USB-осциллограф

 

1.4 Виртуальные осциллографы

 

Новый класс осциллографов, который может быть как внешним  прибором с USB или параллельным портом ввода-вывода данных, или же внутренним дополнительным прибором на основе PCI или ISA карт. Программное обеспечение любого виртуального осциллографа дает возможность полного управления прибором, а также предоставляет ряд сервисных возможностей, например, экспорт/импорт данных, математическая обработка сигналов, расширенные измерения, цифровая фильтрация и т. д.

 

Рисунок 1.6 – Виртуальный осциллограф

 

Различные серии осциллографов  на базе ПК могут использоваться для  очень широкого спектра измерений, в частности при разработке и обслуживании радиоэлектронной аппаратуры, в сферах телекоммуникаций и связи, при производстве компьютерной техники, при диагностике автотранспортных средств на станциях техобслуживания и многих других, в которых необходимо тестировать и оценивать происходящие переходные, неустойчивые процессы. Учитывая ключевые преимущества – высокое быстродействие, малые габариты, легкость в использовании и невысокую стоимость, можно утверждать, что данные приборы – достойная альтернатива традиционным цифровым запоминающим осциллографам Недостатком прибора является невозможность увидеть и измерить постоянную составляющую сигналов [2].

 

1.5 Портативные осциллографы

 

Прогресс в развитии цифровых технологий позволил обычные  стационарные цифровые осциллографы преобразовать в портативные осциллографы с отличными массогабаритными показателями и с малым энергопотреблением (рис. 1.7).

Рисунок 1.7 – Портативный осциллограф Fluke 199C

 

Причем портативные  приборы с питанием от батареек не уступают стационарным осциллографам по функциональности и имеют широкие возможности применения в различных отраслях производства, обслуживания, исследований [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 USB-ОСЦИЛОГРАФ

2.1 Типичные характеристики

 

 Рассмотрим  на примере USB-осциллографа (рис. 2.1) разработанного на основе микроконтроллера Atmel Tiny45 SU 20 [3].

 

Рисунок 2.1 – Общий вид устройства

 

Осциллограф, спектр-анализатор:

- количество каналов: 2

- частота дискретизации 16МГц

- чтение через буфер: 1126 отсчетов/канал (1 канал), 563 oтс/кан (2 канала)

- входное напряжение 5В

 

 

Рисунок 2.3 – Схема USB-осциллографа

 

Рисунок 2.4 – Монтажная схема

 

На рисунке 2.5 приведено основное окно программы при работе в режиме осциллографа. В центре окна находится рабочий экран, на котором отображаются осциллограммы. Снизу рабочего экрана расположена ось времени (развертка).

Рисунок 2.5 – Основное окно программы

Программное обеспечение  для USB осциллографа и Архив с  рекомендациями и программой по калибровке осциллографа моно скачать по ссылке [5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ПРИМЕНЕНИЕ USB-ОСЦИЛЛОГРАФА

 

USB осциллограф может  использоваться в лабораториях радиолюбителей, разработчиков и специалистов для анализа низкочастотных аналоговых сигналов, регистрации длительных медленно меняющиеся процессов, а также исследования двоичных сигналов от транспондеров, TOUCH MEMORY, систем ДУ, интерфейсов RS232, I2C и т.д.

Прибор также нашел применение в качестве простого двухканального вольтметра для измерения напряжений в диапазоне ±20 В, частотомера в диапазоне до 50 кГц или пробника со звуковым оповещением.

Оригинальное измерительное  устройство будет востребовано в средних и высших учебных заведениях для демонстрации и изучения медленно изменяющихся звуковых и радиосигналов [1].

А также они находят  применение в следующем:

1) Малоглубинная сейсмостанция. Наиболее хорошо подходят для этих целей 2-канальные осциллографы фирмы FLUKE (120 и 190-серий) EZ Digital OS-310M и Tektronix (серия THS700). Они имеют внешний запуск, который можно использовать в качестве "отметки момента" (ОМ), хорошую чувствительность и программное обеспечение, позволяющее сохранять и импортировать полученные сейсмограммы в другие аналитические программы. В дальнейшем возможна компоновка и конвертация данных в стандартные сейсмические форматы (SEGY, SEG-2). Если у осциллографа имеются 2 канала, но без внешнего запуска, то один канал можно использовать как измерительный, второй в качестве ОМ. Это модели FLUKE 120-серии (без кабеля ITP120), Metex (DG Scope 20MHz), Protek S2401- S2405.

Использование одноканальных  осциллографов, как Velleman HPS, BeeTECH, Voltcraft и др., без внешнего запуска, достаточно проблематично. Можно попробовать завести на один канал и сейсмоприемник и отметчик момента, способный выработать короткий импульс запуска начала измерений, не влияющий на дальнейший процесс регистрации волнового поля. В крайнем случае, можно воспользоваться “ручным” запуском, при снижении точности измерений. Все это возможно при хорошей работе приборов с импульсными сигналами и надежном запуске, что не всегда выполняется для "простых" графических мультиметров. Для ряда моделей (Protek, Metex MX) имеющих невысокую чувствительность, понадобится дополнительный усилитель. Общий недостаток таких систем регистрации состоит в том, что портативные осциллографы не могут накапливать сигнал (кроме OS-310M). Учитывая небольшую глубину исследования, это можно считать не критичным. Другой недостаток – небольшая память для хранения данных: придется либо довольствоваться простейшей интерпретацией в поле, либо постоянно копировать результаты в ноутбук (при наличии интерфейсного кабеля и ПО).

2) Электроразведочный  приемник-регистратор на постоянном токе. При наличии неполяризующихся электродов, скопметром можно проводить съемку методами сопротивлений на постоянном токе и естественного поля (ЕП), как в режиме осциллоскопа, так и в режиме мультиметра. В режиме осциллографа удобно исследовать вызванную поляризацию (ВП).

Электроразведочный приемник-регистратор на переменном токе. Осциллографирование позволяет проводить исследования практически всеми методами электроразведки на переменном токе: методы сопротивлений на низкой частоте, индукционные методы; при наличии 2 каналов, возможны импедансные, фазовые и измерения действительных и мнимых компонент электромагнитного поля (МТЗ, ЧЗ, ДИЗ). При полосе пропускания осциллографа более 1МГц доступны наблюдения за переходными процессами неустановившихся сигналов (МПП, ЗС).

В некоторых случаях, при недостаточной чувствительности, может понадобиться дополнительный усилитель сигнала (широкополосный, либо с необходимой фильтрацией).

3) Имея достаточно  высокое входное сопротивление,  осциллографы хорошо согласуются с различными геофизическими датчиками (электрическими, магнитными, акустическими), что ограничивает их применение в составе геофизической аппаратуры только фантазией исполнителя и ценой. Хорошие модели осциллографов обладают высокой стоимостью, однако она во много раз меньше цены специализированной геофизической аппаратуры, выпускаемой небольшими партиями под конкретное применение. К примеру, скопметр FLUKE 190-серии в режиме электронного самописца (TrendPlot), может с успехом заменить 1-канальный цифровой каротажный регистратор: здесь сигнал с сельсин датчика (отметка глубины) подается на один канал осциллографа, а измеряемый сигнал на другой. При дискретизации 10см осуществим каротаж более чем 2,5 км скважины с сохранением результатов в памяти прибора, которые затем можно переслать в компьютер [6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

 

Во время выполнения работы была выбрана  схема цифрового осциллографа и программа для ПК. Схема выбиралась в соответствии со следующими требованиями: простота конструкции; дешевизна конструкции. Впоследствии данная схема была собрана (Рисунок 4.1, 4.2) и испытана.

В ходе проделанной работы были изучены:

• принципы построения цифровых осциллографов;
• документация на выбранные микросхемы.

 

Рисунок 4.1 – фото usb осциллографа(сторона а)

Рисунок 4.2 – фото usb осциллографа(сторона б)

 

 

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

 

1. Ульрих В.А. Микроконтроллеры PIC: семейство восьмиразрядных КМОП микроконтроллеров с аналого-цифровым преобразователем/ В.А.Ульрих.– Санкт-Питербург:Наука и техника, – 2000. – 254 с.
2. Цифровые осциллографы – 2008. – Доятупна с:

 http://rigolelectronics.com.ua/?p=10 .

3. Atmel Tiny45 – Документация. Доступен с:

http://www2.silabs.com/public/documents/tpub_doc/dsheet/Microcontrollers/Precision_Mixed-Signal/en/C8051F12x-13x.pdf .

4. Павленко С. USB Осциллограф: описание работы схемы. – 2002. –Доступна с: http://radionet.com.ru/shem/shem964.html.    

5. Copyright 2001-2010 «МАСТЕР КИТ» Программное обеспечение для USB-осциллографа и архив с рекомендациями и программой по калибровке осциллографа. – 2004.  – Доступна с: http://radioaktiv.ru/publ/izmerenija/oscillografy/prostoj_usb_oscillograf/45-1-0-60 .

6. Современные портативные осциллографы и их использование в качестве регистраторов. – 2006. Доступна с: http://www.bestreferat.ru/referat-77269.html.