Miniatuur - Elektor · 38 | januari / februari 2013 | Analoog We beginnen met het analoge deel...

•Projects

36 | januari / februari 2013 | www.elektor-magazine.nl

Deel 1

Miniatuur geheugen-oscilloscoop

De MDO100 is een digitale geheugenoscilloscoop met miniatuur-afmetingen. De meetwaarden worden weergegeven op een grafisch display van 128 x 64 pixels met backlight en de intuïtieve bediening komt overeen met die van professionele apparatuur. Er zijn uitgebreide meetmogelijkheden en de weergegeven golfvormen kunnen op een micro-SD-kaart worden opgeslagen.

Ontwerp en tekst: ELV Elektronik AG

Copyri

ght E

lektor

mini-scoop

www.elektor-magazine.nl | januari / februari 2013 | 37

De digitale geheugenoscilloscoop heeft op dit moment de analoge oscilloscoop voor het grootste deel van de markt verdreven omdat de digitale versie veel meer meetmogelijkheden heeft en de prijs ervan de laatste jaren flink is gedaald. Desondanks vormt de aanschaf van een oscilloscoop voor de hobbyist nog steeds een flinke investering. Bij incidenteel gebruik en als er geen al te hoge eisen aan de meetresultaten worden gesteld is de aanschaf van een professioneel apparaat vaak niet lonend. De in dit artikel beschreven MDO100 is een goedkope oscilloscoop in zakformaat die is ontworpen voor de hobbyist en geschikt is voor signalen tot 300 kHz. Het apparaat beschikt over een grafisch display, heeft uitgebreide meetmogelijkheden en biedt de mogelijkheid om het spanningsverloop op een micro-SD-kaart op te slaan.De bediening van de MDO100 is erg eenvoudig en is geïnspireerd op de bediening van professionele apparaten. De afzonderlijke bedieningsfuncties worden met verlichte druktoetsen opgeroepen en de instellingen kunnen met een draai-encoder worden aangepast. Dit in tegenstelling tot veel in de handel verkrijgbare apparaten waarbij met een paar toetsen nogal omslachtig door uitgebreide menu’s moet worden genavigeerd.Terwijl bij de meeste handmeetapparaten speciale meetprobes nodig zijn, kunnen bij de MDO100 standaard-probes op een BNC-connector worden aangesloten.De tijdbasis kan op 12 meetbereiken worden ingesteld en de signalen worden met 2 Msamples per seconde gedigitaliseerd. Uiteraard kan op zowel een positieve als een negatieve flank worden getriggerd en kan er met cursorparen worden gemeten, waarbij de onderlinge afstand in tijd en in spanning wordt weergegeven. Ook zijn met de MDO100 automatische metingen mogelijk: frequentie, gemiddelde waarde, effectieve waarde, top-top, positief maximum en negatief maximum.

WerkingsprincipeWe beginnen met een kort overzicht van het werkingsprincipe van de geheugenoscilloscoop en de belangrijkste verschillen met oudere analoge apparaten.Bij een digitale geheugenoscilloscoop (Digital Storage Oscilloscope, DSO) wordt het gemeten signaalverloop niet direct op het beeldscherm getoond, maar eerst in digitale vorm in een geheugen opgeslagen. Het principe van de

gegevensverwerking bij een DSO is in figuur 1 weergegeven. Het analoge ingangssignaal wordt eers t in ampl i tude aangepast (versterkt of verzwakt) en vervolgens met vooraf gedefinieerde tussenpozen afgetast, gedigitaliseerd en opgeslagen. Het bepalen van een geschikt triggerpunt gebeurt daarna op basis van de opgeslagen informatie. Dit heeft ten opzichte van de analoge variant het voordeel dat ook meetpunten die vóór het eigenlijke triggerpunt liggen op het beeldscherm kunnen worden weergegeven. Naast de betere en uitgebreidere triggermogelijkheden hebben DSO’s nog meer voordelen ten opzichte van de analoge varianten, waarbij een van de belangrijkste voordelen is dat het signaalverloop eenvoudig kan worden opgeslagen. Hierdoor kunnen de meetgegevens op een later tijdstip verder worden verwerkt en indien gewenst naar een ander medium worden overgebracht.Een ander voordeel is dat moderne digitale oscilloscopen in staat zijn om met de verzamelde

Ingangssignaal

Voorversterking Digitalisering Trigger-detectie OutputData-acquisitie

Figuur 1. Blokschematische opzet van de gegevensverwerking in een digitale geheugenoscilloscoop.

Technische eigenschappen MDO100

Aantal kanalen: 1Koppeling: AC, DCAmplitudemeting: Max. 30 VMaximale ingangsspanning: 50 V (DC + AC piek)Ingangsbandbreedte: 300 kHzSampling-rate: 2 Msamples/sSignaalingang: BNC-connectorInstelling tijdbasis: 12 bereiken van 5 µs/div tot 1 s/divMeetbereiken: 6 (100 mV/div, 200 mV/ div, 500 mV/

div, 1 V/ div, 2 V/ div,5 V/ div)Triggermodus: Auto, Normal, SingleTriggerflank: Positief, negatiefGegevensopslag: Micro-SD-kaartDisplay: Grafisch display 128 x 64 pixelsmet backlightExtra indicatoren: 6 x druktoetsverlichting, 3 LED’sBedieningsorganen: 7 druktoetsen, draai-encoder met

toetsfunctieTemperatuurbereik: -20 °C tot +40 °CVoedingsaansluiting: 7,5...14 VDC, 200 mA (via netadapter)Afmetingen (b x h x d): 140 x 60 x 26 mm

Copyri

ght E

lektor

•Projects


AnaloogWe beginnen met het analoge deel (figuur 2). Dit bestaat voornamelijk uit de signaalvoorbewerking, waarbij het ingangssignaal zodanig wordt versterkt of verzwakt dat het door de A/D-converter van de microcontroller optimaal kan worden verwerkt. De besturing van deze voorbewerking wordt gerealiseerd met de in serie geschakelde schuifregisters IC2 en IC13, waarbij een derde in serie geschakeld schuifregister in het digitale gedeelte zorgt voor de aansturing van de verschillende LED’s in het apparaat (met uitzondering van D15).De schuifregisters worden door het digitale deel van de schakeling bestuurd, waardoor deze als het ware de interface vormen tussen het analoge en het digitale deel. Ze dienen echter niet alleen voor de instelling van de versterking of verzwakking, maar ook met behulp van het R2R-netwerk R15...R28 voor het genereren van een offset-spanning waarmee het signaal kan worden verschoven.Bij het aanpassen van de amplitude wordt schuifregister IC2 zodanig gevuld dat het meetsignaal steeds optimaal aan de ingang van de A/D-converter is aangepast.

gegevens verschillende berekeningen uit te voeren. Van het eenvoudig bepalen van de maximale waarde tot complexe Fourier-analyse: alles is mogelijk en op het display kunnen de resultaten van de berekeningen direct worden weergegeven.Natuurlijk heeft de digitale oscilloscoop niet alleen maar voordelen. Door de digitalisering wordt het signaal in kwantiseringsstappen verdeeld die soms zichtbaar zijn, waardoor het weergegeven signaal niet overeenkomt met de werkelijkheid.Een ander nadeel is dat het signaal niet continu maar met tussenpozen wordt afgetast. Dat kan aliasing-effecten tot gevolg hebben of maken dat snelle signaalveranderingen en/of korte pieken in het signaal niet kunnen worden vastgelegd.Deze algemeen bekende nadelen wegen echter niet op tegen de vele voordelen, zodat de analoge variant waarschijnlijk binnen afzienbare tijd volledig van de markt zal verdwijnen.

De schakelingDe schakeling van de MDO100 is ruwweg in drie delen op te splitsen: een analoog deel (figuur 2), een digitaal deel (figuur 3) en de voeding (figuur 6).

Figuur 2. Het analoge deel van de

schakeling.

+3.3V

R14 47

K

R310K

R361K

R37 1K

R351K

R34 1K

C16

10p50V

R9

249R

R10

150R

R11

100R

R31 1K

R32 1K R33 1K

C2

250V100n D1

BAT43

D2

BAT43

-5V

R7

100K

R4

909K

+5V

T2

BC848C

R5

10K

R6

10K

C31

25V100n

C27

25V100n

+5VA

-5V

C29

100n25V

C37

100n25V

+5V

24K

R17

12K

R16

24K

R19

24K

R21

24K

R23

24K

R25

24K

R27

24K

R15

12K

R18

12K

R20

12K

R22

12K

R24

12K

R26

25V100n

C30

+3.3V

D15

120R

R46

+3.3V

C40

1n50V

REL2

5V 1x UM

+5V

T3

BC848C

R55 10

K

IC7EL5411

4

11

1

3

2

IC7

EL5411

A +

+

- B 7

5

6

IC7

EL5411

+

+

-

C 8

10

9

IC7

EL5411

+

+

-

D14

12

13

IC7

EL5411

+

+

-

+5VA

-5V

LL4148

D16

LL4148

D17

BU1

BNC

REL1

5V 1x EIN

101

15

IC6

74HCT4053

C2

7

6

IC6

74HCT4053

16

8

EN

Analog/Digital

B 1113

12 14

IC6

74HCT4053

9

5 4

IC6

74HCT4053

A3

R28

24K

R541K

IC13

1111213147654

910

15

2

3

74HC4094

Qs2Qs1Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Data In

OE

Strobe

Clock

IC1316

874HC4094

IC274HC4094

8

16

IC2

74HC4094

3

2

15109

456714131211

1


OE

Strobe

Clock

C46

10p50V

C60

10p50V

D20

BAT43

D21

BAT43

+3.3V

R601K

50V10p

C1

1p550V

C3

CLOCK

STROBE

NO-DSATADLCD-RES

CLOCK

STROBE

ADC-IN

DIR

Copyri

ght E

lektor

mini-scoop


Het in amplitude aangepaste signaal wordt vervolgens toegevoerd aan de niet-inverterende ingang van opamp IC7C die het signaal met een factor 3 versterkt.Door IC13 en het bijbehorende R2R-netwerk R15...R28 wordt een gelijkspanning geleverd die door IC7A wordt gebufferd. Deze gelijkspanning komt samen met het meetsignaal bij een sommatieversterker (IC7B) terecht, waarvan de uitgang het signaal voor de ingang van de A/D-converter levert. Op de uitgang van IC7B en dus ook op de A/D-converter-ingang van de controller staan spanningen die altijd tussen 0 en 3 V liggen.

In de meetbereiken van 100 tot 500 mV is relais REL2 zo geschakeld dat het signaal van de ingangsconnector via CMOS-schakelaar IC6A en weerstand R3 direct op de niet-inverterende ingang van buffer IC7D terecht komt. Bij de andere meetbereiken wordt REL2 omgeschakeld, waardoor het signaal eerst door spanningsdeler R4/R7 met een factor tien wordt verzwakt. Na deze ruwe indeling in een groot en een klein meetbereik wordt dit aan de uitgang van de buffer met behulp van R9...R11 verder aangepast.De gewenste deelverhouding wordt met CMOS-schakelaars IC6B en IC6C gekozen, waarbij de schakelinstellingen door IC2 worden geleverd.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

LCD1

KA

VEE/RESCS2CS1DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0

ER/W

D/IV0

VCC

GND

5

4

2

3

1

DR1

ABC

+5V

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

CR1

IRLML6401

T1

25V100n

C13

1u10V

C12

100K

R2

10K

R38

100p50V

C11

10K

R40

10K

R39

+3.3V

50V100p

C10

50V100p

C9

50V100p

C8

50V100p

C7

100p50V

C6

1

2

3

4

5

6

PRG1

+UB

RSTTXRXBOOT

GND

10KR1

+3.3V

100K

R43

8 MHz

1

2

3

Q1

390R

R41

BAT43

D11

BAT43

D12

+3.3V

+3.3V

100n25V

C35

100n25V

C36

100n25V

C34

100n25V

C33

+3.3V

6R8

R42

25V100n

C15

+5V

25V100n

C26

25V100n

C39

+5V

+5V

46

45

44

43

42

41

40

39

38

37

34

33

32

31

30

29

28

27

26

25

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

7

6

5

4

3

2

1

STM32F103C8T6

IC1

NRSTBOOT0

VBAT

PD0 OSC_INPD1 OSC_OUT

PB15PB14PB13PB12PB11PB10PB9

PB1PB0

PB2 BOOT1PB3 JTDO

PB4 JNTRSTPB5PB6PB7PB8

PA0 WKUP

PC15 OSC32_OUTPC14 OSC32_IN

PC13 TAMPER RTC

PA15 JTDIPA14 JTCK SWCLKPA13 JTMS SWDIOPA12PA11PA10PA9PA8PA7PA6PA5PA4PA3PA2PA1

48

47

36

35

24

23

9

8STM32F103C8T6

IC1

AGND

AVccVccVcc Vcc

GND GND GND

+5V

TA1

TA2

TA3

TA4

TA5

TA6

TA7

TA5LED gruen

TA2LED gruen

TA3LED gruen

TA1LED gruen

TA6LED gruen

TA4LED gruen

R45120R

R48120R

R50120R

R52120R

R51120R

R49120R

R47120R

R44120R

D13

D14

IC3

74HCT245

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

1920VCC

GND

B7B6B5B4B3B2B1B0

A7A6A5A4A3A2A1A0

DIR

/OE

IC15

74HCT245

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

1920VCC

GND

B7B6B5B4B3B2B1B0

A7A6A5A4A3A2A1A0

DIR

/OE

+3.3V

ST1

C41

10u16V

+ C42

25V100n

R56 10

K

C43

100n25V

74HC4094

3

2

15109

456714131211

1

IC14


OE

Strobe

Clock

74HC40948

16

IC14

5K

R57

2019181716151413121110987654321

Stiftleiste

ST2

50V1n

C49

50V1n

C51

50V1n

C47

50V1n

C53

25V10n

C48

25V10n

C50

25V10n

C52

25V10n

C54

10n25V

C58

10n25V

C57

1u10V

C56

1u10V

C55

ESD9B5.0ST5G

D18

ESD9B5.0ST5G

D19

10n25V

C59

SD-CLK

SD-MOSI

SD-MISO

PB4

PA15

PA13

SD-DETECT

SD-CS

PA14

PB3

SD-ON

PA13PA14PA15

NRST

ADC-INCLOCKDATAPB3PB4

STROBESD-DETECT

SD-CLKSD-MISOSD-MOSI

SD-CS

LCD-RES

CLOCK

STROBE

NRST

DIR

Data IN

Figuur 3. Het digitale deel van de schakeling.

Tabel 1 Ingangsspanningen en hun weg door de schakeling

UINVolt/DIV

REL2 IC6AIC7

pen 14IC6B IC6C

IC7 pen 10

IC7 pen 8

0,6 V 0,1 Laag Laag 0,6 V Hoog X 0,6 V 1,8 V

1,2 V 0,2 Laag Laag 1,2 V Laag Hoog 0,6 V 1,8 V

3,0 V 0,5 Laag Laag 3,0 V Laag Laag 0,6 V 1,8 V

6,0 V 1 Hoog Laag 6,0 V Hoog X 0,6 V 1,8 V

12,0 V 2 Hoog Laag 12,0 V Laag Hoog 0,6 V 1,8 V

30,0 V 5 Hoog Laag 30,0 V Laag Laag 0,6 V 1,8 V

Copyri

ght E

lektor

•Projects


Het in de MDO100 toegepaste grafische display (LCD1) heeft een resolutie van 128 x 64 pixels en bevat drie interne controllers. Eén controller bedient de linkerkant van het display, een andere de rechter en de derde controller zorgt voor de aansturing van de juiste regels. In figuur 4 is het blokschema van het display te zien.Elk pixel van het display correspondeert met een bit in het geheugen, zodat in theorie elke pixel afzonderlijk kan worden aangestuurd. In de praktijk is dit echter niet zo eenvoudig omdat het geheugen via acht datalijnen wordt bestuurd en er dus steeds acht pixels tegelijk moeten worden geschreven. Daarom wordt er een afbeelding van het display-geheugen in SRAM gemaakt, waarin de gegevens snel kunnen worden gewijzigd, en vervolgens wordt deze afbeelding met regelmatige tussenpozen in zijn geheel naar het display-geheugen verplaatst. Het display wordt byte voor byte zijwaarts aangestuurd. Eén pagina is 8 pixels hoog en strekt zich uit over de hele breedte van het display.Het display heeft zoals eerder vermeld een voedingsspanning van 5 V nodig en genereert intern de benodigde negatieve spanning. Met instelpotmeter R57 kan het contrast worden ingesteld.Condensatoren C15, C26, C39, C43, C57 en C58 dienen voor het onderdrukken van hoogfrequente storingen.Op de SPI-interface van de microcontroller kan een micro-SD-geheugenkaart worden aangesloten. De kaartconnector (CR1) is op de print gemonteerd. De desbetreffende aansluitpennen zijn direct met de microcontroller verbonden en via transistor T1 wordt de kaart indien nodig van spanning voorzien. C12, C13, C55 en C56 dienen voor storingsonderdrukking en afvlakking, D18 beschermt tegen statische ontladingen op de kaartconnector.De LED’s van de druktoetsen evenals D13 en D14 worden via schuifregister IC14 geactiveerd.De MDO100 wordt bediend met zeven druktoetsen en een draai-encoder met toetsfunctie. De toetsen worden door de microcontroller gemultiplexed gescand. D11 en D12 dienen hierbij als ontkoppeling. Deze manier van aansluiten in twee groepen van vier toetsen spaart I/O-aansluitingen op de controller. De draai-encoder (DR1) is op twee aparte I/O-pennen aangesloten. Op ieder van deze twee pennen ontstaat bij verdraaiing van de encoder een blokgolfsignaal en uit de positie van deze signalen ten opzichte van elkaar

Tabel 1 geeft voorbeelden van de aanpassing van het ingangssignaal op zijn weg door de schakeling, met de bijbehorende instellingen van REL2 en de CMOS-schakelaar.

DigitaalHet digitale deel van de MDO100 is in figuur 3 weergegeven. Het hart van de schakeling wordt gevormd door microcontroller IC1. Het gaat hier om een STM32F103C8T6 van STMicroelectronics. Deze microcontroller heeft een 32-bits Cortex-M3 CPU-kern en beschikt over 64 KB flash- en 20 KB SRAM-geheugen.De controller bevat een groot aantal geïntegreerde randapparaten, waaronder twee 12-bits A/D-converters die voor de instellingen 5 µs/div en 10 µs/div in ‘dual-mode’ worden gebruikt (zie kader). De op de controller aangesloten level-shifters IC3 en IC15 zijn nodig voor de communicatie tussen het display en de microcontroller. Zonder niveau-aanpassing zou dit niet werken, omdat de microcontroller met een voedingsspanning van 3,3 V werkt en het display met 5 V. Het signaalniveau van de microcontroller is met 3,3 V te laag om het display aan te sturen en in het omgekeerde geval hebben meldingen van het display aan de microcontroller met 5 V een te hoog niveau. Aanpassing van het niveau is dus noodzakelijk.Het kloksignaal wordt opgewekt met behulp van de keramische resonator Q1 (8 MHz) en weerstand R41. In de controller wordt de klok vervolgens omgezet naar 56 MHz.

pixels

Figuur 4. Blokschema van het display

van de MDO100.

Copyri

ght E

lektor

mini-scoop


A/D-converters in de STM32F103C8T6

In de microcontroller van de MDO100 bevinden zich twee 12-bits A/D-converters die bij de tijdbasisinstellingen 5 µs/div en 10 µs/div in ‘dual-mode’ worden gebruikt. De gekozen instelling is hierbij ‘fast interleaved’, waarbij beide ADC’s het aan de ingang aangeboden signaal afwisselend maar overlappend converteren om zo een hogere snelheid te bereiken.In de figuur is een vereenvoudigde voorstelling te zien van continue conversie van een signaal in dual-mode.Bij de andere tijdbasisinstellingen (>10 µs) kan de gewenste datarate al met één ADC worden bereikt. Dual-mode is in dat geval niet nodig.In de twee kleinste tijdbasisinstellingen wordt de continue modus gebruikt. Bij deze instelling wordt een nieuwe waarde geconverteerd zodra de vorige conversie is afgesloten. Omdat de conversie een constante tijd inneemt, wordt met deze methode een zeer gelijkmatig tijdraster verkregen. Als deze instelling niet is geactiveerd moet iedere conversie van buitenaf worden getriggerd. Bij tijdbasisinstellingen groter dan 10 µs/div wordt de triggering van de A/D-converter door een timer uitgevoerd.Bij alle tijdbasisinstellingen groter dan 1 ms/div wordt de ADC-interrupt steeds geactiveerd als een conversie is afgelopen. De bijbehorende ISR zorgt er vervolgens voor dat de gegevensverwerking na een bepaald aantal interrupts - en dus een even groot aantal nieuwe meetwaarden- wordt gestart. Voor tijdbasisinstellingen kleiner dan 5 ms/div zouden deze interrupts te snel na elkaar komen en er voor zorgen dat het systeem alleen nog maar met de behandeling van interrupts bezig zou zijn. Daarom wordt in dat geval de ADC-interrupt gedeactiveerd en in plaats daarvan de DMA-interrupt gebruikt.

Meer informatie en bestellen: www.elektor.nl/shop

ARM-Microcontrollers (deel 2)Een ideaal boek voor iedereen die op een eenvoudige manier C en het gebruik van een mbed ARM micro-controller wil leren, rechtstreeks op internet zonder ingewikkelde software installatie. De projecten in dit boek zijn bedoeld voor gevorderden op het gebied van ARM microcontrollers of de programmeertaal C. Dit wil zeggen dat de kennis uit deel 1 van deze serie bekend verondersteld wordt.

Bijbehorende starterkit is los verkrijgbaar.228 pagina’s • ISBN 978-90-5381-292-1

€ 39,50 voor Elektor-leden € 35,55

HUIJZER COMPONENTSTel 072 - 561 14 46 [email protected] Fax 072 - 562 40 44 WWW.HUIJZER.COM

D I S P L A Y S

T F T - L C D

KORTE LEVERTIJD OF UIT VOORRAAD LEVERBAAR.

L C D / L E D

G R A F I S C H E - L C D

V I K A Y • S E I K O • S H A R PD I S P L A Y - E L E K T R O N I KE L E C T R O N I C - A S S E M B L Y

Advertentie

Copyri

ght E

lektor

•Projects


voor het display en de niveau-omzetters IC3 en IC15. Hierbij dienen C19 en C25 voor afvlakking en C17, C18, C23 en C24 voor onderdrukking van hoogfrequente storingen.Voor het analoge deel van de schakeling is een spanning van ±5 V nodig. De positieve spanning wordt geleverd door spanningsregelaar IC12, waarbij filter R58/C45 voor extra storingsonderdrukking zorgt. De negatieve spanning wordt geleverd door spanningsregelaar IC10 die wordt gevoed door IC12. Ook hier dient een filterschakeling (R59/ C44) voor verdere storingsonderdrukking.

In het volgende deel van dit artikel gaan we in op het bedieningsconcept en de menustructuur van de MDO100, en sluiten we af met een beschrijving van opbouw en afregeling van deze kleine oscilloscoop.

(120669)

kan de draairichting worden bepaald. In figuur 5 zien we het signaalverloop op de poortpennen bij verschillende draairichtingen.De JTAG-verbinding met de microcontroller die tijdens de ontwikkeling voor programmeren en debuggen diende, is bij normaal gebruik niet nodig. Daarom is connector ST2 niet op de print gemonteerd. De nog niet genoemde condensatoren in de schakeling dienen voor storingsonderdrukking.

VoedingIn figuur 6 zien we de eenvoudige voeding van de MDO100. Op connector BU2 moet een gelijkspanning worden aangesloten die ligt tussen 7,5 en 14 V. Via D10, die beschermt tegen verkeerde polariteit, en zekering SI1 komt de ingangsspanning terecht op bufferelco C22 en op de ingangen van spanningsregelaars IC11 en IC12.Op de uitgang van IC11 is +3,3 V beschikbaar voor de voeding van de microcontroller en bijbehorende randapparatuur en de uitgang van IC12 levert een gestabiliseerde spanning van +5 V

BU2

Power DC

D10

1N4001

SI1

1AT

C22

1m16V

+

C19

10u16V

+

C23

100n25V

C24

100n25V

C18

100n25V

C17

100n25V

IC10

TPS60400

53

2 1

4

CFly+CFly-

OUTIN GND

C14

1u10V

C20

1u10V

-5V

+3.3VIC11

HT-7533GND

IN OUT

25V100u

C44 +

+5VA+5V R5833R

R5933R

100u25V

C25 +

10u6,3V

C21

100u6V3 SMD Tantal

C45 +

IC12

MC7805GND

IN OUT

Draairichtingrechtsom

Rustpunten

Draairichtinglinksom

Figuur 5. Het signaalverloop op de

poorten PC13 en PC14 hangt af van de draairichting van

de encoder.

Figuur 6. Het voedingsgedeelte.

Copyri

ght E

lektor

•Projects

24 | maart 2013 | www.elektor-magazine.nl

Ontwerp en tekst: ELV Elektronik AG

De opbouw van de MDO100 is niet echt inge-wikkeld en snel uit te voeren omdat de SMD-onderdelen zijn voorgemonteerd. Er moeten alleen bedrade onderdelen met de hand worden ingesoldeerd.De eerste stap bestaat uit het monteren van de polariteitsbescherming D10 en de elco’s. Let hier-bij op de juiste polariteit, want verkeerd gemon-teerde elco’s kunnen uitlopen of zelfs exploderen. Zoals in figuur 1 is te zien worden de elco’s C22, C41 en C44 liggend gemonteerd.Ook bij de montage van de druktoetsen met LED moet op de juiste polariteit worden gelet. De kathode is met een kleur aangegeven. Vervol-gens wordt C2 bij de voorversterker gemonteerd.De draai-encoder (DR1) en de connector voor de netadapter moeten vlak tegen de print aan lig-gen voordat ze worden vastgesoldeerd (figuur 2). Hetzelfde geldt voor de reed-relais REL1 en REL2 (figuur 3).Instelpotmeter R57 wordt vervolgens rechtop

gemonteerd. Bij de montage van LED’s D13 t/m D15 (let op de polariteit, de lange aansluitpen is de anode) moet een afstand van 19,5 mm worden aangehouden tussen de top van de LED en het oppervlak van de print (figuur 4). Een op maat geknipt strookje karton kan hierbij als mal dienen.Bij de volgende stap wordt het montagehoek-stuk voor de BNC-connector met een flinke hoe-veelheid soldeertin vastgezet (figuur 5). Zorg er hierbij voor dat het hoekstuk exact is uitge-lijnd. Vervolgens wordt de BNC-connector vast-geschroefd en wordt de penaansluiting met een stukje montagedraad met de print verbonden.De kant-en-klaar geleverde displaymodule van de MDO100 is in figuur 6 weergegeven. Aan de onderzijde zitten drie in een zwarte massa inge-goten display-controllers. Voor de montage van het display zijn een 20-polige pinheader plus één enkele soldeerpen nodig. Deze moeten volgens figuur 7 aan de module worden vastgesoldeerd.

Miniatuur geheugen- oscilloscoopDeel 2: de opbouw

Met de MDO100 heeft u de beschikking over een digitale geheugenoscilloscoop met uitgebreide meetmogelijkheden en een intuïtieve bediening die overeenkomt met die van professionele apparatuur. De op een grafisch display van 128 x 64 pixels weergegeven golfvormen kunnen op een micro-SD-kaart worden opgesla-gen. In het tweede deel van dit artikel beschrijven we de opbouw en de bediening van dit interessante apparaat.

Copyri

ght E

lektor

Mini-scoop

www.elektor-magazine.nl | maart 2013 | 25

Figuur 2. Positie van de draai-encoder en de voedingsconnector.

Figuur 4. De bovenkant van de LED’s moet zich 19,5 mm boven het printoppervlak bevinden.

Figuur 6. De display-module.

Figuur 8. De display-module wordt 9 mm boven de print gemonteerd.

Figuur 1. Montage van beschermingsdiode D10 en de elco’s.

Figuur 3. De gemonteerde reed-relais.

Figuur 5. Montage van de BNC-connector.

Figuur 7. De gemonteerde pinheaders aan de onderzijde van de display-module.

1

3

5

7

2

4

6

8

Copyri

ght E

lektor

•Projects


functie (bijvoorbeeld Volts/Div) zorgt er voor dat de toets oplicht en de instelling van die func-tie met de draai-encoder kan worden gewijzigd. Functies die minder vaak worden gebruikt zijn in een menu te vinden dat na een druk op de menutoets op het display wordt getoond. Met een volgende druk op de menutoets wordt het menu weer gesloten.Hier volgt een overzicht van de toetsfuncties en van de menustructuur:

‘Coupling’-toetsMet deze toets wordt de koppeling van het meet-signaal met de ingangsversterker ingesteld. Er kan worden gekozen voor directe (DC) koppeling of voor uitfilteren van de gelijkspanningscompo-nent (AC-koppeling) om alleen het wisselspan-ningsdeel van het signaal te kunnen bekijken. Ook kan de ingang voor optimale instelling van de nullijn aan massa worden gelegd. De toets heeft een toggle-functie en de gekozen instelling wordt met de LED’s boven de toets aangegeven.

‘V-Position’-toetsNa een druk op de toets ‘V-Position’ kan het meetsignaal met behulp van de draai-encoder

Vervolgens wordt de module op een afstand van 9 mm, gemeten tussen module-onderzijde en MDO100-printplaat, gemonteerd (zie figuur 8).Nu wordt de draaiknop op de draai-encoder bevestigd. Verstel deze zodanig in hoogte dat de druktoetsfunctie nog goed blijft werken. Hierna worden de toetskapjes van de zeven druktoetsen aangebracht (figuur 9).In figuur 10 en 11 is de tot zover gemonteerde print te zien. Op de Elektor-website zijn de print-layout en onderdelenlijst als gratis download beschikbaar (zie [1]).In figuur 12 is te zien hoe de print uiteindelijk in de behuizing wordt geplaatst en de behuizing vervolgens wordt vastgeschroefd.

Bediening en toetsfunctiesHet bedieningsconcept van de MDO100 is geba-seerd op de bediening van professionele appa-ratuur en gebeurt met behulp van zeven ver-lichte druktoetsen en een draai-encoder met ingebouwde druktoets. Hiermee zijn belang-rijke instellingen direct toegankelijk zonder dat er omslachtig door menu’s moet worden gena-vigeerd. Een korte toetsdruk op de te wijzigen

Figuur 10. Compleet gemonteerde print, bovenzijde.

Figuur 12. De print in de behuizing geplaatst.

Figuur 9. Plaatsing van de draaiknop en de toetskapjes.

Figuur 11. Compleet gemonteerde print, onderzijde.

9

11

10

12

Copyri

ght E

lektor

Mini-scoop

www.elektor-magazine.nl | maart 2013 | 27

toets wordt deze instelfunctie weer verlaten.

‘Sec/DIV’-toetsMet deze toets en de draai-encoder kunnen de instellingen van de tijdbasis van de MDO100 worden gewijzigd. Er zijn 12 verschillende tijd-basisinstellingen die volgens het gebruikelijke 1-2-5-raster van 5 µs/Div tot 1 s/Div lopen. Deze tijdbasisinstellingen besturen de signaalverwer-king door de A/D-converter. Met een volgende druk op de toets wordt deze instelfunctie weer verlaten.

‘Menu’-toetsMet deze toets wordt het menu op het display weergegeven, waarbij met de draai-encoder uit verschillende submenu’s kan worden gekozen. De volgende submenu’s zijn beschikbaar (tussen haakjes de aanduiding in het display):- Meetfunctie (Messart);- Triggerflank (Flanke);- Triggermodus (Mode);- Triggerniveau (Pegel);- SD-kaart (SD-Card);- Kalibreren (Kalibr.).Onder deze submenu’s bevinden zich onderlig-

in verticale richting (omhoog/omlaag) worden verschoven. De instelling kan worden gewijzigd zolang de toets is verlicht. Met een volgende druk op de toets wordt deze instelfunctie weer verlaten.

‘H-Position’-toetsNa een druk op de toets ‘H-Position’ kan het meetsignaal met behulp van de draai-encoder in horizontale richting (naar links/naar rechts) worden verschoven. De instelling kan worden gewijzigd zolang de toets is verlicht. Met een vol-gende druk op de toets wordt deze instelfunctie weer verlaten.De verschuiving in horizontale richting wordt soft-ware-matig gerealiseerd. Nadat het triggerpunt in de signaalbuffer is gevonden wordt een tweede buffer voor de weergave van het signaal gevuld, beginnend met het triggerpunt. Als het signaal moet worden verschoven, wordt de weergave-buffer niet vanaf het triggerpunt gevuld, maar vanaf een punt vóór het triggerpunt als het sig-naal naar rechts moet worden verschoven, of een punt na het triggerpunt bij een verschuiving van het signaal naar links.

‘Cursor’-toetsMet de cursortoets wordt de weergave van een cursorpaar ingeschakeld. Door opnieuw op de toets te drukken wordt gewisseld tussen het cur-sorpaar voor tijd en het cursorpaar voor span-ning. De twee cursorlijnen kunnen met de draai-encoder naar links en naar rechts of naar boven en naar beneden worden bewogen, waarbij de afzonderlijke cursors kunnen worden geselec-teerd door op de draai-encoder te drukken. Als bijvoorbeeld het tijd-cursorpaar is geactiveerd, kan met de draai-encoder de linker cursor worden verschoven. Met een druk op de draai-encoder wordt de rechter cursor geselecteerd, na nog een keer drukken de linker cursor enzovoorts.

‘Volts/Div’-toetsDeze toets selecteert het ingangsmeetbereik dat vervolgens met de draai-encoder kan wor-den ingesteld op de volgende meetgebieden: 100/200/500 mV/Div, 1/2/5 V/DIV. Afhankelijk van de instelling wordt het ingangssignaal ver-sterkt of verzwakt. De spanningen aan de uitgang van de meetversterker worden door het analoge deel van de schakeling zodanig aangepast dat deze altijd binnen het meetbereik van de A/D-converter vallen. Met een volgende druk op de

Meetfunctie Trigger-flank

Trigger-modus

Trigger-niveau SD-card

Save

Reset CNT

Calibratie

Frequentie

Average

Ueff

Uss

U+

U–

positief

negatief

Auto

Normal

Single

Niveau-instelling

1Vaanbieden

2Vaanbieden

3Vaanbieden

10Vaanbieden

20Vaanbieden

30Vaanbieden

Figuur 13. Menustructuur van de MDO100.

Copyri

ght E

lektor

•Projects


- TriggermodusDe keuzemogelijkheden zijn ‘Normal’, ‘Single’ en ‘Auto’. Bij de instelling ‘Single’ wordt het trig-gercircuit met een druk op de draai-encoder op scherp gezet en start de meting bij het eerstvol-gende triggersignaal.

- TriggerniveauNa een druk op de draai-encoder kan het niveau worden ingesteld, waarbij dit rechtsonder in het display in cijfers en in het signaalgebied met een kruis wordt weergegeven. Met een volgende druk op de draai-encoder wordt teruggekeerd naar het hoofdmenu.

- SD-kaartOnder ‘SD-Card’ kunnen we kiezen uit ‘Save’ en ‘ResetCNT’. Met ‘Save’ wordt het weergegeven beeld (zonder de menu-overlay) op de micro-SD-kaart opgeslagen. De opgeslagen screen-shots worden doorgenummerd. De teller voor deze doornummering kan met ‘ResetCNT” wor-den gereset.

- KalibrerenNa bevestiging met een druk op de draai-enco-der begint de MDO100 met de kalibratie van de meetversterker. Hierbij worden de begin- en eindwaarden van elk meetbereik vastgelegd. Tij-dens de kalibratieprocedure moeten na elkaar verschillende ijkspanningen op de signaalingang worden aangesloten en met ‘O.K.’ (drukken op de draai-encoder) worden bevestigd. Totdat de gehele kalibratieprocedure succesvol is afgerond kunnen de andere functies van de MDO100 niet worden gebruikt.

Het hoofdmenu wordt met een druk op de draai-encoder weer gesloten, of sluit zich automatisch na een menu time-out van 60 seconden.

We wensen u veel plezier met deze kleine maar veelzijdige oscilloscoop.

(130016)

Weblinks

[1] www.elektor-magazine.nl/130016

gende menu’s (behalve bij Triggerniveau en Kali-breren), waarin de gebruiker uit verschillende instellingen kan kiezen. Een gekozen submenu wordt in het display geïnverteerd weergegeven. Vervolgens kunnen de onderliggende menu’s met de toets van de draai-encoder worden opgeroe-pen. In figuur 13 is de complete (Duitstalige)

menustructuur van de MDO100 weergegeven.Het triggerniveau kan in het betreffende submenu na een druk op de draai-encoder direct worden ingesteld.

Submenu’s- MeetfunctieHier kan worden gekozen tus-sen de automatische meetfunc-ties ‘Frequentie’, ‘Gemiddelde waarde’, ‘Effectieve waarde’, ‘top-top’ (USS), ‘U+’ (maxi-mum) en ‘U-’ (minimum). De gemeten waarden worden in het display weergegeven.Bij de weergave van de effec-tieve waarde is de berekening gebaseerd op sinusvormige spanningen. Bij afwijkende sig-naalvormen zal de effectieve waarde dus niet correct worden weergegeven.Voor gelijkspanningsmetingen moet de instelling ‘U+’ worden gekozen.

- TriggerflankHier kan worden gekozen tussen triggering op de positieve of de negatieve flank van het signaal.

Dit project is verkrijgbaar als compleet bouwpakket met SMD-voorgemonteerde print, alle onderdelen, display en

behuizing met frontplaat.

De prijs voor dit bouwpakket bedraagt slechts € 66,60 + verzendkostenElektor-leden ontvangen 10% korting en betalen slechts 59,95 + verzendkosten

Zie www.elektor.nl/130016

Copyri

ght E

lektor

Miniatuur - Elektor · 38 | januari / februari 2013 | Analoog We beginnen met het analoge deel...

Documents

Transcript of Miniatuur - Elektor · 38 | januari / februari 2013 | Analoog We beginnen met het analoge deel...