Oscilloscopio LCD per analisi di spettro 2/2

Oscilloscopio LCD per analisi di spettro 2/2

L’oscilloscopio LCD richiede due segnali dall’analizzatore di spettro: il video analogico e il segnale di innesco (trigger). Per via della limitata risoluzione del modulo LCD, il segnale analogico viene sovra campionato.

Ogni colonna dell’LCD viene determinata dal campionamento di 8 elementi consecutivi e dall’ultimo campione della colonna precedente. La frequenza di campionamento A/D è impostata in modo che la “pulitura dello schermo” (128 colonne e 1024 campioni) corrisponde a circa 20ms o, in altre parole, alla frequenza più elevata dell’analizzatore di spettro.

Oscilloscopio LCD per analisi di spettro scheda microcontrollore

Ulteriori input al microcontrollore viene fornito da due switch e da un pulsante. Uno switch è usato per accendere la griglia LCD, mentre l’altro seleziona la scala da 80db (4V) oppure da 40dB (2V). La scala è registrata da due regolatori che definiscono le tensioni di riferimento del convertitore di A/D.

Oscilloscopio LCD per analisi di spettro

Tutti gli output del componente PIC16f876A (datasheet)hanno resistori in serie di 1.8kOhm, per ridurre la quantità di radio interferenza irradiate dal microcontrollore. Le stesse resistenze sono utilizzate per far funzionare bidirezionalmente il data bus che fornisce i dati al modulo LCD, semplificando la programmazione del PIC 16F876A. In particolare, i pins RC0-7 sono sempre programmati come output. Per leggere lo stato dei controller KS0108, la linea DB7 è anche alimentata dall’input RB1.

La frequenza di refresh del display è limitata da 3 fattori: la velocità di conversione A/D, la potenza di computazione del PIC e i cicli di wait richiesti dai controller KS0108. Nell’oscilloscopio LCD, tutti e 3 i fattori sono dello stesso ordine di magnitude e limita la frequenza di refresh a circa 35/40Hz e fornisce così un’immagine in tensione del segnale in ingresso.

Un clock a 24MHz per il componente 16F876A è stato poi selezionato per permettere al tempo di pulizia dell’analizzatore di spettro di rimanere ai 20ms per tutto il tempo con alcuni margini di sicurezza. Ciò è compatibile con la risoluzione del display (128 colonne) e con la banda a disposizione. Segnali più lenti possono essere osservati con la funzione MIN/MAX, usando 256 bytes della RAM interna del componente 16F876A.

Oscilloscopio LCD per analisi di spettro

Gli stessi 256 bytes della RAM interna sono anche utilizzati per la memorizzazione 128 minima e 128 maxima durante il normale funzionamento senza la funzione MIN/MAX di cui il sistema è equipaggiato. La routine A/D gira sotto interrupts innescati da un timer interno al PIC 16F876A. Il programma principale è un ciclo senza fine che effettua i calcoli ed il relativo refresh del contenuto dell’LCD a partire dalla memoria intermedia. Un altro interrupt è utilizzato per la funzione trigger di innesco.

L’oscilloscopio LCD qui illustrato è completamente compatibile con tutti gli accessori descritti: il tracking generator, lo storage normalizer e il contatore. La scala di 40dB in effetti è intesa per le misure di riflessione con il generatore d’inseguimento e un accoppiatore direzionale supplementare e esterno. La sovra campionatura del segnale video permette un’esposizione adeguata dell’indicatore 455kHz.

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L’oscilloscopio LCD include il suo regolatore a 5 volt (78L05). Quest’ultimo fornisce alimentazione ai Led attraverso due resistenze da 10ohm che funzionano anche da limitatori di corrente. Queste resistenze e altri componenti “di protezione” sono fornite anche in tutti gli input del modulo.

Alimentazione di rete a 230V
Poiché l’oscilloscopio qui illustrato è piccolo e semplice, lo spazio rimanente dietro al modulo LCD è utilizzato per l’alimentazione di rete a 230Vac. Questa alimentazione fornisce 12V per l’oscilloscopio LCD, per l’analizzatore di spettro e per tutti gli altri componenti. Il diagramma circuitale dell’alimentazione è illustrato in Figura 2.

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Fig. 2: Alimentazione di rete a 230V

 

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Il regolatore (componente discreto) ha molti vantaggi: una tensione di drop-out molto bassa, dissipatore di calore a terra del dispositivo di alimentazione, e per ultimo ma non per importanza, non è necessario predisporre dei diodi a protezione come invece è necessario nel caso di batterie (parallele) a 12V. Poiché l’analizzatore di spettro è sensibile ai campi magnetici a basse frequenze, è fondamentale utilizzare un trasformatore toroidale nell’alimentazione.

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Assembraggio dell’oscilloscopio LCD

La prima cosa da fare è verificare la disponibilità di moduli LCD adatti (anche per dimensioni) con i chips controller KS0107/KS0108. Da non dimenticare di verificare la presenza di un generatore Vee 7660, così come il tipo di lampadine led disponibili. Verificare inoltre le connessioni del modulo LCD.
Il circuito stampato è stato sviluppato per moduli LCD Wintek. Altri produttori possono utilizzare pin differenti o un numero diverso di pin, cosicchè potrebbe essere necessario scambiare alcune connessioni. In particolare il Vdd (+5V) e il Vss (GND) possono essere scambiate! CS1 e CS2 possono essere attivi bassi o attivi alti, poiché ogni KS0108 hanno tre input (due inverter) e solo uno è messo in evidenza dal connettore.

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L’oscilloscopio LCD è costruito su due schede di circuiti stampati, come mostrato in figura 3. Il componente PIC 16F876A e i componenti associati sono installati su una scheda in cui il circuito stampato sussiste su di un solo lato, scheda dalle dimensioni di 80mmx60mm. Il regolatore dell’alimentazione è costruito su di una scheda con un circuito stampato su di un solo lato con le dimensioni di 80mmx40mm. Entrambi i circuiti sono incisi sul lamitato di fibra di vetroresina epossidica ed hanno uno spessore di 1,6mm.

oscilliscopio-lcd-analisi-spettro-pcb
Fig. 3 Circuiti stampati (risoluzione a 150 dpi)

L’oscilloscopio LCD ha la stessa profondità (240mm) dell’analizzatore di spettro [2][3]. La larghezza è di 110mm mentre l’altezza è impostata a 70mm, considerando la dimensione del modulo LCD disponibile. Tutti i moduli sono disposti su di un solo piano. Il fondo della scatola è semplicemente un foglio di alluminio spesso 1mm, a cui è stata data una forma a U. Il coperchio della scatola è anch’esso fatto da un foglio di alluminio ripiegato a U spesso solo 0,6mm.

Oltre al connettore DIN, due connettori BNC aggiuntivi per il video e per i segnali di innesco sono disposti sul pannello posteriore per collegare un eventuale oscilloscopio analogico di alta qualità. Sebbene l’oscilloscopio LCD venga protetto da sovratensioni su tutti gli input anche quando è spento, l’oscilloscopio LCD dovrebbe essere acceso sempre per evitare di caricare le uscite dell’analizzatore di spettro.

Oltre al modulo LCD, due switch (grid on/off e scala 40db oppure 80db), il pulsante MINMAX e il potenziometro di contrasto per LCD sono disposti nel pannello anteriore. Quest’ultimo può essere omesso, poiché i moduli LCD di diversi produttori possono funzionare bene se non meglio al massimo voltaggio. Ciò significa che l’input Vo è legato semplicemente all’uscita a forma di V tramite il resistore 82kohm sul bordo del circuito stampato e nessun potenziometro supplementare è richiesto.

L’oscilloscopio LCD illustrato mostrerà correttamente le tensioni di input fra i 0,7V e i 5,5V grazie al follower dell’emitter di fronte al convertitore A/D. Di conseguenza, i regolatori all’interno del ammplificatore video dell’analizzatore di spettro [2] o[3] possono aver bisogno di essere riadattati per mezzo, ad esempio, di un oscilloscopio analogico. I regolatori all’interno del normalizzatore di storage e dell’indicatore possono avere anch’essi bisogno di alcuni aggiustamenti.

Infine, la scala di 80db dell’oscilloscopio LCD può essere adattata da due regolatori che forniscono così la tensione di riferimento al convertitore A/D. Si noti che il funzionamento dell’oscilloscopio LCD è sensibilmente diverso fra la modalità a 80db e quella a 40db. Nella modalità a 80db, la traccia è sempre visibile e termina alle due estremità inferiori e superiori dello schermo. Nella modalità a 40db, la traccia occupa solo la parte centrale dello schermo.

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