Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Europejski lider sprzedaży techniki i elektroniki.
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Miniaturowa sonda logiczna z wykrywaczem szpilek

leonow32 31 Sie 2011 13:37 13863 15
  • Miniaturowa sonda logiczna z wykrywaczem szpilek

    Ktoś na Elektrodzie zamieścił sondę mniejszą od wersji 1, więc musiałem znowu pobić rekord :) Powstały trzy wersje, różniące się jedynie obudowami elementów:
    - 0805 - wymiary sondy 7,5 x 35 mm
    - 1206 - wymiary sondy 10 x 50 mm
    - THT - wymiary sondy 15 x 100 mm
    Wersja THT została zaprojektowana specjalnie dla uczestników kursu elektroniki cyfrowej, prowadzonego przez Koło Naukowe SENSOR.

    Miniaturowa sonda logiczna z wykrywaczem szpilek Miniaturowa sonda logiczna z wykrywaczem szpilek Miniaturowa sonda logiczna z wykrywaczem szpilek

    Kiedy sonda jest podłączona do napięcia niższego niż 1,67V to świeci się dioda czerwona. Dioda zielona zapala się po podłączeniu do napięcia powyżej 3,33V. Kiedy sonda nie jest podłączona do niczego lub występuje stan nieustalony, tzn pomiędzy 1,67V a 3,33V, to świeci się dioda żółta. Wykrywacz szpilek składa się z dodatkowej diody zielonej i czerwonej. Po ustaniu sygnału wysokiego/niskiego, dioda zielona/czerwona świeci się jeszcze przez chwilę, stopniowo gasnąc przez ok 0,3 sekundy. Diody wykrywacza lekko żarzą się przez cały czas - bywa tak, że szpilki mogą być na tyle krótkie, że nie zdążą się w pełni zapalić, ale w tym przypadku widać zmiany jasności diod. Dzięki wykrywaczowi szpilek, możliwe jest wykrycie krótkich impulsów o czasie 20us.

    Wyjaśnienie schematu
    Całość jest zasilana z napięcia 5V podawanego na złącza P1 i P2. Końcówka testowa sondy jest podłączona do P3. Rezystory R1 i R2 tworzą dzielnik napięcia, który "utrzymuje" napięcie 2,5V na szpilce, aby wskazanie sondy nie zmieniało się chaotycznie, kiedy sonda wisi w powietrzu. R1 i R2 mają rezystancję 1M, dzięki czemu nawet słaby sygnał jest w stanie zmienić 2,5V na inną wartość - wystarczy palcami dotknąć wejścia sondy oraz któregoś bieguna zasilanie i sonda natychmiast zareaguje.





    Miniaturowa sonda logiczna z wykrywaczem szpilek

    LM358 to dwa wzmacniacze operacyjne, które w tym układzie pracują jako komparatory. Porównują napięcie sondy z napięciami wzorcowymi 1,67V i 3,33V uzyskanymi z dzielnika R3, R4, R5. Ktoś może powiedzieć, że w klasycznym standardzie TTL napięcia progowe wynoszą 0,8V i 2,0V - wszystko prawda. Jednak w większości obecnie stosuje się układy CMOS. Zmierzyłem napięcia progowe różnych układów jakie miałem, stare i nowe. Okazało się, że napięcia przełączeń są bardzo różne. Zdecydowałem więc wstawić dzielnik z trzech takich samych rezystorów 220k dla ujednolicenia schematu. Dlaczego 220k? O tym za chwilę.

    W stanie nieustalonym, komparator U1A ma na wyjściu 0, a komparator U1B daje 1. Powoduje to, że prąd płynie od B do A, zapalając żółtą diodę. W stanie wysokim oba komparatory dają 0, a w stanie niskim oba mają na wyjściu 1.

    Miniaturowa sonda logiczna z wykrywaczem szpilek Miniaturowa sonda logiczna z wykrywaczem szpilek

    Chęć maksymalnego zminiaturyzowania całego układu zmusza do korzystania z najprostszych rozwiązań. Wykrywacz szpilek to zwyczajny detektor szczytowy i prosty układ RC z tranzystorem. Wieźmy na warsztat najpierw wykrywacz dla stanu niskiego, czyli z czerwoną diodą. W stanie wysokim pojawia się napięcie na wyjściu U1A, które oprócz zapalania diody D3, ładuje także kondensator C3. Dioda D6 blokuje prąd, aby się "nie cofnął". Kondensator C3 z rezystorem R10 tworzą prosty układ czasowy, który rozładowuje się przez złącze baza-emiter tranzystora T2. W tym czasie T2 jest otwarty i płynie prąd przez diodę wykrywacza D7, która stopniowo przygasa w miarę rozładowywania się kondensatora C3. W stanie nieustalonym, dioda wykrywacza ma się lekko żarzyć - aby spełnić to założenie trzeba było dać rezystor 220k i do niego dobrać kondensator, aby czas gaśnięcia diody był odpowiedni. To stąd wzięły się rezystory 220k w dzielniku - dla ujednolicenia projektu.

    Wykrywacz szpilek stanu wysokiego działa tak samo, tylko że odwrotnie :) Jaka ładna symetria powstała w tym układzie! Normalnie U1B daje stan wysoki kiedy na wejściu jest stan niski lub nieokreślony. Kiedy napięcie wejściowe przekroczy 3,33V to komparator zwiera swoje wyjście do masy, co powoduje zapalenie zielonej diody D1 oraz natychmiastowe rozładowanie kondensatora C2 przez diodę D4. Tym samym otwiera się tranzystor PNP i zapala się dioda zielona D5 tak długo, kiedy kondensator jest pusty. W miarę ładowania C2 przez R9 i złącze baza-emiter tranzystora, dioda stopniowo przygasa.

    Miniaturowa sonda logiczna z wykrywaczem szpilek Miniaturowa sonda logiczna z wykrywaczem szpilek Miniaturowa sonda logiczna z wykrywaczem szpilek

    Teraz wyjaśnienie dlaczego diody wykrywacza szpilek żarzą się przez cały czas. Jest to spowodowane pewną ułomnością LM358 - otóż jego napięcie wyjściowe może zmieniać się w zakresie od 0 do 3,8V i więcej nie da rady (przy zasilaniu z 5V). Przez to cały czas płynie niewielki prąd przez bazę tranzystora PNP T1, R9, D4 do wyjścia komparatora U1B. Jednak żadna strata - obserwując zmiany jasności diod wykrywacza, można zauważyć nawet bardzo krótkie szpilki.

    Montaż
    Zmontowanie układu nie powinno stwarzać żadnych problemów. Wszystkie drobne elementy są w obudowach 1206 lub 0805, scalak LM358 jest w SO8, a tranzystory w SOT23. Nie potrzeba wiercić ani jednego otworu. Jeżeli ktoś jeszcze nie próbował lutowania SMD to bardzo zachęcam - to jest prostsze niż lutowanie elementów przewlekanych!

    Miniaturowa sonda logiczna z wykrywaczem szpilek Miniaturowa sonda logiczna z wykrywaczem szpilek

    Zamieszczam wszystkie pliki projektowe z programu KiCAD (jak ktoś jeszcze raz zapyta czemu eagle tego nie otwiera to zabije) oraz PDF gotowy do wydruku.

    Korzystając z okazji zapraszam na moją stronę Leon Instruments, gdzie znajdziecie więcej darmowych projektów!

    Załączniki:

    Fajne!
  • #2 31 Sie 2011 16:40
    miszczo997
    Poziom 27  

    Bardzo ładni Ci to wyszło. Stosując elementy smd tej wielkości chyba nie da się zrobić mniejszej płytki. Mam pytanie od strony praktycznej. Czy wygodnie jest posługiwać się taką sondą, czy to tylko "sztuka dla sztuki"? Czy wersja tht nie była już wystarczająco mała i poręczna?

  • #3 31 Sie 2011 17:14
    Szymon Tarnowski
    Poziom 27  

    Projekt ładnie zrealizowany i przemyślany ALE:
    1. ja osobiście nie używam takiego sprzętu od circa 10 lat, w dobie tanich multimetrów cyfrowych przyrząd wydaje się zbędny, (do wykrywania impulsów mam oscyloskop)
    2. co do wykrywania impulsów to jeśli to jest istotne to układ można zrealizować wewnątrz małego mikroprocesora 8 nóżkowego (albo SOT23!). Wtedy odpadnie dzielnik rezystancyjny i te dodatkowe tranzystory, a całość można ograniczyć do procesora, diód LED i rezystorów (chociaż pewnie używając software-PWM można by się ich na upartego pozbyć).
    Co do szczegółów realizacji to:
    * wykorzystać przetwornik ADC do "pomiaru" stanu logicznego
    * do wykrywania szybkich impulsów wykorzystać komparatora (i wbudowanego modułu Vref)
    * do wykrywania jeszcze szybszych impulsów użyć wejścia przerwań, można by wykrywać impulsy rzędu 1us, trzeba by tu dopracować jeszcze problem poziomu napięć, ale myślę że bez żadnych elementów też by działało.

    Zakładam że w przypadku impulsów nie jest istotne pokazywanie wypełnienia więc wystarczy wykrywanie jednego typu przejścia. Są jednak procesory z 2 komparatorami (tylko trzeba dodać dodatkowe źródło Vref), kwestia gustu.

    PS jestem przeciwnikiem używania mikroprocesorów do tak banalnych celów, ale w tym przypadku nie jest krytyczne ani pobór prądu ani cena, a mały rozmiar mógłby być priorytetem.

  • #4 31 Sie 2011 18:48
    eurotips
    Poziom 33  

    Wiesz co, lipa ta twoja trzecia wersja.
    Mógłbyś chociaż dorzucić obsługę logiki 3-voltowej czyli całej rodziny LV którą ostatnio wypiera inne.

  • #5 31 Sie 2011 21:09
    Klima
    Poziom 30  

    No układ bardzo fajny do trenowania. Na jakim wydziale to koło?
    Zastrzeżenia - piszesz, że wykrywa toto "nawet" impulsy 20us. Jeśli to nie pomyłka, to taki próbnik nie ma sensu - współczesne mikrokontrolery wykryją taką szpilkę za pomocą ADC i jeszcze parę innych rzeczy w międzyczasie tak zwanym pokażą. Użyłeś makabrycznie wolnego wzmacniacza, w dodatku puszczasz go w nasycenie. Lepiej dać prawdziwy komparator. Poza tym, te starsze wzmacniacze, komparatory "nie lubieją" pracować z napięciami wejściowymi blisko szyn zasilania - działają wtedy wolniej. To można rozwiązać łatwo, dając oddzielne zasilanie. Ale podsumowując - układ świetny dla żółtodziobów, wszystko ładnie widać, a w dodatku urządzenie miga.

  • #6 31 Sie 2011 21:15
    398216
    Usunięty  
  • #7 31 Sie 2011 21:21
    1078231
    Usunięty  
  • #8 31 Sie 2011 22:54
    leonow32

    Poziom 29  

    Niby dlaczego waszym zdaniem sonda jest niewygodna? Jest mała i wszędzie się ją wciśnie. Dobrze pasuje do plątaniny kabli na płytce stykowej. Jak dla mnie sonda w wersji 0805 jest bardzo wygodna.

    LM358 zastosowałem z tego powodu, że jest tani i dostępny w każdym sklepie elektronicznych. Ta sonda to nie jest fachowy instrument pomiarowy tylko zwykła prosta czujka i nic więcej.

  • #9 01 Wrz 2011 08:21
    Krater28
    Poziom 17  

    Witam
    Nic nie jest za małe - im mniejsza tym lepsza bo tak jak kolega napisał - wszędzie ją można wcisnąć. Doceniam poświęcony czas na zaprojektowanie płytki - wiem ile potrafi to zabrać godzin żeby zaprojektować jakiś super mały układ gdzie nie można już nic wcisnąć i to bez żadnej zworki. Może ten nie jest zbyt skomplikowany... ale zacięcie do miniaturyzacji też trzeba mieć żeby go zaprojektować...

    :arrow: leonow32
    A nie można by zastosować układu LM393 - też jest bardzo łatwo dostępny...

    Do kolegów którzy krytykują - mógłbym prosić o podanie linków do jakichś lepszych/idealnych sond - choćby na procesorach? Nie musi być tak mała ale chciałbym zobaczyć dla porównania parametrów. Mam ochotę wykonać sobie jakąś dobrą sondę, ale te co oglądałem to zawsze mają coś nie tak...

  • #10 01 Wrz 2011 10:33
    Moriarti
    Poziom 11  

    Cześć

    Moim zdaniem nie warto pchać uC w sondę logiczna. Bo i po co komplikować układ nadmiernie. Lepiej znacznie rozbudować system ochrony układu wejściowego, oraz zasilania. Przed zbyt wysokim napięciem, oraz zasilanie przed odwrotnym podłączeniem. Mnie się to zdarza nader często.

    Co do zasadność stosowania Sondy Logicznej, wydaje mi się sprawą dość oczywista że jest to przyrząd zdecydowanie poręczniejszy, niż multimetr, czy oscyloskop. Szczególnie że od razu wiemy czy napięcie które mierzymy odpowiada poziomowi logicznemu, jest zdecydowanie szybsze niż Multimetr - który zazwyczaj wykonuje 2 pomiary na sekundę.

    Po drugie Układ do "łapania przebiegów", który wykrywa Glicze - krótkie impulsy, czas impulsu rzędu 10ns (dodatnie czy ujemne), jest ZDECYDOWANIE poręczniejszy niż SZYBKI Pasmo minimum 300 MHz (minimum 3 harmoniczna, rekomendowana 5 - ta), nie mówiąc już o cenie. No i dobrym ustawieniu oscyloskopu na złapanie takowego. Klasycznym mikrokontrolerem już nie chwycisz takiego urwisa.
    W sondzie takiej można rozpoznać jakie jest wypełnienie przebiegu , po tym jak diody wykrywające zbocze opadające i narastające migają.


    HP i Tektronix maja takie w swojej ofercie

    Polecam lekturę :

    HP Journal -> http://www.hpl.hp.com/hpjournal/pdfs/IssuePDFs/1976-12.pdf
    Jest w nim też dość ciekawy przyrząd Current Cracer
    Proszę zwrócić uwagę na parametry sondy logicznej, i zastosowane zabezpieczania.

    oraz HP Bench Brief
    http://www.hparchive.com/Bench_Briefs/HP-Bench-Briefs-1977-09-10.pdf

    Kilka ciekawych schematów:
    http://ozitronics.com/docs/k24.pdf
    http://www.pololu.com/catalog/product/314


    Pozdrawiam
    Moriarti

  • #11 01 Wrz 2011 12:36
    elektryk101
    Warunkowo odblokowany

    Świetny projekt, bardzo przydatny dla kogoś kto zajmuje się układami cyfrowymi.


    Krater28 napisał:

    A nie można by zastosować układu LM393 - też jest bardzo łatwo dostępny...

    LM358 to podwójny wzmacniacz operacyjny, a LM393 to komparator...

  • #12 01 Wrz 2011 13:51
    Krater28
    Poziom 17  

    elektryk101 napisał:
    Świetny projekt, bardzo przydatny dla kogoś kto zajmuje się układami cyfrowymi.

    Krater28 napisał:

    A nie można by zastosować układu LM393 - też jest bardzo łatwo dostępny...

    LM358 to podwójny wzmacniacz operacyjny, a LM393 to komparator...

    Kolega albo słabo czyta posty albo nie ogarnął tematu i zgubił wątek...
    Moja propozycja była wynikiem postu kolegi Klima:

    Klima napisał:
    (...)Użyłeś makabrycznie wolnego wzmacniacza, w dodatku puszczasz go w nasycenie. Lepiej dać prawdziwy komparator. Poza tym, te starsze wzmacniacze, komparatory "nie lubieją" pracować z napięciami wejściowymi blisko szyn zasilania - działają wtedy wolniej. To można rozwiązać łatwo, dając oddzielne zasilanie. (...)

    oraz odpowiedź kolegi leonow32

    leonow32 napisał:
    (...)LM358 zastosowałem z tego powodu, że jest tani i dostępny w każdym sklepie elektronicznych.(...)

    W związku z tym zaproponowałem tani i ogólnodostępny komparator typu LM393

  • #13 01 Wrz 2011 16:56
    leonow32

    Poziom 29  

    LM393 jest również tani i ogólnodostępny, ale jest tu jeden mały haczyk - ma wyjście z otwartym kolektorem. Trzeba by trochę zmodyfikować schemat, żeby go zastosować. Drugi problem jest taki, że w obecnej wersji, dwa wzmacniacze sterują trzema diodami. Trzeba było by dodać rezystory podciągające wyjście i/lub inne rozwiązanie, a dodatkowe elementy zajmowały by dodatkowe miejsce.

    Zamiast LM358 można by wstawić jakiś nowoczesny i szybki komparator. Jednak to nie wszystko! Wykrywacz szpilek składa się z detektora szczytowego i prostego układu z tranzystorem. D4 i D6 trzeba by zastąpić szybkimi diodami Schottkyego, a tranzystory BC847 i BC857 można by wymienić na szybsze i polowe zamiast bipolarnych.

    Jednak... czy nie byłby to wtedy przerost formy nad treścią? Priorytetem była miniaturyzacja układu i niski koszt wykonania.

  • #14 02 Wrz 2011 14:12
    Klima
    Poziom 30  

    leonow32 napisał:
    LM393 jest również tani i ogólnodostępny, ale jest tu jeden mały haczyk - ma wyjście z otwartym kolektorem. Trzeba by trochę zmodyfikować schemat, żeby go zastosować. Drugi problem jest taki, że w obecnej wersji, dwa wzmacniacze sterują trzema diodami. Trzeba było by dodać rezystory podciągające wyjście i/lub inne rozwiązanie, a dodatkowe elementy zajmowały by dodatkowe miejsce.

    Zamiast LM358 można by wstawić jakiś nowoczesny i szybki komparator. Jednak to nie wszystko! Wykrywacz szpilek składa się z detektora szczytowego i prostego układu z tranzystorem. D4 i D6 trzeba by zastąpić szybkimi diodami Schottkyego, a tranzystory BC847 i BC857 można by wymienić na szybsze i polowe zamiast bipolarnych.

    No nikt nie mówi, że byłby to "drop in replacement".

    leonow32 napisał:
    Jednak... czy nie byłby to wtedy przerost formy nad treścią? Priorytetem była miniaturyzacja układu i niski koszt wykonania.

    Ojej, wziąłeś to za bardzo do siebie. Nikt nie mówi, że zrobiłeś układ bez sensu. Ma on jakieś zastosowanie praktyczne, choć ja jednak wolę oscyloskop. Zwróciłem tylko uwagę, że podobny układ można zrobić na komparatorze i powinien on działać znacznie szybciej. Napisałem też przecież, że bardzo fajny układ zrobiłeś.

  • #15 02 Wrz 2011 16:07
    Paweł Es.
    Pomocny dla użytkowników

    Błagam o zaprzestanie dalszej miniaturyzacji układu, bo trzeba będzie do niego dołączać: pensetę uchwyt i lupę (oczywiście obie w wersji SMD ;)

    Można by na wejściu dodać rezystor 2.2k do +Vcc z przyciskiem, do sprawdzania układów z otwartym kolektorem.

  • #16 02 Wrz 2011 16:53
    leonow32

    Poziom 29  

    Klima napisał:
    Ojej, wziąłeś to za bardzo do siebie. Nikt nie mówi, że zrobiłeś układ bez sensu. Ma on jakieś zastosowanie praktyczne, choć ja jednak wolę oscyloskop. Zwróciłem tylko uwagę, że podobny układ można zrobić na komparatorze i powinien on działać znacznie szybciej. Napisałem też przecież, że bardzo fajny układ zrobiłeś.


    Luzik ;) tylko wyjaśniłem czemu jest LM358 a nie coś innego :)

 
Black Friday do -15%
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Ferguson