Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Oscyloskop cyfrowy Siglent SDS1104X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Uniwersalna przystawka do testowania układów analogowych i cyfrowych

Kubald 05 Lis 2012 21:37 10035 2
  • Uniwersalna przystawka do testowania układów analogowych i cyfrowych

    Nauka podstaw elektroniki cyfrowej i analogowej składa się z części ściśle teoretycznej oraz z eksperymentów prowadzonych w laboratorium wyposażonym w oscyloskopy, generatory funkcyjne czy zasilacze laboratoryjne – przy ich pomocy można badać charakterystyki podstawowych elementów elektronicznych: diod, tranzystorów, wzmacniaczy operacyjnych czy układów cyfrowych. Niestety, tego typu wyposażenie jest często poza zasięgiem instytucji edukacyjnych czy hobbystów, ze względu na wysokie koszty. Dlatego autor postanowił zbudować relatywnie tanią przystawkę do badania podstawowych elementów analogowych i cyfrowych. W założeniu takie urządzenie miało być samodzielnym układem, kosztującym mniej niż $40, zbudowanym w oparciu o łatwo dostępne elementy i łatwym w wykonaniu.

    Stworzona przystawka, nazwana w skrócie ATE (Automatic Test Equipment) posiada następujące cechy: wbudowany procesor sygnałowy dsPIC30F4011, dostępny interfejs szeregowy do łączenia z komputerem, sześć wejść analogowych (±10V, 10 bitów rozdzielczości, impedancja typ. 1 MΩ, szybkość próbkowania 2 MS/s), trzy wyjścia analogowe (±10V, 10 bitów rozdzielczości, szybkość przetwarzania 20 kHz, dwa wyjścia o wydajności prądowej 10 mA i trzecie – 200 mA), cztery buforowane wejścia/wyjścia cyfrowe, zasilanie z zasilacza komputerowego (SMPS), konfiguracja i obsługa całkowicie z poziomu komputera. Całość urządzenia zamknęła się w kwocie $35.

    Schemat blokowy

    Uniwersalna przystawka do testowania układów analogowych i cyfrowych

    Powyżej pokazano schemat blokowy przystawki ATE. Ze względu na łatwą dostępność i możliwość dostarczania napięć do badanych układów jako zasilanie wykorzystano zasilacz komputerowy, dodatkowo linie +5V, +12V i -12V wyposażono w bezpieczniki. Przystawka może być przyłączona do dowolnego, dostępnego portu szeregowego w komputerze lub poprzez konwerter USB<->RS232. Komunikacja z przystawką przebiega z wykorzystaniem autorskiego programu twórcy.

    Testowany układ może być przygotowany np. na płytce stykowej i zasilany z odpowiednich złącz przystawki. Zasilanie układu badanego podawane jest po przełączeniu odpowiedniego przycisku w przystawce.





    Uniwersalna przystawka do testowania układów analogowych i cyfrowych Uniwersalna przystawka do testowania układów analogowych i cyfrowych

    Możliwe eksperymenty

    Uniwersalna przystawka do testowania układów analogowych i cyfrowych

    Na powyższej liście można znaleźć podstawowe 32 eksperymenty, które mogą zostać dokonane z użyciem omawianej przystawki. Jest to np. zdejmowanie charakterystyki diod i diod Zenera, tranzystorów, triaków, badanie wzmacniaczy w konfiguracji odwracającej i nieodwracającej, badanie mostka Wiena, przerzutnika J-K czy timera 555.

    Oprogramowanie

    Uniwersalna przystawka do testowania układów analogowych i cyfrowych Uniwersalna przystawka do testowania układów analogowych i cyfrowych

    Z poziomu komputera przystawka sterowana jest przy użyciu programu napisanego przez autora. Oprogramowanie pozwala m.in. na ustawianie opcji dot. komunikacji z przystawką, manualny tryb sterowania, zautomatyzowany tryb pomiarów, tryb wykreślania wyników, tryb „burst” (gdzie dane wysyłane są „paczkami” do mikroprocesora, a następnie podawane na odpowiednie wyjścia; zaś dane z wejść rejestrowane są również grupami przez mikroprocesor, następnie wysyłane są do oprogramowania – pozwala to ominąć limit szybkości wynikający z zastosowania portu szeregowego), tryb oscyloskopu (można badać przebiegi do 50 kHz) i tryb kalibracji.

    Schemat przystawki

    Uniwersalna przystawka do testowania układów analogowych i cyfrowych

    Schemat całej przystawki pokazano powyżej.

    Do zasilania urządzenia wykorzystano, jak już wspomniano, wykorzystuje się zasilacz komputerowy. Dodatkowo, generowane są napięcia +9V, +5V oraz -2,5V (jako napięcie do kompensacji stopni analogowych).

    W przypadku procesora dsPIC30F4011, wykorzystane zostały wbudowane w procesor przetworniki A/D (AN2-AN8), przetwornik DAC sterowany jest za pomocą PWM z wykorzystaniem 4 pinów procesora, dodatkowo przewidziano też jeden pin jako wejście przerwania dla kanału 1. przetwornika A/D. Procesor taktowany jest kwarcem 6 MHz.

    Układ wejść/wyjść analogowych został zbudowany z wykorzystaniem wzmacniaczy operacyjnych. Dzięki zastosowaniu rezystorowego dzielnika napięcia uzyskano impedancję wejściową ok. 1 MΩ, podawane na wejście napięcie z zakresu ±10V dzielone jest przez 8. Po dalszych przekształceniach wejściowym napięciom z zakresu ±10V odpowiadają napięcia 0-5V, bezpośrednio podawane na przetwornik A/D procesora.

    Wykrywanie przerwań zrealizowano na komparatorze, pracującym jako komparator z histerezą i rezystorem w pętli sprzężenia zwrotnego. Wykrywanie przerwań jest przykładowo wykorzystywane w trybie pracy przystawki jako oscyloskopu, do wykrywania rosnącego lub opadającego zbocza.

    Wejścia/wyjścia cyfrowe są buforowane za pomocą układu 54LS244, co zapewnia ochronę portów mikroprocesora.

    Przetwornik D/A bazuje na impulsach o zmiennej szerokości, generowanych przez mikroprocesor. Sygnał PWM podawany jest na filtr dolnoprzepustowy. W układzie pracuje przetwornik generujący napięcia ±10V, o rozdzielczości 10 bitów i przetwarzaniu 20 kHz. Taki przetwornik wykazuje dobrą liniowość, rzędu 20 mV (LSB) i dokładność wynoszącą ±40 mV.

    Buforowane wyjście analogowe zrealizowano następująco: sygnał PWM różniczkowany w układzie RC i odwracany przy użyciu wzmacniacza operacyjnego podawany jest na wejście wzmacniacza S/H (sample and hold) LF398. Wyjście układu LF398 połączone jest z wejściem odwracającym wzmacniacza LF357, na którego wyjściu znajduje się bufor w postaci wzmacniacza przeciwsobnego w klasie B, zbudowanego na dwu tranzystorach. Taki wzmacniacz jest wzmacniaczem nieodwracającym o wzmocnieniu równym jeden. Dodatkowe dwa tranzystory i rezystory pełnią funkcję ogranicznika prądu (do 300 mA).

    Gotowe urządzenie

    Na poniższych fotografiach można zobaczyć gotową przystawkę ATE. Film prezentuje działanie gotowego urządzenia i oprogramowania.

    Uniwersalna przystawka do testowania układów analogowych i cyfrowych Uniwersalna przystawka do testowania układów analogowych i cyfrowych


    Link


    Na stronie źródłowej można znaleźć także schemat (duży format), wzory płytek (PDF i Gerbery), instrukcję obsługi i montażu, wsad do procesora oraz oprogramowanie dla komputera.


    Fajne!
  • Oscyloskop cyfrowy Siglent SDS1104X
  • #2 06 Lis 2012 11:35
    Demmo
    Poziom 16  

    Rewelacyjny projekt, widać mnóstwo włożonej pracy. Mając taką przystawkę można pokusić się o automatyzację testu serii urządzeń, tj. aplikacja musiałaby pozwalać na dodawanie kolejnych kroków i porównywanie odpowiedzi urządzenia. Wrzucamy na wstępie poprawnie działający egzemplarz, ustawiamy wymuszenia i rejestrujemy odpowiedzi jako wzorzec. Można by też ustawiać jakiś próg poprawności dla sygnałów analogowych.
    Potem odłączamy wzorcowe urządzenie i podłączamy kolejno całą serię do testu - aplikacja+przystawka realizując zaprogramowane kroki sprawdza, czy wszystko jest poprawnie zmontowane i skalibrowane. Super :)

  • Oscyloskop cyfrowy Siglent SDS1104X
  • #3 06 Lis 2012 15:57
    marek1846
    Poziom 14  

    Projekt rzeczywiście rewelacyjny, ale jak sam autor pisze stworzony został na potrzeby edukacyjne. To naprawdę super sprawa dla kogoś kto na sucho, czyli za pomocą prostych programów symulacyjnych, poznał podstawy, a teraz chciałby sprawdzić jak zachowuje się np komparator, gdy zmienia się poszczególne wartości. Natychmiastowy wynik. Na stronie autora jest też kilka innych ciekawych projektów.
    Do tego dokumentacja jak w najbardziej renomowanych firmach.