PRENOSNI DIGITALNI OSCILOSKOP - core.ac.uk · Najpomembnejši del klasi čnega osciloskopa je katodna cev, s katerim generiramo elektronski curek, ki ga lahko vertikalno in horizontalno

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Boštjan Štumpfel

PRENOSNI DIGITALNI OSCILOSKOP

Diplomska naloga

Maribor, september 2004

I

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO 2000 Maribor, Smetanova ul. 17

Diplomska naloga visokostrokovnega študijskega programa


Študent: Boštjan ŠTUMPFEL

Študijski program: Visokostrokovni, Elektrotehnika

Smer: Elektronika

Mentor: izr. prof. dr. Rudolf BABIČ

Somentor: doc. dr. Mitja SOLAR

Maribor, september 2004

II

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO 2000 Maribor, Smetanova ul. 17

Številka: E.0424

Datum: 31. 08. 2004

SKLEP O DIPLOMSKI NALOGI 1. Boštjan Štumpfel, absolvent visokošolskega strokovnega študijskega programa

Elektrotehnika, smer Elektrotehnika, izpolnjuje pogoje, zato se mu dovoljuje izdelati diplomsko delo.

2. Tema diplomske naloge je s področja Inštituta za elektroniko pri predmetu

ELEKTRONIKA I MENTOR: izr. prof. dr. Rudolf BABIČ KOMENTOR: doc. dr. Mitja SOLAR

3. Naslov diplomskega dela:


4. Vsebina diplomske naloge Načrtajte prenosni digitalni osciloskop, ki bo omogočal meritve in prikaz signalov v

nizkofrekvenčnem področju od 0 do 0,5MHz. Za prikaz vhodnih signlaov in nastavitev osciloskopa uporabite prikazovalnik na tekoče kristale z ločljivostjo 160 x 128 točk.

5. Diplomsko delo izdelajte skladno z "Navodili za opravljanje diplomskega dela" in ga oddajte v treh izvodih najkasneje do 31. 08. 2005.

PREDSTOJNIK INŠTITUTA

DEKAN

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju dr. Rudolfu Babiču za

pomoč in vodenje pri opravljanju diplomske

naloge. Prav tako se zahvaljujem somentorju dr.

Mitji Solarju.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili

študij.

IV

PRENOSNI DIGITALNI OSCILOSKOP Ključne besede: električni signali, električne meritve, osciloskop, prenosni digitalni osciloskop, elektronske komponente UDK: 681.56(043.2) Povzetek

Diplomsko delo predstavlja načrtovanje in izgradnjo enokanalnega, prenosnega,

digitalnega osciloskopa. Osnovne zahteve, ki smo si jih zadali so 8-bitna kvantizacija,

zmožnost opazovanja frekvenčnih signalov do 0.5MHz, uporabo osnovnih funkcij

standardnih oscilockopov ter majhna in kompaktna oblika. Delo smo si najprej razdelili na

posamezne bloke in jih nato povezali v celoto. V končni fazi smo izvedli primerjavo meritev

našega in komercialnega oscilockopa ter ugotavljali ali izpolnjuje zahteve, ki smo jih

določili pred načrtovanjem. Nazadnje smo dodali možnosti za spremembe in izboljšave

digitalnega osciloskopa.

V

PORTABLE DIGITAL OSCILLOSCOPE Key words: electrical signals, electrical measurement, oscilloscope, portable digital oscilloscope, electronic components UDK: 681.56(043.2)

Abstract

The purpose of the work is to designing one-channel, portable, digital oscilloscope.

The basic demands are 8-bit quantization, measuring frequency up to 0,5MHz, use of basic

funcions of standard oscilloscope and small and compact form. First of all we devided the

work on small blocks and then we join the blocks together. Then we perform comparision

between ours oscilloscope and comercial one with measurements. At the base of this

comparision we determine if our demanding are fulfit. At the end we supplement the

possibility of further develop and upgrades on the oscilloscope.

VI

VSEBINA

1. UVOD 1

1.1 Zgradba digitalnega osciloskopa 1

1.2 Metode vzorčenja 2

1.3 Vrste prikazovalnikov 7

2. ELEKTRIČNO VEZJE 8

2.1 Vhodni selektor 9

2.2 Impedančni pretvornik 9

2.3 Nastavitev napetostnega območja 10

2.4 Pomik po Y-osi 15

2.5 Časovna baza in nastavitev časovnega območja 16

2.6 Prožilno vezje 18

2.7 Avtomat za vzorčenje 20

2.8 Statični pomnilnik 62256B in vpisovanje vzorcev 23

2.9 Mikrokrmilnik ATmega64 24

2.10 Prikazovalnik na tekoče kristale 26

2.11 Tipke 28

2.12 Napajalnik 28

3. IZVAJANJE PROGRAMA 29

3.1 Glavni program 31

3.2 Rutina za obravnavo tipk 32

3.3 Rutina za izračun naslovov in prikaz podatkov 33

4. REZULTATI MERITEV 35

5. SKLEP 38

VIRI, LITERATURA 39

PRILOGE 39

VII

UPORABLJENI SIMBOLI

UA - napetostno ojačanje operacijskega ojačevalnika

RVH - vhodna upornost operacijskega ojačevalnika RIZH - izhodna upornost operacijskega ojačevalnika

)128(ADU - vhodna napetost v AD pretvornik pri desetiški izhodni vrednosti 128

MAXU - maksimalna vhodna nepetost v osciloskop

OBMU - izbrano napetostno območje

VIII

UPORABLJENE KRATICE

AC - Alternating Current AD - Analogno Digitalni (pretvornik) CMOS - Complementary Metal-Oxide Semiconductor DC - Direct Current EEPROM - Electrically Eresable Programmable Read Only Memory RAM - Random Access Memory ROM - Read Only Memory RISC - Reduced Instruction Set Computer SMD - Surface Mounting Device SRAM - Static Read Only Memory TTL - Transistor Transistor Logic

Prenosni digitalni osciloskop 1

1. UVOD

Osciloskop je temeljni merilnik v elektrotehniki. Uporablja se pri razvoju, vzdrževanju

in popravilu elektronskih naprav in vezij. Omogoča nam prikazovanje odvisnost napetosti

od časa. Digitalna tehnologija nam pri osciloskopih omogoča zelo natančno opazovanje

signalov. Z uporabo spominskih modulov nam omogoča opazovanje signala pred

proženjem, opazovanje enkratnih, zelo hitrih pojavov, opazovanje zelo dolgih pojavov,

možnost enkratnega proženja ter nato neomejeno dolg prikaz na prikazovalniku. Ker je

osciloskop postal klasični programirjiv digitalni sistem, omogoča še marsikatero drugo

namensko uporabo.

Na tržišču je to področje dodobra razdelano, vendar so zaradi zelo visokih cen, te

naprave precej nedostopne. Osnovna naloga nam bo izdelati majhen, prenosni, cenovno

dostopni digitalni osciloskop, ki nam bo zagotavljal dovolj dobre rezultate pri nezahtevni

uporabi tja do frekvence 500kHz. Tak frekvenčni razpon nam omogoča opazovanje

celotnega tonskega področja ter signalov s področja zabavne elektronike.

1.1 Zgradba digitalnega osciloskopa

Osnovno zgradbo digitalnega oscilockopa prikazuje blokovna shema na sliki (sl. 1.1).

Vsebuje vhodni atenuator, s katerim poleg vhodne zaščite priredimo signal vertikalnemu

ojačevalniku. Z vertikalnim ojačevalnikom nastavljamo napetostna območja, obenem pa

nam ne sme spremeniti oblike signala. Signal se nato vodi do analogno digitalnega

pretvornika, kateri pretvori analogno napetost v digitalni zapis. Analogno digitalni

pretvorniki so običajno 8-bitni.

Za pravilno proženje signala je potrebno prožilno vezje, ki proži začetek vzorčenja v

vedno enakem trenutku. S časovno bazo nastavljamo frekvenco vzorčenja in s tem časovna

območja. Vzorce shranjujemo v pomnilnik, katere nato obdelamo in prikažemo na

prikazovalniku.


Slika 1.1: Blokovna shema digitalnega oscilockopa

1.2 Metode vzorčenja

Frekvenčno območje digitalnih osciloskopov je odvisno od metode vzorčenja. Poznamo

dve metodi: realno-časovno ter ekvivalentno-časovno metodo vzorčenja.

Realno-časovna metoda vzorčenja je primerna za opazovanje signalov pri enkratnem

proženju. Signal vzorčimo, zaporedno vzorce shranimo v pomnilnik, ter jih nato prikažemo

na prikazovalnik. Kot v [3] je frekvenčno območje omejeno na 1/2.5 frekvence vzorčenja.

Rekonstrukcijo signala z uporabo realno-časovne metode vzorčenja prikazuje slika (sl.

1.2).

Slika 2.1: Rekonstrukcija signala z realno-časovno metodo vzorčenja

Ekvivalentno-časovna metoda vzorčenja je primerna za opazovanje periodičnih

signalov. S to metodo shranjujemo vzorec za vzorcem v spomin v odvisnosti od prožilnega

vezja, ter po rekonstrukciji z mikroporcesorjem, prikažemo signal na prikazovalniku. Pri


tej metodi je možno opazovati signale višjih frekvenc, kot pri metodi realno-časovnega

vzorčenja.


Rekonstrukcijo signala z uporabo ekvivalentno-časovne metode vzorčenja prikazuje

slika (sl. 3.1).

Slika 3.1: Rekonstrukcija signala z ekvivalentno-časovno metodo vzorčenja

Ekvivalentno-časovno metodo vzorčenja delimo na sekvenčno vzorčenje in naključno

vzorčenje. Pri sekvenčnem vzorčenju so vzorci oddaljeni za točno določen čas, pri čemer

jemljemo za referenco, točko prožilnega vezja. Pri metodi naključnega vzorčenja, signal

vzorčimo naključno. Pri tej metodi je potrebno vedeti točen čas oddaljenosti vzorca od

referenčne točke, ki je običajno točka prožilnega vezja. Nato se s pomočjo teh časov,

ponovno rekonstruira signal in prikaže na prikazovalniku.

Če se poslužujemo metode realno-časovnega vzorčenja, nam je frekvenčni spekter

opazovanega signala omejen. Najvišja, pravilno opazovana frekvenca je lahko polovica

vzorčne frekvence. Polovično vrednost vzorčne frekvnce imenujemo Nyquistova

frekvenca. Če je opazovana frekvneca višja od Nyquistove frekvence, se nam na

prikazovalniku pojavi signal nižje frekvence kot je v resnici. Dobimo popačenja v obliki

prekrivanja spektra.


Pri opazovanju signalov pod Nyquistovo frekvenco, dobimo že več kot dva vzorca na

periodo. Če direktno prikažemo vzorce na prikazovalnik, dobimo zelo nepregledno sliko.


Temu načinu prikaza pravimo točkast prikaz. Da se izognemo nepregledni sliki, se

poslužujemo interpolacije. Osnovni sta dve interpolaciji in sicer, linearna interpolacija in

sinusna interpolacija. Pri linearni interpolaciji sta zaporedna vzorca povezana med seboj z

ravno linijo. Rekonstrukcijo signala z linearno interpolacijo prikazuje slika (sl. 4.1)

Slika 4.1: Rekonstrukcija signala z linearno interpolacijo

Pri sinusni interpolaciji pa sta zaporedna vzorca med seboj povezana s funkcijo sinx/x.

Rekonstrukcijo signala s sinusno interpolacijo prikazuje slika (sl. 1.5).

Slika 5.1: Rekonstrukcija signala s sinusno interpolacijo

Glede na način prikaza vzorcev na prikazovalnik in uporabo različne vrste interpolacij,

ločimo tri načine rekonstrukcije signala in s tem tri zgornje frekvenčne meje opazovanega

signala:

- točkast prikaz: 1/25 frekvence vzorčenja

- linearna interpolacija: 1/10 frekvence vzorčenja

- sinusna interpolacija: 1/2.5 frekvence vzorčenja


1.3 Vrste prikazovalnikov

Najpomembnejši del klasičnega osciloskopa je katodna cev, s katerim generiramo

elektronski curek, ki ga lahko vertikalno in horizontalno odklanjamo. Sled, ki jo tako

opisuje žarek po zaslonu, postane vidna zato, ker je zaslon prevlečen s snovjo, ki oddaja

svetlobo, če jo obstreljujemo z elektroni. Ostali sklopi v osciloskopu so namenjeni

napajanju katodne cevi, odklanjanju žarka v obeh smereh in sinhronizaciji slike.

V elektroniki poznamo poleg običanjih periodičnih signalov tudi signale, ki se

pojavljajo le ob posebnih pogojih ali povsem naključno. Za opazovanje takih signalov,

uporabljamo pomnilne osciloskope, ki pa so primerni tudi za opazovanje signalov s

periodo, daljšo od perzistence običajnega osciloskopa. Bistvo pomnilnih osciloskopov je v

tem, da lahko ohranijo zapis na zaslonu daljši čas in sicer od nekaj sekund do več ur.

Klasični osciloskop na zaslonu uporablja svetlečo plast, ki ima perzistenco nekaj ms.

Slika na zaslonu po tem času zbledi. Če imamo znan periodični signal nizke frekvence,

lahko uporabimo snov z dolgo perzistenco. Za potrebe pomnilnih osciloskopov

uporabljamo pomnilno katodno cev, ki deluje po načelu sekundarne emisije.

Pomnilni osciloskop z bistabilno katodno cevjo se od običajne katodne cevi razlikuje v

zgradbi zaslona in v tem, da ima poleg osnovnega elektronskega topa, še dva pomožna

elektronska topova, ki sta izvor počasnih elektronov. Snop elektronov iz pomožnih topov

je s pomočjo razpršilne mrežice, tako razpršen, da pada enakomerno po celi površini

zaslona.

Poznamo še osciloskop, ki ima pomnilno katodno cev s spremenljivo persistenco.

Razlikuje se zlasti v tem, da je njen zaslon, enak zaslonu navadnega osciloskopa. Pomnilni

sloj je na mrežici, nekaj milimetrov pred zaslonom. Podobno kot bistabilna katodna cev,

ima tudi ta dva pomožna topa z enako vlogo in delovanjem, le da je med pomnilno mrežico

in kolektorjem močno električno polje, ki daje vsakemu elektronu, ki pride skozi mrežico,

veliko energijo in s tem veliko svetlost točke, ki jo zadene. Nujno je, da je potencial

mrežice v začetku zelo negativen, če hočemo imeti temen zaslon.

Danes osciloskopi uporabljajo prikazovalnike na tekoče kristale. Njihova velika

prednost je majhna poraba prostora, enostavno krmiljenje ter lažji prikaz informacij.


2. ELEKTRIČNO VEZJE

Blokovno shemo digitalnega osciloskopa prikazuje slika (sl. 1.2). Vhodni signal

peljemo na vhodni selektor, s katerim določamo ali bomo signal peljali skozi kondenzator

in s tem izločili enosmerno komponento signala ali ne. Nato signal peljemo na impedančni

pretvornik, kjer zagotovimo, da ne obremenjujemo vhodnega merjenega signala. Na

nastavitvi napetostnega območja, izbiramo željeno napetostno območje. S pomikom po

Y-osi lahko kompenziramo ničelno napetost, oziroma pomikamo merjeni signal po Y-osi.

Tako pripravljen signal, nato z anologno digitalnim pretvornikom, vzorčimo s 128 vzorci

in vzorce shranimo v pomnilnik. Za vzorčenje in shranitev v vzorcev v pomnilnik, poskrbi

avtomat za vzorčenje. Z nastavitvijo časovnega območja izbiramo vzorčevalno frekvenco

in s tem časovno območje na digitalnem osciloskopu. S časovno bazo generiramo

vzorčevalno frekvenco. Sestavljena je iz oscilatorja osnovne frekvence, katero nato delimo

na večkratnike. S prožilnim vezjem nastavljamo trenutek proženja avtomata za vzorčenje.

Celotno dogajanje krmilimo z mikrokrmilnikom. Željena območja in nastavitve

na osciloskopu pa nastavljamo s pomočjo štirih tipk.

Slika 1.2: Blokovna shema digitalnega osciloskopa


2.1 Vhodni selektor

Z vhodnim selektorjm izbiramo med DC in AC načinom delovanja osciloskopa. V DC

načinu peljemo skozi ojačevalnike celoten vhodni signal, enosmerno in izmenično

komponento. Taka izbira je primerna pri opazovanju enosmernih signalov in signalov z

zelo nizko frekvenco. Prav tako je DC način primeren za opazovanje digitalnih signalov.

Vhodni selektor je prikazan na sliki (sl. 2.2).

V AC načinu peljemo opazovani signal preko kondenzatorja in s tem mu izločimo

enosmerno komponento opazovanega signala. Primerna je za opazovanje signalov z

enosmerno komponento, ki je višja od izmenične, naprimer v ojačevalnikih in gladilnih

členih napajalnikov.

Slika 2.2: Vhodni selektor

2.2 Impedančni pretvornik

Z impedančnim pretvornikom zagotovimo, da med merjenjem ne obremenimo

vhodnega signala in hkrati ne spreminjamo nivojev signala. Impedančni pretvornik nam

prikazuje slika (sl. 3.2).

Uvh Uizh

Rvh Rizh

Slika 3.2: Impedančni pretvornik


1==

VH

IZHU

u

uA (3.1)

Impedančni pretvornik ima v idealnem primeru ojačanje AU = 1, neskončno veliko

vhodno uportnost RVH = ∞ in ničelno izhodno upornost RIZH = 0.

2.3 Nastavitev napetostnega območja

Pomembnejši podatek osciloskopa je napetostno območje. Da bi lahko opazovali

signale različnih amplitud je potrebno merjeni signal prirediti vhodnemu območju AD

pretvornika. AD pretvornik, ki ga bomo uporabili je TDA8703. To je 8-bitni AD

pretvornik kateri je namenjen za video in ostale aplikacije. Poganjamo ga lahko s

frekvenco do 40MHz. Vsi digitalni vhodi in izhodi so TTL kompatibilni.

Napetostno območje smo definirali od 10mV na razdelek pa do 2V na razdelek.

Naš prikazovalnik ima ločljivost 160x128 pik. Za prikaz opazovanega signala smo

namenili 128 pik po X-osi in 128 pik po Y-osi. Osi smo razdelili še na 8 razdelkov. Ker

imamo po Y-osi 128 pik, kar lahko zapišemo s 7-bitnim binarnim številom, AD pretvornik

pa je 8-bitni, smo za prikaz namenili samo 7 najpomembnejših bitov. Torej imamo 16 pik

na razdelek.

Minimalna vhodna napetost AD pretvornika znaša 1,55V, ki na podatkovnem izhodu

ustreza desetiški izhodni kodi 0, maksimalna vhodna napetost pa je 3,26V in ustreza

desetiški izhodni kodi 255.

Izračunamo srednjo vrednost vhodne napetosti. Vhodno območje je torej od 1,55V do

3,26V, kar absolutno znaša 1,71V. Vhodno območje delimo z dva in prištejemo spodnji

vhodni meji. To je prikazano v (3.2).

=+−

= )0()0()255(

)128( 2 AD

ADAD

AD UUU

U (3.2)

VVVV

U AD 405,255,12

55,126,3)128( =+

−=


kjer je: )128(ADU - srednja vhodna napetost v AD pretvornik

)255(ADU - zgornja meja vhodne napetosti v AD pfretvornik

)0(ADU - spodnja meja vhodne napetosti v AD pretvornik

Y-os prikazovalnika razdelimo na 8 razdelkov. Za vsako napetostno območje je

potrebno izračunati ojačanje. Slika (sl. 4.2) prikazuje celotno ojačevalno vezje za

nastavitev napetostnega območja ter vezje za izbiro željenega območja s pomočjo binarne

kode V_SEL_0 do V_SEL_1.

Slika 4.2: Ojačevalno vezje za nastavitev napetostnega območja


Območje 2V na razdelek:

Izračunamo maksimalno vhodno napetost tega območja MAXU , ki smo jo lahko še

prikazovali:

VVrazdštUU OBMMAX 1682.. =⋅=⋅= (3.3)

kjer je: OBMU - izbrano napetostno območje

..razdšt - število razdelokov na Y-osi

Ojačanje, ki je potrebno, da dobimo vhodno napetost v AD pretvornik v mejah

dovoljene, pri maksimalni vhodni napetosti območja 16V/razd., dobimo iz (3.4).

1068,016

71,1)(===

V

V

U

UA

MAX

INAD

U (3.4)

kjer je: )( INADU - maksimalna amplituda vhodne napetosti v AD pretvornik

MAXU - maksimalna vhodna napetost v osciloskop pri izbranem območju

Ojačanje invertirajoče ojačevalne stopnje, za območje 2V na razdelek iz slike (sl. 4.2),

izračunamo po (3.5):

1

9

R

RA −= (3.5)

Iz (3.5) izračunamo vrednost upora R9 po (3.6). Vrednost uporov smo izbirali iz

lestvice E12 z 10% odstopanjem. Da smo se kar najbolj približali izračunani vrednosti,

smo vezali največ dva upora zaporedno.

Ω=Ω⋅=⋅= 8,10610001068,019 RAR (3.6)

Zaporedno vežemo upora 100 Ω in 6,8 Ω . Skupna vrednost uporov je 106,8 Ω .

Enako naredimo še za ostala napetostna območja:


Območje 1V na razdelek:

VVrazdštUU OBMMAX 881.. =⋅=⋅= (3.7)

2137,08

71,1)(===

V

V

U

UA

MAX

INAD

U (3.8)

Ω=Ω⋅=⋅= 7,21310002137,018 RAR (3.9)

Zaporedno vežemo upora 180 Ω in 33 Ω . Skupna vrednost uporov je 213 Ω .

Območje 500mV na razdelek:

VVrazdštUU OBMMAX 485,0.. =⋅=⋅= (3.10)

4275,04

71,1)(===

V

V

U

UA

MAX

INAD

U (3.11)

Ω=Ω⋅=⋅= 5,42710004275,017 RAR (3.12)

Zaporedno vežemo upora 390 Ω in 33 Ω . Skupna vrednost uporov je 423 Ω .


VVrazdštUU OBMMAX 6,182,0.. =⋅=⋅= (3.13)

068,16,1

71,1)(===

V

V

U

UA

MAX

INAD

U (3.14)

Ω=Ω⋅=⋅= kRAR 068,11000068,116 (3.15)

Zaporedno vežemo upora 1k Ω in 68 Ω . Skupna vrednost uporov je 1068 Ω .



1375,28,0

71,1)(===

V

V

U

UA

MAX

INAD

U (3.17)

Ω=Ω⋅=⋅= kRAR 137,210003175,2120 (3.18)

Zaporedno vežemo upora 1k8 Ω in 330 Ω . Skupna vrednost uporov je 2130 Ω .




275,44,0

71,1)(===

V

V

U

UA

MAX

INAD

U (3.20)

Ω=Ω⋅=⋅= kRAR 275,41000275,4121 (3.21)

Zaporedno vežemo upora 3k9 Ω in 330 Ω . Skupna vrednost uporov je 4230 Ω .



68,1016,0

71,1)(===

V

V

U

UA

MAX

INAD

U (3.23)

Ω=Ω⋅=⋅= kRAR 68,10100068,10122 (3.24)

Zaporedno vežemo upora 10k Ω in 680 Ω . Skupna vrednost uporov je 10k68 Ω .



375,2108,0

71,1)(===

V

V

U

UA

MAX

INAD

U (3.26)

Ω=Ω⋅=⋅= kRAR 375,211000375,21123 (3.27)

Zaporedno vežemo upora 18k Ω in 3k3 Ω . Skupna vrednost uporov je 21k3 Ω .

Zaradi lepšega pregleda rezultatov, strnemo vrednosti uporov v tabelo 1. Upor Rx v

tabeli pomeni, enega izmed izračunanih uporov za posamezno napetostno območje.


Tabela 1: Prikaz izračunanih rezultatov

Napetostno

območje [V/razd.]

MAXU [V] UA Izračunan

Rx [ Ω ]

Izbran

Rx [ Ω ]

Odstopanje

[%]

2 16V 0,1068 106,8 106,8 0

1 8 0,2137 213,7 213 1,00

500m 4 0,4275 427,5 423 1,01

200m 1,6 1,06875 1,068k 1,068k 0

100m 0,8 2,1375 2,137k 2,130k 1,00

50m 0,4 4,275 4,275k 4,230k 1,01

20m 0,16 10,6875 10,68k 10,68k 0

10m 0,08 21,375 21,37k 21,3k 1,00

2.4 Pomik po Y-osi

Funkcija pomik po Y-osi je primerna za odpravljanje težav z ničelnim odstopanjem ter

za lažje odčitavanje signala s prikazovalnika. Omogoča nam vertiakalni pomik signala na

prikazovalniku.

Za pravilno delovanje AD pretvornika je potrebno zagotoviti enosmerno napetost, na

katero bomo prištevali merjeni signal. To pa zato, ker AD pretvornik nima vhodnega

območja okoli ničle, ampak je to območje od 1,55V do 3,26V. Enosmerna napetost, ki jo

moramo zagotoviti, je srednja vrednost vhodne napetosti )128(ADU , in kot smo jo že

izračunali v (3.2), znaša 2,405V.

Pomik po Y-osi smo izvedli s spreminjanjem enosmerne napetosti )128(ADU v območju

od 1,55V do 3,26V. Vezje, ki to omogoča je seštevalnik z operacijskim ojačevalnikom in

je prikazano na sliki (sl.5.2).


Slika 5.2: Prištevanje signala enosmerni napetosti

2.5 Časovna baza in nastavitev časovnega območja

Digitalni osciloskop je namenjen za opazovanje signalov različnih frekvenc. Za bolj

optimalni prikaz ene periode opazovanega signala, je potrebno izbrati primerno frekvenco

vzorčenja. S frekvenco vzorčenja določimo, s kolikšnimi vzorci zajamemo eno periodo

opazovanega signala.

Kot smo že omenili, smo za prikaz časa na prikazovalniku namenili 128 pik. Vsak

vzorec na prikazovalniku pomeni pomik v desno za eno piko po X-osi. Kar pomeni, da

bomo za prikaz ene slike porabili čas, ki je enak 128-kratniku frekvence vzorčenja. Če še

razdelimo časovno os na 8 razdelkov, je čas enega razdelka enak eni šestnajstini

vzorčevalne frekvence. Da dobimo za časovna območja cela števila, izberemo frekvenco

oscilatorja tako, da je enaka večratniku števila 16.

Glede na preklopne čase in prenosne karateristike razpoložljivih komponent, za

oscilator določimo frekvenco 16MHz. Iz te osnovne frekvence bomo nato generirali ostale

vzorčevalne frekvence. Generiranje ostalih frekvenc in izbiro le ene od teh prikazuje slika

(sl. 6.2).


Slika 6.2: Časovna baza in izbira časovnega območja

Frekvenco iz oscilatorja razdelimo na 7 nižjih vrekvenc s števcema 74HC390 in

dobimo naslednje vzorčevalne frekvence: 8MHz, 1,6 MHz, 800kHz, 160kHz, 80kHz,

16kHz in 1,6kHz.

Za izbiro frekvenčnega območja uporabimo 8-vhodni multiplekser 74HC151. Na vhode

mu peljemo vzorčevalne frekvence ter signale za izbiro vhoda, izhod pa na avtomat za

vzorčenje. 74HC151 ima tudi negiran omogočitveni vhod, ki ga fiksno vežemo na nizek

potencial.

Izhod izbiramo s pomočjo 3-bitne kode. S 3-bitno kodo izberemo, katero izmed osmih

vhodnih frekvenc bomo imeli na izhodu. Signale za izbiro vhoda pripeljemo iz

mikrokrmilnika. Tabela 2 prikazuje izbiro frekvence vzorčenja glede na 3-bitno vhodno

kodo.


Tabela 2: Izbira frekvence vzorčenja glede na 3-bitno vhodno kodo

Vhodna koda

S2 S1 S0

Izbran vhod Frekvenca vzorčenja

0 0 0 I0 8MHz

0 0 1 I1 1,6MHz

0 1 0 I2 800kHz

0 1 1 I3 160kHz

1 0 0 I4 80kHz

1 0 1 I5 16kHz

1 1 0 I6 8kHz

1 1 1 I7 1,6kHz

2.6 Prožilno vezje

Pri osciloskopu je potrebno zagotoviti, da začnemo vzorčevati signal v enaki točki

vsake periode. Le tako bomo dobili mirujočo sliko na prikazovalniku. Zato je potrebno

vezje, ki nam bo dalo znak, ko bo merjeni signal šel skozi željeno točko. Vezje, ki nam to

omogoča prikazuje slika (sl. 7.2).


Slika 7.2: Prožilno vezje

V samem vezju je uporabljen komparator LM319. To je dvojni precizijski komparator

za sorazmerno visoke hitrosti. Njegov odzivni čas je do 80ns pri napajanju ±15V, kar

ustreza frekvenci tja do 12MHz. Ima zelo široko območje napajanja od ±5V pa do ±15V.

Izhod ima plavajoči kolektor, zato potrebuje zunanji upor, ki ga bo ob aktivnem izhodu

povlekel na logično »1«.

Upora R41 in R42 na sliki (sl. 7.2) predstavljata napetostni delilnik s katerim lahko

nastavljamo napetost od -5V do +5V. To napetost peljemo na enega izmed dveh

neinvertirajočih vhodov v LM319. Ta napetost nam služi za nastavljane točke, pri kateri

nam bo prožilno vezje prožilo. Na invertirajoči vhod LM319 pripeljemo merjeni signal, ki

ga vzamemo na izhodu ojačevalne stopnje. To pa zato, da je proženje neodvisno od

prištevanja enosmerne napetosti, ki služi za prednapetost AD pretvorniku in pomiku po Y-

osi. Upor R46 služi za dvig izhodne napetosti na logično »1« ob aktivnem izhodu. Posebno

pozornost smo namenili uporu R47, ki preprečuje prenihaj na izhodu komparatorja ob

aktiviranju le tega. Prenihaj nam je povzročal vzorčenje signala ob nepravilnem času.

Vezje deluje tako, da ko se merjeni signal izenači z nastavljeno napetostjo napetostnega

delilnika, postavi izhod na logično »1«. Ta signal pa bomo uporabili kot pogoj za začetek

vzorčenja.


2.7 Avtomat za vzorčenje

Problem pri vzorčenju z mikrokrmilnikom je ta, da je mikrokrmilnik prepočasen, za

vzorčenja signalov visokih frekvenc. Poleg tega, ko bi vzorčevali signal, nebi mogli delati

ničesar drugega. Veliko dela nam bi tudi vzela programska nastavitev časov med vzorci, za

vsako časovno območje.

Ideja avtomata za vzorčenje je, da nam na ukaz generira signale za vzorčenje in signale

za shranitev vzorcev v pomnilnik. Takšno vezje z logičnimi elementi je lahko bistveno

hitrejše od mikrokrmilnika. Čas, ki bi bil potreben za vzorčenje, je sedaj razpoložljiv za

opravljanje drugih nalog. Poleg tega je frekvenca vzorčenja odvisna samo od oscilatorja.

Blokovno shemo avtomata za vzorčenje prikazuje slika (sl. 8.2).

Slika 8.2: Blokovna shema avtomata za vzorčenje

Na eno od vhodnih linij avtomata za vzorčenje pripeljemo frekvenco vzorčenja,

CLOCK. To je dejanska frekvenca s katero vzorčimo merjeni signal. Na linijo TRIGGER

je pripeljan signal iz prožilnega vezja. Na vhodno linijo START SAMPLE pripeljemo

signal iz mikrokrmilnika. Kadar je signal START SAMPLE aktiven, upoštevamo signal

prožilnega vezja TRIGGER in začnemo z vzorčenjem. Z aktivnim signalom OE

omogočimo zunanje naslovne linije od A0 do A7, katere so vezane na naslovne linije

pomnilnika. Kadar je vzorčenje končano, se aktivira izhod END SAMPLE, kateri je vezan

na mikrokrmilnik in nazaj v notranjost avtomata za vzorčenje, ki ustavi vzorčenje. Slika

(sl. 9.2) prikazuje dejansko vezje avtomaza za vzorčenje.


Slika 9.2: Avtomat za vzorčenje

Pri višjih frekvencah se nam je pojavil problem reguliranja trenutka proženja. Linija

TRIGGER je aktivna, kadar je vhodni, merjeni signal enak ali večji od nastavljene

vrednosti proženja. Problem se je pojavil, kadar je postala linija START SAMPLE aktivna

po postavitvi linije TRIGGER. Takrat se je vzorčenja začelo, kadar se je postavila linija

START SAMPLE in ne linija TRIGER. Posledica tega je bila, da nismo mogli pravilno

nastavljati trenutek proženja. Na prikazovalniku je bilo to videti, »poskakovanje« signala

levo in desno. Pri nizkih vrekvencah ta problem ni bil tako izrazit, pri visokih pa smo lahko

izgubili velik del signala.

Problem smo rešili tako, da avtomat za vzorčenje začne vzorčevati signal samo takrat,

kadar se na vhodu pojavi prehod linije TRIGGER iz nizkega v visoko stanje, ob že aktivni

liniji START SAMPLE. Vezje, ki nam to omogoča prikazuje slika (sl. 10.2). Linijo

DC_TRIGGER uporabljamo za opazovanje enosmernih signalov. Tedaj neprestano

prožimo, neglede na vhodni signal.


Slika 10.2: Proženje ob prehodu linije TRIGGER iz nizkega v visoko

Liniji /SD in D imamo vezane na pozitivni potencial, linijo /RD pa krmilimo z linijo

START SAMPLE. Izhod TRIGGER1 se bo postavil samo ob prehodu iz nizkega v

visokostanje in če je predhodno postavljena linija START SAMPLE. Delovanje RS-celice

nam prikazuje taabela 3.

Tabela 3: Pravilnostna tabela RS-celice

VHOD IZHOD

/SD /RD CP D Q /Q

L L X X H H

L H X X H L

H L X X L H

H H ↑ L L H

H H ↑ H H L


2.8 Statični pomnilnik 62256B in vpisovanje vzorcev

Hitachi HM62256B je CMOS statični RAM. Ima 15 naslovnih linij, kar ustreza 32768

lokacij po 8 bitov. Po dostopnem času ga razvrščamo v več skupin od 45ns do 85ns.

Pomnilnik, ki smo ga uporabili ima dostopni čas 70ns, kar pomeni, da lahko beremo in

pišemo s frekvenco do 13MHz. Napajamo ga z enojno 5V napetostjo ter ima vse vhode in

izhode TTL kompatibilne. Podatkovne linije lahko postavimo v visoko impedanco.

S pomnilnikom komuniciramo po 15-ih naslovnih, 8-ih podatkovnih ter 4-ih kontrolnih

linijah. Slika (sl. 11.2) prikazuje priključne lilnije pomnilnika.

Slika 11.2: Priključne linije RAM-a HM62256B

Mikrokrmilnik dela s frekvenco 6MHz., ker pa je naša najvišja frekvenca vzorčenja

8MHz, je potrebno narediti logiko, ki je sposobna sama vpisovati vrednosti vzorcev v

pomnilnik. Problem smo rešili z enim trojnim, dvovhodnim, analognim multiplekserjem

74HC4053. Vezje ima tri analogne multiplekserje, vsak ima dva vhoda in en izhod. Z

dodatnimi tremi vhodnimi linijami izbiramo, položaj vsakega mulitiplekserja. Z

deaktiviranjem linije /ENABLE, postavimo vsa stikala v stanje visoke impedance.

Pri branju vrednosti vzorcev iz pomnilnika ni nobenih problemov, ker linije /CS, /OE in

/WE enostavno krmilimo z mikrokrmilnikom. Pri pisanju vrednosti vzorcev v pomnilnik

pa, se nam pojavi problem nezadostne hitrosti mikrokrmilnika. Rešimo ga tako, da

postavimo linijo /RD fiksno na visok nivo, liniji /CS in /WE pa združimo skupaj in ju


priklopimo na frekvenco vzorčenja. Preklop krmilimo s signalom /COUNTER_ENBLE.

Vezje za vpis vzorcev v pomnilnik s frekvenco vzorčenja, prikazuje slika (sl. 12.2).

Slika 12.2: Vpis vzorcev v pomnilnik s frekvenco vzorčenja

2.9 Mikrokrmilnik ATmega64

Mikrokrmilnik Atmega64, proizvajalca ATMEL, ima 64K zlogov programabilnega

Flash spomina. Njegova osnovna lastnost je RISC (Reduced Instruction Set Computer)

arhitektura. To je majhen nabor visoko-optimiziranih inštrukcij. Za RISC arhitekturo je

značilno, da se veliko število inštrukcij izvede v samo v eni periodi procesorjevega takta.

Pri obravnavi inštrukcije se izvede več blokov hkrati, tako se doseže večja efektivnost

izvedene inštrukcije. Za RISC arhitekturo je poleg omenjenega še značilno veliko število

registrov, s katerimi se razbremeni delovni spomin. Nekatere osnovne značilnosti

mikrokrmilnika ATmega64 so:


- napajalna napetost od 4.5V do 5.5V

- delovna frekvenca od 0Hz do 16MHz

- 64K zlogov FLASH pomnilnika

- 2K zlogov EEPROM pomnilnika

- 4K zlogov SRAM pomnilnika

- 53 programabilnih vhodno / izhodnih linij

- dva 8-bitna časovnika / števca

- dva 16-bitna časovnika / števca

- 8-kanalni, 10-bitni AD pretvornik

- analogni komparator

- programirljivi »watchdog timer« z ločljivostjo 1 do 16 bitov

- zunanje in notranje generiranje prekinitev

- 53 programirljivih V/I linij

- šest načinov spanja

- JTAG vmesnik

Na sliki (sl. 13.2), je prikazan mikrokrmilnik in linije, ki vodijo v ali iz mikrokmilnika.

Nanj so priključene linije za krmiljenje prikazovalnika, naslovno-podatkovne linije

AD0 – AD7, linije za nastavljanje napetostnega in časovnega območja, linije na katere so

povezane tipke ter ostale linije potrebne za delovanje celotnega sistema. Linij TCK, TMS,

TDO in TDI so potrebne za programiranje mikrokrmilnika. Nahaja v SMD ohišju.


Slika 13.2: Mikrokrmilnik Atmega64 in linije potrebne za delovanje sistema

2.10 Prikazovalnik na tekoče kristale

Prikazovalnik na tekoče kristale z oznako EA P160-7KEL ima ločljivost 160x128 točk.

Za komunikacijo ima vgrajen krmilnik T6963C s katerim komuniciramo preko 8-bitnega

podatkovnega vodila ter nekaj kontrolnih linij. Opis priključkov na konektorju

prikazovalnika, prikazuje tabela 4. Za napajanje logičnih vezij potrebuje pozitivno

napajalno napetost +5V, za napajanje tekočih kristalov pa uporablja negativno napajalno

napetost okoli -8V s katero tudi nastavljamo kontrast prikazovalnika.


Krmilnik T6963C je narejen za krmiljenje malih in srednjih grafičnih prikazovalnikov

na tekoče kristale. Poleg vgrajenega ROM-a s 128 znaki, lahko krmili zunanji pomnilnik

do velikosti 64K zlogov, ki ga lahko uporabimo za shranjevanje teksta, video podatkov ali

za shranjevanje lastno definiranih znakov. Na prikazovalniku lahko prikazujemo tekst,

grafiko ter različne kombinacije obeh.

Tabela 4: Opis priključkov na konektorju prikazovalnika

Priključek Simbol Funkcija

1 FG ozemljitev ohišja

2 GND nizek potencial za logična vezja: 0V

3 VDD visok potencial za logičan vezja: +5V

4 VEE napetost tekočih kristalov: -8V

5 WR Piši podatek

6 RD Beri podatek

7 CE Omogočiteveni signal

8 C/D Nizek: vhod je podatek, visok: vhod je ukaz

9 NC Ni priključeno

10 RST Ponastavi

11...18 DB0...7 Podatkovno vodilo

19 FS Izbira pisave: nizek:8x8 točk, visok: 6x8 točk

20 NC Ni priključeno


2.11 Tipke

Za upravljanje z osciloskopom uporabljamo štiri tipke in sicer UP, DOWN, MENU ter

POWER. Vezane so tako, da je ena stran tipk na masi, druga stran pa na enega od vhodov v

mikrokrmilnik. V programu gledamo kdaj je na določenem vhodu nizek potencial, kar

označuje, da je določena tipka stisnjena. S tipko MENU določamo katere nastavitve bomo

nastavljali s tipkama UP in DOWN. S tipko POWER pa vklopimo oziroma izklopimo

prikazovalnik, ter postavimo izvajanje programa na začetek.

Tipko POWER nismo nadomestili z enostavnim stikalom, ker mora biti ob vklopu

negativna napetost za napajanje tekočih kristalov, aktivna po napetosti za napajanje

logičnih vezij v prikazovalniku. Ob izklopu pa moramo negativno napetost izklopiti pred

pozitivno napetostjo, v nasprotnem primeru krajšamo življensko dobo prikazovalnika na

tekoče kristale. To krmiljene napetosti pa se da enostavno rešiti z mikrokrmilnikom,

relejem in tipko. Rešitev tega problema prikazuje slika (sl. 14.2).

Slika 14.2: Kmiljenje negativne napetosti za tekoče kristale prikazovalnika

2.12 Napajalnik

Napajalnik nam zagotavlja tri različne stabilizirane napetosti. Pozitivno in negativno

napetost amplitude 5V uporabljamo za napajanje analognega in digitalnega vezja.

Negativno napetost amplitude 8V pa uporabljamo za napajanje tekočih kristalov v

prikazovalniku. Celotno shemo napajalnika prikazuje slika (sl. 15.2).


Slika 15.2: Napajalnik

3. IZVAJANJE PROGRAMA

Program je napisan v zbirnem jeziku. V zbirnem jeziku se uporabljajo dve skupini

ukazov, izvedljive ukaze in smernice za zbirnik. Izvedljivi ukazi se neposredno preslikajo

v mikroprocesorski ukaz v strojnem jeziku medtem, ko so smernice samo ukazi

prevajalniku. Nekateri deli programa se večkrat izvajajo, zato so napisani v obliki

podprogramov. Podprogrami se prav tako uporabljajo zaradi večje preglednosti programa.

Program smo začeli s pisanjem smernic za zbirnik, s katerimi nam je bilo omogočeno

lažje pisanje in razumevanje programa. Definirali smo si spremenljivke ter rezervirali

lokacije v pomnilniku zanje. Določili smo začetek sklada v katerega smo shranjevali

spremenljivke ob izvajanju podprogramov. V inicializaciji vrat smo definirali vhodne in

izhodne linije ter dvižne upore v vratih. Na koncu smo še inicializirali prikazovalnik na

tekoče kristale ter izbrisali pomnilnik, namenjen za shranjevanje teksta in grafike.


V inicializaciji prikazovalnika smo definirali osnovne parametre za komunikacijo ter

parametre, ki določajo, kako smo na prikazovalnik prikazovali poslane podatke. Definirali

smo naslednje parametre:

- uporaba notranjega generatorja 128-ih znakov

- določitev naslova začetka grafičnega pomnilnika. Uporabljeni prikazovalnik je

razdeljen na zgornjo in spodnjo polovico. Zato naslov za zgornjo polovico znaša

0x0200 HEX, ter nalsov za spodnjo polovico 0x8200 HEX

- nastavitev grafičnega območja prikazovalnika na 20 zlogov na vrstico

- določitev naslova začetka tekstovnega pomnilnika. In sicer zgornja polovica se

začne na naslovu 0x0000 HEX ter spodnja polovica na naslovu 0x8000 HEX

- nastavitev tekstovnega območja prikazovalnika na 20 znakov na vrstico

- nastavitev zamikalnega registra na 0.

- prikazovanje grafike in teksta, ter izključitev prikazovanja kurzorja in utripanje le

tega

- nastavitev oblike kurzorja na dve liniji

Po zgoraj izvedenih rutinah, čakamo na pritisk tipke za vklop. Če je bila tipka

pritisnjena izrišemo naslovno ter po dveh sekundah še delovno sliko. Delovna slika vsebuje

mrežo, to je področje na katerem bomo izrisovali merjeni signal, ter začetne nastavitve

območij. Začetna nastavitev napetostnega območja je 2V na razdelek, časovnega območja

pa 10ms na razdelek. Na začetku še nastavimo vhodni selektor na DC delovanje, kar

pomeni, da merjeni signal ne peljemo skozi kondenzator, ter določimo sinhronizirano

proženje z vhodnim merjenim signalom. Celotno dogajanje pred izvajanjem glavnega

programa prikazuje slika (sl. 1.3).


Slika 1.3: Izvajanje programa pred prihodom v glavni program

3.1 Glavni program

Celotno dogajanje programa je koordinirano z glavnim programom. Glavni program

neprestano kliče podprograme v točno določenem zaporedju in tako poskrbi, da se celotno

dogajanje izvaja kot želimo. Osnovne naloge glavnega programa so klicanje podprogramov

za pregledovanje tipk, vzorčevanje merjenega signala, izračunavanje naslovov ter prikaz

vzorcev na prikazovalnik.

Po pregledu tipk, postavimo linijo za začetek vzorčenja. Nato opazujemo ali je avtomat

za vzorčenje postavil linijo za konec vzorčenja. Če je, gremo v rutino za izračun naslovov

ter prikaz vzorcev. V nasprotenm primeru se vrnemo z izvajanjem glavnega programa na

začetek. Dogajanje v glavnem programu prikazuje slika (sl. 2.3).


Slika 2.3: Diagram poteka glavnega programa

V glavnem programu se nam je dogajalo, da smo linijo za začetek vzorčenja postavili

še preden je bilo to končano. To smo rešili programsko s postavitvijo bita, ki se zbriše ob

izvajanju rutine za izračun naslovov in prikaz vzorcev na prikazovalniku. Ta problem se

pojavi pri nizkih frekvencah vzorčenja, ko se vzorčenje ne konča pred ponovnim

izvajanjem rutine za začetek vzorčenja.

3.2 Rutina za obravnavo tipk

Eden od podprogramov, ki ga kliče glavni program je podprogram za pregledovanje

tipk. S tem podprogramom ugotavljamo, ali je katera izmed tipk pritisnjena in če je,

ugotavljamo katera tipka je to. Nato gremo v izvajanje podprograma za obravnavo

pritisnjene tipke. Poenostavljeno rutino za obravnavo tipk prikazuje slika (sl. 3.3).

Izvajanje programa je zelo hitro. Zato se lahko zgodi, da se ob enem pritisku tipke,

večkrat izvede obravnava te tipke. Zaradi tega smo v podprogramu za obravnavo tipk

vnesli zaščito, ki preprečuje, da bi se to zgodilo.


Slika 3.3: Diagram poteka za obravnavo tipk

3.3 Rutina za izračun naslovov in prikaz podatkov

Zelo pomemben del programa predstavlja rutina za izračun naslovov, ki so potrebni za

prikaz podatkov na prikazovalnik. Vzorec, ki smo ga preberali iz pomnilnika predstavlja

vrednost na Y-osi prikazovalnika. Za pravilni prikaz vzorca na prikazovalniku, smo

vsakemu vzorcu določili vrstico ter bit v zlogu, poslanega podatka.

Pred ponovnim vpisom podatkov je bilo potrebno predhodne izbrisati. To smo storili

tako, da smo si naslove predhodnih podatkov shranjevali, ter na te naslove vpisovali

segmente mreže. Če ne bi tako postopali, bi ob brisanju predhodnih podatkov, brisali tudi

mrežo. Podrobnejši opis te rutine je prikazan na sliki (sl. 4.3).


Slika 4.3: Rutina za izračun naslovov in prikaz podatkov


4. REZULTATI MERITEV

Pomembnejši podatek pri digitalnih osciloskopih je frekvenčna karakteristika in zgornja

frekvenčna meja. Določili smo določili s pomočjo meritev. Izvedli smo jo pri normalni

občutljivosti, ter pri najvišji občutljivosti, kjer je ojačanje vertikalnega ojačevalnika

največje. Opazovali smo signal pravokotne oblike amplitude 0.9V ter 40mV. Frekvenco

smo spreminjali od 100Hz pa do 5MHz, ter opazovali spremembo in obliko amplitude

signala. Iz rezultatov meritev, ki jih prikazuje tabela 5, ter iz grafičnega prikaza meritev na

slikah (sl. 1.4), (sl. 2.4) in (sl. 3.4) lahko vidimo, da se amplituda signala z višanjem

frekvence do 0.5MHz ne spreminja.

Upadanje amplitude nastopi pri frekvencah nad 0.5MHz. Iz slike (sl. 3.4) smo določili

zgornjo frekvenčno mejo analognega dela osciloskopa (-3dB) in znaša 1.6MHz. Vendar ta

meja ne določa zgornjo frekvenčno mejo osciloskopa, ker smo omejeni z načinom

rekonstrukcije signala. To mejo bi lahko uporabili za zgornjo frekvenčno mejo

osciloskopa, če bi pri rekonstrukciji signala, uvedli eno izmed interpolacij.

Tabela 5: Rezultati meritev

Uvh = 0.9V Uvh=40mV Frekvenca [Hz] Uizh [V] Uizh [mV]

100 0.9 40 200 0.9 40 500 0.9 40 1k 0.9 40 2k 0.9 40 5k 0.9 40

10k 0.9 40 20k 0.9 40 50k 0.9 40

100k 0.9 40 200k 0.9 40 500k 0.9 40

1MHz 0.9 38 2MHz 0.9 25 5MHz 0.9 12


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,00E+01 1,00E+02 1,00E+03 1,00E+04 1,00E+05 1,00E+06 1,00E+07

Frekvenca [Hz]

Nap

etos

t [V

]

Slika 1.4: Amplituda na prikazovalniku pri opazovanem signalu amplitude 0.9V

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1,00E+01 1,00E+02 1,00E+03 1,00E+04 1,00E+05 1,00E+06 1,00E+07

Frekvenca [Hz]

Nap

etos

t [m

V]

Slika 2.4: Amplituda na prikazovalniku pri opazovanem signalu amplitude 40mV


-15

-12

-9

-6

-3

0

3

1,00E+01 1,00E+02 1,00E+03 1,00E+04 1,00E+05 1,00E+06 1,00E+07

Frekvenca [Hz]

Ojačan

je [

dB]

Slika 3.4: Razmerje med vhodnim signalom in signalom na prikazovalniku pri vhodni

napetosti 40mV

Pri veliki občutljivosti je vpliv motenj lahko resen problem. Izvori motenj so lahko

generatorji ure in njihove izhodne linije, ki jih peljemo po vezju. Zato smo tem linijam, pri

izdelavi vezja, namenili posebno pozornost. Prav tako pa je potrebno zaščititi dele vezja na

katere lahko te motje vplivajo. To smo dobro storili tako, da na opazovanem signalu, pri

največji občutljivosti, ni videti popačitev.


5. SKLEP

Naloge in cilje, ki smo si jih zadali smo v celoti izpolnili. Z osciloskopom se lepo

opazuje signale do frekvence 500kHz. Ravno tako se odlično opazuje signale nižjih

amplitud, ker motnje ne vplivajo na merjeni signal.

Nadaljnje delo in razvoj bi bil zelo zanimiv, zato si poglejmo, kateri bi bili možni

predlogi za nadaljnji razvoj:

- Frekvenčno območje opazovanja signalov bi lahko enostavno razširili s programsko

uvedbo interpolacije. S sinusno interpolacijo bi lahko takoj razširili frekvenčno

območje do frekvence 1.6MHz. To je zgornja frekvenčan meja analognega dela

osciloskopa (-3dB). Vse kar bi bilo potrebno storiti je napisati del programa za

sinusno interpolacijo.

- Za opazovanje signalov nekoliko višjih amplitud, bi bilo potrebno razširiti

napetostno območje. To bi storili z vezavo atenuatorja na vhodni del osciloskopa.

- Zanimiva rešitev bi bila uvedba programskega prožilnega vezja. Opazovani signal

bi bilo potrebno vzorčiti za nekoliko daljši časovni interval od periode merjenega

signala. Programsko pa bi nato iskali prehod signala skozi ničlo. Pri prikazu signala

bi to ničlo imeli za referenco, medtem ko bi signal začeli prikazovti z vzorci

različno oddaljenimi od reference, odvisno od nastavitve nivoja proženja. Z uvedbo

takšnega načina proženja, bi prihranili nekoliko elementov, porabljenih za prožilno

vezje.

- Prikazovalnik na tekoče kristale bi lahko izkoristili za bolšo analizo opazovanega

signala. Prikazovali bi lahko naprimer maksimalno ter minimalno vrednost signala,

periodo oziroma frekvenco signala ter ostale podatke. Zanimivo bi bilo prikazovati

napetost pri kateri se proži signal. To bi lahko izvedli z AD pretvornikom v

mikrokrmilniku. Potrebno bi bilo samo meriti enosmerno napetost, ki jo

uporabljamo za nastavitev nivoja proženja, ter jo prikazati.

- Ena od zanimivih idej za nadaljnji razvoj je prikazovanje frekvenčnega spektra

opazovanega signala. Potrebno bi bilo računati hitro Fourierjevo transformacijo.


VIRI, LITERATURA

[1] A. Orehek, Merilniki in merilne metode v elektroniki, tretja izd., TZS, Ljubljana, 2001.

[2] R. Babič, Operacijski ojačevalnik - Vrste, lastnosti in osnovna vezja, prva izd.,

Fakulteta za elektrontehniko, računalništvo in informatiko, 2001

[3] http://www.yokogawa.com/tm/pdf/gc/dl/dl_overview.pdf

[4] http://cse.stanford.edu/class/sophomore-college/projects-00/risc/whatis/index.html

PRILOGE

a) zgoščenka z naslednjo vsebino : - besedilo diplomske naloge - seznam slik - seznam grafikonov - programska koda v zbirniku

Documents

PRENOSNI DIGITALNI OSCILOSKOP - core.ac.uk · Najpomembnejši del klasi čnega osciloskopa je katodna cev, s katerim generiramo elektronski curek, ki ga lahko vertikalno in horizontalno