Двухканальная осциллографическая приставка к ПК

Двухканальная осциллографическая приставка к ПК

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию.

Двухканальная осциллографическая приставка к ПК.

Пояснительная записка

Руководитель

Подпись

Дата

Студент

Подпись

2008

Содержание

1.Разновидности аналогово-цифровых устройств

1.1Последовательный аналого-цифровой преобразователь со ступенчатым пилообразным напряжением…………………………………………………….3

1.2Аналого-цифровой преобразователь следящего типа……………………...4

1.3 Аналого-цифровой преобразователь параллельного типа ……………….5

2.Принцип работы двухканального осциллографа ………….………………..7

3.Работа LPT ……………………………………………………………………...7

3.1 Параллельный интерфейс: LPT-порт………………………………………..7

3.2 Традиционный LPT-порт…………………………………………………….9

3.3 Функции BIOS для LPT-порта……………………………………………..10

3.4 Режимы передачи данных ………………………………………….………11

3.5 Конфигурирование LPT-портов ……………………………………………11

3.6 Использование параллельных портов …………………………….……….12

3.7 Неисправности и тестирование параллельных портов ………………….12

3.8 Параллельный порт и РпР …………………………………………………13

4.Описание функциональной схемы

5.Выбор и обоснование элементной базы

6.Описание работы электрической схемы

7.Расчет параметров:

7.1мощность

7.2надежность

7.3быстродействие

1 Разновидности аналогово-цифровых устройств

1.1 Последовательный аналого-цифровой преобразователь со ступенчатым пилообразным напряжением

Структурная схема преобразователя данного типа приведена на рисунке 1.1, а.

Тактовым импульсом (ТИ) счетчик Сч сбрасывается в нулевое состояние. Нулевое напряжение Uoc = 0 возникает на выходе ЦАП, преобразующего число счетчика в пропорциональное напряжение. Устанавливается неравенство Uвх > Uос, при котором компаратор К подает на вход элемента И уровень логической "1". При этом импульсы генератора импульсной последовательности ГИП проходят через элемент И на вход счетчика. Каждый поступивший на вход счетчика импульс вызывает увеличение хранившегося в нем числа на единицу, на одну элементарную ступеньку напряжение возрастает на выходе ЦАП. Таким образом, напряжение Uос растет по ступенчатому закону, как показано на рисунке 1.1, б. В момент времени, когда напряжение Uос достигает уровня, превышающего Uвх, компаратор выдает уровень логического "0", и в дальнейшем прекращается доступ импульсов генератора в счетчик. Полученное к этому моменту времени в счетчике число пропорционально напряжению Uвx.

1.2 Аналого-цифровой преобразователь следящего типа

Рассмотренный выше тип АЦП работает в циклическом режиме. В немкаждый очередной тактовый импульс устанавливает преобразователь висходное состояние, после чего начинается процесс преобразования.Быстродействие такого преобразователя ограничивается, главным образом, быстродействием счетчика (а именно, быстродействием триггеров егомладших разрядов, в которых переключение происходит с высокой частотой).На практике часто используется нециклический преобразователь,структурная схема которого представлена на рисунке 1.2, а.

Рисунок 1.2 - Схема АЦП следящего типа (а) и диаграмма его работы (б)

Эта схема отличается от схемы преобразователя предыдущего типа тем, что в ней используется реверсивный счетчик Сч, управляемый сигналами свыхода компаратора К. При Uвх > Uос счетчик устанавливается в режим прямого счета, поступающие на вход импульсы генератора ГИП последовательно увеличивают в нем число, растет напряжение Uос, до уровня напряжения Uвх. При Uвх < Uос счетчик переводится в режим обратного счета, при котором убывает число в счетчике и, следовательно, убывает напряжение Uос, пока не будет достигнуто значение Uвх.

Таким образом, все происходящие во времени изменения напряжения Uвхотслеживаются напряжением Uос на выходе ЦАП. В необходимые моменты времени с выхода счетчика могут сниматься числа, пропорциональные значениям Uвх.

1.3 Аналого-цифровой преобразователь параллельного типа

Диаграмма работы АЦП параллельного типа представлена на рисунке 1.3, схема АЦП представлена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.3 - Диаграмма работы АЦП параллельного типа

Рисунок 1.4 - Схема АЦП параллельного типа.

АЦП параллельного типа содержит делитель, состоящий из наборапоследовательно включенных резисторов с одинаковым сопротивлением R, компараторов К и кодирующей логики. На один из входов каждогокомпаратора подается опорное напряжение Uоп, снимаемое с делителя, причем эти напряжения отличаются друг от друга на величину ? U (см.рисунок 1.3). Вторые входы компараторов объединены и на них подано входное напряжение Uвх. Работу АЦП данного типа можно рассмотреть по диаграмме, изображенной на рисунке 1.3. При достижении входным напряжением значения опорного напряжения первого компаратора U1 (момент времени t1) последний срабатывает и подает сигнал активного уровня со своего выхода на первый вход устройства кодирующей логики, на выходе которого при этом появляется число "1" в двоичном коде. При дальнейшем возрастании входного напряжения в момент времени t2 сработает второй компаратор и на выходе АЦП появится "2" и т.д. В данном случае значение ? U представляет собой шаг квантования.

2 Принцип работы двухканального осциллографа

Двухканальный осциллограф (рис. 2.1, а) дает возможность одновременно наблюдать и сравнивать на экране изображения двух сигналов одной и той же частоты либо кратных частот, из-мерять их амплитудные и временные параметры.

Осциллограф содержит два идентичных канала вертикального отклонения (рис. 2.1, а), в которые входят аттенюатор и предва-рительный усилитель. Линия задержки и оконечный У-усилитель к каналам I и II подключаются с помощью электронного коммута-тора. Канал горизонтального отклонения содержит схему синхро-низации и запуска развертки, генератор развертки и оконечный X-усилитель. Сигналы с выходов каналов поступают на вертикально и горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. Для проверки коэф-фициентов отклонения «В/дел.» каналов I и II и коэффициента развертки «Время/дел.» канала горизонтального отклонения слу-жит калибратор, который имеет внутренний и внешний выходы.

Аттенюатор -- это частотно-компенсированный делитель напря-жения, состоящий из RС-элементов, откалиброванный в коэффициен-тах отклонения «В/дел.».

Коммутатор представляет собой мультивибратор, управляет диодными ключами каналов I и II и имеет пять режимов пере-ключения: «I», «II Y--X»,

«I ± II», «...», «>>».

На экране регистрируется один сигнал в следующих режимах:

«I» -- подключен только канал I;

«II Y--X» -- подключен только канал II (выполняющий роль У-канала, а развертывающее напряжение подается на канал I, выполняя роль Х-канала);

«I ± II».-- подключены оба канала I и II (на экране регист-рируется суммарный сигнал либо разностный, если предвари-тельно инвертировать сигнал канала II);

«...» и «> >» -- на экране наблюдаются два сигнала.

В поочередном (синхронном) режиме «>>» коммутатор рабо-тает от генератора развертки. Подключение каналов к оконечно-му усилителю происходит попеременно с частотой генератора раз-вертки после каждого прямого хода развертки. Изображения сиг-налов каналов I и II поочередно сменяют друг друга, но так часто, что на экране они наблюдаются одновременно (рис. 2.1, б). Этот режим является основным при измерениях (на частотах выше 1 кГц). Недостаток поочередного режима проявляется при иссле-довании синусоидальных и импульсных сигналов с низкой часто-той повторения 150 Гц, так как глазу заметны редкие поочеред-ные мелькания изображений сигналов. Для низкого диапазона частот в осциллографе предусмотрен прерывистый (асинхронный) режим «...» работы коммутатора. В этом случае коммутатор рабо-тает с частотой 100 кГц от встроенного генератора, подключая ка-налы I и II к оконечному усилителю поочередно через каждые 5 мкс (за 10 мкс -- оба канала). Прерывистое изображение сигна-лов состоит из штрихов (рис. 2.1, в). На экране осциллографа за фрагментом изображения первого сигнала следует фрагмент изо-бражения

второго сигнала (фрагменты следуют через каждые 5 мкс). Часть информации о форме сигнала при этом теряется.

На-пример, при периоде 50 мкс (f = 20 кГц) будет зарегистрировано пять штрихов на каждом сигнале, а при периоде 5 мс (f = 200 Гц) сигнал будет практически непрерывным. Работу коммутатора в поочередном и прерывистом режимах иллюстрирует движение луча при медленной развертке 50 мс/дел. и отсутствии сигнала.

Генератор развертки работает в автоколебательном или ждущем режимах, переключатель режимов совмещен с регулято-ром «Уровень». Для исследования сигналов разных частот изме-няют масштаб «Время/дел.» горизонтальной оси, что достигает-ся изменением частоты (периода) генератора развертки. Для уменьшения минимального коэффициента развертки и растяги-вания отдельных фрагментов сигнала используют множитель развертки Мр. Новый коэффициент развертки равен произведе-нию установленного коэффициента развертки и множителя раз-вертки Мр (1 или 0,2); К'р = KРMp. Любой измеряемый вре-менной интервал равен tx = lxKpMv.

Рисунок 2.1 Структурная схема двухканального осциллографа (а), временные диаграммы, поясняющие режимы «>>» (б) и «.....» (в)

3.Работа LPT порта

3.1 Параллельный интерфейс: LPT-порт

Порт параллельного интерфейса был введен в PC для подключения принтера --LP'T-порт (Line PrinTer -- построчный принтер). Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположенных в пространстве ввода/вывода. Регистры порта адресуются относительно базового адреса порта, стандартными значениями которого являются 386h, 378h и 278h. Порт имеет внешнюю 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов.

BIOS поддерживает до четырех LPT-портов (LPT1-LPT4) своим сервисом -- прерыванием INT 17h, обеспечивающим через них связь с принтерами по интерфейсу Centronics. Этим сервисом BIOS осуществляет вывод символа, инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера.

Интерфейс Centronics. Понятие Centronics относится как к набору сигналов и протоколу взаимодействия, так и к 36-контактному разъему, устанавливаемому на принтерах. Интерфейс Centronics поддерживается большинством принтеров с параллельным интерфейсом, его отечественным аналогом является интерфейс ИРПР-М.

3.2 Традиционный LPT-порт

Традиционный порт SPP (Standard Parallel Port) является однонаправленным портом, на базе которого программно реализуется протокол обмена Centronics. Порт обеспечивает возможность вырабатывания запроса аппаратного прерывания по импульсу на входе АСК#. Сигналы порта выводятся на разъем DB-25S (розетка), установленный непосредственно на плате адаптера (или системной плате) или соединяемый с ней плоским шлейфом. Название и назначение сигналов разъема порта (табл. 1) соответствуют интерфейсу Centronics. Стандартный порт имеет три 8-битных регистра, расположенных по соседним адресам в пространстве ввода/вывода, начиная с базового адреса порта (BASE).

Таблица 1

Разъем стандартного LPT-порта.

* I/O задает направление передачи (вход/выход) сигнала порта; 0/I обозначает выходные линии, состояние которых считывается при чтении из соответствующих портов вывода.

** Символом «\» отмечены инвертированные сигналы (1 в регистре соответствует низкому уровню линии).

*** Вход Ack# соединен резистором (10 кОм) с питанием +5 В.

3.3 Функции BIOS для LPT-порта

BIOS обеспечивает поддержку LPT-порта, необходимую для организации вывода по интерфейсу Centronics. В процессе начального тестирования POST BIOS проверяет наличие параллельных портов по адресам ЗВСЬ, 378h и 278h и помещает базовые адреса обнаруженных портов в ячейки BIOS DATA AREA 0:0408h, 040Ah, 040СП, 040ЕП. Эти ячейки хранят адреса портов с логическими именами LPT1-LPT4. В ячейки 0:0478, 0479, 047А, 047В заносятся константы, задающие выдержку тайм-аута для этих портов. Поиск портов обычно ведется по базовому адресу. Если считанный байт совпал с записанным, считается, что найден LPT-порт, и его адрес помещают в ячейку BIOS DATA AREA. Адрес порта LPT4 BIOS самостоятельно установить не может, поскольку в списке стандартных адресов поиска имеются только три вышеуказанных. Обнаруженные порты инициализируются -- записью в регистр управления формируется и снимается сигнал Initff, после чего записывается значение 00h, соответствующее исходному состоянию сигналов интерфейса.

Страницы: 1, 2