AVT891-1.pdf

P R O J E K T Y

Oscyloskop cyfrowy,

część 1

kit AVT−891

Niemiecka firma ZMD

opracowa³a uk³ad scalony,

prawdziwy prezent dla

elektronikÛw pasjonuj¹cych siÍ

technik¹ cyfrow¹:

jednouk³adowy oscyloskop

cyfrowy. To w³aúnie ten

uk³ad jest ìmÛzgiemî

oscyloskopu prezentowanego

w†artykule.

nych, úmia³o moøna nazwaÊ ten

uk³ad ìoscyloskopemî. Nam pozo-

sta³o tylko wyúwietliÊ wyniki po-

miarÛw.

Opracowanie tanie-

go, jednokana³owego oscyloskopu

cyfrowego umoøliwi³ niezwyk³y

uk³ad scalony ZM407, ktÛry po-

wsta³ w†laboratoriach drezdeÒs-

kiej firmy ZMD. DziÍki zintegro-

waniu w†jego wnÍtrzu wszystkich

niezbÍdnych blokÛw funkcjonal-

Sukces w†nowoczesnoúci

Projektanci uk³adÛw ZMD przy-

gotowali spektakularny pokaz moø-

liwoúci oferowanych przez promo-

wany przez firmÍ uk³ad scalony,

ktÛry nazwano ZM407. Jego sche-

mat blokowy pokazano na rys. 1 .

Rys. 1. Schemat blokowy układu ZM407.

Elektronika Praktyczna 9/2000

Oscyloskop cyfrowy

Oscyloskop cyfrowy

Parametry i możliwości oscyloskopu:

rozdzielczość przetwornika A/C: 6 bitów,

odstępy czasowe pomiędzy kolejnymi

próbkami: 50ns..3,27ms,

tryby wyzwalania: Auto, Int. ±, Ext. ±,

maksymalne napięcie wyzwalania

zewnętrznego: 20VDC,

maksymalny zakres napięć wejściowych:

0,5/5/50V,

poziomy wyzwalania: −320, −140, +40, +220

i +400mV,

pojemność pamięci buforującej: 128B,

transmisja danych z PC: dwukierunkowa

RS232,

format ramki: 8n2, 38,4kb/s,

napięcie zasilania: 9..12VDC,

pobór prądu: max. 180mA,

program wyświetlający wyniki pomiarów

wymaga PC z Windows 95/98.

Najwaøniejszym blokiem uk³a-

du ZM407 jest 6-bitowy przetwor-

nik A/C, na ktÛrego wejúcie syg-

na³ jest dostarczany przez po³¹-

czone szeregowo dwa wzmacnia-

cze operacyjne. Pierwszy z†nich

s³uøy do ustalenia masy pozornej

dla badanego sygna³u, natomiast

drugi do jego wzmacniania. We-

wnÍtrzne ürÛd³o napiÍcia odnie-

sienia dostarcza stabilnego napiÍ-

cia do polaryzowania wzmacnia-

cza wejúciowego oscyloskopu.

Dane przetworzone w†przetwor-

niku A/C mog¹ byÊ zapisywane

do wewnÍtrznej pamiÍci buforu-

j¹cej o†pojemnoúci 128 s³Ûw, mo-

g¹ byÊ przesy³ane takøe bezpo-

úrednio na wyjúcia danych uk³a-

du. O†funkcjach wyprowadzeÒ

DIO0..7 decyduje multiplekser

wyjúciowy, ktÛrego wejúcia adre-

sowe s¹ sterowane sygna³ami z†re-

jestru konfiguracji. Multiplekser

pozwala ponadto na przes³anie na

te wyjúcia informacji z†wyjúÊ re-

jestru statusu, dziÍki czemu uøyt-

kownik moøe zweryfikowaÊ bieø¹-

ce nastawy oscyloskopu.

Uk³ad ZM407 wyposaøono

w†wewnÍtrzny, programowany

blok wyzwalania podstawy czasu.

Z jego pomoc¹ moøna inicjowaÊ

pocz¹tek pomiarÛw w†dok³adnie

okreúlonych momentach (a raczej

przy okreúlonej amplitudzie) prze-

biegu wejúciowego. TwÛrcy uk³a-

du przewidzieli piÍÊ moøliwych

poziomÛw wyzwolenia: -320,

-140, +40, +220 i†+400mV. Moø-

liwa jest takøe praca w†trybie bez

wyzwalania, kiedy to generator

podstawy czasu pracuje ìna okr¹g-

³oî. Uk³ad wyzwalania moøe byÊ

synchronizowany poziomem prze-

biegu wejúciowego lub sygna³em

Rys. 2. Schemat elektryczny oscyloskopu.

Elektronika Praktyczna 9/2000

Oscyloskop cyfrowy

Rys. 3. Przebiegi czasowe podczas zapisu danych do rejestru konfigurującego.

zewnÍtrznym do³¹czonym do wej-

úcia T_IN . Wejúcie inicjuj¹ce start

podstawy czasu jest oznaczone

jako TRIG_IN . DziÍki wyposaøe-

niu bloku wyzwalania w†system

úledzenia zboczy przebiegu, moø-

na ustaliÊ czy wyzwolenie ma

nast¹piÊ podczas narastaj¹cego czy

teø opadaj¹cego zbocza sygna³u

wejúciowego. Tak wiÍc uøytkow-

nik ma do dyspozycji bogat¹ gamÍ

sposobÛw wyzwalania, podobnie

jak ma to miejsce w†oscylosko-

pach standardowych.

Wbudowany w†ZM407 genera-

tor podstawy czasu jest progra-

mowany za pomoc¹ 16-bitowego

rejestru. Zakres typowych na-

staw czasÛw prÛbkowania to

50ns..3,27ms.

Programowanie nastaw uk³adu

ZM407 odbywa siÍ poprzez wpis

do 25-bitowego rejestru szeregowe-

go, ktÛrego wejúciem danych jest

wyprowadzenie DIO0, a†wejúciem

zegarowym DIO1.

Interesuj¹cym, lecz ma³o przy-

datnym w†praktyce wyposaøeniem

uk³adu ZM407 s¹ dwie linie do

bezpoúredniej transmisji danych

z†uk³adu do wyúwietlacza LCD

( DISP_DATA , DISP_CLK ). Ich fun-

kcje omÛwimy w†dalszej czÍúci

artyku³u.

Opis uk³adu

Jak moøna zauwaøyÊ, twÛrcy

uk³adu ZM407 do³oøyli wielu sta-

raÒ, aby dostarczyÊ konstruktorom

prawdziwy, jednouk³adowy oscy-

loskop. DziÍki tym staraniom kon-

strukcja kompletnego przyrz¹du

jest niezwykle prosta ( rys. 2 ).

Wykorzystanie wyprowadzeÒ

US1 (do³¹czenie odpowiednich

elementÛw zewnÍtrznych) jest

zgodne ze standardow¹ aplikacj¹

tego uk³adu. Zamiast zalecanych

przez producenta przekaünikÛw

elektromechanicznych do prze³¹-

czania zakresÛw oraz wyboru try-

bu pomiaru AC/DC zastosowano

klucze analogowe (US2) oraz je-

den przekaünik Prz1. Za pomoc¹

kluczy US2A/B wybierany jest

jeden z†trzech moøliwych zakre-

sÛw pomiarowych, a przekaünik

Prz1 umoøliwia do³¹czenie wej-

úcia pomiarowego US1 do gniazda

wejúciowego GN1 poprzez kon-

densator lub bezpoúrednio.

Diody D1 i†D2 zabezpieczaj¹

wejúcia oscyloskopu przed napiÍ-

ciem wejúciowym o†ujemnej pola-

ryzacji. Rezystory R1..3 spe³niaj¹

rolÍ programowanego dzielnika

napiÍcia wejúciowego o†wspÛ³-

czynniku podzia³u 1:1, 1:10

i†1:100.

Potencjometr P1 jest w³¹czony

pomiÍdzy wyjúcia ürÛd³a napiÍcia

odniesienia, a†napiÍcie z†jego su-

waka jest podawane na wejúcie

odwracaj¹ce wstÍpnego wzmac-

niacza toru pomiarowego US1. Za

pomoc¹ tego potencjometru moø-

na ustaliÊ poziom wyúwietlania

sygna³u na osi Y†(przesuw piono-

wy).

Mikrokontroler US3 wspÛ³pra-

cuje z†US1 poprzez 6-bitow¹ szy-

nÍ danych D0..5 oraz trzy dodat-

kowe linie z sygna³ami steruj¹-

cymi: WR , ER , LD . SposÛb trans-

misji danych pomiÍdzy mikrokon-

trolerem i†scalonym oscyloskopem

omÛwimy w†dalszej czÍúci artyku-

³u.

Uk³ad US4 jest wysokiej jakoú-

ci uk³adem zerowania, ktÛry za-

pewnia pewny restart mikrokon-

trolera po w³¹czeniu zasilania.

Transmisja danych pomiÍdzy

mikrokontrolerem a†komputerem

PC odbywa siÍ poprzez interfejs

RS232. Uk³ad US5 jest konwerte-

rem napiÍciowym z†wbudowany-

mi zabezpieczeniami przepiÍcio-

wymi. Kondensatory C14..17

wspÛ³pracuj¹ z†wewnÍtrznymi

kluczami tworz¹c przetwornicÍ ³a-

dunkow¹ podnosz¹c¹ napiÍcie

z†5V na ±12V. Tranzystor T1

Rys. 4. Przebiegi czasowe dla odczytu danych z układu ZM407 za pośrednictwem bufora SRAM.

Elektronika Praktyczna 9/2000

Oscyloskop cyfrowy

Rys. 5. Rys. 4. Przebiegi czasowe dla odczytu danych z układu ZM407 bez pośrednictwa bufora SRAM.

odwraca polaryzacjÍ sygna³u TX

wychodz¹cego z†mikrokontrolera,

dziÍki czemu zosta³y zachowane

poziomy napiÍc standardu RS232.

Oscyloskop wyposaøono

w†stabilizator napiÍcia, ktÛry

moøna wykorzystaÊ takøe jako

zasilacz, do ktÛrego z†zewn¹trz

do³¹cza siÍ tylko transformator

sieciowy. Ze wzglÍdu na stosun-

kowo niewielk¹ pojemnoúÊ kon-

densatora filtruj¹cego napiÍcie

Elektronika Praktyczna 9/2000

Oscyloskop cyfrowy

zasilaj¹ce (C18), w†przypadku za-

silania oscyloskopu ze ürÛd³a

napiÍcia przemiennego warto jest

zwiÍkszyÊ jego pojemnoúÊ do

min. 2200

duøe wymagania wobec wspÛ³pra-

cuj¹cego mikrokontrolera, ponie-

waø odbywa siÍ w†praktyce z†bar-

dzo wysok¹ czÍstotliwoúci¹ takto-

wania uk³adu ZM407.

Piotr Zbysiñski, AVT

piotr.zbysinski@ep.com.pl

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

pcb.html oraz na p³ycie CD-EP09/

2000 w katalogu PCB .

Wymiana danych

Wymiana danych pomiÍdzy

mikrokontrolerem i†uk³adem

ZM407 odbywa siÍ poprzez 2-

liniowy, synchroniczny interfejs

szeregowy. Wpis kaødego bitu do

rejestru odbywa siÍ przy narasta-

j¹cym zboczu sygna³u zegarowego,

ktÛry jest podawany przez mik-

rokontroler na wyprowadzenie

DIO0 ZM407 ( rys. 3 ). Kolejno

wpisywane s¹ dane od najstarsze-

go do najm³odszego bitu.

Na rys. 4 pokazano przebiegi

charakterystyczne dla kolejnych

etapÛw cyklu pomiarowego: od-

czyt rejestru statusu, wyzwolenie

generatora podstawy czasu i†od-

czyt 128 komÛrek bufora danych.

Dla celÛw informacyjnych na

rys. 5 przedstawiono przebiegi

charakteryzuj¹ce taki sam cykl

pracy, ale dla odczytu prowadzo-

nego bezpoúrednio z†wyjúÊ uk³adu

ZM407, czyli bez poúrednictwa

wewnÍtrznej pamiÍci buforuj¹cej.

Ten tryb odczytu stawia bardzo

WYKAZ ELEMENTÓW

R1, R4: 1M

F/16V

Półprzewodniki

D1, D2: BAT43

M1: 1A/50V

T1: BC547

US1: ZM407

US2: MAX4668CPE

US3: ST62T30B zaprogramowany

US4: DS1813

US5: ICL232

US6: 7805

Różne

X1: 20MHz

X2: 8MHz

Zl1: złącze DB9F do druku

Prz1: przekaźnik TQ2−5 NAiS

GN1, GN2: gniazda BNC50

przykręcane do obudowy

GN3: gniazdo zasilania do druku

L1: 220

/1%

R2: 110k

/1%

R3: 11k

/1%

Ω

R6, R9, R10: 10k

R7: 1,2k

Ω

Kondensatory

C1: 220nF

C2, C4: 10pF

C3, C5: opcjonalne trymery 5/

47pF

C6, C7, C12, C13: 27pF

C8, C9, C19, C20, C21, C27,

C29, C30, C31: 100nF

C10: 22pF

C11: 47pF

C14, C15, C16, C17: 10

F/25V

C18: 1000

F/25V

H lub zbliżony

Elektronika Praktyczna 9/2000

C22, C23, C24, C25, C26, C28:

Rezystory

P1: 10k

R5: 2,7k

R8: 4,7k

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: