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:

Получение влаги из воздуха без затрат энергии 15.06.2025

Вода - один из важнейших ресурсов на планете, и поиск новых способов ее получения особенно актуален в условиях глобального изменения климата и растущей засухи. Традиционные методы сбора воды из воздуха часто требуют затрат энергии или высокой влажности, что ограничивает их эффективность и применение. Однако группа американских инженеров сделала значительный прорыв, разработав материал, способный извлекать воду из атмосферы без использования дополнительной энергии. Команда исследователей из Пенсильванского университета совместно с учеными из Технического университета Мюнхена представила новый класс наноматериалов, которые используют явление капиллярной конденсации. Этот процесс заключается в том, что водяной пар превращается в жидкость внутри крошечных пор материала, даже при невысокой влажности воздуха. Такое сочетание гидрофильных и гидрофобных элементов внутри наноструктуры позволяет собирать воду там, где традиционные методы оказываются бессильны. В ходе экспериментов ученые и ...>>

Динамическое изменение свойства света 15.06.2025

Современная наука стремится выйти за пределы традиционной электроники, используя свет для передачи и обработки информации. Управление свойствами света открывает новые горизонты в создании оптических компьютеров и устройств следующего поколения. Одним из ключевых направлений является возможность динамически изменять параметры света, такие как его поляризация и хиральность - способность электромагнитной волны вращаться по-разному. Недавнее открытие ученых из Университета Юты стало важным шагом в этом направлении. Исследователи представили инновационную программируемую гетероструктуру - сложный многослойный материал, в котором объединены выровненные углеродные нанотрубки и материалы с изменением фазы, например, германий-сурма-теллур (GST). Такое сочетание позволяет управлять поляризацией света не статично, как это было ранее, а динамично, с возможностью перепрограммирования. Ведущий автор проекта, Вейл Гао, сравнил предыдущие материалы с резными камнями - красивыми, но неподвижными, то ...>>

Холодные душ излечивает от стресса 14.06.2025

Стресс сегодня стал одной из самых распространенных проблем современного общества, и поиск эффективных способов его снижения является важной задачей для науки и медицины. Несмотря на разнообразие методик, не все из них доступны или удобны в повседневной жизни. Однако ученые все чаще обращают внимание на простые и доступные методы, которые могут помочь справиться с психологическим напряжением и улучшить общее самочувствие. Одним из таких способов, доказавшим свою эффективность, является холодный душ. Холодный душ - это простой, доступный и научно обоснованный способ улучшить не только психическое, но и физическое здоровье. Он стимулирует организм, помогает справиться со стрессом, повышает концентрацию и укрепляет силу воли. Несмотря на дискомфорт, который может возникать вначале, регулярное принятие холодных душей способно стать надежным инструментом для улучшения качества жизни. Американские исследователи под руководством Анны Мейер провели серию исследований, которые подтвердили ...>>

Случайная новость из Архива Обнаружен новый тип магнита 31.08.2019 Специалисты по химическому инжинирингу из Университета Нью-Йорка, США, продемонстрировали свой новый, необычный проект уникального типа магнита, открытого не так давно в ходе параллельного исследования свойств некоторых видов урана и сурьмы. Специалисты определили новый тип магнита в качестве "магнит-фуфайка", назвав его так потому, что данный тип магнита обладает уникальным качеством изменять свои магнитные свойства, переключаясь от намагниченного состояния к размагниченному. Стоит отметить, что нахождение данного нового типа магнита имеет первостепенное значение для улучшения качества и надежности современных жестких дисков. В принципе, это же относится и к любому другому записывающему оборудованию. Само нахождение нового магнита было связано с исследованием некоторых конфигураций сурьмы и урана - тогда ученые сумели выявить прототип-магнит Usb2, в котором электроны формировались не стандартным образом, как это обычно бывает в магнитах, а посредством своего рода наслоения и переложения. Что и позволяет новому Usb2-магниту демонстрировать одновременно свойства заряженного и разряженного магнита, в зависимости от того, что конкретно необходимо пользователю. Соединяясь между собой, электроны в представленном магните формируют нечто вроде разрозненного магнетического поля, в котором управление переключением производится при помощи стандартных триггеров - в этом отношении управление осуществляется традиционными и легкими способами. Данный тип магнита-фуфайки наверняка станет отличным подспорьем для существенного технического улучшения текущих технологий и способов создания жестких дисков и прочего запоминающего оборудования - в частности, сделав это оборудование более надежным, устойчивым к различным видам деформации и более длительно живущим, что весьма и весьма важно.

Другие интересные новости:

▪ Макрообъектив Meike MK-85mm F2.8

▪ Мусоропровод для спасения при пожаре

▪ Открыта самая маленькая черная дыра

▪ Очистка воды ржавчиной

▪ Смартфон заглушает чувство одиночества у человека

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрик в доме. Подборка статей

▪ статья Наркотики и опасность их употребления для здоровья. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Зачем на съемках фильма Полосатый рейс был убит лев Вася? Подробный ответ

▪ статья Электромеханик телефонно-телеграфной связи. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Электрически укороченная рамочная антенна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Игральные кубики. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025