Разработка электронного осциллографического блока

Осциллограф (лат. oscillo — качаюсь и graph – пишу) – контрольно–измерительный прибор для исследования и визуализации электрических сигна-лов, а также определения их параметров в реальном времени. Осциллограф, позволяет проводить визуальный контроль таких характеристик, как форма, период, амплитуда, полярность или длительность сигнала, а и значительно упростить процедуру настройки электронных устройств.

Основная задача осциллографа – построение временной зависимости напряжения сигнала U(t) – осциллограммы. И если первые осциллографы дава-ли только качественную информацию о форме сигнала, то последующие моде-ли дали возможность количественного отображения графической формы на от-калиброванных осях, такие как изменение амплитуды сигнала или оценка ско-рости этих изменений. Следующим этапом развития этого прибора были мно-гоканальные осциллографы, которые позволили проводить временные сравне-ния и анализ различных типов сигналов.

Как и любой прибор, осциллограф прошел многие этапы разработки и улучшения всех функций и возможностей, таких как обработка сигналов, улучшение синхронизации, высокая степень дискретизации, функции управле-ния и т. д.

Классификация осциллографов возможна по нескольким параметрам, например, по методам обработки входного сигнала они делятся на аналоговые и цифровые (обычные и стробоскопические), по количеству лучей - на однолу-чевой, двухлучевой и т.д. (N-лучевой осциллограф имеет N сигнальных входов и может одновременно отображать N графиков на экране).

Основная информация, полезная пользователю, отображается на дис-плее осциллографа, который находится на передней панели вместе с кнопками управления, контактами, рычагами. Для удобства использования на дисплеях нанесена маркировка в виде градуированной сетки - горизонтальная шкала X в s (сек), вертикальная шкала Y в V (V), иногда также третья шкала Z, которая привязана к интенсивности или яркости дисплея.

С графиком на экране пользователь может легко:

 определить напряжение и время сигнала;

 вычислить частоту колебаний периодического сигнала;

 изучить сигнал для потока постоянного или переменного тока;

 судить о наличии шума на фоне сигнала и контролировать измене-ния во времени этого шума.

В дополнение к дисплею на передней панели осциллографа имеется па-нель управления, которая обычно разделяется на три секции для управления измерениями: для вертикального сканирования, для горизонтального сканиро-вания и для уровня синхронизации. Кроме того, панель содержит элементы управления дисплеем и разъемы для двух каналов и внешний канал синхрони-зации.

Современные осциллографы оснащены по меньшей мере двумя вход-ными каналами, что позволяет одновременно контролировать изменения двух электрических сигналов во время работы или сравнивать исследуемый сигнал с откалиброванным сигналом. При наличии нескольких каналов существует так-же возможность отображения изменения напряжения одного сигнала относи-тельно другого. Такие возможности особенно полезны при работе с полупро-водниковыми элементами, например диодами, и в этом случае можно отобра-зить зависимость изменения интенсивности тока от напряжения, так называе-мые цифры Лиссажу.

Целью исследования является разработка электронного осциллографи-ческого блока до принципиального уровня, а также управляющей программы.

Объектом исследования является дискретизация аналогового сигнала.

Предметом исследования является использование микроконтроллеров для осуществления электрических измерений.

В процессе исследования должны быть решены следующие задачи:

 произведена постановка задачи;

 проведен обзор литературы по теме работы;

 проведен анализ альтернативных решений реализации осциллогра-фического блока;

 разработаны электрические схемы прибора на структурном, функ-циональном и принципиальном уровнях;

 разработан алгоритм работы прибора под управлением програм-мы.

Практическим результатом исследования будет являться электрическая принципиальная схема прибора и управляющая программа, обеспечивающая его работу по заданному алгоритму.