用于 PC 的两通道示波器附件。方案、说明

适用于 PC 的两通道示波器附件。无线电电子电气工程百科全书

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众所周知，在没有示波器的情况下很好地设置一些设备是很成问题的。然而，示波器相当昂贵，所以如果你有一台兼容 IBM 的计算机，为它构建一个相对简单的机顶盒会便宜得多，比如下面文章中描述的机顶盒。

拟议的 PC 两通道示波器附件旨在观察和研究电信号的形状，测量电过程的时间和幅度特性。每个通道的带宽为 0...50 MHz，光束偏转系数为 0,1...20 V/div.，输入电阻为 1 MOhm，输入电容为 20 pF，扫描持续时间为 0,1 μs 至100 毫秒/格最低 PC 要求：386、VGA、打印机端口、MS DOS 3.3。

在高频范围内，该设备根据频闪原理运行，在低频范围内则实时运行。该软件允许在频谱分析仪模式下运行。正常模式下屏幕上显示的信号样本数为 256，频谱分析仪模式下为 128。该程序使用端口 LPT1（见表）：基本端口 378H。打印机状态信号端口（输入）379H，控制信号端口（输出）37AN。该程序假定端口位的状态是标准的，并且对应于打印机连接器 [1] 引脚上的信号状态。

连接到 PC 的两通道示波器

附件示意图如图所示。一。

（点击放大）

研究中的信号通过输入插孔 XW1 和 XW2 馈送到由开关 1SA2、2SA2、电阻器 1R1-1R8、2R1-2R8 和电容器 1С2-1С9、2С2-2С9 组成的阻容分压器，这些分压器确定最大垂直跨度（前缀这里和下面的 1 和 2 表示元素分别属于通道 1 和 2）。 1DA1微电路的MOS开关通过晶体管1VT2、2VT1和2VT2、1VT1上的中继器连接到分压器的输出（其中两个方向用于通道1，其余方向用于通道2）。这些按键由持续时间约为 10 ns 的脉冲打开，该脉冲来自触发器 DD1.2 上的驱动器，并通过它们对电容器 1C10 和 2C10 进行充电，运算放大器 1DA2 和2DA2已连接。电容器上的电压，对应于按键打开时的信号电压，被运算放大器放大10倍。打开脉冲的持续时间对应于输入信号前端的最小持续时间，该持续时间将不会失真地显示，即它决定了传输频率的带宽

双逐次逼近型 ADC 连接到运算放大器的输出。它包含比较器1DA3、2DA3和组装在微电路DD2、DD3的元件上的DAC以及由电阻器R2-R12、R19-R21组成的R-28R矩阵。比较器的输出连接到 XP13 打印机连接器的引脚 15 和 1。这些引脚上的信号值对应于3H端口的位4和379。 DAC 输入连接到引脚 2-9 XP1，因此可以通过将 378 到 0（255...0,5 V 范围内）的数字写入端口 4,5H 来设置 DAC 输出信号的值。

在程序中通过逐次逼近实现的运算放大器1DA2和2DA2的输出处的电压测量如下进行。首先，将数字 378' 设置为端口 2H（DAC 输出 - 2,5 V），并检查比较器输出的状态（端口 3H 的位 4 和 379）。如果比较器工作，则将 26 添加到指示的数字上；如果不工作，则从第一个中减去第二个。然后再次检查比较器的状态，加或减25，重复该过程，直到加或减2g。所得数字对应于输出 1DA2 和 2DA2 处的电压值。分压器 R20R29 设置将 DAC 输出电压从 0,5 V 更改为 4,5 V 的限制。为了防止脉冲整形器在确定运算放大器输出电压时触发，将 log 1,2 应用到 DAC 的输入 D。此时触发 DD0. ADC 转换时间以及写入 2 µs 端口的时间为 2x40 µs。

使用比较器 DA1 在通道 1 中进行同步，比较器 DA1 的反相输入通过电容器 C2 和 C1 连接到晶体管 1VT1 和 2VT2 上的中继器的输出。为了提高抗噪声能力，引入了电阻器 R3 和 R20，将比较器设置为 4 mV 的迟滞。同步电平由可变电阻RXNUMX调节

从比较器DA1被触发到1DA1微电路按键打开的时间延迟在高频范围内通过软件和硬件设置，在低频范围内通过软件设置。在第一种情况下，程序准备好接收输入信号的下一个值时，设置然后从 DD1.1 触发器中删除“复位”信号（端口 7A 的位 37 =“1/0”，打印机连接器的引脚 1 =“0/1”）。这样“充电”的触发器在比较器DA1切换时被触发，晶体管VT3截止，结果，从元件VT2、R8、R9上形成的电流源，定时电容器C7-C21之一开始工作。当其上的电压达到DAC输出电压值时，比较器DA2被触发，启动脉冲整形器（001.2，R11，C22），控制1DA1芯片的按键，程序决定触发比较器DA2通过打印机连接器的引脚0上的值11（端口0H的位379）。此后，子程序确定输出1DA2和2DA2上的电压。电压值被写入存储器，接下来DAC 中设置值后，触发器 DD1.1 再次“翘起”，重复循环直至按下任意键

用于确定是否存在同步的节点在元件 VT1、R5、R6、VD1、C3、C6 上实现。当比较器 DA1 在 XP10 连接器的引脚 1（端口 1H 的位 379）处周期性触发时，逻辑信号为展示。 1，“拉动”触发器DD1.1后，程序等待比较器DA2操作。否则，通过顺序设置“Reset”和“Set”信号（位4、7）从程序启动该触发器。端口 37A - “10/01”，打印机连接器的引脚 1、17 =“01/10”）。

在 DAC 的输出端，对从 0 到 255 的值进行编程；相应地，从同步时刻到打开按键时刻的延迟从最小值变为最大值，并形成信号的图像。扫描周期 T（每格秒数）由公式 T = CU/2I 确定，其中 C 是所连接电容器的电容，单位为法拉； U - 4,5 V - DAC 最大电压 I 0 001 A - 晶体管 VT2 集电极电流

由于时间设置电容器的电容较大，信号图像的形成速度太慢，因此，程序实现了确定其电容的程序，该程序检查程序在充电期间可以读取信号值的次数。在这种情况下，在DAC输出处设置中间值，并通过顺序设置“Reset”和“Set”信号从程序启动DD1触发器。

如果选择的扫描持续时间大于 5 ms/div。（如图所示，开关SA2处于下方位置），比较器DA1切换后的延时由软件产生。程序通过端口 2H 的位 379 的零值“知道”这一点。通过以指定的时间间隔顺序设置“Reset”和“Set”信号，从程序中启动触发器DD1.1。扫描时间通过键盘上的“0”-“9”键设置。

垂直光束偏移由可变电阻器 1R13 和 2R13 改变，扫描持续时间（平滑） - 由电阻器 R28 改变。

程序用涡轮帕斯卡写的。它实现了快速傅立叶变换（频谱分析仪）。屏幕上显示的信号被转换。为了正确显示频谱，必须在屏幕上显示整数个信号周期。这可以通过使用可变电阻器 R8 选择扫描持续时间来实现。 Fortran 中的快速转换子程序在 [2] 中给出。在那里，您还可以找到通过傅里叶变换确定信号频谱的方法的说明。

为了给机顶盒供电，需要稳定电压源+12、+5和-6V。+12和-6V电路中的电流消耗不超过50，+5V电路中- 150毫安。纹波电平不应超过 1 mV。可以使用国产的3...12V、1A的电源（适配器），如图所示进行修改。 2.

连接到 PC 的两通道示波器

该前缀安装在传统的面包板上。重复时，应考虑到设备对外部和内部干扰很敏感。例如，输入信号渗透到定时电路中可能会导致观察到的信号形状失真。因此，安装时必须使这些机顶盒电路彼此之间的连接以及外部信号对它们的渗透最小化。电容器C4、C5应直接焊接到比较器DA1的端子上，元件1DA1,1、10C2、10C1、2DA2、2DA1应放置在附近。建议在相应开关上安装电阻1R1-8R2、1R2-8R1、电容1С1-9С2、1С2-9С7、С21-СXNUMX。

附件中可以使用以下部件。电阻器 R12-R19、R21-R28 - 与标称值的允许偏差不超过 ± 0,25%，例如 C2-29。电阻器 R12-R19、R28 的值是 1 ... 10 kOhm，R21-R27 - 0,5 ... 5 kOhm，后者的电阻应恰好比第一个小两倍（这可以通过电阻与额定值第一并联）。其余电阻器为任何类型，公差为 ± 5%。作为时间设置（C7-C21, 1C1 -1C8, 2C1-2C8），最好使用与标称值偏差最小的电容器。

晶体管 1VT1、2VT1 - 截止电压至少为 5 V 的高频场效应晶体管（KP303G-KP303E、KP307Zh 等），1VT2、2VT2 - 静态电流传输系数 h21e 的高频 npn 结构至少 50（KT316D、KT325B、KT325V），VT1、VT2 - h21e 至少 400 的任何相应结构，VT3 - 脉冲集电极电流至少 300 mA，工作频率至少 200 MHz（KT3117A、 2N2222）。

运放1DA2和2DA2的输入电流应不大于0,1nA，输出电压的上升率应不小于20V/μs（KR544UD2A，LF356）。比较器 1DA3、2DA3、DA2 - 电压增益至少为 105，输入电流不超过 0,5 μA，开关时间不超过 0,5 μs（KR554SAZ、LM211N、K521SAZ），DA1 - 开关时间不超过大于 15 不（KR597CA2、AM686）。

作为 DD1 芯片，可以使用 KR1594TM2 (74ACT74N)、KR1533TM2 (74ALS74AN)、DD2、DD3 -KR1594LN1 (74ACT04N)、KR1554LN1 (74AC04N)、KR1564LN1 (74HC04N)。使用KR1594TM2时，频段为0 ... 50 MHz（此时不安装电容C22，将R11替换为阻值为4,7 kOhm的电阻），KR1533TM2 - 0 ... 15 MHz。使用 KR1564LN1 微电路需要更改电阻器 R12 - R19、R28nR21 - R27 的值：第一个电阻必须至少为 5 kOhm，第二个电阻必须至少为 2,5 kOhm（同时保持比率2R/R)。

明渠MOS键1DA1的电阻应该不超过100欧姆，开/关时间-不超过10不（KR590KN8，SD5002）。

设置机顶盒首先要检查输入中继器模式。如果发射器 1VT1、2VT1 的电压超过 1,5 ... 2,5 V，则选择电阻器 1R9 或 2R9。然后，使用校准频率的信号源，通过选择电容C7-C21和电阻R9，将所需的扫描频率值设置在高频范围内（在低频范围内通过程序设置） .

使用附件时，应考虑频闪效应的特征，例如，如果调制振荡的频率接近采样频率，则频闪效应的特征表现为调幅波形的显着失真。此外，DA2 比较器引入了约 300 ns 的延迟，这使得观察大占空比信号的边缘变得困难。机顶盒在实时使用时可以带来最大的好处——作为存储示波器，以及扫描持续时间小于 1 μs/div。 - 作为昂贵的高频设备的替代品。

文学

Guk M. PC 接口：参考书。 - 圣彼得堡：Peter Kom，1999 年。
Gonorovsky I.S. 无线电工程电路和信号：大学教科书。 - M.：无线电和通信，1986 年。

作者：A.Khabarov，科夫罗夫，弗拉基米尔地区

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