6
CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG (01/04/1956-01/04/2010) Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 22 – 04/2010 24 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM OSILLOSCOPE SMANUFACTURING RESEARCH TRIALS OF DIGITAL OSILLOSCOPE TS. TRẦN SINH BIÊN; VŨ NGỌC ĐIỆP Khoa Điện - Điện tử tàu biển, Trường ĐHHH Tóm tắt Bài báo gồm 3 phần: Tổng quan về oscilloscope số; Xây dựng các sơ đồ nguyên lí mạch điện; Xây dựng giao diện trên máy tính cho oscilloscope số. Abstract The article is of three parts: Overview of the Digital Oscilloscope; Design principle circuit diagram; Designing interfaces on the computer for the Digital Oscilloscope. 1. Mở đầu Trong kỹ thuật đo lường và điều khiển thì vi ệc quan sát dạng tín hiệu điện là một vấn đề rất quan trọng. Vì thế việc nghi ên cứu chế tạo ra các các máy hiện sóng (dao động ký hay oscilloscope) được ưu tiên phát triển. Nếu như trước đây các oscilloscope chỉ l à các oscilloscope tương tự có kích thước lớn và chỉ dừng lại ở việc đo các tín hiệu có tần số nhỏ khoảng vài Mhz thì ngày này với sự phát triển của công nghệ bán dẫn, các oscilloscope tương tự đã có thể đo được các tín hiệu điện có tần số tới vài trăm Mhz thậm chí là tới cả Ghz. Bên cạnh sự phát triển của oscilloscope tương tự các nhà sản xuất còn cho ra đời một loại oscilloscope mới đó l à oscilloscope số, oscilloscope số với sự tích hợp của các bộ ADC, bộ vi xử lí tốc độ cao kết hợp công nghệ mạch in nhiều lớp làm cho các oscilloscope số này có kích thước nhỏ gọn tích hợp nhiều chức năng và có khả năng đo các tín hiệu điện có tần số lên tới hàng Ghz. Từ những thực tế đó bài báo này đã nghiên cứu về oscilloscope số và bước đầu chế tạo thử nghiệm thành công oscilloscope số. 2. Tổng quan về oscilloscope số 2.1. Khái niệm về oscilloscope số Để tìm hiểu khái niệm về Osilloscope số ta cần phải hiểu được thế nào là một Osilloscope có nhớ. Osilloscope có nhlà loại Osilloscope dùng để khảo sát các loại tín hiệu tức thời, tuần hoàn chậm, hay tín hi ệu ngắn, tín hiệu quá độ... Dải tần số có thể đến 150MHz. Dải tín hiệu từ hàng chục mV đến hàng trăm vôn. Osilloscope số l à loại dao động ký có nhớ số. Nguyên lý làm vi ệc dựa trên vi ệc số hóa tín hi ệu khảo sát nhờ bộ chuyển đổi A /D gọi là quá trình l ấy mẫu và chuyển đổi. Các mẫu được ghi vào bộ nhớ, sau đó được biến đổi trở lại thành tương tự phục vụ cho mục đính hiển thị. 2.2. Cấu trúc oscilloscope số Hình 1. Cấu trúc oscilloscope số. Mạch đo: Tùy thuộc vào loại tín hiệu đầu vào mà mạch đo sẽ tương tự như là mạch khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu. Mạch khuếch đại thường là mạch có hệ số khuếch đại >0. Mạch chuyển đổi đóng vai trò chuyển đổi từ tín hiệu sau mạch khuếch đại về loại tín hiệu phù hợp với loại tín hiệu đầu vào của bộ ADC. Thông thường tín hiệu mà các oscilloscope đo thường là các tín hiệu dòng hoạc tín hiệu áp. Vì vậy mạch khuếch đại thường l à các mạch giảm dòng hoc mạch phân áp sử dụng các phần tử như biến dòng, bi ến áp, linh kiện bán dẫn, mạch điện trở, điện cảm, điện dung… Bộ ADC: Là bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hi ệu số. Tín hiệu đo sau khi đi qua mạch đo sẽ được đưa vào bộ ADC. Bộ ADC sẽ chuyển đổi dạng tín hiệu này từ tín hiệu tương

22_Nghien Cua Che Tao Thu

Embed Size (px)

DESCRIPTION

tai lieu

Citation preview

  • CHO MNG NGY THNH LP TRNG (01/04/1956-01/04/2010)

    Tp ch Khoa hc Cng ngh Hng hi S 22 04/2010

    24

    NGHIN CU CH TO TH NGHIM OSILLOSCOPE S MANUFACTURING RESEARCH TRIALS OF DIGITAL OSILLOSCOPE

    TS. TRN SINH BIN; V NGC IP

    Khoa in - in t tu bin, Trng HHH

    Tm tt

    Bi bo gm 3 phn: Tng quan v oscilloscope s; Xy dng cc s nguyn l mch in; Xy dng giao din trn my tnh cho oscilloscope s.

    Abstract

    The article is of three parts: Overview of the Digital Oscilloscope; Design principle circuit diagram; Designing interfaces on the computer for the Digital Oscilloscope.

    1. M u

    Trong k thut o lng v iu khin th vic quan st dng tn hiu in l mt vn rt quan trng. V th vic nghin cu ch to ra cc cc my hin sng (dao ng k hay oscilloscope) c u tin pht trin. Nu nh trc y cc oscilloscope ch l cc oscilloscope tng t c kch thc ln v ch dng li vic o cc tn hiu c tn s nh khong vi Mhz th ngy ny vi s pht trin ca cng ngh bn dn, cc oscilloscope tng t c th o c cc tn hiu in c tn s ti vi trm Mhz thm ch l ti c Ghz. Bn cnh s pht trin ca oscilloscope tng t cc nh sn xut cn cho ra i mt loi oscilloscope mi l oscilloscope s, oscilloscope s vi s tch hp ca cc b ADC, b vi x l tc cao kt hp cng ngh mch in nhiu lp lm cho cc oscilloscope s ny c kch thc nh gn tch hp nhiu chc nng v c kh nng o cc tn hiu in c tn s ln ti hng Ghz.

    T nhng thc t bi bo ny nghin cu v oscilloscope s v bc u ch to th nghim thnh cng oscilloscope s.

    2. Tng quan v oscilloscope s 2.1. Khi nim v oscilloscope s

    tm hiu khi nim v Osilloscope s ta cn phi hiu c th no l mt Osilloscope c nh.

    Osilloscope c nh l loi Osilloscope dng kho st cc loi tn hiu tc thi, tun hon chm, hay tn hiu ngn, tn hiu qu ... Di tn s c th n 150MHz. Di tn hiu t hng chc mV n hng trm vn.

    Osilloscope s l loi dao ng k c nh s. Nguyn l lm vic da trn vic s ha tn hiu kho st nh b chuyn i A /D gi l qu trnh ly mu v chuyn i. Cc mu c ghi vo b nh, sau c bin i tr li thnh tng t phc v cho mc nh hin th.

    2.2. Cu trc oscilloscope s

    Hnh 1. Cu trc oscilloscope s.

    Mch o: Ty thuc vo loi tn hiu u vo m mch o s tng t nh l mch khuch i v chuyn i tn hiu. Mch khuch i thng l mch c h s khuch i >0. Mch chuyn i ng vai tr chuyn i t tn hiu sau mch khuch i v loi tn hiu ph hp vi loi tn hiu u vo ca b ADC. Thng thng tn hiu m cc oscilloscope o thng l cc tn hiu dng hoc tn hiu p. V vy mch khuch i thng l cc mch gim dng hoc mch phn p s dng cc phn t nh bin dng, bin p, linh kin bn dn, mch in tr, in cm, in dung

    B ADC: L b chuyn i tn hiu tng t thnh tn hiu s. Tn hiu o sau khi i qua mch o s c a vo b ADC. B ADC s chuyn i dng tn hiu ny t tn hiu tng

  • CHO MNG NGY THNH LP TRNG (01/04/1956-01/04/2010)

    Tp ch Khoa hc Cng ngh Hng hi S 22 04/2010

    25

    t thnh tn hiu s a n b vi x l. Trn thc t b ADC c phn gii khc nhau: 8bit, 10bit, 12bit, 16bit, 24bit... phn gii cng ln th tn hiu u ra s s cng gn vi tn hiu u vo tng t. u ra s ca b ADC c th l bus song song hoc ni tip.

    B vi x l: B vi x l ng vai tr x l trung tm, n nhn kt qu o t b ADC gia cng v x l trc khi gi v my tnh hin th. B vi x l c s dng ph bin hin nay l cc h vi iu khin nh 8051, AVR, PIC, PSOC, ARM... vi tc x l ph hp. Ngy nay cc vi iu khin c tch hp thm trong n cc b ADC c kh nng trch mu tc cao, ngoi ra n cn c kh nng ghp ni vi my tnh theo cc chun ghp ni. Ngoi cc kh nng trn mt u im ln na ca b vi x l l kh nng lu tr thng tin, kh nng ny ph hp cho cc cho cc osilloscope tc cao.

    My tnh hin th kt qu o: My tnh s nhn cc thng tin t b vi x l sau gia cng v hin th. Vic truyn nhn thng tin t vi x l n my tnh v ngc li s c thc hin qua cc chun ghp ni nh RS232, LPT, USB, khe cm m rng

    3. S nguyn l mch x l trung tm trong oscilloscope s 3.1. S nguyn l (trang sau) 3.2. Nguyn l hot ng

    Mch x l trung tm c kh nhn 2 knh tn hiu tng t a ti b chuyn i ADC tch hp sn trong vi iu khin Pic18f4550. B ADC ny c phn gii 10bit, in p u vo t 0V 5V. Chc nng ca khi ADC l chuyn i tn hiu t dng tng t thnh tn hiu dng s lu tr v x l.

    B vi iu khin pic18f4550 ca Microchip c tch hp sn b ADC, vi dung lng b nh chng trnh Flash 32k, SRAM 2048 byte, EEPROM 256 byte. Tn s xung nhp c th ln ti 48MHz, c 5 Port I/O, cc modul truyn thng tc cao, h tr cc chun giao tip I2C, SPI. Ngoi ra pic18f4550 cn c tch hp modul USB cho php giao tip trc tip vi thit b ngoi vi qua chun USB 2.0. S dng trnh bin dch CCSC vit chng trnh cho pic18f4550. Khi vi x l nhn d liu c s ha t b ADC s x l v lu tr trc khi gi v my tnh hin th.

    Mch x l trung tm c thit k c kh nng ghp ni vi my tnh thng qua cng LPT v cng COM (RS 232) truyn d liu t my b vi x l v my tnh v ngc li.

  • CHO MNG NGY THNH LP TRNG (01/04/1956-01/04/2010)

    Tp ch Khoa hc Cng ngh Hng hi S 22 04/2010

    26

    U1

    pic18f 4550

    1

    234567

    11

    1413

    15161718

    19

    12202122

    23242526

    2728

    89

    10

    2930

    32

    31

    3334353637383940

    MCLR/VPP/RE3

    RA0/AN0RA1/AN1RA2/AN2/VREF-/CVREFRA3/AN3/VREF+RA4/T0CKI/C1OUT/RCVRA5/SS/AN4/C2OUT

    VDD1

    OSC2/CLKO/RA6OSC1/CLKIN

    RCO/T1OSO/T13CK1RC1/T1OSI/CCP2/UOE

    RC2/CCP1/P1AVusb

    RD0/SPP0

    Vss1RD1/SPP1RD2/SPP2RD3/SPP3

    RC4/D-/VMRC5/D+/VPRC6/TX/CK

    RC7/RX/DT/SDO

    RD4/SPP4RD5/SPP5/P1B

    RE0/AN5/CK1SPPRE1/AN6/CK2SPPRE2/AN7/OESPP

    RD6/SPP6/P1CRD7/SPP7/P1D

    VDD2

    Vss2

    RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SDARB1/AN10/INT1/SCK/SCL

    RB2/AN8/INT2/VMORB3/AN9/CCP2/VPO

    RB4/AN11/KBI0/CSSPPRB5/KBI1/PGMRB6/KB12/PGCRB7/KB13/PGD

    Nguon DC

    123456

    0

    R2

    10K

    J6

    nguon tham chieu chuan

    12

    PGC/RB6

    PGC/RB6

    0

    SW1

    +12v

    0

    D1

    LED

    C133pf

    0

    PGM/RB3

    vdd

    AN2J3

    Mach ghep noi may tinh qua cong COM

    1234

    5V_Chuan

    vdd

    0

    HI

    J10

    Vao Vi dieu khien

    1234

    HI

    J8

    Cong Nap ICSP

    123456

    C3104p

    mclr

    J1

    Chi Bao

    123

    AN4

    Vss/Gnd

    HI

    12MHZ

    CRYSTAL

    HI

    mclr

    AN1

    5V_Chuan

    C233pf

    R1220 C20

    104

    AN3

    Vss/Gnd

    Mach ghep noi may tinh qua cong LPT

    PGM/RB3

    0

    HI

    PGD/RB7

    PGD/RB7

    Dat

    Hnh 2. S nguyn l mch x l trung tm oscilloscope s.

    3.3. Thut ton cho vi x l

  • CHO MNG NGY THNH LP TRNG (01/04/1956-01/04/2010)

    Tp ch Khoa hc Cng ngh Hng hi S 22 04/2010

    27

    Hnh 3. Thut ton khi vi x l.

    4. Xy dng giao din trn my tnh v kt qu 4.1. Xy dng giao din trn my tnh

    Trn thc t c rt nhiu ngn ng lp trnh c th s dng xy dng giao din iu khin ph hp vi yu cu cng ngh, trong bi bo ny ngn ng lp trnh visual basic phin bn 6.0 c s dng xy dng giao din trn my tnh cho m hnh oscilloscope s.

    Lu thut ton trn my tnh:

  • CHO MNG NGY THNH LP TRNG (01/04/1956-01/04/2010)

    Tp ch Khoa hc Cng ngh Hng hi S 22 04/2010

    28

    Hnh 4. Lu thut ton trn my tnh.

    4.2. Gii thiu cc thng s chnh ca oscilloscope s

    Cc thng s ca oscilloscope s: - in p ngun cp: 220 VAC. - C hai knh o c th o c tn hiu in p v dng in. - Vin: 55 V - Iin: 1000 mA - Di tn o c: 20 Hz 10 KHz. (tng ng vi tc ly mu 10 Ksps). - Ghp ni vi my tnh qua cng RS232. 4.3. Kt qu Hnh nh Osilloscope khi o hai knh vi in p 24 VAC i xng tn s 50 Hz.

    a. in p c tn s 50 Hz b. in p c tn s 5 kHz

    Hnh 5. Hnh nh Osilloscope khi o in p.

  • CHO MNG NGY THNH LP TRNG (01/04/1956-01/04/2010)

    Tp ch Khoa hc Cng ngh Hng hi S 22 04/2010

    29

    - Hnh nh Osilloscope khi o tn hiu dng in c tn s 50 Hz.

    Hnh 6. Hnh nh Osilloscope khi o dng in tn s 50Hz. 5. Kt lun

    Bi bo nghin cu v oscilloscope s, phn tch v xut phng n ph hp thit k modul phn cng cho oscilloscope s. Trn c s tin hnh xy dng cc s mch, ch to th nghim thnh cng modul phn cng v thit k phn mm giao din trn my tnh cho oscilloscope s. Kt qu thu c l oscilloscope s ghp ni vi my tnh, hot ng n nh v chnh xc vi giao din trn my tnh d s dng. TI LIU THAM KHO [1] Ng Din Tp, o lng v iu khin bng my tnh, NXB Khoa hc k thut, H Ni 1997. [2] Ng Din Tp, K thut ghp ni my tnh, NXB Khoa hc k thut, H Ni 2001. [3] PGS V Qu im, C s k thut o lng in t, NXB Khoa hc k thut. [4] Nguyn Th Ngc Mai, Lp trnh c s d liu Visual Basic 6.0, NXB Lao ng. [5] Phm Thng Hn, K thut o lng cc i lng vt l T1, T2, NXB Gio dc, 1997. [6] Datasheet, PIC18F Family, Microchip. [7] Datasheet, PIC18F4550, Microchip. [8] Help CCSC, Microchip. [9] Datasheet LM324, TL084, 74LS00, MAX232CPE. [10] www.microchip.com.

    Ngi phn bin: ThS. V Ngc Minh