Матричный осциллограф

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 1 А ИЕ ИЗОБРЕТЕН ОПИСАН АВТОРСКОМ омышленность то ро ГОСУДЮ СТВЕННЦЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) б 81.327(088.8)5 б 1. ".Электронная пр1978, Р 36, рис. 1.2. Там же, рис. 3.3. Авторское. свидетельство СССРВ 508743, кл. С 01 К 13/10, 1973.4. Авторское свидетельство СССРЮ 473103, кл. Г 01 К 13/10, 1973(54)(57) МАТРИЧНЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ, содержащий .первый компаратор, выходкоторого соединен с первым входомтриггера, последовательно соединенные первый счетчик, цифро-аналоговый преобразователь и второй компаратор, выход второго счетчика соеди-.нен с входом первого одновибратора,выход которого соединен со вторымвходом триггера, блок синхронизации,входы первого компаратора являютсяпервым и вторым входами осциллографа соответственно, вертикальные шиныматричной панеликоторого соединеныс выходами дешифратора, вход которого соединен с выходом второго счетчика, второй одновибратор, вход которого соединен с вйходом первогосчетчика, соединенным с входом второго счетчика, и детекторы, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью упрощения осциллографа и расширенияобласти применения за счетобеспечения возможности осциллографирования уровней входных сигналови их фазовых соотношений, в неговведены последовательно соединенныеизмеритель периода входного сигнала 6 01 К. 13/уф, С 09 С. и делитель частоты, два коммутатора регистр, блок памяти и третий компаратор, выход которого соединен с информационным входом регистра, тактовый вход которого соединен с вы" ходом второго коммутатора, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты, а второй вход - с первым выходом блока синхронизации второй выход которого соединен с первым входом измерителя периода входного сигнала, а третий выход - со вторым входом делителя частоты, второй вход измерителя периода входного сигнала соединен с выходом первого компаратора, выход триггера со" единен с четвер-.ым входом второго коммутатора и первым входом блока памяти, второй вход которого соединен с вйходом второго счетчика, третий вход - с выходом первого счетчика, четвертый вход - с выходом второго компаратора,. выхоД блока памяти соединен с первым входом третьего компаратора, второй вход которого соединен с выходом первого счетчика,. выход первого коммутатора соединен со вторым входом второго компаратора выход второго счетчика соединен..с первым входом первого коммутатора второй и третий входы которого являются третьим и четвертым входами осциллографа соответственно, чет" вертый вход первого коммутатора соединен со вторым входом цифро-ана-. логового преобразователя и вхоДом блока синхронизации и является пятым входом осциллографа, входы одной группы первого коммута ра соединены с выходами детекто в, входы которых и входы другой группы первого коммутатора являются входами группы осциллографа.Изобретение относится к измери-, тельной технике и предназначено для обеспечения индикации формы, уров ней, Фазовых соотношений многоканальных сигналов.Известна схема осциллографа сматричным экраном. В этом устройствевходы Х и У подключены через соот ветствующие аналого-цифровые преобразователиАЦП), схемы адресации к матричному экрану, в узлах шин которого находятся светоэлементы. При подаче периодических сигналов на Х и У входы на экране высвечи- вается светящееся изображение 11 3,Однако в данном устройстве индицироваться могут только периоди;- ческие сигналы, однократные сигна- ,лы на экране видны не будут, так как осциллограф не имеет памяти. 10 15 Известна схема осциллографа с 20 матричным экраном и памятью, В этом устройстве вход соединен через АЦП, схему адресации, память, выхсдные каскады с горизонтальными ши-, нами матричного экрана. Блок синх ронизации связан с входом устройст- ва, а его выходы подключены к вхо- дам коммутатора, у которого выходы соединены с адресными входами памяти и через выходные каскады с вертикаль- З 0 ными шинами матричного экрана. В режиме записи входной сигнал через АЦП и схему адресации записывается в память. Причем память содержит столько ячеек памяти, сколько узлов находится на матричном экране. Эт ячейки распределены по строкам и столбцам, при этом отдельная составляющая входного сигнала записывается в соответствующий столбец па- мяти, возводя в состояние "1" ячей" 40 ку памяти, номер строки которой сс- ответствует уровню входного сигнала. После записи входного сигнала рас-, положение ячеек памяти, имеющих со стояние "1", соответствует Форме45 , входного сигнала. В режиме индикации из памяти последовательно считываются по столбцам состояния ячеек памяти, зажигая соответствующие ячейки матричного экрана, на котором 50 высвечивается форма входного сигнала 12.Недостатками этого устройства яв. ляются бОльшой объем памяти (число ячеек памяти равно числу узлов мат. рицы экрана), а также невозможность индикации мйогоканальной информации;Известен осциллограф с матричны 4 экраном, аналогичный. описанному усгройству, в который введены цифровые элементы, обеспечивающие полуавтоьа. тическае измерение характеристик сигнала например амплитуды и длиг тельности временных интегралов 3,Данный осциллограф имеет недостатки, присущие устройству 21. 65 Наиболее близким к предлагаемому является матричный осциллограф, имеющий К входов, которые через усилители соединены с входами соответствующих К компараторов. Другие входы компараторов. соединены с входом цифро-аналогового преобразователя ЦАП), а выходы через одновибраторы соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого, в свою очередь, соединен с входами элементов И, расположенных в узлах матрицы экрана, у которых входы подключены к входам соответствующих триггеров. Выходы триггеров подключены к оветоэлементам. Кроме того, выход генератора или синхронизатора через счетчик подключен к входу ЦАП и входу дешифратрра, выходы которого образуют Ф- горизонтальных шин матрицы экрана, нулевая шина соединена через элемент И с входом счетчика, выход которого подключен к входу другого дешифратора, выходы второго дешифратора образуют вертикальные шины матрицы экрана. Каждая шина подключена к другим входам триггеров, расположенных в соответствующем столбце матрицы экрана.В режиме записи усиленные К входных сигналов сравниваются в компараторах с линейно возрастаюшИм сигналом на выходе ЦАП, В моменты равенства одного из входных сигналов и сигнала ЦАП на выходе компаратора образуется перепад напряжения, запускающий одновибратор. Импульс од" новибратора через элемент ИЛИ поступает на входы всех элементов И матрицы, Но проходит он только на один из этих элементов, который раа, положен в точке пересечения шин матрицы, имеющих в данный момент логические единицы. При.этом триггер, подключенный на выходе данного элемента И, устанавливается в "1" и зажигает световой элемент. По вертя" кали данный световой элемент распо-ложен на уровне, соответствующем состоянию счетчика, подключенного на вход ЦАП, т.е. на уровне, соответствующем входному сигналу, По горизонтали световой элемент расположен на уровне, определяемом числом на выходе счетчика дешифратора,верти-. кальных шин. Данное число возрастает линейно во времени, поэтому по горизонтали место горящего светоэлемента соответствует данной временной координате входного сигнала. При равенстве уровней другого входного сигнала и сигнала на выходе ЦАП загорается другой световой элемент, расположенный вдоль выбранной вертикальной шины матрицы. Таким образом, К входных сигналов зажигают К световых элементов вдоль одрой вертикальной шины. В следующий момент времени, когда число на выходесчетчика .дешифратора вертикальныхшин возрастает на единицу, зажгутсясветовые элементы в следующей вертикальной шине и так далее. Послеокончания процесса записй на экране 5матрицы горят световые элементы,описывающие в совокупности форму Квходных сигналов, Зто изображениехранится неограниченно долго, покавключено питание схем. По желанию 10процесс записи можно повторить, запустив в работу счетчик дешифраторавертикальных шин 141.Недостатком данного устройстваявляется сложность матричного экрана, так как для матрицы и= 100требуются 10000 отдельных триггеров,10000 элементов И и. 40000 подводя.щих к ним проводов. Ероме того,данное устройство не обеспечиваетизменение скорости записи входных.сигналов, т.е. временНой масштабизображения всегда постоянен., Причем данное устройство не имеетвозможности индицировать уровни входных сигналов и их фазовые соотношения.Цель изобретения - упрощение ос-,циллографа и расширение области при. менения за счет обеспечения возможности осциллографирования уровней:, :30входных сигналов и их фазовых соот-.ношений,Поставленная цель достигаетсятем, что в матричный осциллограф,содержащий первый компаратор, выходкоторого соединен с первым входом "триггера, последовательно соединен-.ные первый счетчик,.цйфро-.аналоговыйпреобразователь и второй компаратор,выход второго счетчика соединен свходом первого одновибратора, вы" : :4 Оход ксторого соединен со вторымвходом триггера, блок синхронизации,входы первого йомпаратора являютсяпервым и вторым входами осциллогра-Фа соответственно, вертикальные . 45шины матричной панели -которого соединены с выходами де"шифратора,вход которого соединен с выходомвторого счетчика, второй одновибра.тор, вход которого:соединен с выходом первого счетчика, соединеннымс входом второго счетчика, и детекторы, введены последовательно соединенные измеритель периода входного сигнала и делитель частоты,два коммутатора, регистр, блок памяти и третий компаратор, выход которого соединен с информационнымвходом регистра, тактовый вход которого соединен с выходом второго коммутатора, первыйвход которого со Оединен с выходом делйтеля частоты,а второй вход - с первым выходомблока синхронизации, второй выходкоторого соединен с первым входомизмерителя периода входного сигнала, 65 а третий выход - со вторым входом делителя частоты, второй вход измерителя периода входного сигнала соединен с выходом первого компаратора, выход триггера соединен с четвертым входом второго коммутатора и первым входом блока памяти, второй вход которого соединен с выходом второго счетчика, третий вход - с выходом первого счетчика, четвертый входс выходом второго компаратора, вы" ход блока памяти соединен с первым входом третьего компаратора, второй вход которого соединен с выходом первого счетчика,выход первого коммутатора соединен со вторым входом второго компаратора, выход второго счетчика соединен с первым входом первого коммутатора, второй и третий входы которого являются третьим и четвертым- входами осциллографа соответственно, четвертый .вход первого коммутатора соединен со вторым входом цифро-аналогового преобразователя и входом блока синх" .ронизации и является пятым входом осциллографа, Входы одной группы первого коммутатора соединены свыходами детекторов, входы которых и входы другой группы первого коммутатора являются входами группы осциллографа.На чертеже представлен матричный осциллограф..Осциллограф содержит первый компаратор 1, второй компаратор 2, из" меритель З.периода входного сигнала, делитель 4 частоты, триггер 5, блок б синхронизации, первый и второй одновибраторы 7,8, первый коммутатор 9; второй коммутатор 10, первый и .второй счетчики 11, 12 соответственно, детекторы 13, цифро-аналоговый преобразователь 14, блок памяти 15, третий компаратор 16, регистр 17, дешифратор 18, элементы индикации матричной панели 19; горизонтальные и вертикальные шины панели 20 и 21соответственно, первый и второй вхо" ды осциллографа 22 и 23, третий .вход осциллографа "Номер Формыф 24, четвертый вход осциллографа "Уровень/форма" 25, пятый вход "Фазаф 2 ь, входы группы 27 осциллографа.Осциллограф работает следующим образом.В режиме залиси Формы одного из входных сигналов, вход 25 коммутатора 9 усТанаВливается в положение "Форма" а на вход 24 "Номер формыф осциллографа подается сигнал в ви" де кода, подключающий выбранный вход осциллографа через коммутатор 9 к входу компаратора 2, Одновременно на вход 23 осциллографа Опорный сигнал" подается опорный сигнал. Этим сигналом может, быть любой из й входных сигналов осциллографа или любой внешний сигнал, относительнокоторого необходимо произвести запись формы. Опорный сигнал сравнивается на входах компаратора 1 спостоянным сигналом и на выходе компаратора 1 образуются прямоугольныЕимпульсы, период которых равен периоду повторения опорного сигнала.Передний фронт одного из импульсовустанавливает триггер 5 в состояние логической единицы, переведяблок памяти 15 в режим записи. Период сигнала на выходе компаратора,1 измеряет измеритель 3, число сего выхода подается на вход делителя4 частоты, в результате чего на выходе делителя 4 получаются сигналы 15которые имеют период в к.п. разменьший периода опорного сигнала,Эти импульсы через коммутатор 10поступают на вход счетчика 11, Сигнал выхода счетчика преобразуетсяс помощью ЦАП 14 в аналоговый вид,затем он сравнивается с входнымсигналом осциллографа на входахкомпаратора 2. В момент равенстваобоих сигналов на выходе компаратора 2 образуется перепад напряжения,который поступает на тактовый входблока памяти 15. При этом в блок Памяти 15 записывается цифровое слобос выхода счетчика 11, которое позначению равно уровню входного сигнала осциллографа. При достижениивыходным сигналом счетчика 11 сво"его максимума, на его выходе образуется импульс, который увеличивает выходной сигнал счетчика 12 35на единицу. Этот выходной сигнализменяет адрес ячейки блока памяти15, в которую затем записываетсяновое число, равное входному сигналу в следующий момент времени. В 4 Оконце процесса записи в блоке памяти 15 оказываются записанными ЛЬслов, характеризующих выбранныйвходной сигнал осциллографа в течение целевого периода опорного сиг"нала. Если вход опорного сигнала Соединен с выбранным входом осциллоГрафа, то в памяти запишется информация о входном сигнале, начиная сначала его периода и кончая его концом. В конце процесса записи на вйходе счетчика 12 образуется импуль с,запускающий одновибратор 8, которЫйгенерирует длительный импульс, сбрасывающий триггер 5 в ноль, прекращаятем самым, режим записи в блок памяти 15, После окончания импульсаодновибратора 8 триггер 5 остаетсяв нулевом состоянии, пока компаратор1 в начале периода опорного сигналане установит триггер 5 в состояние"1", и вновь начинается записьвходного сигнала. В режиме индикации на выходе триггера 5 имеет место логический ноль, который переводит блок памяти 15,в 65 режим считывания, запрещает повторный запуск одновибратора 8 во время режима считывания, подключает на выход коммутатора 10 импульсы с другого выхода блока синхронизатора, имеющие постоянную частоту. При этом, эти импульсы запускают счетчик 11, с выхода которого сигнал поступает на вход цифрового компаратора 16, на другой вход которого поступает сигнал с выхода блока памяти 15, причем номер ячейки блока памяти определяет число на его адресном входе, которое образуется выходным сигналом счетчика 12. Первоначальное число это равно нулю, при этом на выходе блока памяти имеет место сигнал о начальной выборке запомненного сигнала. При возрастании от нуля выходного сигнала счетчика 11 на выходе компаратора 16 имеет место логическая единица, которая записывается последовательно в ячейки памяти регистра 17 в темпе поступления импульсов на его тактовый вход. Логическая единица записываемого сигнала поступает в верхнюю ячейку регистра 17, затем эта единица спускается в нижние ячейки. При превышении выходным сигналом счетчика 11 выходного сигнала блока памяти 15 на выходе компаратора 16 возникает логический ноль, который начинает записываться в регистр 17, начиная с его верхних ячеек. При заполнении счетчика 11 на его выходе появляется импульс, который запускает одновибратор 7, выходной сигнал которого закрывает коммутатор 10, в .результате чего счетчик 11 останавливается. Процесс считывания прерывается, а в регистре 17 остаются записанными логические единицы в нижних ячейках, Число этих ячеек равно числу, находящегося на выходе блока памяти 15Эти логические единицы возбуждают соответствующие горизонтальные шины 20 матрицы. В точках пересечения данных шин с одной возбужденной вертикальной шиной 21 загораются световые элементы. Номер возбужденной вертикальной шины определяется числом на выходе счетчика 12, т.е. номером считываемой ячейки блока памяти 15. Горящие световые элементы образуют собой светящийся столб, равный по высоте цифровому слову, считываемому иэ блока памяти 15. Длительность выходного импульса одновибратора 7 значительно больше длительности процесса работы счетчика 11, поэтому глаз человека замечает на экране только постоянный по высоте светящийся столбец. После окончания импульса одновибратора 7 открывается коммутатор 10, запускается счетчик 11, задний фронт импульса на его выходе записывает всчетчик еще одну единицу, при этом на выходе блока памяти 15 появляется число из его следующей ячейки. Процесс считывания повторяется вновь. Частота считывания информации из всего блока памяти 15 не должна быть ниже 50 Гц, чтобы иэображение на экране матрицы не было мелькающим для глаза человека. Каждый горящий столбец матрицы возбуждается только на 1/и часть периода считы.вания всей информации из блока памя.ти 15. Но из-за инерции глаз человека .он видит на экране совокупность горящих И столбцов, Форма которых описывает запоминающий входной сигнал осцил-15 лографа.В режиме записи уровней И входных сигналов вход 25 коммутатора 9 устанавливается в положение "уровеньф. При этом коммутатор 9 подключает на свой выход выходной сигнал одного из о детекторов 13, номер которого , определяется числом на выходе счетчика 12. В этом случае процесс записи информации аналогичен уже описанному процессу записи Формы сиг нала, Отличие состоит только в том, что в первую ячейку блока памяти 15 записывается .сигнал с выхода первого детектора 13, во вторую ячейку блока памяти 15 записывается сигнал с выхода второго детектора 13 и так далее. Таккак постоянные сигналы на выходах детекторов 13 пропорциональны уровням (действующим значениям илиамплитудам) вход ных сигналов, то в памяти последовательно за время одного периода опорного. сигнала записываются уровни всех И входных .сигналов. В режи-. ме их индикации на. экране видны п 40 светящихся .столбов, высота которых пропорциональна уровням и входных .сигналов.В режиме записи фазовых соотношений входных сигналов на вход 2 б "фаза" коммутатора 9 подается логическая единица. При этом коммута" тор 9 подключает на свой выход тот входной сигнал осциллограФа, номер которого задается числом на выходе счетчика .12. Одновременно сигнал . "фаза" .устанавливает на выходе ЩП 14 постоянныйлогический ноль и переводит блок б синхронизации в режим, в котором ои подает. на вход делителя 4 импульсы, частота кото рых в к раз меньше частоты данных импульсбв в предыдущих режимах. В этом случае на выходе делителя 4 появляются за время одного периода опорного сигнала только К импульсов. Выбранный входной сигнал осциллографа сравнивается на входах компаратора 2 с нулевым сигналом, при этом на выходе компаратора появляются им-. пульсы. Причем, так как в режиме анализа фаз сигналов все входные сигналы и опорный сигнал должны имать одинаковые периоды повторения, то в течение длительности. периода опорного сигнала на выходе компаратора 2 имеет место только один перепад из "1" в "0". При равенстве фаз выбранного входного и опорного сигнала этот перепад имеет место в середине . длительности периода опорного сигнала При несовпадении фаз перепад возни .кает до или после середины периода опорного сигнала, чем больше разница Фаз, тем больше от середины возникает перепад сигнала на выходе компаратора 2. В этсм режиме за время длительности периода опорного сигнала на выходе счетчика 11 образуется лишь один возрастающий сигнал, поэтому вмомент возникновения перепада на выходе. компаратора 2 в блок памяти 15 загисывается одно число, величина которого пропорциональна длительности времени, прошедшего от начала перепада опорного . сигнала до момента наступления перепада на выходе компаратора 2. При подключении к следующему входному сигналу осциллографа в следующую ячейку памяти записывается новое число, характеризующее Фазу данного входного сигнала, относительно опорного сигнала. При индикации записанной в блоке памяти 15 информации на экране видны и светящихся столбов, каждый столб при этом характеризует Фазу одного из выходных сигналов. Причем при равенстве Фаз всех входных и опорного сигналов столбы все одинаковые и занимаютпо высоте половину экрана. Если фазы отрицательные, то столбы располагаются по высоте ниже середины экрана, если фазы положительные, то - выше середины экрана. При сдвиге Фаз +180 столбы занимают весь экран по высоте.Таким .образом, по сравнению с прототипом предлагаемый осциллограф имеет значительно упрощенный матричный экран и обеспечивает возможность осциллографирования не только Формы, но и уровней всех входных сигналов и сдвиг фаз входных сигналов относительно опорного сигн .ла.1018021 Составитель А. ВоронинаРедактор М, Бандура Техред К.Мыцьо Корректор М.Коста Заказ 35 Подписноекомитета СССРи открытийушская наб., д, 4/5 30/43 Тйраж 710 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра