Малогабаритный двухлучевой осциллограф-мультиметр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Осциллограф - один из самых необходимых в комплексе измерительных приборов на рабочем месте у радиолюбителя, но в то же время и один из самых дорогих из оборудования. Вот почему тяга к конструированию подобного изделия у радиолюбителей не иссякает никогда. В данной статье читателям предложено ознакомиться с оригинальным построением малогабаритного двухлучевого осциллографа, который совсем несложно изготовить самостоятельно.

Просматривая журналы "Радио", не нашел ни одного устройства, использующего жидкокристаллические графические индикаторы. Поэтому я предлагаю свою разработку в качестве основы (базового блока) для использования ее в различных радиолюбительских конструкциях. Хочу сразу предупредить, что этот осциллограф создавался не как готовый измерительный прибор, а как устройство, позволяющее продемонстрировать основные возможности совместного использования микроконтроллеров и графических индикаторов. Этим и можно объяснить отсутствие в программе микроконтроллера сервисных функций, таких как индикация режима работы, размерности измеряемых величин и режима курсорных измерений. Надеюсь, что публикация этой разработки послужит толчком для создания радиолюбителями целого ряда оригинальных и полезных конструкций.

Технические характеристики

• Чувствительность каналов вертикального отклонения на весь экран при входном делителе в положении "х1" и режиме усиления программной регулировки "х1" (10 мВ между точками экрана), мВ......640
• Режимы программной регулировки усиления ("электронная лупа").....х0,25 (режим 0) х0,5 (режим 1) х1 (режим 2)
• Пуск развертки......ручной или внешним сигналом положительной полярности уровня TTL
• Длительность развертки (в соответствии с таблицей), с......0,005...500
• Диапазоны измерения сопротивлений, Ом . . х100, х10, х1
• Диапазоны измерения емкостей, мкФ......х0,01, х0,1, х1
• Интервал измеряемых напряжений (с учетом делителей), В......(0...63)-103
• Число индицируемых разрядов в режиме измерения напряжения......2
• Источник питания (аккумулятор), В......3,6
• Потребляемый ток (без подсветки), мА......40
• Габариты, мм......135x90x30

Основная часть принципиальной схемы приведена на рис. 1. Она содержит два идентичных усилителя А1 и А2, собранных на сдвоенном операционном усилителе DA1, микроконтроллер DD1, измеритель R, С (A3). В качестве индикатора использован жидкокристаллический модуль с разрешением 128x64 точек типа МТ12864А-1 со встроенным контроллером и драйвером питания (-8 В) ЖКИ [1]. Резистор 1R6 (2R6) предназначен для смещения "лучей", сдвоенный переключатель 1SA1 (2SA1) устанавливает усиление операционного усилителя DA1.

(нажмите для увеличения)

Входной делитель конструктивно собран на малогабаритном разъеме 1XS-1XS5 (2XS -2XS5). Сигналы с выходов устройств А1, А2 и A3 поданы на входы RAO, RA1 и RA3 микроконтроллера DD1, сконфигурированные как аналоговые входы АЦП. Выключатель SA1 служит для включения подсветки ЖКИ. Переключатель SA2 устанавливает режим работы "осциллограф - мультиметр". Кнопка SB1 - "Пуск", развертка в режиме осциллографа или измерение "R" в режиме мультиметра. Кнопка SB2 - "CLS", очистка экрана. Кнопка SB3 - "kY", программная установка усиления по оси Y в режиме осциллографа или измерение "С" в режиме мультиметра. Кнопка SB4 - "кХ", установка скорости развертки. Внешний сигнал для запуска развертки ("Пуск") должен иметь положительную полярность с уровнем TTL, его подают через входные гнезда XS1 и XS2 на транзистор VT1.

Поскольку осциллограф работает в режиме однократного пуска развертки с дальнейшим запоминанием сигнала на экране индикатора, то при исследовании периодических сигналов отпадает необходимость использования синхронизации,что значительно упрощает схему. Через резистор R4 подано питание (около -8 В) на ЖКИ. Подбором сопротивления этого резистора устанавливают контрастность изображения на индикаторе.

Порт С (выходы RC0-RC7) микроконтроллера используют для передачи данных на индикатор. К выходам RB0- RB4 программно подключены внутренние "подтягивающие" резисторы.

При работе в режиме осциллографа микроконтроллер DD1 поочередно оцифровывает сигнал с выходов усилителей А1 и А2 (каналы 1 и 2) и включает соответствующие им точки на индикаторе (128 точек по оси X). Для увеличения скорости развертки на первых трех режимах развертки используют только один первый канал (для этого изменен алгоритм работы микроконтроллера). Оцифрованные значения сигнала первого канала записывают в оперативную память микроконтроллера, а затем после записи всех 120 (на 8 последних не хватило ОЗУ) точек выводят на индикатор. В используемом микроконтроллере применен 10-разрядный АЦП, а в индикаторе по оси Y всего 64 точки, что соответствует 6 разрядам. Это используют для программной регулировки усиления.

Для вывода на экран выбраны восемь разрядов: в режиме 2 (х1) на экран выводят старшие шесть разрядов из восьми, в режиме 1 (х0,5) используются средние шесть разрядов, что эквивалентно увеличению чувствительности в 2 раза, в режиме 0 (х0,25) - младшие 6 разрядов, что эквивалентно увеличению усиления в 4 раза. Источник образцового напряжения АЦП программно подключен к источнику питания +4,6 В, поэтому "цена деления" АЦП равна Ucc/1024. Информацию о режимах программной регулировки усиления и времени развертки выводят в виде одноразрядного числа в верхнем левом углу индикатора при кратковременном нажатии соответствующей кнопки. Одновременно происходит переключение режимов "по кругу".

В режиме мультиметра АЦП подключают к выходу первого канала осциллографа, он периодически выводит код, соответствующий входному сигналу в виде двухразрядного числа в левой верхней части индикатора (от О до 63), который соответствует положению точки по оси Y в режиме осциллографа. При нажатии на кнопку SB1 (рис. 1) "Пуск/R" в центральной верхней части индикатора выводится трехразрядное число, соответствующее измеряемому значению сопротивления (с учетом множителя устанавливаемого переключателем 3SA1). Максимальное значение числа ограничено значением, примерно равным 800, что обусловлено ограничением напряжения на выходе источника тока, собранном на транзисторе 3VT1 (рис. 2).

Светодиод 3HL1 использован в качестве источника образцового напряжения. Резисторами 3R3-3R5 устанавливают токи источника тока в каждом диапазоне. Транзистор 3VT3 используют для разрядки измеряемого конденсатора. При нажатии на кнопку SB3 "kY/C" транзистор 3VT3 замыкает измеряемую емкость. При отпускании кнопки транзистор закрывается и напряжение на измеряемой емкости начинает увеличиваться. Микроконтроллер подсчитывает время зарядки конденсатора до напряжения 0,287 В. Это время, численно равное измеряемой емкости (с учетом множителя переключателя 3SA1), выведено в среднюю верхнюю часть индикатора и сохраняется до следующего нажатия на кнопку SB3. Поскольку напряжение на измеряемом конденсаторе не превышает 0,287 В, то в большинстве случаев можно проводить измерения, не выпаивая конденсатор из устройства.

Блок питания (рис. 3) несколько усложнен из-за желания использовать аккумуляторную батарею от сотового телефона с номинальным напряжением 3,6 В (питание индикатора 4,5...5,5 В). Преобразователь напряжения на транзисторах VT1, VT2 увеличивает напряжение питания до 5 В. Стабилизатор на транзисторах VT6- VT8 ограничивает напряжение на уровне, близком к минимально допустимому для работы индикатора - 4,6 В. Светодиод HL1 использован как источник образцового напряжения и как индикатор включения питания. Стабилизатор на транзисторах VT3- VT5 вырабатывает напряжение -0,7 В для смещения "лучей" на экране индикатора.

(нажмите для увеличения)

Для повышения скорости развертки осциллографа можно применить внешний быстродействующий АЦП с буферной памятью или использовать стробоскопический эффект [2]. Технические характеристики и команды программирования индикатора MT12864A-1 приведены в [1]. Микроконтроллер можно заменить на PIC16F876, используя ту же прошивку.

Описания этих микроконтроллеров на русском языке можно найти в ресурсах Интернета [3]. Программирование микроконтроллера и схема программатора описаны в [4]. Прошивка микроконтроллера в hex-файле (Oscil873.hex) и исходный текст программы на ассемблере (Oscil873.asm) с комментариями на квазианглийском языке (MPLAB IDE 6.0.20 очень плохо "переваривает" русский язык): скачать.

Операционный усилитель крайне желательно использовать из серии КР1446.

Трансформатор Т1 намотан на кольце типоразмера К16x8x5 мм из феррита марки М2000НМ. Обмотка I содержит 2x65 витков с отводами от 45-го витка, считая от средней точки, провода ПЭЛШО 0,5. Обмотка II содержит 15, a III - 30 витков провода ПЭЛШО 0,1.

Корпус устройства изготовлен из фольгированного стеклотекстолита и окрашен автомобильной грунтовкой серого цвета в аэрозольной упаковке. Монтаж устройства выполнен на прямоугольной пластине размерами 130x86 мм из двусторонне фольгированного стеклотекстолита. Элементы монтажа устройства закреплены пайкой на опорных точках отдельных монтажных плат, объединенных на общей прямоугольной пластине. Для изготовления макетных плат можно взять полоски фольгированного стеклотекстолита подходящей ширины, на них (обычно по краям) прорезают шины питания. Из полученных таким способом функциональных узлов, как из кубиков, собирается готовое устройство.

Начинать регулировку следует с источников питания, так как напряжение +4,6 В использовано как образцовое для АЦП. Схему блока питания можно существенно упростить, если использовать батарею из четырех и более аккумуляторов. При этом из схемы можно будет исключить преобразователь напряжения, а отрицательное напряжение для смещения лучей можно взять с вывода 18 HG1 (около -8 В). В других модификациях индикаторов это напряжение может отсутствовать, и тогда придется делать еще один преобразователь для питания индикатора (вывод 3). Резистором R4 (см. рис. 1) подбирают требуемый контраст изображения на экране.

Калибровка осциллографа привязана к точкам на экране в расчете на то, что в будущем в программу будет введен режим курсорных измерений, без этого режима лучше использовать сетку на экране. Проще всего ее размер можно определить, записав на экран калиброванный сигнал, например меандр. При регулировке входного усилителя следует учесть, что сопротивление резистора 1R11 (2R11) влияет как на усиление операционного усилителя 1DA1 (2DA1), так и на смещение луча на экране ("чувствительность" регулятора смещения 1R6 и 2R6), а резисторы 1R8-1R10 (2R8- 2R10) - только на усиление [4].

Скорость развертки можно регулировать программной задержкой между отсчетами АЦП. На первых трех "скоростных" режимах линия развертки немного укорочена справа. Это объясняется тем, что запись сигнала идет через буферное ОЗУ и памяти у PIC16F873 не хватает. При использовании P1C16F876 таких проблем не возникает, но надо подкорректировать программу (перенести часть буферной памяти из банка 0 в банк 2 или 3).

В режиме мультиметра при измерении напряжения входной сигнал проходит через делитель и операционный усилитель 1 канала (регулятор смещения должен быть выведен в ноль). АЦП позволяет увеличить точность измерения напряжения до трех разрядов, но тогда придется принять меры по устранению влияния регулятора смещения и подобрать резисторы входного делителя с соответствующей точностью. Затем по образцовым резисторам проводят калибровку в режиме измерения сопротивления резисторами 3R3-3R5 на соответствующем диапазоне, a 3R1 - общую.

Калибровку измерителя емкости производят программными задержками (если использован кварц с другой частотой).

Литература

1. <melt.aha.ru>.
2. Хабаров А. Двухканальная осцилло-графическая приставка к ПК. - Радио. 2003. № 4, с. 23-25.
3. < Microchip.ru>.
4. Фролов Д. Многопрограммный таймер - часы - термометр. - Радио, 2003, № 3, с 18-21.
5. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1998, с 36.

Автор: А.Кичигин, г.Подольск Московской обл.

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Пучок холодных атомов без лазерного охлаждения 26.01.2023 Американским физикам удалось получить атомы лития температурой в 10 милликельвинов, охладив их в потоке гелиевого газа и поймав в магнитную ловушку. По эффективности их метод оказался не хуже лазерного охлаждения, однако может использоваться с большим количеством видов атомов и расширить область использования холодных атомных пучков. С атомами, ионами и молекулами физикам-экспериментаторам гораздо проще работать в охлажденном состоянии. Охлаждение до температур, менее одного кельвина, минимизирует кинетическую энергию частиц, благодаря чему они становятся более контролируемыми. Так их можно затачивать в ловушки, использовать для высокоточных измерительных экспериментов, например атомной интерферометрии, а также изучать квантовые явления и экзотические формы материи. В своем новом эксперименте физики Техасского университета в Остине предложили новый способ получения непрерывных пучков охлажденных атомов. Самым используемым способом охлаждения атомов является лазерное охлаждение, которое полагается на поглощение атомами света. Правильно выбранная частота ниже резонансного перехода в атоме заставит частицу тратить свою кинетическую энергию, замедляться и в конце концов охлаждаться. Впрочем, несмотря на успехи метода, он подходит не всем атомам, а также накладывает ограничения и на некоторые эксперименты с частицами. Еще одним способом получения холодных пучков атомов и молекул является использование буферного газа. Метод охлаждения буферным газом работает путем рассеивания энергии интересующих частиц с помощью упругих столкновений с холодными атомами инертного газа, как например, гелий или неон. Поскольку этот механизм охлаждения не зависит от внутренней структуры частиц (в отличие от лазерного охлаждения), охлаждение буферным газом применимо практически к любому атому или малой молекуле. Температура луча получаемых атомов обычно находится в диапазоне от одного до нескольких кельвинов. Более низких температур можно достичь с помощью сверхзвуковых струй инертных газов, с которым частицы охлаждаются за счет адиабатического расширения газа-носителя. В своей работе ученые решили соединить преимущества обоих способов и создали пучок атомов лития-7, охладивших до 10 милликельвинов в камере с охлаждаемым расширением гелием, выпуская сверхзвуковой струей. В эксперименте исследователей газообразный гелий-4 подается на сверхзвуковой скорости в небольшую цилиндрическую ячейку, где охлаждается до температуры 4,4 кельвина. В поток гелия направляется пучок лития, часть атомов которого захватывается потоком гелия и за счет столкновений с ним охлаждается. Расширенная струя газа перенаправляется в следующую вакуумную камеру, а атомы лития улавливаются магнитной гексапольной линзой, которая фокусирует их, воздействуя на магнитный момент. Атомы гелия не фокусируются магнитом и поэтому продолжают двигаться баллистическими траекториями, пока не столкнутся с поверхностью. Так ученые могут получить максимальный поток атомов лития при минимально возможной температуре. Экспериментаторы отмечают, что улучшенная конструкция камеры сможет увеличить поток в десять раз, а сам подход можно адаптировать к другим атомам и молекулам, которые ученые планируют проверить в последующих работах.

Другие интересные новости:

▪ Мимо Земли пронесется астероид TC4

▪ Значение массы гравитона уточнили

▪ Нравственность, благотворительность и религия

▪ Новые танталовых конденсаторы с органическим полимером для поверхностного монтажа

▪ Самый тонкий 13-Мп модуль от Toshiba

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Стабилизаторы напряжения. Подборка статей

▪ статья Казанова. Крылатое выражение

▪ статья Кого сами американцы называют янки? Подробный ответ

▪ статья Гарциния морелла. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Расчет сварочного трансформатора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Методы улучшения характеристик ПРПУ Р-399А, Р-381. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025