Digitaalse ostsilloskoobi tööpõhimõte ja struktuur
Elektroonikatehnoloogia arenedes ja muutudes on vooluringi mõõtmise nõuded muutunud kõrgemaks, elektroonikatööstuses avastatakse, et paljude parameetrite mõõtmine ei ole multimeeter, võib olla pädev, näiteks mikrokontrolleri I / O port väljundlainekuju või võimendite tootmine selle sageduskarakteristiku mõõtmiseks ja nii edasi. Seetõttu on ostsilloskoobid loomulikult samad, mis multimeetrid ja neist on saanud elektroonikainseneride ja -huviliste jaoks vajalik tööriist.
Tööpõhimõtte ja struktuuri tutvustus
Digitaalse ostsilloskoobisüsteemi riistvaraline osa on kiire andmehõiveplaat. See võib saavutada kahe kanaliga andmesisendi, iga diskreetimissagedus võib ulatuda 60 Mbit / s. Funktsionaalselt saab riistvarasüsteemi jagada: signaali esiotsa võimendus (FET-sisendvõimendi) ja konditsioneerimismoodul (muutuva võimendusega võimendi), kiire analoog-digitaalmuunduri moodul (ADC draiver, ADC), FPGA loogikajuhtimismoodul. , kellade jaotus, kiire komparaator, MCU juhtmoodul (DSP), andmesidemoodul, vedelkristallekraan (LCD). ), andmesidemoodul, LCD-ekraan, puutetundliku ekraani juhtimine, toite- ja akuhaldus ning klaviatuuri juhtimine ja mitmed muud osad.
Sisendsignaal teisendatakse eelvõimendi ja võimendusega reguleeritava ahela abil sisendpingeks, mis vastab A/D-muunduri nõuetele. A/D-muunduri poolt teisendatud digitaalsignaal salvestatakse vahemällu FPGA või hankimismälu FIFO kaudu ning edastatakse seejärel sideliidese kaudu arvutisse järgnevaks andmetöötluseks või mida juhib otse mikrokontroller, kogutakse ja kuvatakse LCD-ekraanil. ekraan.
Võrdlusseadmed on järgmised
Nendes osades on kõige olulisem programmeeritud võimendus (summutus) ahel ja A/D teisendusahel, kuna need kaks ahelat on digitaalse ostsilloskoobi kurgus, programmeeritud võimendus (summutus) ahel määrab ostsilloskoobi sisendi ribalaiuse ja vertikaalse eraldusvõime. , A/D konversiooniahel määrab ostsilloskoobi horisontaalse eraldusvõime, mis määrab otseselt kahe eraldusvõimega ostsilloskoobi jõudluse. Need kaks vooluringi osa mõõdetakse signaale andmesignaali jaoks vajaliku töötlemisahela tagaküljele, seda vooluringi osa saab kasutada suure jõudlusega integraallülitustes ning väike arv välisseadmeid moodustavad lihtsa vooluahela konstruktsiooni, ka silumine on väga lihtne. Ostsilloskoobi kõige keerulisem osa peaks olema protseduur, see tähendab tarkvara. Tarkvara kannab kõiki digitaalse ostsilloskoobi andmetöötlus- ja juhtimisülesandeid, sealhulgas A/D diskreetimisjuhtimist, horisontaalse pühkimiskiiruse reguleerimist, vertikaalse tundlikkuse juhtimist, kuva töötlemist, tipust tippu mõõtmist, sageduse mõõtmist ja muid ülesandeid. Seda saab realiseerida kasutades tänapäeval turul väga levinud mikrokontrollerit mikroprotsessorina ja C-keeles programmeerimist.
Programmeeritud võimendusahel ja toiteahel
Signaal sisestatakse tavalisest X10X1 ostsilloskoobi sondist võimendus- (summutus) ahelasse. Programmeeritud võimendus- (summutus-) ahela roll on sisendsignaali võimendamine või nõrgendamine, et reguleerida nii, et väljundsignaali pinge A/D-muunduri sisendpinge nõuetes jääks parima mõõtmise ja vaatluse vahemikku, nii et programmeeritud võimendiahel peab määratud ribalaiuse võimenduses olema tasane. Kuna ostsilloskoobi vooluring sisaldab kahest digitaalsest ja analoogsest osast, et vältida vastastikuseid häireid, siis toiteallika digitaalne osa ja toiteallika analoogosa eraldi, et tagada ± 5 V alalisvoolu toiteallika komplekt ja induktiivsus. ja mahtuvus, mis on valmistatud filtri isolatsioonist
Välkmälu ja kellaahel
Kuna A/D-muundur salvestab suure hulga signaaliandmeid, ei piisa kasutamiseks mikrokontrolleri sisemisest välkmälust, mistõttu saab vooluahel valida kasutamiseks mõne välismälu, aga ka LCD-ekraani kirjutamise viisina. Välkmälu kasutatakse ka vahemäluna LCD kirjutamiseks. Etaldtaklla signaali saamiseks on mikrokontroller ühendatud ka kristalliga, mille abil arvutatakse välja välise lainekuju signaali tegelik sagedus.
FPGA juhtseade
FPGA-d on poolkohandatud ASIC-id, mis võimaldavad vooluringide kujundajatel programmeerida oma rakendusespetsiifilisi funktsioone. Disain kasutab kahte erinevat meetodit: skemaatiline sisend ja VHDL-sisend. Juhtplokk täidab suurema osa juhtimisülesannetest, andes igale funktsionaalsele moodulile vastavad juhtsignaalid, et tagada kogu süsteemi korrektne töö. Konkreetselt saavutage järgmised funktsioonid: sagedusjaguri vooluring ja A/D-muunduri juhtsignaalide genereerimine Andmehõivesüsteemil on lai mõõtevahemik, FPGA sees on kavandatud sagedusjaguri ahel, et saavutada mõõdetud signaalide erinevatel sagedustel erinevad diskreetimissagedused, et tagada et kogutud andmed oleksid täpsemad. Sagedusjaotusseade on realiseeritud graafilise sisendmeetodi abil ja selle sisemine struktuur on näidatud joonisel 4. Joonisel 4 on T-trigeri kasutamine sisendis 1, iga taktiserv, kui väljund hüppab sagedusjaotuse saavutamiseks . Samal ajal näeme, et T-flip-flopi sisend koosneb mõnest loogilisest kombinatsioonist, mis moodustab väravaga kella. Väravaga kellade puhul analüüsitakse kella funktsiooni hoolikalt, et vältida jäsemete mõju. Kui kaks järgmist tingimust on täidetud, on väravaga kellal garanteeritud kellasignaali ohtlike rästide puudumine, võib väravaga kell töötada sama usaldusväärselt kui globaalne kell.
A/D-muunduri konstrueerimiseks on selle juhtsignaaliks ainult kaks: kella sisendsignaal CLK ja väljundsignaali OE lubamine. CLK signaal otse läbi aktiivse kristallsisendi 60M signaali, samas kui OE signaal läbi FPGA sisemise ja CLK sama sageduse ja sama faasi kellasignaali ümberpööramine, et saada lihtsalt A/D-muunduri ajastuse muutmine. suhted.
Kiire A/D konversioon; vooluring
Digitaalse ostsilloskoobi kõige olulisem vooluring on A/D teisendusahel, selle roll on mõõdetud signaalide võtmine ja digitaalsete signaalide muundamine mällu, ütles, et see on digitaalne ostsilloskoop kurgus ei ole liiga palju, sest see määrab otseselt digitaalse ostsilloskoobi saab Nyquisti teoreemi kohaselt mõõta kõrgeimal sagedusel, mis on vähemalt 2 korda suurem mõõdetava signaali kõrgeimast sagedusest, et mõõdetavat signaali reprodutseerida. Digitaalsetes ostsilloskoopides peab diskreetimissagedus olema vähemalt 5–8 korda suurem kui testitava signaali sagedus, vastasel juhul ei saa signaali lainekuju jälgida.
