Универсальный тестер аналоговых компонентов

Преподавание основ аналоговой и цифровой электроники на университетском уровне состоит из теории с практическими работами, проводимыми в электронных лабораториях, оснащённых осциллографами, генераторами функций и регулируемыми источниками питания. Студенты изучают характеристики основных компонентов, таких как диоды, биполярные и полевые транзисторы, операционные усилители и цифровые устройства.

Проводимые студентами практические работы подкрепляют преподаваемую теорию. Стандартное лабораторное оборудование часто недоступно некоторым учебным заведения по всему миру из-за больших затрат на элементы. Следовательно, практические эксперименты в лаборатории ограничены.

Чтобы преодолеть эту проблему, я приступил к построению дешевого учебного пособия для основ аналоговой/цифровой электроники.  Это повысит доступность лабораторного оборудования для учебных заведений и студенческого общества.

Мои основные цели:
- Устройство должно быть полностью самостоятельным (т.е. функционально законченным).
- Стоимость аппаратной части должна быть менее $40.
- Использовать доступные компоненты.
- Изготовление устройства должно быть в свободном доступе, чтобы студенты могли самостоятельно изготовить его.
- Устройство должно охватывать все эксперименты, связанные с основными компонентами, такими как диоды, биполярные и полевые транзисторы, операционные усилители и цифровые устройства.

В результате появилось эта система Автоматического тестового оборудования (Automatic Test Equipment, ATE) со следующими характеристиками:
- Аппаратная часть построена на микроконтроллере dsPIC30f4011.
- Последовательный интерфейс для связи с ПК.
- Шесть ±10В, 10 битных каналов аналоговых входов со стандартным входным сопротивлением 1МОм и максимальной частотой дискретизации 2Мвыб/с.
- Три ±10В, 10 битных каналов аналоговых выходов с пропускной способностью 20 кГц, два из них  обеспечивают до ±10мА и третий канал с усилителем обеспечивает выходной ток до  ±200мА.
- Четыре буферизированных цифровых канала ввода/вывода.
- Для повышения доступности и для обеспечения питания при работе, в качестве источника питания использован стандартный PC ATX (компьютерный блок питания).
- Микроконтроллер управляется при помощи компьютера через графический интерфейс, разработанный в Visual Basic. Работа с базой данных и построение графиков реализована с применением .Net 2.
- Стоимость аппаратной части $35.

Система ATE отвечает требованиям к аналоговым/цифровым учебным лабораторным пособиям. Эффективное сочетание источника питания, программируемого генератора функций и цифрового осциллографа также отвечает требованиям любителей и энтузиастов.

Бесплатно предоставляя технические данные и программы для некоммерческого использования, я хотел бы поощрить компьютерное обучение основам электроники.

Демонстрация одного из экспериментов:

Блок-схема аппаратной части

Упрощенная блок-схема системы АТЕ показана на рисунке. Для повышения доступности и для обеспечения питания системы АТЕ и схемы при эксперименте используется стандартный PC SMPS  (ATX импульсный блок питания). На линии +5В, +12В и -12В от ATX к системе АТЕ добавлены предохранители для обеспечения безопасности, хотя защита ATX от короткого замыкания рассчитана на гораздо больший ток, чем требуется для тестирования простых схем.

Система АТЕ подключается  к любому свободному последовательному порту ПК с операционной системой Windows XP/Windows 7. Можно также подключить устройство к USB порту ПК с помощью преобразователя  USB – RS232. Последовательный порт вместе с программой “Universal Analog Hardware Test Bench” Ver1.0 обеспечивает связь с системой АТЕ.

Тестируемая схема может быть собрана на обычной макетной плате и питаться от разъема питания. Питание на АТЕ и схему подается только тогда, когда переключатель питания на системе АТЕ включен.

Система ATE обеспечивает три ±10В, 10 битных канала аналоговых выходов Vout1, Vout2 и Vout3. Vout1 и Vout2 это выходы с ОУ с током ± 10мА, на Vout3 этот ток увеличен до ±200мА.

Шесть ±10В, 10 битных каналов аналогового входа (Ain1 - Ain6) с входным сопротивлением 1МОм используются для считывания аналоговых данные из схемы.

Четыре буферизированных цифровых каналов ввода/вывода (Dout 1-Dout4 и Din1-Din4) также предусмотрены для подключения к схеме.

Микроконтроллер фирмы "Microchip" DSPIC30F401 взаимодействующий с аналоговыми/цифровыми входами/выходами и подключается к ПК через последовательный интерфейс и представляет собой сердце системы. Микроконтроллер управляется через последовательную связь с компьютером при помощи  специального программного обеспечения.

Экспериментальная сборка

На фотографии показаны передняя и задняя панели, переключатели и индикаторы, и обычная связь между системой АТЕ, SMPS, ПК и схемой.

С помощью этой сборки напряжение может браться с Vout1 и подаваться  на схему резистор-диод, где напряжения на входе и диоде измеряются. Система АТЕ может выстроить V-I(Вольт-Амперную) характеристику диода, где V напряжение на диоде с Ain1, а I ток диода Ain2-Ain1/R1 в мА. (См. Эксперимент 1 – Характеристики диода в документе Aj-ATE Experiments.pdf).

Схема подключения

Список экспериментов

Это быстрый обзор 32 типичных экспериментов, которые могут быть выполнены с использованием этого устройства.

Номера страниц соответствуют “Aj-ATE Experiments.pdf” предоставленному ниже.

Работа с программой

Сделайте указанные выше соединения. Включите питание на системе АТЕ и запустите на компьютере приложение Aj-ATE. Это приведет к открытию экрана “Welcoming You(Добро пожаловать)” в приложении Aj-ATE.

'ABOUT' экран появляется первым, и на нем также показываться есть другие вкладки: Connect COM Port, Manual Mode, Burst Mode, Capture Mode, Plot Data и Calibrate.

Установка соединения

Откройте вкладку “Connect COM Port”:

Выберите “Click to Open”: это покажет доступные COM порты:

Выберите COM-порт, к которому подключена система АТЕ: Selected value показывает COM2 и other diagnostics показывает, что доступно 2 порта и был выбран порт с индексом 0:

Нажмите “Test”: Это покажет, что соединение установлено и система АТЕ готова:.

Ручной режим

Выберете вкладку "Manual Mode":

Есть две панели "Set Outputs" и "Read Inputs"

Set Outputs: Показывает, что мы соединены с COM2 и по умолчанию выход настроен на ноль вольт, а на всех цифровых выходах установлен Логический 0.

Analog Outputs: Чтобы установить Vout1, введите значение в серую область и нажмите на “Set Vout1”. Установленное значение отобразиться в поле “Set Vout1” в виде Hex.

Например. 4.93В на Vout1 отобразиться как Hex 2FC, а Hex 000 соответствует -10В, а Hex 400 +10В.

Кроме того, можно установить значение на все три Vout одновременно, введя напряжение и нажав на кнопку "Set ALL".

Digital Outputs:

Проверьте флажки соответствующие цифровым выходам и нажмите на кнопку “Set Digital Outputs”, устанавливающую цифровые выходы. Значение, введенное в поле как десятичное число 0-15 , где DigitalOut1 является LSB(Least Significant Bit, наименьший значащий бит) и DigitalOut4 является MSB(наибольший значащий бит).

Чтение входов

Analog Inputs:

Чтобы считать значение аналогового входа Ain1, нажмите соответствующую кнопку “Read AIN1”. И отобразиться значение в вольтах.

Можно считать значение всех аналоговых входов одновременно, нажав на кнопку “Read ALL”.

Например, при подключенном к Ain1 и Ain2 Vout1 мы получаем рисунок выше.

Digital Inputs:

При нажатии на “Read Digital Inputs” считаются и отобразятся отдельные биты с цифровых входов. Считаное значение отобразиться в поле в виде десятичного числа 0-15, где Digitalin1 является LSB и Digitalin4 является MSB.

Например, на Din2 высокий уровень, а на остальных низкий.

Автоматический режим

Выбор вкладки “Auto Mode” открывает экран автоматического режима. Этот режим является одним из основных режимов работы с системой АТЕ. Он позволяет записывать и хранить последовательности напряжений для аналоговых и цифровых выходов во встроенной базе данных. Значения из базы данных могут выводиться последовательно, и соответствующие значения будут на аналоговых и цифровых выходах. Данные могут быть сохранены в базе данных или экспортированы в файл Excel. "Plot Data" используется в сочетании с этим режимом для немедленного построения и отображения (графика).

В следующем примере показана работа “Auto Mode”

На рисунке “Auto Mode” показан файл базы данных с тремя напряжениями с 80 образцами.

Vout1 представляет собой последовательность от +10В до -10В с шагом 0,25, Vout2 и Vout3 являются амплитудой 9,5В синусоидальной и косинусоидальной волны.

Последовательность цифровых сигналов также предоставляется.

Можно редактировать записанный файл базы данных и сохранить данные с помощью кнопки сохранения.

Запуск последовательности:

Этот пример показывает, что последовательность Vout1 была взята от 1 до 81 с задержкой 1 и повторением цикла 1. Ain1 и Ain2 были выбраны для сбора данных.

На практике задержка может быть выбрана для вставки между выходящими данными и входящими. Если требуется выполнять последовательность повторяющимся образом, то можно ввести "циклы".

Кроме того, можно выполнить последовательность от любого начального значения до любого конечного значения, если данные были введены.

Цифровые данные также могут выводиться со значением Dout соответствующим Dout1 (LSB), Dout2, Dout3 и Dout4 (MSB), которое должно быть введено в виде десятичного значения 0-15.

Запуск:

Нажатие на кнопку 'Run' запускает вывод и прием данных, а надпись на кнопке меняется на "Busy"

Если система показывает "Busy", не начинайте другой вывод, он будет игнорироваться. Также, если запущено более одного цикла, отображаются только данные полученные во время последнего цикла.

Пример данных.

Глядя на значения Ain2 вокруг ±1В, значение Vout1 ~0,7В напряжения +ive и напряжение возрастающее со входом отрицательного напряжения. Это быстрый взгляд на характеристики диода.

Сохранение данных/Экспорт в Excel /Построение графика:

Данные могут быть сохранены либо в файл базы данных, используя иконку “Save”, либо экспортированы в Excel для дальнейшей обработки или использованы для построения графика с помощью опции “Plot Data”.

Первое: Сохранение данных - Просто нажмите на значок сохранения.

Второе: Экспорт в Excel - Нажмите на кнопку “Export to EXCEL”. Это открывает Excel файл со всеми данными из базы данных в столбцах и позволяет сохранить данные в файле Excel.
Экран EXCEL показывает значения Ain1-Ain2 соответствующие расчетному току диода и график тока с напряжением Ain2 показывает типичную V-I характеристику диода.

Закрытие Excel возвращает к экрану АТЕ с надписью 'Экспорт завершен'.

Режим построения графика

Выше последовательность данных от +10В до -10В выводилась на испытательную схему Резистор-Диод, и полученные данные были сохранены и экспортированы в Excel, где была построена V-I характеристика.

“Plot Data”, встроенная в программу АТЕ позволяет осуществлять это прямо из полученных данных.

Выберете вкладку “Plot Mode” и появиться экран:

Для всех режимов АТЕ используется общая база данных, и данные полученные в автоматическом режиме доступны для отображения и построения.

Для построения “Plot Range” необходимо ввести значения “Start_ID” и “End_ID”.

График может быть построен, ориентируясь на номер ID или в режиме X-Y следующим образом:

Построение, ориентированное на ID:

Для примера “ID” возьмём для X-Оси Ain1 и Ain2 для Y-Оси 1 и Y-Оси 2. Диапазон ID установлен от 1 до 81 и нажата кнопка Plot. Это дает нам первый график.

Пометки и названия

Оси могут быть помечены и установлено название, введенное в соответствующие поля. После добавления заголовка и подписи осей получается следующий график.

Также на график можно добавить дополнительные линии, выбрав пункт “Add Plot”. Также для понятности линий можно добавить их обозначения, поставив флажок “Symbols”.

Добавление еще одной линии “Ain1-Ain2” к Y-Оси 1 с 'NA' выбранным для Y-Оси 2 и с обозначением:

Характеристики диода показывают, что прямой ток через диод ограничен входным резистором и что прямое падение составляет ~0,7В. Обратные характеристики показывают напряжение диода, следующее за входным напряжением с нулевым током.

X-Y График:

Эти же данные могут быть построены в режиме XY, выбрав "Ain2", как X-Ось, "Ain1-Ain2", как Y-ось 1 и «NA» для Y-ось.

“Ain2” соответствует напряжению диода и “Ain1-Ain2” соответствует току диода.

Отображение, особенности сохранения и печати:

Функции отображения, такие как Zoom и Pan выбираются мышью, а Contest Menu, вызываемое правой кнопкой мыши, содержит параметры печати и сохранения.

Пакетный режим

Описание
Пакетный режим заменяет относительно медленный процесс последовательного ввода/вывода между компьютером и системой АТЕ, который используется в ручном и автоматическом режимах. В пакетном режиме последовательность значений, соответствующих Vout3 сначала переноситься в микроконтроллер. Команда Run выводит эти значения гораздо быстрее и получает соответствующие значения Ain1 и Ain2 в память. Полученные данные передаются обратно на компьютер с помощью команды Read.

“Пакетный режим” разрешает генерацию сигналов и получение с отметкой времени события.

Из-за разрешения зацикливания, этот режим эффективно генерирует произвольную функцию  максимум со 100 программируемыми шагами.

В этом режиме для вывода используется только “Vout3” и “Ain1 и Ain2” предустановлены для сбора данных.

Разница между Start-ID и End-ID также ограничена максимальным значением 100.

При выборе “Burst Mode” появляется рисунок:

В этом режиме диапазон данных выбран как и раньше.

Задержка между временем выполнения каждого “Vout3-Ain1-Ain2” устанавливается параметром  “Add_Delay”.

Число циклов работы последовательности Vout3 зависит от параметров “Cycles” и “Repeat_Cycles”.

Демонстрация

Проведение эксперимента с моностабильным (ждущим) мультивибратором DM74121 демонстрирует работу пакетного режима.

Схема для эксперимента сделана по рисунку:

Далее изменяются данные Vout3, чтобы дать одиночный импульс 0-4В для получения двух образцов после начала задержки в 10 образцов. Следующие значения до 50 устанавливаются в ноль.

Ввод ID в диапазоне от 1 до 50 с add-delay, cycles, repeat-cycles 1  и нажатие на кнопку “Load Data” меняет экран.

Программа теперь считает задержку/образец как 0,0001 сек или 100μsec/образец с эквивалентной частотой работы всех точек данных и run-time(время выполнения) 0,005 сек.

Подача команды 'Run' микроконтроллеру для последовательного вывода значений Vout3 с интервалами 100μsec и сохранения значений Ain1 и Ain2 в своей внутренней памяти. Кнопка “Run” указывает на занятость в этот момент, и индикатор “Busy” мигает системе АТЕ.

“Run” можно использовать любое число раз, он будет действовать на основе данных, загруженных ранее.

Нажатие на кнопку “Read Data” передает значения Ain1 и Ain2 из памяти микроконтроллера на ПК и файл базы данных обновляется. Изменение Ain1 и Ain2 и изменение уровня Ain2 можно наблюдать.

Построение графика по этим данным в режиме “Plot Data” показывает результат.

В этом демонстрационном эксперименте АТЕ работает в пакетном режиме, импульс 0-4В B-вход 74121 с Vout3, а Q-выход наблюдается Ain2. На Q-выходе появляется Высокий уровень, когда он вызывается B-входом. Высокий уровень остается в течение 2000uSec, вместо расчётного значения  0,7*R1C1 = 1680uSec.

Режим сбора данных (режим DSO)

Режим 'Capture Mode' предназначен исключительно для сбора данных, и данные не выводятся из системы АТЕ. При использовании в сочетании с режимом “Plot Data” режим эквивалентен “Цифровому запоминающему осциллографу (Digital Storage Oscilloscope)” максимум со 100 образцами данных.

Выбор “Capture Mode” дает начальный экран

Есть три режима сбора: Free Running Mode, Continuous Mode, Sliding Mode.

Для неизвестных сигналов “Free Running Mode” выбран первым, так как он применим как и для повторяющихся, так и неповторяющихся сигналов и не требует триггерного входа. Частота дискретизации для этого режима настраивается также как и для “Continuous Mode”.

После того, как неизвестный сигнал был получен с помощью “Continuous Mode”, информация об амплитуде доступна и триггерный уровень может быть установлен. Этот триггерный уровень применим только к “Ain1”

“Continuous Mode” может быть использован для повторяющихся и неповторяющихся сигналов, где “Ain1” подключен к сигналу, идущему на триггерный вход, и “Ain2” на любую другую точку цепи для мониторинга. Частота дискретизации от 30μsec/sample до 50msec/sample может быть выбрана из выпадающего списка. Максимальная пропускная способность составляет ~33 kilo-samples/sec.

Для того, чтобы расширить полосу пропускания захваченных сигналов “Sliding Mode” использует принцип точки образца, скользящей относительно триггерной точки с заданными интервалами и восстановлением входного сигнала. Этот режим применим только для повторяющихся сигналов. Преимущество этого режима в том, что эффективная частота дискретизации может быть гораздо выше, чем в “Continuous Mode”. Достигнута частота дискретизации от 0.5μsec/sample до 50μsec/sample с эффективной пропускной способностью более 2 mega-samples/sec. С помощью этого режима могут быть получены входные сигналы до 50 кГц.

Демонстрация:

Проведение эксперимента с интегральным таймером LM555 запущенного в качестве нестабильного мультивибратора, демонстрирует работу ”Capture mode”. Схема для эксперимента:

При подаче питания LM555 находится в нестабильном режиме. Сигналы с Vout, Ain1 и конденсатора C1 Ain2 должны быть захвачены.

Free Running Mode:

Откройте “Capture Mode”, выберите “Free Running Mode” с “Continuous Mode” установленным на 50μsec/sample. (Trigger value и Edge не используется в этом режиме).

Нажмите “Run Capture” и наблюдайте индикацию “Busy” на системе АТЕ. Индикатор горит пока устройство занято. В течение этого времени микроконтроллер принимает “Ain1 и Ain2” и хранит данные во внутренней памяти.

Нажатие на “Read Data” передает полученные данные на ПК и обновляет базу данных. Теперь данные можно отобразить в режиме “Plot Data”.

Сигналы, захваченные в режиме "Free Running" показывают типичный заряд-разряд конденсатора и прямоугольный сигнал на выходе. Период колебаний 2.25msec соответствует частоте 444 Гц.

Continuous Mode:

Повторите процесс захвата, выбрав “Continuous Mode” с Trigger Value +2В с положительными результатами тактирования триггера напряжением, сигнал отображается в соответствии с положительными перепадами сигнала на выходе.

Sliding Mode:

C1 в схеме заменен на 0.001μF и захват повторяется в “Sliding Mode” с соответствующим изменением частоты дискретизации.

Полученная частота 45 кГц.

Тестирование цифровых схем

Тестирование можно проводить в “Auto Mode” на цифровых схемах использующих комбинационную или последовательную логику, настроив 4-битный цифровой выход, используя данные “Dout” для подачи на входы тестируемой схемы и считывая цифровые данные при помощи “Din” для отображения 4 битных входных данных.

Нет никаких ограничений на использование аналоговых входов и выходов одновременно, поэтому смешанные аналогово/цифровые схемы также могут быть протестированы.

Демонстрация:

Тестирование цифровых схем проиллюстрировано на примере SN7493, 4-разрядного двоичного счетчика:

R0(1) и R0(2) подключаются к Dout1 и имеют высокий уровень (сброс счетчика) и два отрицательных импульса подаются с Dout2. Потом уровень Dout1 устанавливается низким (счет) и серия отрицательных импульсов подается с Dout2. На Din1 наблюдается  4-битный выход

Дополнительный текст может быть добавлен на сохраненное изображения с помощью графического редактора.

Последовательность импульсов показывает, что выход счетчика в сбросе R0(1)/R0(2)=1, а в режиме счета  (1)/R0(2)=0. Счетчик увеличивается на каждом отрицательном перепаде входного сигнала.

Режим калибровки

Режим калибровки способствует улучшению точности аналоговых входов в "Manual" и "Auto" режимах.

Допуск прямой линии близко к смещению (offset) и значение усиления может быть установлено как поправочный коэффициент для каждого канала

Смещение:

В "Manual Mode" Ain1-Ain6 подключены к земле и смещения записаны. Затем эти значения использованы как смещения для аналоговых входных каналов.

Нажатие на кнопку "Load_Calib_Data" загружает значения смещения.

Прирост ошибки:

Значения Ain1-Ain6 9,5В/-9,5В, получаемые в "Manual Mode", используя Vout1 и перекрестную проверку цифровым мультиметром.

Значение усиления рассчитывается и вводиться

Перекрестная проверка

Калибровка сохраняется, и входы перекрёстно проверяться на 9,5В,-9.5В и ноль.

Схема и функции

Общая схема:

Питание:

Устройство питается от выходов ± 12В и +5В PC ATX, которые защищены предохранителями 250mA и 500mA соответственно.

U3 обеспечивает 9В из +12В и U4 обеспечивает +5В от +9В.

Напряжение Pin1 U2, питающейся от -12В для обеспечения напряжения смещения -2,5В для аналоговых входных каскадов,  регулируется R1.

Схема DSPIC30F4011:

Основные соединения микроконтроллера DSPIC30F4011 показаны на рисунке.

+5В образует VDD/AVDD и GND VSS, отфильтрованные +5В образуют +VREF.
Выводы 4-9 AN2-AN8 образуют шесть каналов аналогового входа.
Выводы 13 и 14 соединены с кварцем 6МГц.
Выводы 15 и 16 используются для последовательной связи.
Вывод 19 OC4 является ШИМ выходом для Образцов – ЦАП.
Выводы 23, 22 и 18 образуют ШИМ ЦАП выходы.
Выводы 27-30 цифровые входы.
Выводы 35-38 цифровые выходы.
Вывод 34 используется для индикации Busy.
Выводы 25 и 26 зарезервированы для последовательного программирования.
Вывод 17 используется для прерывания по падению напряжения для 1 канала аналогового входа.

Последовательный интерфейс:

Простой последовательный интерфейс основан на наличии +5В и -2.5В. Q5 образует преобразователь и преобразовывает уровни TTL  в PC TX Data и Q6 принимает TTL TX Data микроконтроллера и преобразует их в псевдо-RS232 уровни от -2.5В до +5В, что подходит для PC Data RX.

Скорость передачи данных установлена в программе и составляет 115 Kbps.

Аналоговый интерфейс:

U1A формирует входной интерфейс для 1 аналогового канала. Делитель R2+R3 и R6 создает входное сопротивление ~1МОм и делит на 8 вход ±10В. Сигнал с разделенными потенциалами появляется на выходе U1A с не инвертирующим коэффициентом усиления 2.

Напряжение смещения -2.5В подается на R8, который выступает в качестве смещения +2.5В на выходе U1A из за инвертирующего единичного усиления R9/R8.

Эффективный входной сигнал ±10В отображается в виде сигнала от 0 до +5В на AN2. Входной импеданс составляет ~1МОм и частотная характеристика определяется параметрами FET ОУ с широкой полосой пропускания LF353, как правило, 2МГц.

Схема прерывания

Выход U1A образует один из входов интегрального компаратора U16 LM311. Другой вход формируется путем усреднения ШИМ-выхода OC3. U16 использован как компаратор с гистерезисом (запаздыванием) с помощью резистора обратной связи R43.

Во время работы режим прерывания вызывается программной при выборе функций Continuous и Sliding в режиме “Capture Mode”. Выход U1A сравнивается со средним значением OC3, которое лежит между 0 и +5В и сигнал прямоугольной формы генерируется на вход сигнала прерывания. Это прерывание используется для выбора +ive / -ive перепада напряжения “Capture Mode”.

Интерфейс цифрового входа/выхода

Восьмеричный буфер 54LS244, U5 используется для буферизации цифровых входов и выходов микроконтроллера. Он обеспечивает буферизацию и защиту портов ввода/вывода микроконтроллер.

Схема Цифро-Аналогового преобразователя

Цифро-аналоговый преобразователь на основе ШИМ был реализован в рамках аппаратной части Aj-ATE.

Простой цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) реализуется фильтрацией нижних частот генерируемого микроконтроллером ШИМ сигнала, который имеет ответный сигнал, как правило равный одной десятой частоты среза фильтра. Эта схематическая идея является новой реализацией идеи описанной в Приложении 1. Схема реализует ±10В, 10 битный ЦАП с пропускной способностью 20 кГц.

Microchip DSPIC30F4011 работает на тактовой частоте 96МГц и захваченные  ШИМ сигналы устанавливаются для счета 1200, соответствующего частоте ШИМ 20 кГц. ШИМ сигнал OC4 с фиксированным количеством 1170 используется в качестве основы для генерации пилообразного сигнала, и OC1 управляет ШИМ-ЦАП.  Микросхема U1A вместе с PNP транзистором Q1 образует точный источник тока зарядки конденсатора C2. OC4 инвертируется микросхемой U3A подключений на NPN транзистор Q2 в течении 30 подсчитанных генераций номинальной пилы 0-5В на конденсаторе С2. Пилообразный сигнал в буфере усиливается и компенсируется микросхемой U1B, усиление и смещение регулируется потенциометрами R5 и R2. ШИМ сигнал OC1 дифференцируется конденсатором С3 и резистором R9, инвертируемым микросхемой U3B формирующий 1uSec сигнал выборки для выборки и хранения микросхемы U2. Pin 5U2, формирует ЦАП выход и задает -10В, 0В и +10В для OC1 ШИМ считающего 88, 600 и 1112 соответственно, что соответствует 10 бит счету до 1024.

Счет 88 помогает избежать начальной нелинейной области пилы, и ШИМ ЦАП показывает хорошую линейность LSB 20 мВ и точность ± 40 мВ. Дополнительный ШИМ-ЦАП также может быть реализован с использованием Capture ШИМ OC2 и OC3.

Буферизированный аналоговый выход Vout3

Схема ШИМ-в-аналоговый сигнал для Vout3. OC3 является выходом ШИМ, которые после дифференциации C8-R29 и инверсии U13B формирует вход интегрального устройства выборки и хранения S/H LF398, U9.

Пила от -10 до +10 формирует входной сигнал S/H микросхемы LF398, U9. На выходе U9 без буферный аналоговый сигнал, соответствующий Vout3.

Выход микросхемы U8 буферизирован с помощью простого двухтактного каскада класса B, образованного Q1 и Q2. Сочетание U8, Q1 и Q2 образуют не инвертирующий буфер с единичным усилением. Транзисторы Q2 и Q3 наряду с R21 и R22 ограничивают выходной ток до ±300 мА.

Изготовление аппаратной части

Расположение деталей АТЕ.

Плата была изготовлена при помощи ЛУТ с файла pcb.pdf, распечатанном в масштабе 1:1 на бумаге формата A4.

Gerber файлы платы также предоставляются вместе с документацией и программным обеспечением.

Обратите внимание вид ПП снизу:

Добавлены конденсаторы 0.1uF по питанию на микроконтроллер  DSPIC30F4011.

Одна перемычка для -2.5В выхода 7905 до вывода R61. Другой вывод R61 подключен к коллектору Q6.

Документация и программное обеспечение, стоимость аппаратной части

Документы и программы, связанные с системой АТЕ, содержатся в файле ATE_Final_25 Sept 12.rar

ДОКУМЕНТЫ
   Aj-ATE-Experiments.pdf  
   Aj-ATE-Hardware-Manual.pdf  
   Aj-ATE-User-Manual.pdf    

DSPIC30f4011 HEX код
   aj-ate.hex    

Gerber файлы ПП
   ATE-PCB.zip  

VB.Net 2.0 Программа
   Aj-ATE.rar  

Контроль и проверка

Разработка программного обеспечения

Программа для микроконтроллера была разработана в среде Microchip MPLAB и проверена в течение нескольких дней тестирования и использования.

Программное обеспечение для компьютера было разработано на настольном компьютере с процессором Intel P4 и 1GB ОЗУ под управлением Microsoft XP SP 3. VB.NET 2 был использован в качестве системы разработки.

Программное обеспечение VB был протестировано на следующих системах:
Intel P4 1,6 ГГц, 1 Гб ОЗУ Win XP SP 3
Intel Core 2 Duo 2 ГГц, 1 Гб ОЗУ  Win XP SP 3
Intel Core 2 Duo 2 ГГц, 1 Гб ОЗУ Win XP SP 3 в Virtual Box на Squeeze Debian Linux
Dell Inspiron 1525 с процессором Intel Core 2 Duo 2 ГГц, 2 Гб ОЗУ Win XP SP 3
Dell Inspiron 1525 с процессором Intel Core 2 Duo 2 ГГц, 2 Гб ОЗУ Windows 7

Аппаратная часть

Первоначально аппаратная часть была сделана на макетной плате и питалась от самодельного блока питания.
Плата была разработана с помощью пакета САПР и двухсторонней печатная плата была изготовлена с помощью ЛУТ.
После сборки платы она была протестирована автономно.

Затем она была установлена в корпус и подключена к разъемам, соединителям и светодиодам. 
Это Первое устройство было запитано от внешнего PC SMPS и протестировано.
Были проведены некоторые незначительные необходимые изменения в аппаратную часть и программное обеспечение.
Первое устройство было заморожено, и начата подготовка документации.

Повторяемость и согласованность:
Для проверки повторяемости, второе устройство было изготовлено по документации.
Испытания этой системы подтвердило процесс разработки и никакие изменения не вносились.

Оригинал статьи на английском языке (перевод: Александр Касьянов для сайта cxem.net)

Оригинал статьи

Теги:

• PIC
• Тестер
• Микроконтроллер
• Перевод