Печать

Цифровой запоминающий осциллограф Neil Scope 3

Опубликовано . Опубликовано в Устройства на STM

Рейтинг:   / 6
ПлохоОтлично 
 

Основные характеристики осциллографа:
- Полоса пропускания аналога 20 МГц
- Разрядность АЦП 8 бит
- Частота дискретизации на канал 100Mвыб/с
- Минимальная чувствительность 50 В/дел*
- Максимальная чувствительность 10 мВ/дел
- Предельное входное напряжение 100 В*
- Объем ОЗУ 256 Кбайт на каждый канал
- Интерфейс связи с ПК USB 2.0 FullSpeed

* максимальное входное напряжение зависит от максимального напряжения пасивных элементов входного делителя.

Набор основных функций:
- авто/ждущая/ручная/ развертки;
- произвольное соотношение пред- и поствыборок;
- 12-ти позиционный аппаратный аттенюатор;
- закрытый/открытый вход;
- произвольный уровень синхронизации, синхронизация по уровню, по перепаду, по окну.
- синхронизация от логических каналов, в том числе по всем видам синхронизации логического анализатора;
- растяжка осциллограммы по вертикали и горизонтали;
- линейная интерполяция, режим макс./мин.

Режимы работы прибора:
- Двухканальный осциллограф, макс. частота семплирования каждого канала 100МГц;
- Логический анализатор, 8 входов, макс. частота семплирования 100МГц;
- Одноканальный осциллограф + лог. Анализатор, макс. частота семплирования каждого канала 100МГц;

Экранные измерения, выделение области для измерений:
- измерения постоянного, пикового и среднего значений напряжения;
- вольтметр переменного тока: СКЗ (True RMS);
- измерение длительности, скважности, частоты;
- измерения времени нарастания/спада, выбросов посредством курсоров;
- измерение напряжения в точках курсоров;
- измерение максимального и минимального значений напряжения.

Блок-схема осциллографа

Входной аттенюатор представляет из себя двух позиционный частотно компенсированный делитель с коэффициентами передачи 1:1 и 1:100. Переключение осуществляется бистабильным реле типа G6K После аттенюатора сигнал поступает на вход преобразователя импеданса выполненного на ОУ AD8065 производства Analog Devices, данный ОУ имеет очень высокое входное сопротивление и небольшую емкость по входу, что необходимо для правильной работы входного аттенюатора, коэффициент передачи этого каскада равен единице.

Далее сигнал поступает на вход управляемого аттенюатора выполненного на широкодоступном 8-ми канальном аналоговом мультиплексоре 74HC4052. Драйвер АЦП выполнен на ОУ AD8129 в неинвертирующем включении с коэффициентом усиления 10, на его специальный вывод REF подается напряжение смещения, которое формируется посредством интеграции и фильтрации сигнала ШИМ поступающего с микроконтроллера STM32F103RBT6. АЦП AD9288-100, представляет собой сдвоенный, 8-ми битный АЦП с максимальной скоростью преобразования 100 миллионов отсчетов за секунду, данные с АЦП поступают непосредственно на входы ПЛИС — EPM570 фирмы Altera, к ПЛИС подсоединена буферная статическая память объемом 256 тысяч слов шириной 16 бит для хранения отсчетов.

Основной блок управления выполнен на микроконтроллере STM32F103RBT6 производства STMicroelectronics, микроконтроллер управляет работой осциллографа и отображает результаты на жидкокристаллическом дисплее ST032D6C-E00 c контроллером HX8352, также МК имеет связь с ПК посредством протокола UART через преобразователь USB<->UART выполненный на микросхеме СР2102 производства Silicon Laboratories Inc.

Для питание «цифровой части» осциллографа используется линейный стабилизатор ADP1710-3.3, его можно заменить без каких либо изменений печатной платы на MAX6329 с индексами TP/TL/TH/SP/SL/SH, также на NCP584 или LP2985-3.3. Для аналоговых компонентов установлен такой же линейный стабилизатор , с теми же возможными заменами и инвертор напряжения на переключаемых конденсаторах — TPS60400/TPS60403 для формирования отрицательного напряжения -3.3В. Для управления зарядом аккумулятора применена микросхема MCP73812T-420I/OT.

Важное замечание – при использовании ADP1710-3.3 или МАХ6329 С52 и С72 устанавливать на плату не нужно, в случае применения NCP584 вместо этих конденсаторов нужно впаять перемычки.

Принципиальная схема осциллографа

Сборка, прошивка, наладка.

Осциллограф не требует каких либо специальных и/или сложных методов наладки, необходимо только проконтролировать форму прямоугольного сигнала подстраивая конденсаторы VC1, VC2 и VC3, VC4 в входных аттенюаторов обеих каналов. Однако при сборке нужно придерживаться аккуратности, так как даже небольшая ошибка может привести к выходу из строя цифровых и аналоговых микросхем, что выльется в дополнительные материальные затраты и большие трудности в замене сгоревших микросхем без наличия паяльной станции. При первом включении осциллографа рекомендую использовать лабораторный БП с регулировкой уровня срабатывания защиты по току, осциллограф при не прошитых МК и ПЛИС потребляет около 190мА. Пока МК не прошит питание осциллографа пропадает при отпускании кнопки ON1.

После включения нужно проконтролировать основные питающие напряжения, обозначения по схеме - +3.3, +3.3VA, -3.3VA, если все в порядке можно дополнительно проконтролировать напряжения на входах АЦП, на ADC REFOUT 1.25V должно быть +1.25В, на INADC А+ и INADC B+ около +3В, на INADC А- и INADC B- около +0.99В.

Процедура прошивки микроконтроллера довольно проста и не требует наличия какого либо программатора. После сборки, естественно проверяем правильность сборки и отсутствие непропаев и/или замыканий между дорожками, далее подсоединяем осциллограф к ПК USB кабелем, устанавливаем драйвера виртуального COM-порта, после установки, убеждаемся что ПК видит и правильно определяет устройство как виртуальный СОМ порт. Скачиваем утилиту прошивки МК по UART с сайта ST - Flash Loader Demonstrator. Отключаем осцилл и переставляем джампер JP1 в положение boot mode, подсоединяем питание, нажимаем, и удерживаем кнопку питания осцилла(удерживать нужно для того что бы питание при отпускании кнопки не пропало так как МК еще не прошит и не может "защелкнуть" этот управляющий сигнал), запускаем утилиту Flash Loader Demonstrator. Утилита должна увидеть и правильно определить МК. Открываем файл прошивки и прошиваем, после прошивки отпускаем кнопку питания ON1, выключаем осцилл, переставляем джампер в положение normal mode. Все, на этом процедуру прошивки МК можно считать оконченой.

Для прошивки ПЛИС нужен программатор, вариантов программаторов для данной микросхемы много, можно использовать любой из них, схемы можно посмотреть на сайте www.marsohod.org, процедура прошивки тоже достаточно проста. Если МК уже прошит, подсоединяем программатор к ПЛИС и к ПК, включаем питание осциллографа коротким нажатием ON1, запускаем на ПК Quartus II Stand-Alone Programmer, в которой открываем файл прошивки и прошиваем ПЛИС. После достаточно выключить питание, отсоединить программатор. После этого осциллограф готов к работе.

При первом запуске осциллографа можно вручную или автоматическом режиме откорректировать нулевое положение луча для каждого канала, выставить корректирующие коэффициенты управляемого аттенюатора и при желании сохранить настройки в флеш память МК.

Демо видео работы осциллографа, ревизия 1.9

Автор: LeftRadio

Рекомендуем посмотреть