Для проверки и налаживания
цифровых устройств в промышленности используют логические
анализаторы — многоканальные приборы, одновременно отображающие
логические значения нескольких десятков двоичных переменных. Эти
приборы, как правило, сложны, дорогостоящи и недоступны
радиолюбителям. Однако, собрав приставку по схеме, изображенной на
рис. 1, можно обычный осциллограф использовать в качестве
логического анализатора для исследования состояний микросхем ТТЛ.
Логические значения отображаются на экране осциллографа в привычном
порядке, т. е. слева направо и сверху вниз. Приставка может работать
и как восьмиканальный коммутатор цифровых сигналов. В ее состав
входит тактовый генератор, позволяющий контролировать
работоспособность устройства в автономном режиме.
Цифры на экране формируются в
виде фигур Лиссажу. Если при выключенной внутренней развертке на
входы X и Y осциллографа поступают синусоидальные сигналы,
отличающиеся по фазе на 90°, то на экране появляется цифра 0. Если
же синусоидальный сигнал приходит только на вход Y, то на экране
формируется вертикальная черта, символизирующая цифру 1.
Анализатор может работать в режимах
«Логические состояния» и «Форма», выбираемых кнопкой SB2. В первом
из них на экране осциллографа отображаются в цифровой форме 16
логических значений восьми входных сигналов, во втором — их форма.
Устройство содержит мультиплексор (DD2), два
счетчика (DD1, DD4), такое же число цифро-аналоговых
преобразователей (DD3.1—DD3.3, R11 — R13, R15 и DD5.3—DD5.6,
R33—R37), тактовый генератор (DD6.1, DD6.2), генератор
синусоидальных колебаний (VT1—VT4), электронный ключ (VT5) и
формирователь импульсов (VT6— VT8, DD3.4).
Исследуемые цифровые сигналы поступают на входы мультиплексора DD2
при нажатой кнопке SB1. Номер канала, подключенного в данный момент
к осциллографу, определяется состоянием счетчика DD1, который
совместно с инверторами DD3.1 —DD3.3 и резисторами R11—R13, R15
образует цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), обеспечивающий
дискретную (восемь положений) развертку луча по вертикали.
При исследовании формы сигналов в режиме
коммутатора (кнопки SB2 и SB3 в положениях, показанных на схеме)
создаваемое этим ЦАПом ступенчатое напряжение суммируется с
импульсами на выходе мультиплексора и поступает на вход У
осциллографа. Во время обратного хода развертки формирователь
(VT6—VT8, DD3.4) вырабатывает импульсы, воздействующие на счетчик
DD1, и он последовательно изменяет свое состояние от 0 до 7. В
результате соответственно коммутируются каналы мультиплексора, после
каждого цикла развертки по горизонтали луч скачкообразно
перемещается вверх и вычерчивает временную диаграмму следующего
сигнала. Для управления генератором развертки осциллографа,
работающим в этом случае с внешней синхронизацией, используют
входные импульсы с наибольшим периодом следования или подходящий
сигнал, снимаемый с какой-либо точки испытуемого устройства.
Если же форму сигналов исследуют в режиме
логического анализатора (нажата кнопка SB3), для синхронизации
используются импульсы с выхода счетчика DD4 (временной интервал их
следования равен 16 периодам тактовой частоты).
При просмотре логических состояний (нажаты
кнопки SB2 и SB3) генератор развертки осциллографа выключают. Сигнал
для дискретной горизонтальной развертки на 16 положений луча в этом
случае формирует ЦАП на элементах DD5.3—DD5.6, R33-R37. Его выходное
напряжение суммируется с нормированным по амплитуде синусоидальным
сигналом, поступающим через цепь R20C5R5C2 с выхода генератора
на транзисторах VTI—VT4, и воздействует на вход X осциллографа.
Одновременно синусоидальный сигнал, сдвинутый по фазе на 90°
относительно выходного цепью CI2R29, поступает на вход Y. В этом
режиме импульсы с выхода мультиплексора DD2 управляют работой
электронного ключа на транзисторе VT5. При уровне логического 0 ключ
закрыт, синусоидальное напряжение воздействует на оба входа
осциллографа и на его экране формируется цифра 0. Уровень 1
открывает ключ, прекращая поступление' на вход X синусоидального
сигнала, поэтому на экране появляется цифра 1.
Подстроечным резистором R33 регулируют
выходное напряжение ЦАП, т. е. размер изображения по горизонтали.
Для повышения яркости цифр каналы в режиме «Логические состояния»
переключаются после двукратного прохождения луча по каждой строке.
Чтобы изображение было устойчивым, входная информация должна
повторяться через каждые 16 периодов тактовой частоты.
Генератор синусоидальных колебаний (VT1—VT4)
выполнен по схеме с мостом Вина в цепи положительной обратной связи
и формирует сигнал частотой около 200 кГц.
Тактовый генератор (DD6.1, DD6.2) вырабатывает импульсы с частотой
следования около 100 кГц. Благодаря относительно высокой тактовой
частоте и послесвечению люминофора, все восемь исследуемых сигналов
на экране осциллографа наблюдаются одновременно.
При контроле работы приставки (нажата кнопка
SB5) входы мультиплексора подключены к выходам счетчика DD4. На
экране осциллографа его состояния выглядят, как показано на рис. 2.
В приставке применены переключатели П2К (SB1 и
SB5 — с зависимой фиксацией). Для питания необходим
стабилизированный источник напряжения 5 В, обеспечивающий ток 200
мА. При монтаже устройства следует иметь в
виду, что цепи питания генератора синусоидальных колебаний (VT1—VT4)
должны быть подсоединены непосредственно к источнику. Между выводами
питания каждой микросхемы необходимо включить блокировочные
конденсаторы емкостью 0,01...0,1 мкФ. В
начале налаживания приставки подбором резистора R24 добиваются
синусоидальной формы колебаний на эмиттере транзистора VT4. Затем
приставку переводят в режим «Логические состояния» (нажимают кнопки
SB2 и SB3) и, подключив какой-либо из входов мультиплексора к общему
проводу, изменением сопротивления подстроечного резистора R5
получают желаемую форму цифры 0 на экране осциллографа. Полностью
работоспособность устройства проверяют в режиме «Контроль».
При работе приставку располагают как можно
ближе к исследуемому устройству и соединяют с ним короткими
проводами. Переключатель чувствительности усилителя осциллографа
устанавливают в положение «0,2 В/дел». Если нажата кнопка SB4,
тактовый вход исследуемого устройства подсоединяют к разъему XS5.
Если же используется внешний тактовый генератор (SB4 в положении,
показанном на схеме), то к разъему XS5 и входу исследуемого
устройства подключают его выход. В качестве внешнего можно
использовать генератор прямоугольных импульсов с частотой следования
от 50 кГц до 1 МГц. Приставка предназначена
для работы с осциллографом С1-65А. Однако ее можно использовать и с
другим осциллографом, генератор развертки которого работает в режиме
внешней синхронизации и имеет отдельный выход. В этом случае
возможно придется подобрать резисторы Rl—R3, если напряжение на
выходе генератора развертки отличается от указанного на схеме. При
необходимости число каналов можно уменьшить до четырех или двух,
отключив соответствующие выходы счетчика DD4.
