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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Развитие цивилизации изменил астероид 14.09.2013 Исследование, проведенное учеными из Дартмутского колледжа, установило связь меду глобальными изменениями климата и падением астероида в Канаде. Падение астероида или кометы, которое произошло 12900 лет назад, вызвало резкие изменения климата. Эти изменения привели к вымиранию множества крупных млекопитающих, а людям, видимо, именно в это время пришлось перейти от охоты к собирательству и выращиванию продовольствия. Падение астероида произошло около 13 тыс. лет назад, в начале периода позднего дриаса. Исследования показывают, что в этот период на планете наблюдалось резкое похолодание: климат стал суше и холоднее, что отразилось на судьбе животного мира и человеческой цивилизации. Так, в Северной Америке исчезли все крупные животные, в том числе мастодонты, верблюды, гигантские ленивцы и саблезубые тигры. В результате племена охотников, известные археологам как люди культуры Кловис, отложили в сторону свои тяжелые копья и начали собирать ягоды, коренья, ловить мелкую дичь. Подобные изменения образа жизни могли стать переходом к новому этапу развития нашей цивилизации. До сих пор считалось, что похолодание в период позднего дриаса было вызвано разрывом в североамериканском ледниковом щите, который выпустил в Атлантический океан огромное количество пресной воды. Это вызвало блокаду течений, которые несли теплые воды на север, в итоге климат планеты резко поменялся. Однако, американские ученые обнаружили убедительные доказательства того, что причиной похолодания было падения астероида или кометы. Свидетельством этого является наличие в геологическом слое позднего дриаса затвердевших капель расплавленных пород, которые образовались в результате падения неизвестного небесного тела. Непонятно, какой именно астероид или комета могли вызвать данный катаклизм. Ученые полагают, что это может быть астероид, который оставил 4-километровый кратер Corossal, расположенный в Квебеке. Похожие застывшие капли муллита и алмазного шпата найдены в Пенсильвании, Нью-Джерси и других регионах планеты. Но до сих пор эти минералы не удавалось связать с конкретным кратером. Возможно, именно небесно тело, упавшее в Канаде, дало нашей цивилизации толчок к развитию в новом направлении.

Другие интересные новости:

▪ Объяснен космологический парадокс напряжения Хаббла

▪ Лазерное устройство, вырабатывающее частицы с отрицательной массой

▪ Заправь мобильник сиропом

▪ В проблеме ожирения виноват мозг

▪ Ион почувствует силу

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Бытовые электроприборы. Подборка статей

▪ статья Стушеваться. Крылатое выражение

▪ статья Чем питаются мухи? Подробный ответ

▪ статья Работа с приспособлением по резке металлических изделий (отрезная машинка). Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Искусственный жемчуг. Простые рецепты и советы

▪ статья Преобразователь напряжения для зарядных устройств сотовых телефонов, 12/300 вольт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026