Приставка осциллографическая двухканальная (стр. 1 из 6)
Министерство образования и науки РФ
Федеральное агентство по образованию
Приставка осциллографическая двухканальная
Пояснительная записка
2010
Содержание
Введение
1. Разновидности аналогово-цифровых устройств
1.1 Последовательный аналого-цифровой преобразователь со ступенчатым пилообразным напряжением
1.2 Аналого-цифровой преобразователь следящего типа
1.3 Аналого-цифровой преобразователь параллельного типа
2. Принцип работы двухканального осциллографа
3. Работа LPT
3.1 Параллельный интерфейс: LPT-порт
3.2 Традиционный LPT-порт
3.3 Функции BIOS для LPT-порта
3.4 Режимы передачи данных 3.5 Конфигурирование LPT-портов3.6 Использование параллельных портов3.7 Неисправности и тестирование параллельных портов3.8 Параллельный порт и РnР4. Описание работы структурной схемы
5. Выбор и обоснование элементной базы
5.1 Компаратор КР597СА2
5.2 Микросхема КР544УД2
5.3 Микросхема 74AC04N
5.4 Микросхема КР590КН8
5.5 Микросхема 74ACT74N
5.6 Компаратор LM211
5.7 Транзисторы
5.8 Резисторы
6. Описание работы электрической схемы
7. Описание конструкции изделия
7.1 Сборка
8. Технология изготовления печатных плат
8.1 Получение рисунка печатной платы
8.2 Метализация отверстий печатной платы на основе графита
9. Смета затрат на устройство
9.1 Материалы и комплектующие
9.2 Затраты на адаптацию
9.3 Общепроизводственные расходы
9.4 Нематериальные активы
9.5 Коммерческие расходы
10 Экономическая эффективность разработки
Заключение
Список литературы
Введение
В последние годы сформировалось совершенно новое направление в метрологии и измерительной технике – измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) на базе персональных компьютеров. Измерительно-вычислительные комплексы обязательно включает в себя компьютер, работающий в режиме реального масштаба времени с установленным на него необходимым программным обеспечением и аналого-цифровой преобразователь для ввода аналоговых сигналов.
В настоящее время персональные компьютеры используются не только как вычислительные средства, но и как универсальные измерительные приборы. ИВК на основе персонального компьютера заменяют стандартные измерительные приборы (вольтметры, осциллографы, анализаторы спектра, генераторы и пр.) системой виртуальных приборов. Причем ряд этих приборов может быть активизирован на одном персональном компьютере одновременно.
К отличительным особенностям ИВК по сравнению с микропроцессорными приборами относятся:
- обширный фонд стандартных прикладных компьютерных программ, доступных для оператора, позволяющий решать широкий круг прикладных задач измерений (исследование и обработка сигналов, сбор данных с датчиков и т.д.);
- возможность оперативной передачи данных исследований и измерений по локальным и глобальным компьютерным сетям;
- возможность использования внутренней и внешней памяти большой ёмкости, а также составления компьютерных программ для решения конкретных измерительных задач;
- возможность оперативного использования различных устройств документирования результатов измерений.
В данной пояснительной записке рассматривается пример такого ИВК, реализующегося через LPT порт, и преобразующего аналоговые входные сигналы в цифровые данные для виртуальных измерительных приборов: цифрового вольтметра, осциллографа, регистратора медленно изменяющихся процессов с записью информации в дисковый файл.
1 Разновидности аналогово-цифровых устройств
1.1 Последовательный аналого-цифровой преобразователь со ступенчатым пилообразным напряжением
Структурная схема преобразователя данного типа приведена на рисунке 1.1, а.
Тактовым импульсом «ТИ» счетчик «Сч» устанавливается в нулевое состояние. Нулевое напряжение Uoc = 0 возникает на выходе ЦАП, преобразующего число счетчика в пропорциональное напряжение. Устанавливается неравенство Uвх > Uос, при котором компаратор «К» подает на вход элемента «И» уровень логической "1". При этом импульсы генератора импульсной последовательности ГИП проходят через элемент «И» на вход счетчика. Каждый поступивший на вход счетчика импульс вызывает увеличение хранившегося в нем числа на единицу, на одну элементарную ступеньку напряжение возрастает на выходе ЦАП. Таким образом, напряжение Uос растет по ступенчатому закону, как показано на рисунке 1.1, б. В момент времени, когда напряжение Uос достигает уровня, превышающего Uвх, компаратор выдает уровень логического "0", и в дальнейшем прекращается доступ импульсов генератора в счетчик. Полученное к этому моменту времени в счетчике число пропорционально напряжению Uвx.
Рисунок 1.1 – Схема последовательного АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением (а) и диаграмма его работы (б)
1.2 Аналого-цифровой преобразователь следящего типа
Рассмотренный выше тип АЦП работает в циклическом режиме. В нем каждый очередной тактовый импульс устанавливает преобразователь в исходное состояние, после чего начинается процесс преобразования. Быстродействие такого преобразователя ограничивается, главным образом, быстродействием счетчика (а именно, быстродействием триггеров его младших разрядов, в которых переключение происходит с высокой частотой).На практике часто используется нециклический преобразователь, структурная схема которого представлена на рисунке 1.2, а.
Рисунок 1.2 – Схема АЦП следящего типа (а) и диаграмма его работы (б)
Эта схема отличается от схемы преобразователя предыдущего типа тем, что в ней используется реверсивный счетчик Сч, управляемый сигналами с выхода компаратора К. При Uвх > Uос счетчик устанавливается в режим прямого счета, поступающие на вход импульсы генератора ГИП последовательно увеличивают в нем число, растет напряжение Uос, до уровня напряжения Uвх. При Uвх < Uос счетчик переводится в режим обратного счета, при котором убывает число в счетчике и, следовательно, убывает напряжение Uос, пока не будет достигнуто значение Uвх.
Таким образом, все происходящие во времени изменения напряжения Uвх отслеживаются напряжением Uос на выходе ЦАП. В необходимые моменты времени с выхода счетчика могут сниматься цифровые сигналы, пропорциональные значениям Uвх.
1.3 Аналого-цифровой преобразователь параллельного типа
Диаграмма работы АЦП параллельного типа представлена на рисунке 1.3, схема АЦП представлена на рисунке 1.4.
Рисунок 1.3 – Диаграмма работы АЦП параллельного типа
АЦП параллельного типа содержит делитель, состоящий из набора последовательно включенных резисторов с одинаковым сопротивлением R, компараторов К и кодирующей логики. На один из входов каждого компаратора подается опорное напряжение Uоп, снимаемое с делителя, причем эти напряжения отличаются друг от друга на величину ∆ U (см.рисунок 1.3). Вторые входы компараторов объединены и на них подано входное напряжение Uвх. Работу АЦП данного типа можно рассмотреть по диаграмме, изображенной на рисунке 1.3. При достижении входным напряжением значения опорного напряжения первого компаратора U1 (момент времени t1) последний срабатывает и подает сигнал активного уровня на первый вход устройства кодирующей логики, на выходе которого при этом появляется число "1" в двоичном коде. При дальнейшем возрастании входного напряжения в момент времени t2 сработает второй компаратор и на выходе АЦП появится "2" и т.д. В данном случае значение ∆ U представляет собой шаг квантования.
Рисунок 1.4 – Схема АЦП параллельного типа
2. Принцип работы двухканального осциллографа
Двухканальный осциллограф (рисунок 2.1, а) дает возможность одновременно наблюдать и сравнивать на экране изображения двух сигналов одной и той же частоты либо кратных частот, измерять их амплитудные и временные параметры.
Осциллограф содержит два идентичных канала вертикального отклонения (рисунок 2.1, а), в которые входят аттенюатор и предварительный усилитель. Линия задержки и оконечный Y-усилитель к каналам I и II подключаются с помощью электронного коммутатора. Канал горизонтального отклонения содержит схему синхронизации и запуска развертки, генератор развертки и оконечный X-усилитель. Сигналы с выходов каналов поступают на вертикально и горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. Для проверки коэффициентов отклонения «В/дел.» каналов I и II и коэффициента развертки «Время/дел.» канала горизонтального отклонения служит калибратор, который имеет внутренний и внешний выходы.
Аттенюатор— это частотно-компенсированный делитель напряжения, состоящий из RС-элементов, откалиброванный в коэффициентах отклонения «В/дел.».
Коммутаторпредставляет собой мультивибратор, управляет диодными ключами каналов I и II и имеет пять режимов переключения:
А) «I», «II Y—X»;
Б) «I ± II»,
В) «...», «→→».
На экране регистрируется один сигнал в следующих режимах:
«I» — подключен только канал I;
«II Y—X» — подключен только канал II (выполняющий роль Y-канала, а развертывающее напряжение подается на канал I, выполняя роль Х-канала);
«I ± II».— подключены оба канала I и II (на экране регистрируется суммарный сигнал либо разностный, если предварительно инвертировать сигнал канала II).
В режимах «...» и «→ →» на экране наблюдаются два сигнала.
В поочередном (синхронном) режиме «→→» коммутатор работает от генератора развертки. Подключение каналов к оконечному усилителю происходит попеременно с частотой генератора развертки после каждого прямого хода развертки. Изображения сигналов каналов I и II поочередно сменяют друг друга, но так часто, что на экране они наблюдаются одновременно (рисунок 2.2). Этот режим является основным при измерениях (на частотах выше 1 кГц). Недостаток поочередного режима проявляется при исследовании синусоидальных и импульсных сигналов с низкой частотой повторения 150 Гц, так как глазу заметны редкие поочередные мелькания изображений сигналов. Для низкого диапазона частот в осциллографе предусмотрен прерывистый (асинхронный) режим «...» работы коммутатора. В этом случае коммутатор работает с частотой 100 кГц от встроенного генератора, подключая каналы I и II к оконечному усилителю поочередно через каждые 5 мкс (за 10 мкс — оба канала). Прерывистое изображение сигналов состоит из штрихов (рисунок 2.3).