Accessoire oscilloscope à deux voies pour PC. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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On sait qu'il est très problématique de bien configurer certains appareils sans oscilloscope. Cependant, les oscilloscopes sont assez chers, donc si vous avez un ordinateur compatible IBM, il est beaucoup moins cher de construire un décodeur relativement simple, comme celui décrit dans l'article ci-dessous.

La fixation proposée de l'oscilloscope à deux canaux sur un PC est conçue pour observer et étudier la forme des signaux électriques, mesurer les caractéristiques de temps et d'amplitude des processus électriques. La bande passante de chaque canal est de 0...50 MHz, le facteur de déviation du faisceau est de 0,1...20 V/div, l'impédance d'entrée est de 1 MΩ, la capacité d'entrée est de 20 pF, la durée de balayage est de 0,1 µs à 100 ms/div Configuration PC minimale : 386, VGA, port imprimante, MS DOS 3.3.

Sur les bandes hautes fréquences, l'appareil fonctionne selon le principe stroboscopique, sur les bandes basses fréquences - en temps réel. Le logiciel permet un fonctionnement en mode analyseur de spectre. Le nombre d'échantillons du signal affiché à l'écran en mode normal est de 256, en mode analyseur de spectre - 128. Le programme utilise le port LPT1 (voir tableau): port de base 378H, port de signal d'état de l'imprimante (entrée) 379H, port de signal de contrôle (sortie) 37AH. Le programme suppose que l'état des bits du port est standard et correspond aux états des signaux sur les broches du connecteur de l'imprimante [1].

Le schéma de principe de l'accessoire est illustré à la fig. 1. Les signaux étudiés via les prises d'entrée XW1 et XW2 sont transmis à des diviseurs résistifs-capacitifs, constitués de commutateurs 1SA2, 2SA2, de résistances 1R1 -1R8, 2R1-2R8 et de condensateurs 1C2-1C9,2C2-2C9, qui déterminent la verticale maximale. span (les préfixes 1 et 2 désignent ci-après l'appartenance des éléments aux canaux 1 et 2, respectivement). Les commutateurs MOS du microcircuit 1DA1 sont connectés aux sorties des diviseurs via des répéteurs sur les transistors 1VT2, 2VT1 et 2VT2, 1VT1 (deux de ses directions sont utilisées dans le canal 1, les autres dans le canal 2). Les touches sont ouvertes par des impulsions d'une durée d'environ 10 ns provenant du shaper sur le déclencheur DD1.2, et les condensateurs 1C10 et 2C10 sont chargés à travers eux, auxquels les entrées non inverseuses des amplificateurs opérationnels 1DA2 et 2DA2 sont lié. Les tensions sur les condensateurs, correspondant aux tensions des signaux au moment de l'ouverture des touches, sont amplifiées 10 fois par l'ampli-op. La durée de l'impulsion d'ouverture correspond à la durée minimale du front du signal d'entrée, qui sera affiché sans distorsion, c'est-à-dire détermine la bande passante des fréquences transmises.

La mesure des tensions aux sorties des amplis op 1DA2 et 2DA2 implémentés dans le programme par approximations successives s'effectue comme suit. Tout d'abord, le numéro 378 est défini sur le port 2H⁷ (en sortie du DAC - 2,5 V) et l'état des sorties des comparateurs est vérifié (bit 3 et 4 du port 379H). Si le comparateur a fonctionné, 2 est ajouté au nombre spécifié⁶sinon, la seconde est soustraite de la première. Ensuite, l'état des comparateurs est à nouveau vérifié, 2 est ajouté ou soustrait⁵. La procédure est répétée jusqu'à l'addition ou la soustraction de 2⁰. Les nombres résultants correspondent aux valeurs de tension aux sorties 1DA2 et 2DA2. Le diviseur R20R29 fixe les limites de modification de la tension à la sortie du DAC de 0,5 à 4,5 V. Pour empêcher le formateur d'impulsions de fonctionner lors de la détermination des tensions aux sorties de l'ampli-op, un journal est appliqué à l'entrée D du déclencheur DD1.2 à ce moment. 0. Le temps de conversion ADC avec un temps d'écriture de port de 2 µs est de 2x40 µs.

La synchronisation est effectuée dans la voie 1 à l'aide du comparateur DA1 dont l'entrée inverseuse est reliée par les condensateurs C1 et C2 à la sortie du répéteur sur les transistors 1VT1 et 1VT2. Pour augmenter l'immunité au bruit, des résistances R2 et R3 sont introduites, qui règlent le comparateur sur une hystérésis de 20 mV. Le niveau de synchronisation est régulé par une résistance variable R4.

Fig. 1. Schéma de principe du décodeur (cliquez pour agrandir)

La temporisation entre le moment où le comparateur DA1 est déclenché et le moment où les touches de la puce 1DA1 sont ouvertes est fixée par logiciel et matériel dans les gammes hautes fréquences et par logiciel dans les basses fréquences. Dans le premier cas, le programme, lorsqu'il est prêt à recevoir la valeur suivante des signaux d'entrée, active puis supprime le signal "Reset" du déclencheur DD1.1 (bit 7 du port 37A = "1/0", broche 1 du connecteur de l'imprimante = "0/1"). "Armé" de cette manière, la gâchette est déclenchée lorsque le comparateur DA1 est commuté, et le transistor VT3 se ferme. En conséquence, l'un des condensateurs de mise à l'heure C2-C8 commence à se charger à partir d'une source de courant réalisée sur les éléments VT9, R7, R21. Lorsque la tension sur celui-ci atteint la valeur de la tension en sortie du DAC, le comparateur DA2 est activé et démarre le formateur d'impulsions (DD1.2, R11, C22), qui contrôle les touches de la puce 1DA1. Le programme détermine le fonctionnement du comparateur DA2 par la valeur 0 sur la broche 11 du connecteur de l'imprimante (bit 0 du port 379H). Après cela, le sous-programme de détermination de la tension aux sorties 1DA2 et 2DA2 est lancé. Les valeurs de tension sont enregistrées dans la mémoire, la valeur suivante est définie dans le DAC, le déclencheur DD1.1 est à nouveau "armé" et le cycle se répète jusqu'à ce qu'une touche soit enfoncée.

Sur les éléments VT1, R5, R6, VD1, C3, C6, un noeud de détermination de présence de synchronisation est implémenté. Lorsque le comparateur DA1 est déclenché périodiquement, il y a un journal sur la broche 10 du connecteur XP1 (bit 1 du port 379H). 1, et après "armement" du déclencheur DD1.1 le programme attend le fonctionnement du comparateur DA2. Sinon, ce déclencheur est lancé depuis le programme en positionnant séquentiellement les signaux "Reset" et "Set" (bits 4, 7 du port 37A = "10/01", broches 1, 17 du connecteur de l'imprimante = "01/10" ).

Les valeurs de 0 à 255 sont définies par programme à la sortie du DAC, respectivement, le délai entre le moment de la synchronisation et le moment de l'ouverture des touches passe de la valeur minimale au maximum et l'image du signal est formée. La période de balayage T (en secondes par division) est déterminée par la formule T \u2d CU / 4,5I, où C est la capacité du condensateur connecté en farads; U = 0,001 V - tension maximale du DAC ; I \u2d XNUMX A - le courant de collecteur du transistor VTXNUMX.

Si le condensateur de synchronisation est grand, l'image du signal est formée trop lentement. Par conséquent, le programme met en œuvre une procédure pour déterminer sa capacité, qui vérifie combien de fois le programme peut lire des valeurs de signal pendant sa charge. Si ce temps est long (on fixe une durée de balayage importante), après commutation du comparateur DA1, les touches de l'interrupteur 1DA2 peuvent être ouvertes plusieurs fois. Dans ce cas, des valeurs intermédiaires sont définies à la sortie du DAC et le déclencheur DD1.1 est lancé à partir du programme en définissant séquentiellement les signaux "Reset" et "Set".

Si une durée de balayage supérieure à 5 ms/div est sélectionnée. (commutateur SA2 en position basse - selon le schéma -), le retard après la commutation du comparateur DA1 est généré par logiciel. Le programme "sait" à ce sujet par la valeur zéro du bit 2 du port 379H. Le déclencheur DD1.1 est lancé à partir du programme en définissant séquentiellement les signaux "Reset" et "Set" à des intervalles spécifiés. Le temps de balayage est réglé à partir du clavier à l'aide des touches "0" - "9".

Le décalage vertical du faisceau est modifié par les résistances variables 1R13 et 2R13, la durée de balayage (en douceur) - par la résistance R28.

Programme écrit en Turbo Pascal. Il implémente une transformée de Fourier rapide (analyseur de spectre). Le signal affiché à l'écran est converti. Pour que le spectre s'affiche correctement, il est nécessaire qu'un nombre entier de périodes de signal tiennent sur l'écran. Ceci peut être réalisé en sélectionnant la durée du balayage avec une résistance variable R8. Le sous-programme de conversion rapide en Fortran est donné dans [2]. Vous y trouverez également une explication de la méthode de détermination du spectre du signal par la transformée de Fourier.

Pour alimenter le décodeur, il faut une source de tensions stabilisées +12, +5 et -6 V. La consommation de courant dans les circuits +12 et -6 V ne dépasse pas 50, dans le circuit +5 V - 150 mA. Le niveau d'ondulation ne doit pas dépasser 1 mV. Vous pouvez utiliser une alimentation (adaptateur) de fabrication chinoise pour 3 ... 12 V, 1A, en la modifiant, comme indiqué sur la fig. 2.

Fig.2. Schéma de principe de l'alimentation

Le préfixe est monté sur une maquette classique. Lors de la répétition, il convient de noter que l'appareil est sensible aux micros externes et internes. Par exemple, la pénétration du signal d'entrée dans la chaîne de synchronisation peut provoquer une distorsion du signal observé. Par conséquent, l'installation doit être réalisée de manière à ce que la connexion de ces circuits de décodeurs entre eux et la pénétration de signaux externes dans ceux-ci soient minimales. Les condensateurs C4, C5 doivent être soudés directement aux bornes du comparateur DA1, les éléments 1DA1, 1C10, 2C10, 1DA2, 2DA2 doivent être placés côte à côte. Les résistances 1R1-1R8, 2R1-2R8, les condensateurs 1C1-1C9, 2C1-2C9, C7-C21 doivent être montés sur les interrupteurs correspondants.

Les pièces suivantes peuvent être utilisées dans la pièce jointe. Résistances R12-R19, R21-R28 - avec un écart admissible par rapport à la valeur nominale ne dépassant pas ± 0,25%, par exemple, C2-29. La valeur des résistances R12-R19, R28 - 1 ... 10 kOhm, R21-R27 - 0,5 ... 5 kOhm, et la résistance de cette dernière doit être exactement deux fois inférieure à la première (cela peut être réalisé en mise en parallèle de résistances avec un premier calibre). Les résistances restantes sont de tout type avec une tolérance de ± 5 %. Comme synchronisation (C7-C21, 1C1 -1C8, 2C1-2C8), il est souhaitable d'utiliser des condensateurs avec le plus petit écart possible par rapport aux valeurs nominales et petit TKE.

Transistors 1VT1, 2VT1 - transistors de champ haute fréquence avec une tension de coupure d'au moins 5 V (KPZOZG-KPZOZE, KP307Zh, etc.), 1VT2, 2VT2 - structures npn haute fréquence avec un coefficient de transfert de courant statique p21E d'au moins 50 (KT316D, KT325B, KT325V) , VT1, VT2 - toute structure correspondante avec n21e pas moins de 400, VT3 - avec un courant d'impulsion de collecteur d'au moins 300 mA et une fréquence de fonctionnement d'au moins 200 MHz (KT3117A, 2N2222) .

Les courants d'entrée des amplis op 1DA2 et 2DA2 ne doivent pas dépasser 0,1 nA, la vitesse de balayage de la tension de sortie doit être d'au moins 20 V / μs (KR544UD2A, LF356). Comparateurs 1DA3, 2DA3, DA2 - avec un gain de tension d'au moins 10⁵, courants d'entrée pas plus de 0,5 µA et temps de commutation pas plus de 0,5 µs (KR554SAZ, LM211N, K521SAZ), DA1 - avec temps de commutation pas plus de 15ns (KR597CA2, AM686).

En tant que puce DD1, vous pouvez utiliser KR1594TM2 (74ACT74N), KR1533TM2 (74ALS74AN), DD2, DD3 -KR1594LN1 (74ACT04N), KR1554LN1 (74AC04N), KR1564LN1 (74HC04N). Lors de l'utilisation de KR1594TM2, la bande de fréquence est de 0 ... 50 MHz (dans ce cas, le condensateur C22 n'est pas installé et R11 est remplacé par une résistance d'une résistance de 4,7 kOhm), KR1533TM2 - 0 ... 15 MHz. L'utilisation du microcircuit KR1564LN1 nécessite une modification des valeurs des résistances R12 - R19, R28 et R21 - R27 : la résistance de la première doit être d'au moins 5 kOhm, la seconde - d'au moins 2,5 kOhm (alors que en maintenant le rapport 2R/R).

La résistance des touches MOS à canal ouvert 1DA1 ne doit pas dépasser 100 Ohm, le temps d'activation / désactivation - pas plus de 10 pas (KR590KN8, SD5002).

La configuration du décodeur commence par la vérification des modes de répéteur d'entrée. Si les tensions aux émetteurs 1VT1, 2VT1 dépassent 1,5 ... 2,5 V, les résistances 1R9 ou 2R9 sont sélectionnées. Ensuite, en utilisant une source de signal avec une fréquence calibrée, en sélectionnant les condensateurs C7-C21 et la résistance R9, les valeurs requises de la fréquence de balayage sont définies sur les plages de haute fréquence (elle est définie par programme sur les basses fréquences) .

Lorsque vous travaillez avec un accessoire, il convient de prendre en compte les caractéristiques de l'effet stroboscopique, qui se traduisent, par exemple, par une distorsion importante de la forme d'onde avec modulation d'amplitude, si la fréquence de l'oscillation modulante est proche de la fréquence d'échantillonnage. De plus, le comparateur DA2 introduit un retard d'environ 300 ns, ce qui peut rendre difficile l'observation des fronts de signaux à rapport cyclique important. Le décodeur peut apporter le plus grand avantage lorsqu'il est utilisé en temps réel - en tant qu'oscilloscope de stockage, ainsi qu'avec une durée de balayage inférieure à 1 μs / div. - comme alternative aux appareils haute fréquence coûteux.

littérature

1. Guk M. Interfaces PC : un ouvrage de référence. - Saint-Pétersbourg : Peter Kom, 1999.
2. Gonorovsky I. S. Circuits et signaux d'ingénierie radio: un manuel pour les universités. - M. : Radio et communication, 1986.

Auteur : A. Khabarov, Kovrov ; Publication : radioradar.net

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