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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Kleines Zweistrahl-Oszilloskop-Multimeter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Ein Oszilloskop ist eines der notwendigsten Messgeräte im Komplex am Arbeitsplatz eines Funkamateurs, gleichzeitig aber auch eines der teuersten Geräte. Deshalb versiegt bei Funkamateuren der Wunsch, ein solches Produkt zu entwickeln, nie. In diesem Artikel werden die Leser aufgefordert, sich mit der ursprünglichen Konstruktion eines kleinen Zweistrahl-Oszilloskops vertraut zu machen, das nicht schwer selbst herzustellen ist. Beim Durchsehen der Radiozeitschriften habe ich kein einziges Gerät mit Flüssigkristall-Grafikanzeigen gefunden. Daher schlage ich meine Entwicklung als Basis (Basiseinheit) für den Einsatz in verschiedenen Amateurfunkkonstruktionen vor. Ich möchte Sie sofort warnen, dass dieses Oszilloskop nicht als fertiges Messgerät entwickelt wurde, sondern als Gerät, mit dem Sie die wichtigsten Möglichkeiten der Kombination von Mikrocontrollern und Grafikanzeigen demonstrieren können. Dies kann das Fehlen von Servicefunktionen im Mikrocontrollerprogramm erklären, wie z. B. die Anzeige des Betriebsmodus, der Dimension der Messwerte und des Modus der Cursormessungen. Ich hoffe, dass die Veröffentlichung dieser Entwicklung als Anstoß für die Entwicklung einer Reihe origineller und nützlicher Designs durch Funkamateure dienen wird. Technische Eigenschaften
Der Hauptteil des Schaltplans ist in Abb. dargestellt. 1. Es enthält zwei identische Verstärker A1 und A2, montiert auf einem dualen Operationsverstärker DA1, Mikrocontroller DD1, Messgerät R, C (A3). Als Indikator wurde ein Flüssigkristallmodul mit einer Auflösung von 128 x 64 Pixeln vom Typ MT12864A-1 mit integriertem Controller und einem Stromversorgungstreiber (-8 V) des LCD [1] verwendet. Der Widerstand 1R6 (2R6) dient zur Vorspannung der „Strahlen“, der Doppelschalter 1SA1 (2SA1) stellt die Verstärkung des Operationsverstärkers DA1 ein.
Der Eingangsteiler ist strukturell auf einem kleinen Stecker 1XS-1XS5 (2XS -2XS5) montiert. Die Signale von den Ausgängen der Geräte A1, A2 und A3 werden den Eingängen RAO, RA1 und RA3 des Mikrocontrollers DD1 zugeführt, die als analoge Eingänge des ADC konfiguriert sind. Mit dem Schalter SA1 wird die LCD-Hintergrundbeleuchtung eingeschaltet. Schalter SA2 stellt die Betriebsart „Oszilloskop – Multimeter“ ein. Taste SB1 – „Start“, Sweep im Oszilloskopmodus oder Messung „R“ im Multimetermodus. Taste SB2 – „CLS“, Bildschirm löschen. Taste SB3 – „kY“, Software-Einstellung der Verstärkung entlang der Y-Achse im Oszilloskopmodus oder Messung „C“ im Multimetermodus. Taste SB4 - „kX“, Einstellung der Sweep-Geschwindigkeit. Ein externes Signal zum Starten des Sweeps („Start“) muss eine positive Polarität mit TTL-Pegel haben, es wird über die Eingangsbuchsen XS1 und XS2 dem Transistor VT1 zugeführt. Da das Oszilloskop im Single-Start-Sweep-Modus mit weiterer Speicherung des Signals auf dem Anzeigebildschirm arbeitet, ist bei der Untersuchung periodischer Signale keine Synchronisation erforderlich, was die Schaltung erheblich vereinfacht. Über den Widerstand R4 wird dem LCD Strom zugeführt (ca. -8 V). Durch die Wahl des Widerstandswertes dieses Widerstandes wird der Kontrast des Bildes auf dem Indikator eingestellt. Port C (Ausgänge RC0-RC7) des Mikrocontrollers dient zur Datenübertragung zum Anzeigegerät. Interne „Pull-Up“-Widerstände werden programmgesteuert mit den Ausgängen RB0-RB4 verbunden. Im Oszilloskopmodus digitalisiert der DD1-Mikrocontroller abwechselnd das Signal von den Ausgängen der Verstärker A1 und A2 (Kanäle 1 und 2) und schaltet die entsprechenden Punkte auf der Anzeige ein (128 Punkte entlang der X-Achse). Um die Sweep-Geschwindigkeit in den ersten drei Sweep-Modi zu erhöhen, wird nur ein erster Kanal verwendet (dafür wurde der Betriebsalgorithmus des Mikrocontrollers geändert). Die digitalisierten Werte des Signals des ersten Kanals werden im RAM des Mikrocontrollers aufgezeichnet und nach der Aufzeichnung aller 120 Punkte (die letzten 8 hatten nicht genügend RAM) Punkte auf dem Indikator angezeigt. Der verwendete Mikrocontroller verwendet einen 10-Bit-ADC und der Indikator verfügt über insgesamt 64 Punkte entlang der Y-Achse, was 6 Ziffern entspricht. Dies wird zur Software-Verstärkungssteuerung verwendet. Für die Anzeige auf dem Bildschirm werden acht Ziffern ausgewählt: Im Modus 2 (x1) werden die höchsten sechs von acht Ziffern auf dem Bildschirm angezeigt, im Modus 1 (x0,5) werden die mittleren sechs Ziffern verwendet, was einer 2 entspricht -fache Erhöhung der Empfindlichkeit, im Modus 0 (x0,25, 6) - die unteren 4 Ziffern, was einer 4,6-fachen Erhöhung der Verstärkung entspricht. Die Referenzspannungsquelle des ADC ist programmgesteuert mit der +1024-V-Stromversorgung verbunden, sodass der „Teilungspreis“ des ADC gleich Ucc/XNUMX ist. Informationen zu den Modi der Software-Verstärkungssteuerung und der Sweep-Zeit werden als einstellige Zahl in der oberen linken Ecke der Anzeige angezeigt, wenn die entsprechende Taste kurz gedrückt wird. Gleichzeitig werden die Modi „im Kreis“ umgeschaltet. Im Multimeter-Modus ist der ADC mit dem Ausgang des ersten Kanals des Oszilloskops verbunden und zeigt regelmäßig einen dem Eingangssignal entsprechenden Code in Form einer zweistelligen Zahl im oberen linken Teil der Anzeige an (von 63 bis). 1), was der Position des Punktes entlang der Y-Achse im Oszilloskopmodus entspricht. Wenn Sie die SB1-Taste (Abb. 3) „Start / R“ im mittleren oberen Teil der Anzeige drücken, wird eine dreistellige Zahl angezeigt, die dem gemessenen Widerstandswert entspricht (unter Berücksichtigung des durch den 1SA800-Schalter eingestellten Multiplikators). . Der Maximalwert der Zahl wird durch einen Wert von ungefähr 3 begrenzt, was auf die Begrenzung der Spannung am Ausgang der Stromquelle zurückzuführen ist, die auf dem 1VT2-Transistor montiert ist (Abb. XNUMX).
Als Referenzspannungsquelle dient die 3HL1-LED. Die Widerstände 3R3-3R5 stellen die Ströme der Stromquelle in jedem Bereich ein. Der Transistor 3VT3 dient zur Entladung des gemessenen Kondensators. Wenn Sie die SB3-Taste „kY/C“ drücken, schließt der 3VT3-Transistor die gemessene Kapazität. Beim Loslassen der Taste schließt der Transistor und die Spannung an der gemessenen Kapazität beginnt anzusteigen. Der Mikrocontroller zählt die Ladezeit des Kondensators auf eine Spannung von 0,287 V. Diese Zeit, numerisch gleich der gemessenen Kapazität (unter Berücksichtigung des 3SA1-Schaltermultiplikators), wird im mittleren oberen Teil der Anzeige angezeigt und bis zum nächsten Drücken gespeichert der SB3-Taste. Da die Spannung am gemessenen Kondensator 0,287 V nicht überschreitet, ist es in den meisten Fällen möglich, Messungen durchzuführen, ohne den Kondensator vom Gerät abzulöten. Die Stromversorgung (Abb. 3) ist etwas kompliziert, da der Akku eines Mobiltelefons mit einer Nennspannung von 3,6 V (Anzeigeleistung 4,5 ... 5,5 V) verwendet werden soll. Der Spannungswandler an den Transistoren VT1, VT2 erhöht die Versorgungsspannung auf 5 V. Der Stabilisator an den Transistoren VT6-VT8 begrenzt die Spannung auf einen Wert nahe dem für den Betrieb der Anzeige zulässigen Mindestwert - 4,6 V. Die HL1-LED wird als verwendet Quelle vorbildlicher Spannung und als Betriebsanzeige. Der Stabilisator an den Transistoren VT3-VT5 erzeugt eine Spannung von -0,7 V, um die „Balken“ auf dem Anzeigebildschirm zu verschieben.
Um die Sweep-Geschwindigkeit des Oszilloskops zu erhöhen, können Sie einen externen Hochgeschwindigkeits-ADC mit Pufferspeicher verwenden oder den Stroboskopeffekt nutzen [2]. Spezifikationen und Programmierbefehle für den MT12864A-1-Indikator sind in [1] angegeben. Der Mikrocontroller kann durch einen PIC16F876 mit derselben Firmware ersetzt werden. Beschreibungen dieser Mikrocontroller in russischer Sprache finden Sie im Internet [3]. Mikrocontroller-Programmierung und Programmierschaltung sind in [4] beschrieben. Die Mikrocontroller-Firmware in einer Hex-Datei (Oscil873.hex) und der Quellcode des Programms in Assembler (Oscil873.asm) mit Kommentaren in Quasi-Englisch (MPLAB IDE 6.0.20 „verdaut“ die russische Sprache sehr schlecht): скачать. Es ist sehr wünschenswert, einen Operationsverstärker der KR1446-Serie zu verwenden. Der T1-Transformator ist auf einen Ring K16x8x5 mm aus Ferrit der Güteklasse M2000NM gewickelt. Wicklung I enthält 2x65 Windungen mit Anzapfungen ab der 45. Windung, gezählt vom Mittelpunkt, des PELSHO 0,5-Drahts. Wicklung II enthält 15 und III - 30 Windungen PELSHO 0,1-Draht. Das Gehäuse des Geräts besteht aus Glasfaserfolie und ist mit einer grauen Automobilgrundierung in einer Aerosolpackung lackiert. Das Gerät ist auf einer rechteckigen Platte mit den Maßen 130x86 mm aus doppelseitiger Glasfaserfolie montiert. Die Montageelemente des Gerätes werden durch Löten an den Referenzpunkten einzelner Montageplatten befestigt, die auf einer gemeinsamen rechteckigen Platte zusammengefasst sind. Für die Herstellung von Steckbrettern können Sie folienkaschierte Glasfaserstreifen geeigneter Breite verwenden, durch die (meist entlang der Kanten) Stromschienen geschnitten werden. Aus den so gewonnenen Funktionseinheiten wird, wie aus Würfeln, ein fertiges Gerät zusammengesetzt. Die Anpassung sollte bei den Stromquellen beginnen, da +4,6 V als Referenz für den ADC verwendet werden. Der Stromversorgungskreis kann durch die Verwendung einer Batterie mit vier oder mehr Batterien erheblich vereinfacht werden. In diesem Fall kann der Spannungswandler vom Stromkreis ausgeschlossen werden und die negative Spannung zur Verschiebung der Strahlen an Pin 18 HG1 entnommen werden (ca. -8 V). Bei anderen Modifikationen von Indikatoren kann diese Spannung fehlen, und dann müssen Sie einen anderen Konverter herstellen, um den Indikator mit Strom zu versorgen (Pin 3). Der Widerstand R4 (siehe Abb. 1) wählt den gewünschten Bildkontrast auf dem Bildschirm. Die Oszilloskopkalibrierung ist an Punkte auf dem Bildschirm gebunden, in der Erwartung, dass in Zukunft der Cursormessmodus in das Programm eingeführt wird. Ohne diesen Modus ist es besser, das Raster auf dem Bildschirm zu verwenden. Die Größe lässt sich am einfachsten bestimmen, indem man ein kalibriertes Signal auf dem Bildschirm aufzeichnet, beispielsweise einen Mäander. Bei der Einstellung des Eingangsverstärkers ist zu berücksichtigen, dass der Widerstandswert des Widerstands 1R11 (2R11) sowohl die Verstärkung des Operationsverstärkers 1DA1 (2DA1) als auch die Strahlverschiebung auf dem Bildschirm („Empfindlichkeit“ des Bias-Reglers 1R6) beeinflusst und 2R6) und die Widerstände 1R8-1R10 (2R8 - 2R10) - nur zur Verstärkung [4]. Die Sweep-Geschwindigkeit kann durch eine Softwareverzögerung zwischen ADC-Abtastungen gesteuert werden. In den ersten drei „High-Speed“-Modi ist die Sweep-Linie rechts leicht verkürzt. Dies liegt daran, dass das Signal über den Puffer-RAM aufgezeichnet wird und der PIC16F873 nicht über genügend Speicher verfügt. Bei Verwendung von P1C16F876 treten solche Probleme nicht auf, allerdings muss das Programm korrigiert werden (Teil des Pufferspeichers von Bank 0 auf Bank 2 oder 3 übertragen). Im Multimetermodus durchläuft das Eingangssignal beim Messen der Spannung einen Teiler und einen Operationsverstärker von Kanal 1 (der Bias-Regler muss auf Null eingestellt sein). Mit dem ADC können Sie die Genauigkeit der Spannungsmessung auf drei Stellen erhöhen. Dann müssen Sie jedoch Maßnahmen ergreifen, um den Einfluss des Vorspannungsreglers zu eliminieren, und die Eingangsteilerwiderstände mit der entsprechenden Genauigkeit auswählen. Anschließend erfolgt unter Verwendung beispielhafter Widerstände eine Kalibrierung im Widerstandsmessmodus mit den Widerständen 3R3-3R5 im entsprechenden Bereich und 3R1 - insgesamt. Die Kalibrierung des Kapazitätsmessers erfolgt durch Softwareverzögerungen (wenn Quarz mit einer anderen Frequenz verwendet wird). Literatur
Autor: A.Kichigin, Podolsk, Gebiet Moskau
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