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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Алюминиевая пленка защищает от лесных пожаров 20.09.2021 Гибкие алюминиевые листы широко не используются, потому что они дороги и сложны в установке, однако технология развивается и становится более доступной. Компания Firezat продает рулоны противопожарной пленки, которая работает как настоящий щит. Каждый рулон стоит примерно по 700 долларов каждый. В компании заявляют, что здание, которое можно защитить этой пленкой, не будет горят. Разве что только огонь вступит с ним в прямой контакт. Обертка отводит тепло от зданий, помогая предотвратить возгорание легковоспламеняющихся материалов. Она также предотвращает проскальзывание переносимых по воздуху углей через вентиляционные и другие отверстия в доме. Благодаря стекловолоконной основе и акриловому клею обертки могут выдерживать температуру до 522 градусов по Цельсию. Президент-основатель Firezat Дэн Хирнинг заявил, что только в этом году Лесная служба США обернула его пленкой в национальных лесах от 600 до 700 зданий, мостов, вышек связи и других сооружений. На озере Тахо они обернули смотровую площадку Angora Ridge Lookout, зарегистрированную в национальном масштабе историческую пожарную смотровую башню. Примерно десять лет назад причиной наибольшего ущерба от лесных пожаров стала растительность, которая загоралась возле домов. Недавние исследования показали, что большую роль играют межструктурные пожары, которые распространяются в виде эффекта домино из-за огромного тепла, которое вызывает возгорание промышленных материалов.

Другие интересные новости:

▪ Прозрачный дисплей LG

▪ Подводная лодка отправится на Титан

▪ 500 терабит на одном квадратном дюйме

▪ Пульт дистанционного управления клетками

▪ Экономичная ИС Bluetooth для интеллектуальных устройств

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Аудиотехника. Подборка статей

▪ статья Всё учтено могучим ураганом. Крылатое выражение

▪ статья Куда девают голову страусы в случае опасности? Подробный ответ

▪ статья В помощь ластам. Личный транспорт

▪ статья Влажность контролирует сотовый телефон. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Разрезание феррита. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026