Ремонт с usb осциллограф

Простой USB-осциллограф

Ниже представлен проект USB-осциллографа, который вы сможете собрать своими руками. Возможности USB-осциллографа минимальны, но для многих радиолюбительских задач вполне сойдет. Также, схема данного USB-осциллографа может использоваться как основа для построения более серьезных схем. В основе схемы стоит микроконтроллер Atmel Tiny45.

Осциллограф имеет два аналоговых входа и питается от USB-интерфейса. Один вход задействован через потенциометр, что позволяет уменьшать уровень входного сигнала.

ПО для микроконтроллера tiny45 написано на Си и скомпилировано при помощи WinAVR и V-USB разработки Obdev, который реализует со стороны микроконтроллера HID-устройства.
В схеме не используется внешний кварц, а программно задействована частота от USB 16.5 МГц. Естественно не стоит ожидать от этой схемы дискретизации 1Gs/s.

Осциллограф работает по USB через HID-режим, не требующий установки каких-либо специальных драйверов. Софт для windows написан с использованием .NET C#. Взяв за основу мой исходник программы, вы можете дополнить ПО как вам нужно.

Принципиальная схема USB-осциллографа очень проста!

Список используемых радиоэлементов:
1 светодиод (любой)
1 резистор для светодиода, от 220 до 470 Ом
2 резистора 68 Ом для USB D+ & D-линий
1 резистор 1.5K для определения USB-устройства
2 стабилитрона 3.6V для выравнивания USB-уровней
2 конденсатора 100нФ и 47мкФ
2 фильтрующих конденсатора на аналоговых входах (от 10нФ до 470нФ), можно и без них
1 или 2 потенциометра на аналоговых входах, для уменьшения уровня входного напряжения (если нужно)
1 USB-разъем
1 микроконтроллер Atmel Tiny45-20.

В архиве содержатся файлы печатной платы под Eagle, прошивка, исходники на Си включающие USB-библиотеки и HID, программа для windows (не требует установки) и ее исходник на C#.

Источник

Техническое обслуживание и устранение неисправностей USB-осциллографа

Анализ параметров, характеристик и принципа работы USB-осциллографа, преимущества устройства. Основные методы поиска и устранения неисправностей. Расчет оснащения рабочего места контрольно-измерительным прибором. Техника безопасности и охрана труда.

Рубрика	Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	13.04.2016
Размер файла	537,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЛАДИМИРСКОЙ ОБЛАСТИ

«МУРОМСКИЙ КОЛЛЕДЖ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ МДК 03.02

«Теоретические основы ремонта

различных видов радиоэлектронной техники»

ПО ТЕМЕ: «Техническое обслуживание и устранение неисправностей

1. Ремонтно-технологический раздел

1.1 Параметры и характеристики устройства

1.2 Принцип работы устройства

1.3 Анализ параметров и характеристик, влияющих на методы поиска неисправностей

1.4 Основные методы поиска неисправностей

1.5 Основные неисправности, методы их поиска и устранение

2. Контрольно-измерительные работы

2.1 Параметры, измеряемые при регулировке после ремонта

2.2 Методика измерения параметров

2.3 Техника безопасности и охрана труда

3. Организационно-расчетный раздел

3.1 Расчет оснащения рабочего места контрольно-измерительным прибором

Список использованных источников

Осциллограф — измерительный прибор для наблюдения зависимости между двумя или несколькими быстро меняющимися величинами (электрическими или преобразованными в электрические). В дополнение к амплитуде сигнала, осциллографы могут показать искажение времени между двумя событиями (например, ширины импульса, период, или подняться времени) и относительной синхронизации двух связанных сигналов. Осциллограф является бесценным инструментом для тех, кто работает в области электроники. Идеально подходит для устранения неполадок, мониторинг, или просто наблюдая за своими электронными творениями более подробно, к сожалению, даже со значительным сокращением стоимости в последние годы, используемым осциллограф остается вне досягаемости для многих людей, которые могли бы извлечь из этого пользу — особенно молодые студенты только начинают и многие любители на ограниченном бюджете.

Поэтому все чаще и чаще используются приборы подключаемые к компьютеру по USB. Часто они бывают дешевле и функциональнее обычных приборов. осциллограф прибор неисправность измерительный

USB осциллографы чаще всего используются при обнаружения неисправностей в системе управления датчиков и исполнительных механизмов инжекторных двигателей. Кроме того в настоящее время разработаны дополнительные приспособления к USB осциллографам с помощью, которых можно дополнительно диагностировать механические неисправности двигателя.

Одно из таких приспособлений называется датчик давления в двигателе. С помощью подключения датчика давления к осциллографу можно проконтролировать правильность установки распределительных валов, контроль соответствия установки задающего шкива коленчатого вала по отношению к датчику положения коленчатого вала, определить сильный подсос воздуха, выявить неисправный катализатор и др.

Другое приспособление называется датчик разряжения. С помощью подключенного датчика разряжения к осциллографу можно произвести оценку состояния механики двигателя по графику разряжения во впускном коллекторе при прокрутке двигателя и др.

В этой курсовой будет описано USB осциллограф с максимальной частотой 3 кГц при входном напряжении до 5В. Он лучше других подключаемых к компьютеру осциллографов. Несколько преимуществ этого usb-осциллографа:

1 2 входных канала и синхронизирован дисплей;

2 Автоматически измеряет диапазон;

4 Входной захват (триггер) функции;

5 Возможность задать любой канал в качестве источника захвата (триггер) сигнала;

6 Возможность установить передний или задний край захвата (триггер) сигнала;

7 Регулируемый уровень сигнала;

8 Питается непосредственно от USB порта( батареи или внешнего источника питания не требуется);

9 Использование для электронного учебного оборудования;

10 Проведения акустических испытаний и исследований;

11 Служит для помощи в изучении и ремонта аппаратуры и приборов;

12 Погрешность измерения напряжения: ± 30мВ.

В USB осциллографе выбран микроконтроллер на базе PIC18F2550, так как он обладает высокой производительностью, низким энергопотреблением в режиме ожидания и уменьшенным шумом выключения, а так же он способен записать данные и сохранить до 93 часов. Питание берётся непосредственно с USB порта, что делает осциллограф компактнее. Осциллограф является компактным прибором, умещающимся на ладони, что позволяет экономить место в лаборатории.

1. РЕМОНТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Параметры и характеристики устройства

Технические параметры USB-осциллографа:

а) Подключение к ПК: USB;

б) Операционные системы, используемые для: W2K, XP;

в) Входной сигнал: BMC связи с универсального осциллографа зонд;

г) Макс дискретизации: 8 кГц X 1/(4 кГц x 2);

д) Напряжение: 5 В USB порт питания;

ё) Измеряемых частот: от 0 Гц до 3 кГц;

ж) DIV массива: Горизонтальный 16 дел и вертикальный 10 дел;

з) Входное сопротивление: 1 Ом;

и) Максимальное напряжение: от 0 до 5 В;

й) Погрешность измерения напряжения: ± 30 мВ;

к) Регулируемый диапазон времени домена: 10 мс/дел до 10 с/дел;

л) Погрешность измерения времени: ±0. 01%;

м) Емкость записи: 8388608×2;

н) Максимальное время записи данных: 5 580 минут.

1.2 Принцип работы устройства

Подключение осциллографа к компьютеру осуществляется по шине USB 2.0. Осциллограф переходит в режим связи с ПК сразу после подключения к нему внешнего кабеля USB. Работа осуществляется через специализированную программную среду, созданная вместе с прибором, эмулирующую работу с настольным осциллографом. Математическая обработка сигналов позволяет наблюдать спектр сигнала, оценивать параметры сигнала: среднее значение, среднеквадратическое значение, пиковое значение, полный размах, частоту сигнала, время периода. Дополнительные курсоры по вертикали и горизонтали облегчают задачу измерения индивидуальных параметров сигнала: время нарастания, время спада.

Входной сигнал, в размере выбранного кадра, пройдя все входные усилители и аттенюаторы (схемы для ослабления проходящего сигнал необходимое количество раз), поступает на АЦП, где преобразуется в цифровую форму и поступает во внутреннюю память для дальнейшей обработки (привязка к развертке, вывод на экран, измерение параметров и т.д.).

На рисунке 1 показана схема двухканального USB осциллографа. MCP6S91 является аналоговым усилителем с программируемым коэффициентом усиления. Он хорошо подходит для использования в АЦП и подачи сигнала на аналоговый вход микроконтроллера. Два программируемых усилителя (DD4 и DD5) позволяют выбрать входной диапазон для каждого из двух каналов, изменяя его от 1:1 до 32:1. MCP6S91 разработан с использование КМОП устройств ввода. Он не инвертирует выходной сигнал, когда входное напряжение превышает напряжение питания. Максимальное входное напряжение этого усилителя от -0.3V (VSS) до +0,3 В (VDD).

Повышенное входное напряжение может вызвать чрезмерный ток из входных контактов. Ток более ± 2 мА может привести к поломке микросхемы. При подаче большего тока на входе должен быть токоограничительный резистор. Напряжение на выводе 3, который является аналоговым входом, должно быть между VSS и VDD. Напряжение на этом выводе меняет выходное напряжение. Выводы SPI интерфейса это выбор кристалла (CS), последовательный вход (SI) и последовательная частота (SCK). Выходы КМОП это триггер Шмитта. LF353 является операционным усилителем с внутренней компенсацией смещения входного напряжения. Этот ОУ имеет широкую полосу пропускания, низкий входной ток. Но время обработки сигнала достаточно велико по сравнению с временем кадра, задержка при выводе на экран получается достаточно большая, часть информации об изменении сигнала между кадрами теряется . Это один из главных недостатков всех цифровых осциллографов. Основной способ борьбы с этим недостатком — использование памяти большего объема, чтобы увеличить размер.

LF353 нужны одинаковые напряжения питания, поэтому используется маленький DC-DC преобразователь напряжения ICL7660 (DD1). Ему необходимо лишь два электролитических конденсатора. ICL7660 можно заменить MAX1044.

Для подачи входного сигнала могут быть использованы BNC разъёмы. Разъёмы для них могут быть установлены на передней панели. Осциллограф может быть улучшен путем замены PIC и АЦП на более быстрые модели, например на AD9238 . Это быстрый параллельный АЦП можно использовать вместе с DSP PIC. LF353 (DD2 и DD3) используются для обеспечения напряжения смещения (Vref) для программируемых усилителей. Это напряжение должно быть точно отрегулировано двумя 4,7 кОм потенциометрами. На входах DD2 и DD3 должно быть 2.5В, когда вход заземлен.

Микропроцессор используется как обрабатывающее и управляющее устройство, выполненное с использованием технологии БИС (часто на одном кристалле) и обладающее способностью выполнять под программным управлением обработку информации, включая ввод и вывод информации, арифметические и логические операции и принятие решений.

Микроконтроллер — это микро-ЭВМ с небольшими вычислительными ресурсами, обедненной периферией и упрощенной системой команд ориентированная не на производство вычислений, а на выполнение процедур логического управления различным оборудованием. Контроллеры часто применяют в качестве встраиваемых в различные станки, машины, технологические процессы.

Простейшая структурная схема USB-осциллографа (рис. 2) состоит из пяти элементов: модуль измерения сопротивления, модуль измерения напряжения, модуль генератора импульсного сигнала, модуль обработки информации и модуля связки с ЭВМ, а также USB-выход. Формирование осциллограммы осуществляется следующим образом:

Модуль обработки информации состоит из микроконтроллера PIC18F2550 и его элементной обвязки. Микроконтроллер данной модели имеет частоту процессора 8МГц и встроенный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), что позволяет снимать показания напряжения с достаточно большой частотой.

Модуль измерения напряжения состоит из АЦП микроконтроллеров и его элементной обвязки, необходимой для обеспечения стабильного сигнала.

Для измерения сопротивления служит модуль, представляющий собой измерительный мост.

Модуль генератора импульсного сигнала представляет собой таймер. Он встроен в микроконтроллер и обеспечивает генерацию сигнала достаточно высокой частоты.

Для связи с ЭВМ предусмотрен модуль, необходимый для связи микроконтроллера с ЭВМ. При подключении к ЭВМ через USB микросхема обеспечивает эмуляцию последовательного COM порта.

Программная часть программно-аппаратного комплекса состоит из программы, которая встроена в микроконтроллер и необходимой для работы устройства, и программы для связи устройства с ЭВМ, которая устанавливается на компьютер.. Через USB-порт подаются на ПК и выдается информация в программе в виде сигнала.

1.3 Анализ параметров и характеристик, влияющих на методы поиска неисправностей

При контроле технического USB- осциллографа важное место занимает измерение амплитудно-частотных характеристик различных ее узлов. При снятии амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) прибора или его узлов удобно представлять их в виде четырехполюсника. Тогда АЧХ — это зависимость модуля (абсолютного значения) коэффициента передачи четырехполюсника от частоты сигнала.

Измерение параметров амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников проводится с помощью генератора качающейся частоты (ГКЧ) и индикаторного устройства.

Частота генератора плавно изменяется по определенному закону в требуемой полосе частот, а на индикаторе осциллографического типа воспроизводится кривая АЧХ.

Структурная схема простейшего автоматического измерителя АЧХ приведена на рис. 3.

Сигнал с ГКЧ подается на вход исследуемого четырехполюсника. Из-за наличия у этого четырехполюсника зависимости модуля коэффициента передачи от частоты сигнала на его выходе сигнал модулирован по амплитуде. Огибающая этого сигнала, выделенная на детекторной головке, входящей в состав индикаторного устройства, управляет отклонением луча индикатора по вертикали, рисуя кривую АЧХ.

Управление частотой ГКЧ и отклонением луча индикатора по горизонтали осуществляется блоком модулирующего напряжения, одновременно синхронизирующим работу этих двух узлов.

В измерителе АЧХ, построенном по такой структурной схеме, горизонтальное положение луча на экране индикатора соответствует частоте на входе исследуемого четырехполюсника, а вертикальное — значению модуля коэффициента передачи на этой частоте. Таким образом, на экране автоматически вычерчивается кривая АЧХ исследуемого четырехполюсника.

Блок автоматической регулировки амплитуды служит для обеспечения постоянства уровня выходного сигнала во всем диапазоне качания частоты.

Часть сигнала с ГКЧ подается на блок частотных меток, в котором вырабатывается целый спектр калибровочных частот в пределах рабочего диапазона ГКЧ. В момент совпадения частоты ГКЧ с любой из этих частот образуются сигналы, которые подаются в индикаторный блок и наблюдаются на экране в виде амплитудных меток.

Для калиброванного изменения выходного напряжения ГКЧ служит аттенюатор.

1.4 Основные методы поиска неисправностей

Как известно, основным из методов поиска неисправностей является метод внешнего осмотра. При внешнем осмотре объекта необходимо обращать внимание:

а) на нарушения защитных и изоляционных покрытий;

б) на изменение цвета, наличие потемнений, вздутий и трещин;

в) на исправность креплений, контактных поверхностей, соединений и паек;

г) на температуру элементов (корпусов, транзисторов, резисторов, диодов, микросхем, электролитических конденсаторов) сразу же после выключения схемы. Недостаток в том, что он может быстро привести к цели тех, кто имеет опыт эксплуатации.

Также для нахождения неисправности используется контрольно-измерительная аппаратура. С помощью измерительных приборов измеряются параметры блоков и элементов, параметры сравниваются с ТО и делается вывод об исправности или неисправности измеряемого блока или элемента.

После обнаружения неисправного элемента анализируются возможные причины неисправности, которые должны быть устранены до замены его и ввода объекта в действие.

1.5 Основные неисправности, методы их поиска и устранение

а) Не горит светодиод при подключении usb-осциллографа к ПК:

1) Сначала проверьте, включен ли компьютер, работает ли USB порт (подключите к нему заведомо работающее устройство, например, flash накопитель).

2) Установите правильные драйверы осциллографа. Без драйверов осциллограф может не инициализироваться и светодиод не включится. Попробуйте повторить первые два подпункта на другом компьютере. Если ничего не помогло, то велика вероятность, что осциллограф неисправен.

3) Превышен максимальный допустимый уровень измеряемого сигнала или нарушены условия эксплуатации.

4) Возможно перегорел резистор на USB-входе;

б) Не работает спектроанализатор. Причина этому является то, что в компьютере отсутствует арифметический процессор;

в) На дисплее осциллографа нет сигнала:

1) Отсутствует подключение к компьютеру (проверьте подключение кабеля к USB порту)

2) Если USB кабель подключен, закройте программу. Рассоедините устройства и подключите осциллограф повторно, запустите программу.

3) Кнопка RUN находится в положении OFF.

4) Рабочий канал находится в положении OFF.

5) Параметр TIME/DIV выбран неправильно.

6) Включен режим синхронизации, установите TRIGGER OFF.

7) Вход осциллографа установлен на GND.

8) Неправильно выбрано положение Y.

9) Амплитуда входного сигнала слишком большая, отрегулируйте параметр VOLTS/DIV.

Если выше перечисленные способы не устранили неисправность, попробуйте подключить прибор к другому компьютеру или USB порту.

г) При работе Программы в режиме осциллографа (анализатора) произошла автоматическая остановка:

1) Сбой в тракте USB.

2) «Зависание» Устройства вследствие высокого уровня помехи.

— Произведите отключение и повторное подключение устройства.

— Проверьте наличие соединения между нулевой клеммой устройства и подключенному к нему ПК.

д) При работе программы в режиме осциллографа (анализатора) на экране отражаются хаотические данные. Возможная причина этого то, что USB тракт не обеспечивает необходимую для устройства пропускную способность. Данная проблема может быть следствием обмена ПК по локальной сети и вызвана спецификой работы драйвера или чипа сета вашей материнской платы

Метод устранения: Выгрузите все неиспользуемые приложения. Временно остановите фоновые задачи.

Примечания: перед отключением кабеля закройте программу

2. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ

2.1 Параметры, измеряемые при регулировке после ремонта

Исходя из рассмотренных литературных источников по методам поверки аналогичных СИ и анализа приведенных в них метрологических характеристик, согласно заданию к курсовому проектированию, определим следующие метрологические характеристики, подлежащие поверке:

1 Проверка диапазона коэффициентов отклонения;

2 Проверка диапазона коэффициентов развертки;

3 Параметры переходной характеристики (ПХ);

4 Параметры сигнала калибратора;

5 Основная погрешность измерения напряжения;

6 Основная погрешность измерения временных интервалов;

7 Основная погрешность измерения размаха сигнала.

Данный перечень характеристик установлен на основе следующих нормативных документов: ГОСТ 8.311 — 78.

При проведении поверки usb-осциллографа выполняются следующие операции:

а) внешний осмотр;

в) определение метрологических параметров:

1) проверка диапазона коэффициентов отклонения;

2) проверка диапазона коэффициентов развертки;

3) определение основной погрешности цифрового измерения напряжения между двумя маркерами;

4) определение основной погрешности автоматического измерения размаха сигнала;

5) определение основной погрешности цифрового измерения временных интервалов между двумя маркерами;

6) определение основной погрешности при автоматическом измерении периода;

7) — определение параметров переходной характеристики;

8) — определение параметров сигнала калибратора.

2.2 Методика измерения параметров

1 Проверка диапазона коэффициентов отклонения и определение основной погрешности цифрового измерения напряжения между двумя маркерами.

Так как совместно с определением основной погрешности измерения напряжения производится проверка диапазона коэффициентов отклонения, то в качестве поверяемых точек выберем диапазон значений коэффициентов отклонения и значения напряжения сигнала эквивалентное трем делениям на экране осциллографа. Выбранные точки, значения напряжения сигнала, погрешность и допустимые значения приведены в таблице 1.

Источник