals, die unverzerrt dargestellt wird, d. h. sie bestimmt die Bandbreite der übertragenen Frequenzen An die Ausgänge des Operationsverstärkers ist ein Dual-ADC mit sukzessiver Approximation angeschlossen. Es enthält Komparatoren 1DA3, 2DA3 und einen DAC, der auf Elementen der Mikroschaltungen DD2, DD3 und einer R-2R-Matrix bestehend aus den Widerständen R12-R19, R21 - R28 aufgebaut ist. Die Ausgänge der Komparatoren sind mit den Pins 13 und 15 des XP1-Druckersteckers verbunden. Die Signalwerte an diesen Pins entsprechen den Bits 3 und 4 des 379H-Ports. Die DAC-Eingänge sind mit den Pins 2-9 XP1 verbunden, sodass der Wert des DAC-Ausgangssignals durch Schreiben einer Zahl von 378 bis 0 (innerhalb von 255 bis 0,5 V) an Port 4,5H eingestellt werden kann. Die im Programm implementierte Messung der Spannungen an den Ausgängen der Operationsverstärker 1DA2 und 2DA2 durch sukzessive Näherung erfolgt wie folgt. Zunächst wird die Nummer 378' auf Port 2H gesetzt (am DAC-Ausgang - 2,5 V) und der Zustand der Komparatorausgänge überprüft (Bits 3 und 4 von Port 379H). Wenn der Komparator funktioniert, wird 26 zur angegebenen Zahl addiert; andernfalls wird die zweite von der ersten subtrahiert. Dann wird der Zustand der Komparatoren erneut überprüft, 25 addiert oder subtrahiert. Der Vorgang wird wiederholt, bis 2g addiert oder subtrahiert sind. Die resultierenden Zahlen entsprechen den Spannungswerten an den Ausgängen 1DA2 und 2DA2. Der Teiler R20R29 legt die Grenzen für die Änderung der Spannung am Ausgang des DAC von 0,5 auf 4,5 V fest. Um zu verhindern, dass der Impulsformer bei der Bestimmung der Spannungen an den Ausgängen des Operationsverstärkers auslöst, wird log 1,2 an den Eingang D des angelegt Lösen Sie zu diesem Zeitpunkt DD0 aus. Die ADC-Umwandlungszeit mit Schreibzeit auf einen 2-µs-Port beträgt 2x40 µs. Die Synchronisierung erfolgt in Kanal 1 mit dem Komparator DA1, dessen invertierender Eingang über die Kondensatoren C1 und C2 mit dem Ausgang des Repeaters an den Transistoren 1VT1 und 1VT2 verbunden ist. Um die Störfestigkeit zu erhöhen, wurden die Widerstände R2 und R3 eingeführt, die den Komparator auf eine Hysterese von 20 mV einstellen. Der Synchronisationspegel wird durch den variablen Widerstand R4 gesteuert Die Zeitverzögerung vom Auslösen des Komparators DA1 bis zum Öffnen der Tasten des Mikroschaltkreises 1DA1 wird in den Hochfrequenzbereichen software- und hardwaremäßig und in den Niederfrequenzbereichen softwaremäßig eingestellt. Im ersten Fall setzt das Programm, wenn es bereit ist, den nächsten Wert der Eingangssignale zu empfangen, das „Reset“-Signal vom DD1.1-Trigger (Bit 7 von Port 37A = „1/0“, Pin 1 des Druckersteckers = '0/1'). Der auf diese Weise „geladene“ Trigger wird ausgelöst, wenn der Komparator DA1 umgeschaltet wird und der Transistor VT3 schließt. Dadurch wird von der Stromquelle, die an den Elementen VT2. R8, R9 hergestellt wird, einer der Zeitkondensatoren C7-C21 gestartet zum Laden. Wenn die Spannung an ihm den Spannungswert am Ausgang des DAC erreicht, wird der Komparator DA2 ausgelöst und startet den Impulsformer (001.2, R11, C22), der die Tasten des 1DA1-Chips steuert. Das Programm bestimmt die Auslösung des Komparators DA2 durch den Wert 0 an Pin 11 des Druckersteckers (Bit 0 von Port 379H). Danach folgt das Unterprogramm zur Bestimmung der Spannung an den Ausgängen 1DA2 und 2DA2. Die Spannungswerte werden als nächstes in den Speicher geschrieben Wenn der Wert im DAC eingestellt ist, wird der Auslöser DD1.1 erneut „gespannt“ und der Zyklus wird wiederholt, bis eine beliebige Taste gedrückt wird Ein Knoten zur Feststellung des Vorhandenseins einer Synchronisation ist auf den Elementen VT1, R5, R6, VD1, C3, C6 implementiert. Wenn der Komparator DA1 periodisch an Pin 10 des XP1-Anschlusses (Bit 1 von Port 379H) ausgelöst wird, wird ein logisches Signal ausgegeben gegenwärtig. 1, und nach dem „Spannen“ des Triggers DD1.1 wartet das Programm auf den Betrieb des Komparators DA2. Andernfalls wird dieser Trigger vom Programm aus gestartet, indem nacheinander die Signale „Reset“ und „Set“ (Bits 4, 7 von) gesetzt werden Port 37A – „10/01“, Pins 1, 17 des Druckersteckers = „01/10“). Am Ausgang des DAC sind Werte von 0 bis 255 programmiert; dementsprechend ändert sich die Verzögerung vom Moment der Synchronisation bis zum Moment des Öffnens der Tasten vom Minimalwert zum Maximalwert und es entsteht ein Bild des Signals . Die Wobbelperiode T (in Sekunden pro Teilung) wird durch die Formel T = CU/2I bestimmt, wobei C die Kapazität des angeschlossenen Kondensators in Farad ist; U - 4,5 V - maximale DAC-Spannung I 0 001 A - Kollektorstrom des Transistors VT2 Wenn die Kapazität des Zeitkondensators groß ist, wird das Bild des Signals zu langsam gebildet. Daher implementiert das Programm ein Verfahren zur Bestimmung seiner Kapazität, das prüft, wie oft das Programm die Signalwerte während des Ladevorgangs lesen kann. Wenn diese Zeit lang ist (eine lange Sweep-Dauer ist eingestellt), können nach dem Umschalten des Komparators DA1 die Schalttasten 1DA2 mehrmals geöffnet werden. In diesem Fall werden Zwischenwerte am Ausgang des DAC und am Trigger DD1.1 eingestellt .XNUMX wird aus dem Programm gestartet, indem nacheinander die Signale „Reset“ und „Set“ gesetzt werden. Wenn eine Sweep-Dauer von mehr als 5 ms/Div ausgewählt wird. (Schalter SA2 befindet sich laut Diagramm in der unteren Position), die Verzögerung nach dem Umschalten des Komparators DA1 wird per Software erzeugt. Dies „erfährt“ das Programm durch den Nullwert von Bit 2 des Ports 379H. Der Trigger DD1.1 wird vom Programm aus gestartet, indem die Signale „Reset“ und „Set“ in bestimmten Intervallen nacheinander gesetzt werden. Die Sweep-Zeit wird über die Tastatur mit den Tasten „0“ – „9“ eingestellt. Die vertikale Strahlverschiebung wird durch die variablen Widerstände 1R13 und 2R13 geändert, die Wobbeldauer (glatt) - durch den Widerstand R28. Programm in Turbopascal geschrieben. Es implementiert eine schnelle Fourier-Transformation (Spektrumanalysator). Das auf dem Bildschirm angezeigte Signal wird umgewandelt. Damit das Spektrum korrekt dargestellt werden kann, muss eine ganzzahlige Anzahl von Signalperioden auf den Bildschirm passen. Dies kann erreicht werden, indem die Dauer des Sweeps mit einem variablen Widerstand R8 ausgewählt wird. Das Unterprogramm für die schnelle Konvertierung in Fortran ist in [2] angegeben. Dort finden Sie auch eine Erläuterung der Methode zur Bestimmung des Signalspektrums durch die Fourier-Transformation. Um die Set-Top-Box mit Strom zu versorgen, benötigen Sie eine Quelle mit stabilisierten Spannungen von +12, +5 und -6 V. Der Stromverbrauch in den +12- und -6-V-Kreisen überschreitet nicht 50, im +5-V-Kreis - 150mA. Der Welligkeitspegel sollte 1 mV nicht überschreiten. Sie können ein in China hergestelltes Netzteil (Adapter) mit 3...12 V, 1A verwenden und es wie in Abb. gezeigt modifizieren. 2.
Der Aufsatz wird auf einem normalen Steckbrett montiert. Bei der Wiederholung ist zu berücksichtigen, dass das Gerät empfindlich gegenüber äußeren und inneren Störungen ist. Beispielsweise kann das Eindringen des Eingangssignals in den Zeitschaltkreis zu einer Verzerrung der Form des beobachteten Signals führen. Daher muss die Installation so erfolgen, dass die Verbindung dieser Set-Top-Box-Schaltkreise untereinander und das Eindringen externer Signale in sie minimal ist. Die Kondensatoren C4, C5 sollten direkt an die Anschlüsse des Komparators DA1 angelötet werden, die Elemente 1DA1,1, 10C2, 10C1, 2DA2, 2DA1 sollten in der Nähe platziert werden. Es empfiehlt sich, an den entsprechenden Schaltern die Widerstände 1R1-8R2, 1R2-8R1, die Kondensatoren 1С1-9С2, 1С2-9С7, С21-СXNUMX zu montieren. Die folgenden Teile können in der Befestigung verwendet werden. Widerstände R12-R19, R21-R28 - mit einer zulässigen Abweichung vom Nennwert von nicht mehr als ± 0,25%, zum Beispiel C2-29. Der Wert der Widerstände R12-R19, R28 beträgt 1 ... 10 kOhm, R21-R27 - 0,5 ... 5 kOhm, und der Widerstand des letzteren sollte genau zweimal kleiner sein als der erste (dies kann erreicht werden durch Parallelschaltung von Widerständen mit einem Nennwert zuerst). Die restlichen Widerstände sind beliebiger Art mit einer Toleranz von ± 5 %. Als Zeiteinstellung (C7-C21, 1C1 -1C8, 2C1-2C8) ist es wünschenswert, Kondensatoren mit möglichst geringer Abweichung von den Nennwerten und kleinem TKE zu verwenden. Transistoren 1VT1, 2VT1 – Hochfrequenz-Feldeffekttransistoren mit einer Abschaltspannung von mindestens 5 V (KP303G-KP303E, KP307Zh usw.), 1VT2, 2VT2 – Hochfrequenz-NPN-Strukturen mit einem statischen Stromübertragungskoeffizienten h21e von mindestens 50 (KT316D, KT325B, KT325V), VT1, VT2 – jede entsprechende Struktur mit h21e von mindestens 400, VT3 – mit einem Impulskollektorstrom von mindestens 300 mA und einer Betriebsfrequenz von mindestens 200 MHz (KT3117A, 2N2222). Die Eingangsströme der Operationsverstärker 1DA2 und 2DA2 sollten nicht mehr als 0,1 nA betragen, die Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung sollte nicht weniger als 20 V/µs betragen (KR544UD2A, LF356). Komparatoren 1DA3, 2DA3, DA2 – mit einer Spannungsverstärkung von mindestens 105, Eingangsströmen von nicht mehr als 0,5 μA und einer Schaltzeit von nicht mehr als 0,5 μs (KR554SAZ, LM211N, K521SAZ), DA1 – mit einer Schaltzeit von nicht mehr als 15 nicht ( KR597CA2, AM686). Als DD1-Mikroschaltung können Sie KR1594TM2 (74ACT74N), KR1533TM2 (74ALS74AN), DD2, DD3 -KR1594LN1 (74ACT04N), KR1554LN1 (74AC04N), KR1564LN1 (74HC04N) verwenden. Bei Verwendung von KR1594TM2 beträgt das Frequenzband 0...50 MHz (in diesem Fall ist der Kondensator C22 nicht installiert und R11 wird durch einen Widerstand mit einem Widerstand von 4,7 kOhm ersetzt), KR1533TM2 - 0...15 MHz. Die Verwendung der Mikroschaltung KR1564LN1 erfordert eine Änderung der Werte der Widerstände R12 - R19, R28nR21 - R27: Der Widerstand des ersteren muss mindestens 5 kOhm betragen, der letztere - mindestens 2,5 kOhm (unter Beibehaltung des 2R/R-Verhältnisses). . Der Widerstand der offenen Kanal-MOS-Tasten 1DA1 sollte nicht mehr als 100 Ohm betragen, die Ein- / Ausschaltzeit - nicht mehr als 10 nicht (KR590KN8, SD5002). Die Einrichtung der Set-Top-Box beginnt mit der Überprüfung der Eingangs-Repeater-Modi. Wenn die Spannungen an den Emittern 1VT1, 2VT1 1,5 ... 2,5 V überschreiten, werden die Widerstände 1R9 oder 2R9 ausgewählt. Dann werden unter Verwendung einer Signalquelle mit einer kalibrierten Frequenz durch Auswahl der Kondensatoren C7-C21 und des Widerstands R9 die erforderlichen Werte der Wobbelfrequenz auf Hochfrequenzbereiche eingestellt (sie wird programmgesteuert auf Niederfrequenzbereiche eingestellt). . Beim Arbeiten mit einem Aufsatz sollten Sie die Besonderheiten des Stroboskopeffekts berücksichtigen, die sich beispielsweise in einer deutlichen Verzerrung der Form des Amplitudenmodulationssignals äußern, wenn die Frequenz der modulierenden Schwingung nahe an der Abtastfrequenz liegt. Darüber hinaus führt der DA2-Komparator zu einer Verzögerung von etwa 300 ns, was bei der Beobachtung der Flanken von Signalen mit hohem Tastverhältnis zu Schwierigkeiten führen kann. Die Set-Top-Box kann am nützlichsten sein, wenn sie in Echtzeit verwendet wird – als Speicheroszilloskop und auch mit einer Wobbeldauer von weniger als 1 µs/Div. - als Alternative zu teuren Hochfrequenzgeräten. Literatur
Autor: A.Chabarov, Kovrov, Gebiet Wladimir
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