Każdy elektronik z czasem osiąga poziom zaawansowania, przy
którym przestaje wystarczać do pomiarów zwykły multimetr.
Rozpoczyna się wtedy kompletowanie wyposażenia pracowni
elektronicznej. Jako pierwszy planujemy oscyloskop, potem
generator itd. A gdyby tak spróbować samemu wykonać
niektóre z tych urządzeń a może jedno uniwersalne? Baza
elementowa jest obecnie tak obszerna, że łatwo można dobrać
i zakupić konieczne podzespoły.
Proponujemy zatem budowę Minikombajnu Pomiarowego. To
nie tylko oscyloskop i generator ale również zestaw narzędzi
pozwalających uruchamiać większość prostych układów
elektronicznych. Do dyspozycji otrzymujemy m.in. oscyloskop,
generator, analizator widma, multimetr i analizator stanów
logicznych.
Właściwości
Zasilanie:
• pobór prądu: praca 35mA... 40mA, w spoczynku
PA
0
40
PA
1
41
PA
2
42
PA
3
43
PA444
PA51
PA62
PA73
PB0 4
VC
C
9
PC
O
10
PC
1
11
PC
2
12
PC
3
13
PC
4
14
PC
5
15
PC
6
16
PB3 7
G
N
D
8
PB2 6
VC
C
19
PD020
PD121
PD222
PD323
PD424
PD525
PD626
PE
1
29
PD727
PE
0
28
G
N
D
30
VC
C
31
PE
2
32
PE
3
33
PDI_DATA 34
RESET/PDI_CLK 35
PR
0
36
PR
1
37
PB1 5
PC
7
17
G
N
D
18
G
N
D
38
AV
CC
39
U3
ATXmega32A4
R61.1k 1%R4220R 1% L147u
C17
1.8n
C16
330p
1
2
3
4
8
U4A
AD8532ARZ
R111.1k 1%R7220R 1% L247u
C19
1.8n
C18
330p
5
6
7
8
4
U4B
R5
30k 1%
R10
30k 1%
R3
150k
R9
150k
Z1
BNC
Z2
BNC
Vb
at
VSS
GND C6
100u
C5
100u
C2
100u
C7
100n
C4
100n
R13
330R 1%
L3100u C23
2.2n
C24
330p
1
2
3
4
8
U5A
AD8532ARZ
Z3
BNC
R25
3.3k 1%
R26
1.1k 1%
X1
8MHz
C26
22p
C27
22p VSS
VSS
VDD
R22
49R9 1%
VSS
VDD
VSS
VDD
R14
8x1k
R21
Vbat
VSS
VS
S
1
VD
D
2
C8
6
3
D
7
4
D
6
5
D
5
6
D
4
7
D
3
8
D
2
9
D
1
10
D
0
11
RD
12
W
R
13
A
0
14
LCD 132x64
RE
S
15
CS
1
16
D
A
17
D
K
18
U1
LCD132x64
R1
33
0R
VDD
VSS
C25
4.7n
IN
GND
OUT
U21117 ADJ
GND
GND
GND
GND
GND
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
P5
Logic I/O
VSSVSS
1 2
3 4
5 6
P4
PDI
D3
3.6V
D2
3.6V
D1
3.6V
GND
VSS
Vbat
C3
100n
C1
100u
C8
100n
C9
100n
C10
100n
C11
100n
C12
D4
D5
D6
D7
D8
GND2
Keys
P7 P11 P12
GND2
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10
100n
C13
100n
C14
100n
VDD
VSS
1
2
P1
Power
R2
820k 1%
R8
820k 1%
R24
49R9 1%
R23
4k99 1%
S11
SW 3POZ
1 2 3
P3RS232
VSS
P10P8 P9
P2
Keys
GND
C20
100n
C21
100n
C22
100n
Vbat
R12
330R 1%
VSS
GND
C15
100n
R27
1k
L4
10u
AVCC
AV
CC
GND
-
Opis układu
Rys. 1. Schemat ideowy MKP
Schemat ideowy przyrządu przedstawiony jest na rysunku 1.
Można na nim wyróżnić kilka bloków: zasilanie, układ
wejściowy ADC, układ wyjściowy DAC, złącze I/O, interfejs
użytkownika oraz klawiatura matrycowa 2x5 z diodami, które
zapobiegają zwarciom i pozwalają na poprawny odczyt z kilku
klawiszy naciśniętych równocześnie. Całością zarządza
mikrokontroler ATXMEGA32A4. Wszystkie układy peryferyjne
zasilane są z mikrokontrolera, stąd VDD połączone jest z pinem
PA4. Pozwala to znacznie ograniczyć prąd, wyłączając
urządzenia programowo. Podłączenie masy do wyjścia
stabilizatora U2 to sztuczna masa. Takie rozwiązanie ze
sztuczną masą znacząco upraszcza cały układ, gdyż nie są
potrzebne dodatkowe linie zasilające lub konwertery napięcia
ujemnego. Diody Zenera D1 i D2 chronią przed przepięciami,
mogącymi pojawić się przy nieprawidłowym wykorzystaniu
układu.
Minikombajn Pomiarowy ma dwa kanały dla badanych
sygnałów. Oba są identyczne, sygnał ze złącza Z1 trafia na
dzielnik złożony z rezystorów R2, R3 i R5 o impedancji
wejściowej 1MΩ. Na wejście wtórnika U4 wędruje napięcie
podzielone 33 razy. AD8532 jest wzmacniaczem Rail to Rail,
czyli zdolnym do pracy w całym zakresie napięć zasilających. A
więc zarówno na wejściu, jak i wyjściu może pojawić się
poziom VSS lub VDD. Skoro potencjał między GND a VSS
wynosi 1,25V, to można założyć, że maksymalna amplituda
sygnału wejściowego nie powinna przekraczać 1,25V*33 =
41,25V. Dla pewności przyjmijmy 40V. Z zastosowaniem sondy
10x będzie to odpowiednio 400V. Za wtórnikiem znajduje się 3-
biegunowy filtr dolnoprzepustowy RLC. Składają się na niego
elementy R4, R6, C16, C17 i L1. Częstotliwość graniczna tego
filtru wynosi 330kHz. W ten sposób zredukowane zostaje
zjawisko aliasingu dla najwyższych częstotliwości próbkowania.
W torze wyjściowym sygnał cyfrowy zostaje przekształcony na
analogowy. Napięcie referencyjne DAC pobierane jest z masy
układu – pin PB0. W przypadku ADC punktem odniesienia była
masa sygnałowa. Tutaj sygnałem odniesienia jest po prostu
ujemny biegun zasilania mikrokontrolera VSS. Stąd zakres
napięć na wyjściu DAC wynosi 0...+1,25V względem VSS.
Sygnał z wyjścia PB2 trafia na filtr dolnoprzepustowy RLC,
również 3-biegunowy, lecz o częstotliwości granicznej 500kHz.
Wzmacniacz U5A wzmacnia sygnał 4-krotnie, a filtr tłumi
sygnał dwukrotnie (dzielnik R12–R13). Za wzmacniaczem
operacyjnym znajduje się jeszcze rezystor 49,9Ω, co daje
wyjściową impedancję około 50Ω. Mamy tam też dodatkowy
dzielnik rezystorowy o tłumieniu 100x, który można włączyć
przełącznikiem S11. Tuż przed samym złączem znajduje się
jeszcze kondensator. Wraz z rezystorem R22 lub R24 tworzy on
kolejny filtr dolnoprzepustowy. W skład portu wejść/wyjść
logicznych.wchodzi złącze P5 oraz rezystory R14 –R21 o
wartości 1kΩ. Do wyświetlania wszelkich danych wykorzystano
popularny graficzny wyświetlacz LCD o rozdzielczości 132x64
ze sterownikiem SPLC510C. Ma podświetlenie LED, które
sterowane jest sygnałem PWM na pinie PE1 z włączonym
szeregowo rezystorem R1. Do portu wyświetlacza podłączona
jest także klawiatura. Jej stan jest odczytywany, gdy LCD jest
nieaktywny.
2
Montaż i uruchomienie
Podczas montażu szczególną uwagę należy zwrócić na wartości
elementów w filtrach antyaliasingowych i dzielnikach. Dla
oscyloskopu są to: R2...R11, C16... C19, L1, L2, natomiast dla
generatora: R12, R13, R22...R26, C23...C25 oraz L3. Inna wartość
elementów w dzielnikach oznacza nieprawidłowe wartości
napięć. W przypadku filtrów sprawa wygląda jeszcze gorzej,
Całość składa się z kilku płytek drukowanych, z czego dwie
pełnią funkcję obudowy. Pozostałe dwie to płyta główna i
płytka z przyciskami, przedstawione na rysunku 2. Montaż jest
typowy i nie powinien przysporzyć kłopotów. Montaż
przeprowadzamy w standardowy sposób, zaczynając od
elementów najniższych. Kondensatory i cewkę na dolnej
stronie płytki lutujemy dopiero po umieszczeniu wszystkich
elementów SMD na stronie górnej. Nie jest to oczywiście
reguła, ale znacznie poprawia komfort w trakcie montażu, jeśli
nie używamy uchwytu do płytki. Z racji tego, że urządzenie jest
w sumie proste, całość prac nie powinna sprawić żadnych
problemów.
Na płytce klawiatury diody lutujemy zgodnie z polaryzacją jak
na schemacie, przyciski i na końcu złącza. W następnej
kolejności lutujemy elementy w kolejności od najniższych po
najwyższe. Kondensatory i dławik na dolnej stronie płytki
najlepiej wlutować na sam koniec. Gdy już płytki będą gotowe,
składamy całość, ale jeszcze bez przykręcania śrubami.
gdyż zniekształceniu ulega charakterystyka częstotliwościowa i
