Справочник радиолюбителя

Двухканальный запоминающий USB-осциллограф

Предлагаемый цифровой запоминающий USB осциллограф с жидкокристаллическим индикатором предназначен для наблюдения и получения основных характеристик цифровых и аналоговых сигналов различной формы и амплитуды. С его помощью облегчается процесс отладки и ремонта широкого спектра электронных устройств.

Внешний вид

На рис.1 показан внешний вид набора.

1 – аналоговые входы осциллографа;

2 – вход внешнего синхросигнала;

3 – разъем для подключения miniUSB-кабеля (расположен на тыльной стороне);

4 – разъем питания (расположен на тыльной стороне), центральный контакт – «плюс»;

5 – жидкокристаллический индикатор;

6 – кнопки управления;

7 – разъем генератора частоты.

Описание работы электрической схемы

Схема электрическая принципиальная набора представлена на Рис.2.

Работа аналоговых трактов

Исследуемые аналоговые сигналы (канал А и В) до момента отображения на экране персонального компьютера проходят следующую цепочку (далее будем рассматривать только канал А, т.к. схемы каналов идентичны):

1. стандартный BNC-разъем ХР1 типа BNC-7044;

2. аттенюатор на 1% резисторах R1-R3, подстроечном резисторе R70 и конденсаторах С1 (подстроечный) и С2;

3. операционный усилитель D1:1 (ОРА2337), включенный по схеме повторителя;

4. операционный усилитель D1:2 (ОРА2337), включенный по схеме сумматора;

5. согласующий резистор R23 10 Ом и фильтрующий конденсатор С13 22 пФ;

6. микроконтроллер D10 AT91SAM7S256;

7. ЖКИ индикатор либо miniUSB-разъем. Рассмотрим более подробно основные этапы.

Аттенюатор

Аттенюатор реализует стандартный для осциллографов высокоомный вход (сопротивление – 1 МОм, емкость – 30 пФ), а также уменьшает сигнал до безопасного для работы схемы уровня. Кроме того, коэффициент уменьшения сигнала подобран таким образом, чтобы обеспечить работу прибора в максимально широких диапазонах напряжений операционных усилителей и АЦП.

Для настройки входного тракта используются подстроечный резистор R70 и конденсатор С1. Резистор позволяет настроить коэффициент усиления схемы, а конденсатор – входной импеданс осциллографа.

Повторитель

Для обеспечения минимального влияния электрической схемы на измеряемый сигнал применяется повторитель с высокоомным входом.

Сумматор

Схема сумматора, построенная на микросхеме D1:2, обеспечивает аналоговые преобразования над выходным сигналом повторителя, подготавливая его к подаче на вход встроенного в микроконтроллер АЦП.

Внешний триггер

К разъему ХРЗ подключается источник внешнего тактирования. Через токоограничивающий резистор R7 сигнал поступает непосредственно в микроконтроллер. Для защиты от перенапряжения на этом входе используется сдвоенный диод Шоттки VD3 BAT-54S.

Источники питания

Для обеспечения питания аналоговой и цифровой части схемы используются следующие источники питания:

• для питания цифровой части от внешнего источника питания через разъем XS2 DJK-02A -понижающий импульсный стабилизатор на микросхеме D13 МС34063;

• для питания микроконтроллера – линейный стабилизатор D9 LM1117DT-ADJ;

• для питания операционных усилителей – линейный стабилизатор D11 LM1117DT-ADJ (положительное напряжение 2,75В), линейный стабилизатор D5 LM317L (отрицательное напряжение 2,75В)

• для преобразования положительного напряжения 5В в отрицательное – 5В – инвертирующий импульсный стабилизатор на микросхеме D14 МС34063.

Микроконтроллер

Основной элемент схемы – микроконтроллер. На него возложены следующие функции:

• оцифровка аналоговых каналов посредством интегрированного блока АЦП;

• фиксирование срабатывания внешнего триггера;

• формирование тестовой выходной частоты на разъеме ХР5 PLS-2;

• обработка нажатий на кнопок К1 – Кб SWT-34;

• правления ЖКИ и его подсветкой;

• обмен данными с ПК через USB интерфейс (разъем ХР4).

Пассивные компоненты (фильтр PLL, цепи согласования USB и т.д.) подключаются к микроконтроллеру согласно рекомендациям фирмы производителя.

Все интегральные микросхемы прибора имеют фильтрующие конденсаторы по питанию для подавления собственных и наводимых ВЧ и НЧ помех.

Работа в режиме связи с ПК

Работа в данном режиме осуществляется посредством программы OscServer.exe.

Программа открывается в отдельном окне и выглядит следующим образом:

Работа в автономном режиме

Ниже приведен общий вид информационного поля ЖКИ при различных настройках.

Большую часть поля занимает область отображения осциллограмм. Справа располагается выдвигающиеся меню. Снизу и справа – вертикальные градуированные шкалы.