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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Osciloscopio-multímetro de dos haces de pequeño tamaño. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición Un osciloscopio es uno de los instrumentos de medición más necesarios en el complejo en el lugar de trabajo de un radioaficionado, pero al mismo tiempo uno de los equipos más costosos. Es por eso que el deseo de diseñar un producto de este tipo entre los radioaficionados nunca se seca. En este artículo, se invita a los lectores a familiarizarse con la construcción original de un osciloscopio de dos haces de tamaño pequeño, que no es difícil de hacer por su cuenta. Mirando a través de las revistas de Radio, no encontré un solo dispositivo que usara indicadores gráficos de cristal líquido. Por lo tanto, propongo mi desarrollo como base (unidad base) para su uso en varios diseños de radioaficionados. Quiero advertirle de inmediato que este osciloscopio no se creó como un dispositivo de medición listo para usar, sino como un dispositivo que le permite demostrar las principales posibilidades de combinar microcontroladores e indicadores gráficos. Esto puede explicar la ausencia de funciones de servicio en el programa del microcontrolador, como la indicación del modo de funcionamiento, la dimensión de los valores medidos y el modo de medición del cursor. Espero que la publicación de este desarrollo sirva como un impulso para la creación por parte de los radioaficionados de una serie de diseños originales y útiles. características técnicas
La parte principal del diagrama del circuito se muestra en la fig. 1. Contiene dos amplificadores idénticos A1 y A2, ensamblados en un amplificador operacional dual DA1, microcontrolador DD1, medidor R, C (A3). Como indicador se utilizó un módulo de cristal líquido con una resolución de 128x64 píxeles del tipo MT12864A-1 con un controlador incorporado y un controlador de fuente de alimentación (-8 V) de la pantalla LCD [1]. La resistencia 1R6 (2R6) está diseñada para polarizar los "haces", el interruptor dual 1SA1 (2SA1) establece la ganancia del amplificador operacional DA1.
El divisor de entrada está ensamblado estructuralmente en un conector de tamaño pequeño 1XS-1XS5 (2XS -2XS5). Las señales de las salidas de los dispositivos A1, A2 y A3 se alimentan a las entradas RAO, RA1 y RA3 del microcontrolador DD1, configuradas como entradas analógicas del ADC. El interruptor SA1 se usa para encender la luz de fondo de la pantalla LCD. El interruptor SA2 establece el modo de funcionamiento "osciloscopio - multímetro". Botón SB1 - "Iniciar", barrer en modo osciloscopio o medir "R" en modo multímetro. Botón SB2 - "CLS", limpiando la pantalla. Botón SB3 - "kY", configuración de software de la ganancia a lo largo del eje Y en modo osciloscopio o medida "C" en modo multímetro. Botón SB4 - "kX", configurando la velocidad de barrido. Una señal externa para iniciar el barrido ("Start") debe tener una polaridad positiva con un nivel TTL, se alimenta a través de los conectores de entrada XS1 y XS2 al transistor VT1. Dado que el osciloscopio funciona en el modo de barrido de inicio único con almacenamiento adicional de la señal en la pantalla, no es necesario utilizar la sincronización al examinar señales periódicas, lo que simplifica enormemente el circuito. A través de la resistencia R4, se suministra energía (alrededor de -8 V) a la pantalla LCD. Al seleccionar la resistencia de esta resistencia, se establece el contraste de la imagen en el indicador. El puerto C (salidas RC0-RC7) del microcontrolador se utiliza para transferir datos al indicador. Las resistencias internas "pull-up" están conectadas mediante programación a las salidas RB0-RB4. Cuando opera en el modo de osciloscopio, el microcontrolador DD1 digitaliza a su vez la señal de las salidas de los amplificadores A1 y A2 (canales 1 y 2) y enciende los puntos correspondientes en el indicador (128 puntos a lo largo del eje X). Para aumentar la velocidad de barrido en los primeros tres modos de barrido, solo se utiliza un primer canal (para ello, se ha cambiado el algoritmo de funcionamiento del microcontrolador). Los valores digitalizados de la señal del primer canal se registran en la RAM del microcontrolador, y luego, después de registrar los 120 puntos (los últimos 8 no tenían suficiente RAM), se muestran en el indicador. El microcontrolador utilizado utiliza un ADC de 10 bits y el indicador tiene un total de 64 puntos a lo largo del eje Y, lo que corresponde a 6 dígitos. Esto se utiliza para el control de ganancia de software. Se seleccionan ocho dígitos para mostrar en la pantalla: en el modo 2 (x1) se muestran en la pantalla los seis dígitos más altos de los ocho, en el modo 1 (x0,5) se usan los seis dígitos del medio, lo que equivale a un 2 -aumento de la sensibilidad, en el modo 0 (x0,25, 6) - los 4 dígitos inferiores, lo que equivale a un aumento de 4,6 veces en la ganancia. La fuente de voltaje de referencia del ADC se conecta mediante programación a la fuente de alimentación de +1024 V, por lo que el "precio de división" del ADC es igual a Ucc/XNUMX. La información sobre los modos de control de ganancia del software y el tiempo de barrido se muestra como un número de un solo dígito en la esquina superior izquierda del indicador cuando se presiona brevemente el botón correspondiente. Al mismo tiempo, los modos se cambian "en un círculo". En modo multímetro, el ADC está conectado a la salida del primer canal del osciloscopio, muestra periódicamente un código correspondiente a la señal de entrada en forma de un número de dos dígitos en la parte superior izquierda del indicador (de 63 a 1), que corresponde a la posición del punto a lo largo del eje Y en modo osciloscopio. Al presionar el botón SB1 (Fig. 3) "Start / R" en la parte superior central del indicador, se muestra un número de tres dígitos correspondiente al valor de resistencia medido (teniendo en cuenta el multiplicador establecido por el interruptor 1SA800) . El valor máximo del número está limitado por un valor aproximadamente igual a 3, que se debe a la limitación del voltaje en la salida de la fuente de corriente, ensamblada en el transistor 1VT2 (Fig. XNUMX).
El LED 3HL1 se utiliza como fuente de tensión de referencia. Las resistencias 3R3-3R5 establecen las corrientes de la fuente de corriente en cada rango. El transistor 3VT3 se utiliza para descargar el condensador medido. Cuando presiona el botón SB3 "kY / C", el transistor 3VT3 cierra la capacitancia medida. Cuando se suelta el botón, el transistor se cierra y el voltaje a través de la capacitancia medida comienza a aumentar. El microcontrolador cuenta el tiempo de carga del capacitor a una tensión de 0,287 V. Este tiempo, numéricamente igual a la capacitancia medida (teniendo en cuenta el multiplicador del interruptor 3SA1), se muestra en la parte superior media del indicador y se almacena hasta la siguiente pulsación del botón SB3. Dado que el voltaje en el capacitor medido no supera los 0,287 V, en la mayoría de los casos es posible realizar mediciones sin desoldar el capacitor del dispositivo. La fuente de alimentación (Fig. 3) es algo complicada debido al deseo de usar una batería de un teléfono celular con un voltaje nominal de 3,6 V (indicador de potencia 4,5 ... 5,5 V). El convertidor de voltaje en los transistores VT1, VT2 aumenta el voltaje de suministro a 5 V. El estabilizador en los transistores VT6-VT8 limita el voltaje a un nivel cercano al mínimo permitido para que funcione el indicador: 4,6 V. El LED HL1 se usa como un fuente de voltaje ejemplar y como indicador de encendido. El estabilizador en los transistores VT3-VT5 genera un voltaje de -0,7 V para cambiar los "haces" en la pantalla del indicador.
Para aumentar la velocidad de barrido del osciloscopio, puede usar un ADC externo de alta velocidad con memoria intermedia o usar el efecto estroboscópico [2]. Las especificaciones y los comandos de programación para el indicador MT12864A-1 se proporcionan en [1]. El microcontrolador se puede reemplazar con un PIC16F876 usando el mismo firmware. Las descripciones de estos microcontroladores en ruso se pueden encontrar en Internet [3]. La programación del microcontrolador y el circuito del programador se describen en [4]. El firmware del microcontrolador en un archivo hexadecimal (Oscil873.hex) y el código fuente del programa en ensamblador (Oscil873.asm) con comentarios casi en inglés (MPLAB IDE 6.0.20 "digiere" muy mal el idioma ruso): descargar. Es muy recomendable utilizar un amplificador operacional de la serie KR1446. El transformador T1 está enrollado en un anillo K16x8x5 mm hecho de ferrita de grado M2000NM. El devanado I contiene 2x65 espiras con tomas a partir de la espira 45, contando desde el punto medio, del hilo PELSHO 0,5. El devanado II contiene 15 y III - 30 vueltas de cable PELSHO 0,1. El cuerpo del dispositivo está hecho de lámina de fibra de vidrio y pintado con una imprimación automotriz gris en un paquete de aerosol. El dispositivo está montado en una placa rectangular con dimensiones de 130x86 mm hecha de lámina de fibra de vidrio de doble cara. Los elementos de montaje del dispositivo se fijan mediante soldadura en los puntos de referencia de las placas de montaje individuales, combinadas en una placa rectangular común. Para la fabricación de placas de prueba, puede tomar tiras de fibra de vidrio revestidas con papel de aluminio de un ancho adecuado; los rieles de alimentación se cortan a través de ellos (generalmente a lo largo de los bordes). A partir de las unidades funcionales así obtenidas, como de cubos, se ensambla un dispositivo terminado. El ajuste debe comenzar con las fuentes de alimentación, ya que se utiliza +4,6 V como referencia para el ADC. El circuito de suministro de energía se puede simplificar mucho usando una batería de cuatro o más baterías. En este caso, el convertidor de voltaje se puede excluir del circuito y el voltaje negativo para cambiar los haces se puede tomar del pin 18 HG1 (alrededor de -8 V). En otras modificaciones de indicadores, este voltaje puede estar ausente, y luego tendrá que hacer otro convertidor para alimentar el indicador (pin 3). La resistencia R4 (ver Fig. 1) selecciona el contraste de imagen requerido en la pantalla. La calibración del osciloscopio está vinculada a puntos en la pantalla con la expectativa de que en el futuro se introduzca el modo de medición del cursor en el programa; sin este modo, es mejor usar la cuadrícula en la pantalla. La forma más fácil de determinar su tamaño es registrando una señal calibrada en la pantalla, por ejemplo, un meandro. Al ajustar el amplificador de entrada, se debe tener en cuenta que la resistencia de la resistencia 1R11 (2R11) afecta tanto la ganancia del amplificador operacional 1DA1 (2DA1) como el desplazamiento del haz en la pantalla ("sensibilidad" del controlador de polarización 1R6 y 2R6), y las resistencias 1R8-1R10 (2R8 - 2R10) - solo para amplificación [4]. La velocidad de barrido se puede controlar mediante un retraso de software entre las muestras de ADC. En los primeros tres modos de "alta velocidad", la línea de barrido se acorta ligeramente a la derecha. Esto se debe a que la señal se graba a través del búfer RAM y el PIC16F873 no tiene suficiente memoria. Cuando se usa P1C16F876, tales problemas no surgen, pero el programa debe corregirse (transferir parte de la memoria intermedia del banco 0 al banco 2 o 3). En el modo multímetro, al medir el voltaje, la señal de entrada pasa a través de un divisor y un amplificador operacional del canal 1 (el control de polarización debe establecerse en cero). El ADC le permite aumentar la precisión de la medición de voltaje a tres dígitos, pero luego deberá tomar medidas para eliminar la influencia del regulador de polarización y seleccionar las resistencias divisoras de entrada con la precisión adecuada. Luego, utilizando resistencias ejemplares, la calibración se lleva a cabo en el modo de medición de resistencia con las resistencias 3R3-3R5 en el rango correspondiente y 3R1, en general. La calibración del medidor de capacitancia se realiza mediante retrasos de software (si se usa cuarzo con una frecuencia diferente). Literatura
Autor: A.Kichigin, Podolsk, Región de Moscú
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