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。

建议的 PC 上的双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，输入阻抗为 1 MΩ，输入电容为 20 pF，扫描持续时间为 0,1 ms/div 最低 PC 要求：100、VGA、打印机端口、MS DOS 386。

在高频段，该设备根据频闪原理在低频段实时工作。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，频谱仪模式下-128。程序使用LPT1端口（见表）：基本端口378H，打印机状态信号端口（输入）379H，控制信号口（输出）37AH。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。

位	联系
端口 378H（底座）
0	2
1	3
2	4
3	5
4	6
5	7
6	8
7	9
端口 379H（输入）
0	11 (inv.)
1	10
2	12
3	13
4	15
每个连接器位 5-7 未培育	-
端口 37AN（输出）
每个连接器位 0-3 未培育	-
4	17 (inv.)
5	16
6	14 (inv.)
7	1 (inv.)

附件示意图如图所示。 1. 通过输入插孔 XW1 和 XW2 的研究信号被馈送到阻容分压器，由开关 1SA2、2SA2、电阻器 1R1 -1R8、2R1-2R8 和电容器 1C2-1C9,2、2C2-9C1 组成，它们确定最大垂直span（以下前缀 2 和 1 分别表示元素属于通道 2 和 1）。 1DA1 微电路的 MOS 开关通过晶体管 2VT2、1VT2 和 2VT1、1VT1 上的中继器连接到分压器的输出端（其中两个方向用于通道 2，其余方向用于通道 10）。按键由来自触发器 DD1.2 上的整形器的持续时间约为 1 ns 的脉冲打开，电容器 10C2 和 10C1 通过它们充电，运算放大器 2DA2 和 2DA10 的非反相输入是连接的。电容上的电压，对应于打开按键时的信号电压，被运放放大XNUMX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，它将无失真地显示，即确定通过频率的带宽。

在程序中通过逐次逼近实现的运算放大器 1DA2 和 2DA2 输出端的电压测量如下进行。首先将数字378设置为端口2H⁷ （在 DAC 的输出端 - 2,5 V）并检查比较器的输出状态（3H 端口的第 4 位和第 379 位）。如果比较器工作，则将 2 添加到指定的数字⁶如果不是，则从第一个中减去第二个。然后再次检查比较器的状态，加减2⁵. 重复该过程，直到加或减 2⁰. 结果数字对应于输出端 1DA2 和 2DA2 处的电压值。分压器 R20R29 设置 DAC 输出电压从 0,5 到 4,5 V 变化的限制。为防止脉冲整形器在确定运算放大器输出电压时工作，对输入 D 应用对数此时触发DD1.2。 0. 端口写入时间为 2 µs 的 ADC 转换时间为 2x40 µs。

在通道 1 中使用比较器 DA1 进行同步，比较器的反相输入端通过电容器 C1 和 C2 连接到晶体管 1VT1 和 1VT2 上的中继器的输出端。为了提高抗噪能力，引入了电阻器 R2 和 R3，它们将比较器的迟滞设置为 20 mV。同步电平由可变电阻器 R4 调节。

图。1。机顶盒示意图（点击放大）

从触发比较器DA1到打开1DA1芯片的按键的时间延迟在高频范围由软件和硬件设置，在低频范围由软件设置。在第一种情况下，当程序准备好接收输入信号的下一个值时，设置然后从触发器 DD1.1 中删除“复位”信号（端口 7A 的第 37 位 =“1/0”，打印机连接器的针脚 1 =“0/1”）。这样“翘起”，当比较器DA1切换时触发触发器，晶体管VT3闭合。结果，时间设定电容器 C2-C8 之一开始从元件 VT9、R7、R21 上的电流源充电。当其上的电压达到DAC输出端的电压值时，DA2比较器被激活并启动脉冲整形器（DD1.2，R11，C22），控制1DA1芯片的按键。程序通过打印机连接器引脚 2 上的值 0（端口 11H 的位 0）确定 DA379 比较器的操作。之后，启动用于确定输出1DA2和2DA2处的电压的子程序。电压值被记录在内存中，下一个值在DAC中设置，触发器DD1.1再次“翘起”，循环重复直到按下一个键。

在元件VT1、R5、R6、VD1、C3、C6上，实现了用于确定是否存在同步的节点。当 DA1 比较器周期性触发时，XP10 连接器的第 1 针（1H 端口的第 379 位）上有一个日志。 1，并且在触发器DD1.1“触发”之后，程序等待比较器DA2的操作。否则，通过依次设置“Reset”和“Set”信号（端口 4A 的位 7、37 =“10/01”，打印机连接器的引脚 1、17 =“01/10”，从程序启动此触发器)。

从 0 到 255 的值分别在 DAC 输出处以编程方式设置，从同步时刻到打开按键时刻的延迟从最小值变为最大值，形成信号图像。扫描周期 T（以秒为单位）由公式 T \u2d CU / 4,5I 确定，其中 C 是以法拉为单位的连接电容器的电容； U = 0,001 V - DAC的最大电压； I \u2d XNUMX A - 晶体管 VTXNUMX 的集电极电流。

如果定时电容很大，则信号图像形成太慢。因此，该程序实现了一个确定其容量的程序，该程序检查程序在其充电期间可以读取多少次信号值。如果该时间较长（设置较大的扫描持续时间），则在切换比较器DA1后，可以多次打开开关1DA2的按键。在这种情况下，在 DAC 输出端设置中间值，并通过顺序设置“Reset”和“Set”信号从程序中启动 DD1.1 触发器。

如果选择了大于 5 ms/div 的扫描持续时间。（开关SA2在低位-根据方案-位置），切换比较器DA1后的延迟由软件产生。程序通过端口 2H 的位 379 的零值“知道”这一点。触发器 DD1.1 通过以指定间隔顺序设置信号“Reset”和“Set”从程序启动。使用“0”-“9”键从键盘设置扫描时间。

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。

为机顶盒供电，需要+12、+5和-6 V的稳压源。+12和-6 V电路中的电流消耗不超过50，在+5 V电路中- 150毫安。纹波电平不应超过 1 mV。可以使用国产电源（适配器）3 ... 12 V，1A，修改一下，如图。 2.

用于 PC 的两通道示波器附件。电源示意图
图 2。电源示意图

前缀安装在传统的面包板上。重复时，应注意该设备对外部和内部拾音器敏感。例如，输入信号进入时序链会导致观察到的信号失真。因此，安装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 C4、C5 应直接焊接到比较器 DA1 的端子上，元件 1DA1、1C10、2C10、1DA2、2DA2 应并排放置。电阻1R1-1R8、2R1-2R8、电容1C1-1C9、2C1-2C9、C7-C21应安装在相应的开关上。

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 的高频场晶体管（KPZOZG-KPZOZE、KP307Zh 等），1VT2、2VT2 - 静态电流传递系数 p21E 为 at 的高频 npn 结构至少 50 (KT316D, KT325B, KT325V) , VT1, VT2 - p21e 不小于 400 的任何相应结构, VT3 - 集电极脉冲电流至少为 300 mA，工作频率至少为 200 MHz (KT3117A, 2N2222) .

运算放大器 1DA2 和 2DA2 的输入电流必须不超过 0,1 nA，输出电压的压摆率必须至少为 20 V / 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 15ns (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，频带为 0 ... 50 MHz（在这种情况下，未安装电容器 C22，而将 R11 替换为 4,7 kOhm 电阻），KR1533TM2 - 0 ... 15 MHz。使用 KR1564LN1 微电路需要改变电阻器 R12 - R19、R28 和 R21 - R27 的值：第一个的电阻必须至少为 5 kOhm，第二个 - 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，则通过幅度调制使波形显着失真。此外，DA2 比较器引入了大约 300 ns 的延迟，这使得难以观察具有大占空比的信号的边沿。机顶盒在实时使用时能带来最大的好处——作为存储示波器，以及扫描持续时间小于1μs/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；出版：radioradar.net

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