Анализ условий эксплуатации

      Техническое задание
      
      Введение
      Настоящее техническое задание распространяется на разработку и испытание цифрового портативного осциллографа КНФУ.431321.001, предназначенного для исследования амплитудных и временных параметров электрического сигнала. 
      
      1 Основание для разработки
      КНФУ.431321.001 разрабатывают на основании задания на выпускную квалификационную работу, утвержденного кафедрой ПиП ЭВС.
      Тема – «Разработка портативного цифрового осциллографа».
      
      2 Источники разработки
      «Портативный цифровой осциллограф» КНФУ.431321.001 источником является статья на сайте www.jyetech.com.
      
      3 Технические требования 
      3.1 Состав изделия
      Изделие должно состоять из следующих устройств: процессор, АЦП, входной аналоговый сигнал, супервизор напряжения, блок ввода данных, источник питания, блок индикации, стабилизатор напряжения, блок синхронизации.
      3.2 Технические параметры
      Потребляемая мощность не более 						 125Вт
      Максимальная частота дискретизации в реальном времени		1выб/с
      Полоса пропускания							   0 - 200КГц
      Диапазон чувствительности 						10мВ-5В/дел
      Входное максимальное напряжение         					     50В
      Входное сопротивление              					1MОм/20пФ
      Разрешающая способность         						12 бит
      Диапазон базового времени         			       500с/дел—10мс/дел
      Источник питания, В								9±5%
      3.3. Требования к надежности
      Общие требования к надежности, предъявляемые к разрабатываемому изделию по ГОСТ 23.359 – 82. Среднее время безотказной работы не менее 5000 ч.
      3.4 Принцип работы 
      Устройство осуществляет сбор информации с аналогового входа, сигнал поступает на делитель напряжения, где устанавливается необходимый коэффициент передачи. Далее сигнал усиливается в блоке входного усилителя и поступает на АЦП, где происходит его преобразование. Затем код поступает на микроконтроллер, где он обрабатывается, запоминается и передаётся на ЖК-дисплей.
      3.5 Конструктивные требования
      1.Основные конструктивные требования ГОСТ 14201, ГОСТ 14202.
      2.Основные требования к материалам и покрытиям несущих конструкций устройств «Материал и покрытия» по ОСТ 4.029.091-81.
      3.Требования технической эстетики по ОСТ 4Г0.11218.
      4.Требование эргономики по ОСТ 4Г0.10236.
      3.6 Условия эксплуатации
     Устройство должно соответствовать категории размещения по ГОСТ 15150-69 УХЛ 4.2, для эксплуатации в лабораторных, капитальных жилых и других подобного типа помещениях.
      - диапазон рабочих температур, ?С……………………………...+10...+35;
      - диапазон предельных рабочих температур, ?С………..……….+1...+40;
      - верхнее значение отн. вл. воздуха при температуре 25? С, %	…..80;
      - атмосферное давление, кПа:…………………………………86,0...106,7.
      Механические воздействия должны соответствовать ГОСТ 25467-82 группа исполнения М2:
      - диапазон синусоидальных вибраций, Гц………………………….1…55;
      - амплитуда ускорения, м*с-2 (а)…………………………. не более 10 (1);
      - пиковое ударное ускорение, м*с-2 (а) ………………..не более 150 (15);
      - степень жесткости по ГОСТ 16962-71 …………………………...........II.
      3.7 Требования к безопасности
      Требования безопасности должны соответствовать ГОСТ 12.2.006-87.
      3.8 Требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению
      1.Транспортная упаковка и условия хранения должны обеспечивать сохранность изделия при транспортировке и хранении, и выполняться по соответствующим стандартам, отраслевым нормам и инструкциям.
      2.Устройство должно храниться в складских помещениях, защищённых от воздействия атмосферных осадков, при отсутствии в воздухе паров кислот, щелочей и др. агрессивных примесей.
      3.После вынужденного пребывания прибора в условиях низкой температуры, включение производить только после выдержки его в течение 12 часов в нормальных комнатных условиях. 
      4.В каждый тарный ящик должен быть вложен упаковочный лист, составленный по форме, принятой предприятием изготовителем и согласованной с представителем заказчика. Упаковочный лист и сопроводительная документация должны находиться в пакете из полиэтиленовой плёнки ГОСТ 10354-82 с последующей герметизацией швов.
      5.Транспортировку прибора производить в таре предприятия изготовителя, с учётом предупредительной маркировки, любым видом транспорта в закрытых средствах, без ограничения расстояния, скорости движения и количества взлётов и посадок.
      
      4 Экономические показатели
      Масштабность выпуска соответствует мелкосерийному производству: 1000 шт./год.
      
      5. Порядок испытаний
      Испытания производить на предприятии – изготовителе путем проверки на предмет соответствия технических показателей устройства стандарту ГОСТ 16.962-79 «Изделия электронной техники. Механические, климатические воздействия. Требования и методы испытаний».

      Аннотация
      В представленной выпускной квалификационной работе был разработан портативный цифровой осциллограф. Данное устройство предназначено для измерения, обработки и хранения информации. Вывод информации производится на дисплей. Основанием для разработки является задание на выпускную квалификационную работу.
      В пояснительной записке содержится расчетно-теоретическая, конструкторская, технологическая, экономическая части и безопасность жизнедеятельности.
      Пояснительная записка состоит из 93 страниц, 26 рисунков, 23 таблиц, библиография из 28 наименований.
      
      Annotation
      
      

      Содержание
      
      Введение	15
 Разработка технического задания	18
 Обзор научно-технической и методической литературы		18
  Выбор и обоснование вариантов конструкции		18
 Анализ условий эксплуатации		19
 Выбор технических решений при конструировании устройства	20
 Обоснование выбора микроконтроллера		20
 Питание и передача данных		21
 Структура и принцип действия цифрового осциллографа		21
 Поиск аналогов	27
 Разработка структурной схемы	30
 Описание схемы электрической принципиальной	31
 Выбор элементной базы	33
 Конструкторская часть	47
 Теоретические сведения	47
 Требования к конструкции стенда	48
 Анализ вариантов компоновки	48
 Разработка конструкции	52
 Выбор типа и класса точности печатной платы	53
 Выбор класса точности печатной платы	53
 Разработка функционального узла на ПП	55
 Выбор материала печатной платы	56
 Выбор метода изготовления печатной платы	57
 Выбор маркировки	57
 Расчётно-теоретическая часть	58
 Расчет надежности по внезапным отказам	58
 Расчет на потребляемую мощность	67
 Компоновочный расчет68
 Выбор диаметров отверстий и контактных площадок	71
 Расчет тепловых режимов устройства	76
 Технологическая часть	78
 Теоретические сведения	78
 Конструкторско-технологический анализ изделия	78
 Расчёт технологичности	79
 Разработка технологического процесса сборки и монтажа изделия	85
 Экономическая часть	92
 Расчет полной себестоимости стенда	92
 Продвижение товара		101
 Безопасность жизнедеятельности		103
  Анализ опасных факторов при эксплуатации оборудования	103
 Физически вредные и опасные факторы	106
 Психофизические вредные и опасные факторы	107
 Разработка требований безопасности при эксплуатации
      оборудования	109
 Разработка заземления и устройства защитного отключения 
      стенда	110
 Расчет системы заземления	112
 Выбор заземляющего устройства	113
 Расчет зануления  	114
      Заключение	116
      Список использованной литературы117
      Приложения
      
Перечень условных обозначений, символов и терминов
      
      ОС – операционная система
      ПП – печатная плата
      ПЭ – полупроводниковый элемент
      ПУ – периферийное устройство
      ЭС – электронное средство
      ИС – интегральная микросхема
      ЭВМ – электронно-вычислительная машина
      АЦП – аналого- цифровой преобразователь
      ОЗУ – оперативное запоминающее устройство
      ПК – персональный компьютер
      ВЧ – высокочастотный
      НЧ – низкочастотный
      ЦПУ – центральное процессорное устройство
      РЭА – радио-электронная аппаратура
      ТУ – технические условия
      ТП – торговая площадка
      
     Введение
      На сегодня разработаны различные типы осциллографов, имеющие как внешнюю конструкцию, так и внутреннюю. 
      Портативные осциллографы сегодня ориентированы на интерфейс, как наиболее доступный, высокоскоростной, имеющий самостоятельную конструкцию.
      Настоящее техническое задание распространяется на разработку выпускной квалификационной работы «Разработка портативного цифрового осциллографа» КНФУ.431321.001. Данное устройство предназначено для исследования амплитудных и временных параметров электрического сигнала на его вход, либо непосредственно на экране, либо записываемого на фотоленте и использования как переносной измерительный прибор.
      Использование цифровых мобильных осциллографов дает следующие преимущества:
       упрощается конструкция прибора, поскольку становятся ненужными электронно-лучевая трубка, органы управления осциллографом, мощный и высоковольтный источник питания и др.;
       уменьшается стоимость приборов;
       появляется возможность легко реализовать цифровые методы обработки сигналов, например построение спектра или регистрации сигналов на протяжении длительного промежутка времени 
      В первой главе произведен анализ аналогов, разработана и описана структурная и принципиальная электрическая схема устройства. 
      В приложении выпускной квалификационной работы представлен комплект технологической документации и результаты проектирования на чертежах.
      
      
      
      Портативный цифровой осциллограф был взят на разработку с целью удобства и компактности в применении. Он может быть универсальным. Измерять напряжение во времени, позволяет измерять ряд параметров сигнала, такие как напряжение, ток, частота, угол сдвига фаз. Но главная польза от осциллографа – возможность наблюдения формы сигнала. В сравнении с аналогами, стоимость разрабатываемого изделия средняя.
      Принимая во внимание выше изложенные аргументы, тема квалификационной работы является актуальной на сегодняшний день.
      В настоящее время на рынке измерительной техники присутствует множество производителей цифровых осциллографов. 
      Осциллографы используются для исследовательских работ или для тестирования, наладки, настройки электронных устройств.
      Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
      В первой главе произвести анализ литературы, разработать и описать структурную и принципиальную электрическую схему устройства. Рассмотреть особенности работы системы: рассчитать надежность всех элементов электрической схемы, определить среднее время наработки на отказ. Произвести компоновочный расчет, расчет теплового режима, конструктивный и электрический расчет печатной платы. Так же выполнить расчет на вибропрочность и ударопрочность.
      В конструкторской части, второй главе, разработать конструкцию устройства, разработать функциональный узел на печатной плате. Произвести проработка вопросов связанных с упаковкой, транспортировкой и хранением.
      В технологической части, третьей главе, разработана технология изготовления печатной платы. Проведен расчет технологичности и составлен комплект технологической документации изготовления ПП.
      В экономической части приведен расчет себестоимости, рассчитана оптовая и отпускная цена изделия.
      В пятой главе, безопасность жизнедеятельности, рассмотрены вопросы действия электрического тока на организм человека, причины поражения электрическим током и основные меры защиты.
      В приложении квалификационной работы представлен комплект технологической документации изготовления ПП. Плакаты, иллюстрирующие основные теоретические сведения и результаты проектирования на чертежах.

       Разработка технического задания
       Обзор научно-технической и методической литературы
      Книга [1] «Измерительные приборы и массовые электронные измерения» описываются современные измерительные приборы: мультиметры, многофункциональные и импульсные генераторы, измерители R, C и L, измерительные ВЧ- и НЧ-генераторы, цифровые и аналоговые стационарные и портативные осциллографы и др. В основном в ней рассмотрены "бюджетные", т.е. недорогие приборы. Рассказано также и об основе теории измерений.
      Учебное пособие [2] посвящено вопросам организации интерфейсов периферийных устройств. В пособии рассматриваются: организация системы ввода/вывода, способы обмена информацией между устройствами вычислительной системы. Рассмотрены аппаратные интерфейсы вычислительных систем.
      Учебное пособие [3] посвящено аппаратным интерфейсам, использующимся в современных персональных компьютерах и окружающих их устройствах. В ней подробно рассмотрены универсальные внешние интерфейсы, специализированные интерфейсы периферийных устройств, интерфейсы устройств хранения данных и т.д.
      В учебном пособии [5] изложены общие принципы организации проектирования электронной аппаратуры различного назначения, рассмотрены задачи конструкторского и технологического проектирования.
     1.2 Выбор и обоснование вариантов конструкции
      Для настольного типа конструкции, оптимальной является конструкция, имеющую форму параллелепипеда. Она имеет наибольшее значение коэффициента заполнения и хорошую устойчивость на плоской поверхности. Кроме того, такая конструкция позволяет производить легкое подключение и отключение проводов аналоговых входов при обеспечении изоляции печатной платы от воздействий окружающей среды, обеспечивается лёгкий доступ к разъёмам.
     1.3 Анализ условий эксплуатации
      Совокупность воздействующих на конструкцию ЭА отдельных климатических факторов и их характеристики определяются той климатической зоной, в которой она эксплуатируется.
      Разрабатываемое устройство предполагается эксплуатировать в условиях УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150-69, что соответствует следующим параметрам:
      - диапазон рабочих температур, ?С……………………..…….…+10...+35;
      - диапазон предельных рабочих температур, ?С………..……….+1...+40;
      - верхнее значение относительной влажности воздуха при
       температуре 25? С, %................................................................................80;
      - атмосферное давление, кПа:…………………………………86,0...106,7.
      Исполнение УХЛ 4.2 подразумевает эксплуатацию устройства в помещениях (объемах) с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например, в закрытых отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых производственных и других, в том числе хорошо вентилируемых подземных помещениях (отсутствие воздействия прямого солнечного излучения, атмосферных осадков, ветра, песка и пыли наружного воздуха; отсутствие или существенное уменьшение воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги), в лабораторных, капитальных жилых и других подобного типа помещениях.
      Механические и радиационные факторы, влияющие на аппаратуру во время эксплуатации, отсутствуют.
      1.4 Выбор технических решений при конструировании устройства
      Инженерное решение всегда должно увязываться с его практической реализуемостью, быть, прежде всего, технологичным, экономичным и не требовать длительных по времени работ. А потому новое решение обычно получают путем постепенного внесения малых изменений в прежнюю, уже существующую конструкцию, используя разные методы и подходы. Наиболее подходящими считаю: метод конструктивной преемственности, стандартизации, унификации и модификации. Использование этих методов в совокупности позволить разработать в короткие сроки технологичный, экономичный продукт, способный конкурировать на рынке.
      1.5 Обоснование выбора микроконтроллера
      В качестве блока управления целесообразней использовать микроконтроллер. Система, реализованная на микроконтроллере гораздо технологичнее, экономически выгоднее по сравнению с системой, где блок управления реализован на элементах с жесткой логикой. Это объясняется тем, что микроконтроллер представляет собой интегральную микросборку, имеющая малые габариты, но при этом высокую производительность и универсальность, которая проявляется в гибкой настройке алгоритма ее работы, легко настраиваемой, благодаря перезаписываемой программной памяти. Несомненным преимуществом микроконтроллера так же является наличие в чипе множества модулей, таких как таймер, АЦП, компаратор, интерфейс USART, оперативная память, память команд. Исходя из его многофункциональности, использование микропроцессора в качестве блока управления оказывается не рациональным, поскольку возникает необходимость в наращивании дополнительных модулей памяти программ, данных. В связи с тем, что микропроцессор предполагает использование шины данных и команд, то реализация системы на его базе так же усложняется. Микропроцессор выгоднее использовать в высоко быстродействующих системах.
      1.6 Питание и передача данных
      Питание осциллографа осуществляется с помощью аккумулятора, что обеспечивает компактность и освобождает от лишних проводов, а передача данных происходит через BNC разъем. 
      
      
      
      
      
      
      1.7. Структура и принцип действия цифрового осциллографа.
           
      
      
      
      
      
      
      Рис. 1. Упрощенная структурная схема цифрового осциллографа (ЦО)
      МУ – масштабирующее устройство (усилитель и делитель напряжения);
       АЦП – аналого-цифровой преобразователь;
       ОЗУ – оперативное запоминающее устройство;
       МК – микроконтроллер;
       ЗУ – запоминающее устройство;
       Э – экран;
       ОУ – органы управления (кнопки, ручки).
      Пройдя через МУ, входное напряжение u(t) преобразуется АЦП в дискретную последовательность кодовых слов Ni, отображающих мгновенные значения ui этого напряжения. Каждое новое кодовое слово записывается в ОЗУ. При этом все предыдущие записанные отсчёты сдвигаются на одну ячейку (регистр сдвига), а самый первыйN1исчезает, как бы «выталкивается». Если ОЗУ состоит из М ячеек, то в нём, постоянно обновляясь, содержится М последних, «свежих», кодовых слов. Так продолжается до тех пор, пока не будет выполнено некое заданное условие, например, когда какое-либо ui впервые превысит заданный оператором уровень («запуск по уровню»). После этого содержимое некоторого количества ячеек ОЗУ переписывается в запоминающее устройство ЗУ, входящее в состав микроконтроллера МК.
      Каждой ячейке ЗУ соответствует точка на экране по цвету отличающаяся от фона. Её абсциссу определяет номер ячейки, а ординату кодовое слово Ni, находящееся в этой ячейке.
      Таким образом, для формирования хорошего изображения АЦП должен иметь не менее 8 двоичных разрядов (256 точек по вертикали) и ЗУ должно содержать 256 ячеек.
     - Необходимость и особенности переносных (мобильных) измерительных устройств.
      Портативные цифровые измерители находят самое широкое применение во многих отраслях промышленности, в сфере коммунального хозяйства и в быту. Возможности портативных цифровых измерителей позволяют использовать их в исследовательской деятельности.
      - Преимущества выбора портативных вариантов цифровых измерителей.
       Компактный корпус позволяет удобно удерживать измеритель в руке и проводить измерения в малодоступных местах. С помощью выносных датчиков возможно проведение измерений в камерах, трубопроводах и воздуховодах;
       Многие модели способны запоминать определенное количество результатов измерения, благодаря чему проще осуществлять контроль и анализ результатов;
       Также у измерителей может быть функция сигнализации о достижении установленных значений по минимуму и максимуму.
     - Недостатки работы с портативными измерителями
       Основным недостатком можно назвать особенности корпуса измерителей, не позволяющие использовать приборы в агрессивных и опасных средах. Эксплуатировать устройства следует во взрывобезопасных помещениях при соблюдении требований к температуре воздуха во время эксплуатации. При работе следует избегать попадания влаги и загрязнителей внутрь.
      1) Наличие аттенюатора на входе. Виды аттенюатора.
     Канал вертикального отклонения усиливает или ослабляет исследуемый сигнал до значения, удобного для изучения на индикаторе. Положение ручки управления V/дел устанавливает усиление канала Y.  Структура канала состоит из входного делителя, в который входят разъемы, аттенюаторы и переключатели; усилителя, усиливающего сигнал и расщепляющего полярность сигнала для симметричной подачи на пластины ЭЛТ, линии задержки и выходного усилителя. Линия задержки задерживает сигнал на время, необходимое для срабатывания канала горизонтального отклонения, т. е. генератора развертки и усилителя по оси X, чтобы движение луча по горизонтали началось раньше, чем усиленный сигнал поступит на пластины ЭЛТ. Это позволяет наблюдать передний фронт сигнала.
     
Рис. 2. Функциональная схема осциллографа С1-107
      Аттенюаторы используются в тех случаях, когда необходимо ослабить сильный сигнал до приемлемого уровня, например, во избежание перегрузки входа какого-либо прибора чрезмерно мощным сигналом. 
Виды аттенюаторов:
       Переменные аттенюаторы-розетки
      Переменные аттенюаторы-розетки имеют присоединительные размеры и внешний вид стандартных оптических розеток. Затухание задается калиброванным воздушным зазором.
 ST
 FC
       Аттенюаторы мама-папа
      Величина затухания обеспечивается отрезком вклеенного в коннекторную часть специального волокна с заданным коэффициентом затухания. Доступны аттенюаторы с затуханием от 1 до 20дБ с шагом 1дБ.
 ST
 FC
 SC
       Фиксированные аттенюаторы-розетки
      Фиксированные аттенюаторы-розетки имеют присоединительные размеры и внешний вид стандартных оптических розеток. Затухание задается калиброванным воздушным зазором.
 ST
 FC
 SC
      Шнуровой переменный аттенюатор обеспечивает плавную регулировку величины затухания за счет изменения воздушного зазора. Механизм регулировки затухания встроен в оптический шнур, окантованный коннекторами, тип которых определяется потребителем при заказе изделия.
       Аттенюатор клипса
      Представляет собой насадку значительно превышающую размером сам кабель, которая обеспечивает затухание от 0 до 47дБ для 1550нм и от 0 до 21дБ для 1310 нм.
      2) Синхронизация- запуск «развертки»
      Обычно в осциллографах предусмотрены следующие режимы синхронизации генератора развертки:
      - «внутренняя» синхронизация;
      - «внешняя» синхронизация;
      - синхронизация «от сети».
      Один из этих режимов выбирается вручную установкой переключателя «Источник синхронизирующего напряжения» на передней панели осциллографа в соответствующее положение.
      Чаще всего используется внутренняя синхронизация, при которой на вход узла синхронизации поступает исследуемое напряжение с выхода предварительного усилителя КВО, то есть с внутреннего узла осциллографа. При внутренней синхронизации на осциллограф достаточно подать только само исследуемое напряжение.
      Несколько реже используется внешняя синхронизация, при которой на вход узла синхронизации поступает напряжение, поданное на специальный вход «Вход внешн.синхр.» осциллографа. При внешней синхронизации на осциллограф нужно подать два напряжения: первое – исследуемое, а второе – синхронизирующее развертку. То есть напряжение развертки становится синхронным со вторым напряжением, а на экране наблюдают форму первого – исследуемого. Устойчивое изображение на экране получится только тогда, когда эти два напряжения (исследуемое и синхронизирующее развертку) сами будут между собой синхронны.
      Режим внешней синхронизации используется, например, когда:
      - нужно убедиться в синхронности некоторых двух напряжений;
      - исследуемое напряжение кроме сигнала содержит шум (в этом случае при внутренней синхронизации изображение будет неустойчивым), а некоторое синхронное с ним напряжение шума не содержит;
      - нужно измерить временной сдвиг одного напряжения относительно другого и т.п.
      Иногда используется синхронизация «от сети», то есть от сети питания «220 В, 50 Гц», при которой на вход узла синхронизации поступает напряжение от источника питания осциллографа, являющееся частью поданного на этот источник внешнего напряжения питания «220 В, 50 Гц». По сути это режим внешней синхронизации, но опасное напряжение «220 В, 50 Гц» от сети питания на вход «Вход внешн. синхр.» подавать не нужно, так как оно уже введено внутрь осциллографа по проводу питания. Естественно, этот режим синхронизации невозможен, если осциллограф питается от встроенного в него аккумулятора. Режим синхронизации «от сети» используется, например, для проверки, не содержит ли исследуемое напряжение наводку от сети питания и т.п.
      3) Многоканальность (2-4)
     Осциллографы разделяются на одноканальные и многоканальные (2, 4, 6, и т. д. каналов на входе). Многоканальные осциллографы позволяют одновременно наблюдать на экране несколько сигналов, измерять их параметры и сравнивать их между собой.
     Входной сигнал каждого канала подаётся на свой вход «Y» и усиливается своим усилителем вертикального отклонения до уровня, необходимого для работы отклоняющей системы ЭЛТ (десятки вольт) или аналого-цифрового преобразователя. Усилитель вертикального отклонения всегда строится по схеме усилителя постоянного тока, то есть имеет нижнюю рабочую частоту 0 Гц. Это позволяет измерять постоянную составляющую сигнала, правильно отображать несимметричные сигналы относительно нулевой линии, измерять постоянное напряжение. Такой режим работы называется — режим с открытым входом.
     Однако, если необходимо отсечь постоянную составляющую (например, она слишком велика и уводит луч за границы экрана), усилитель можно переключить в режим с закрытым входом (входной сигнал подаётся на УПТ через разделительный конденсатор).
     У большинства специалистов и на работе, и дома имеется персональный компьютер. Поэтому плодотворной идеей для существенного уменьшения стоимости осциллографов является производство осциллографических приставок для ПК. Они представляют собой аналоговую часть схемы прибора (усилители, коммутаторы) и узел аналого-цифрового преобразования сигнала, в котором производится его дискретизация по времени и квантование по уровню.
      Сформированная цифровая последовательность отсчетов поступает в ПК через порт ввода-вывода. В компьютере с помощью специальной программы реализуется «виртуальная» часть осциллографа, выполняющая цифровую обработку сигнала и формирующая на мониторе «дисплей» и «панель управления» прибора. Характеристики таких приставок остаются на достаточно высоком уровне.
      Осциллографы позволяют проводить визуальное исследование формы сигналов различных типов, а также автоматические измерения амплитуды, длительности и задержки сигнала с привлечением вычислительных возможностей ПК. Одновременно с временной разверткой сигнала на экран ПК могут выводиться результаты быстрого преобразования Фурье (спектральные функции) и включения режима X-Y. Запуск синхронизации возможен по фронту, спаду импульса, по видеосигналу, попеременно. Графический интерфейс приборов приятен на глаз, удобен в использовании и интуитивно понятен. Осциллограммы воспроизводятся без графических искажений, имеют высокое качество и могут выделяться разными цветами.
      К данному виду осциллографа относится ряд преимуществ:
      -простота конструкции и поэтому невысокая стоимость, малые габариты;
       -подключение мощного аппарата цифровой обработки данных на ПК;
       - функции спектроанализатора и мультиметра;
       - долговременная регистрация сигналов путем их записи в память ПК.
      1.8 Поиск аналогов
     Аналогами разрабатываемого устройства являются:
      - DSO NANO DSO201;
      - Осциллограф QDSO;
      - DSO QUAD (DS203).
      Мобильные осциллографы "DSO" заняли определенную нишу на рынке благодаря своей низкой стоимости и небольшим габаритам.
      Осциллограф выполнен на базе контроллера ARM Cortex M3, имеет встроенный аккумулятор, слот для SD-карт и USB-порт. Версия железа 1.7B.LCD-дисплей имеет диагональ 2.8", разрешение 320х240, с возможностью отображения 65К цветов.
      Внешний вид устройства представлен на рисунке 3.
      
      Рис.- 3 -Портативный осциллограф DSO NANO DSO201.
      Характеристики:
       Полоса пропускания: до 200 кГц
       Частота дискретизации:1 Мвыб/с, 12 бит
       Память: 4096
       Горизонтальная развертка:1 мс/деление – 10 с/деление 
       Вертикальная развертка: 10 мВ/деление – 10 В/деление (щуп х1); 0,5 В/деление 10 В/деление (щуп х10) 
       Входное сопротивление: >500 кОм 
       Максимальное входное напряжение: 80 В (размах, щуп х1)
     Следующий аналог QDSO-A оснащен 4.3-дюймовый, 480*272, 64К истинный цвет TFT, 2500мA литиевая батарея, 200м в режиме реального времени, 40М пропускная способность кармана портативный осциллограф.
     Внешний вид устройства представлен на рисунке 4.
     
     Рис. 4-Осциллограф QDSO.
     Технические характеристики. 
      Частота выборок: до 200МГц 
      Число каналов: 1 
      Аналоговая полоса пропускания: 40МГц 
      Разрешение по вертикали: 8 бит 
      Чувствительность по вертикали: от 10мВ/дел до 10В/дел (шаг 1, 2, 5) Погрешность измерений: ± 3% 
      Развертка по горизонтали: от 100мс/дел до 1нс/дел (шаг 1, 2, 5) 
      Размер буфера: 4К 
      Условия запуска развертки: фронт, спад, фронт/спад, без условия 
      Уровень (порог) триггера запуска: регулируется 
      Еще одним аналогом служит осциллограф DSO QUAD (DS203)- 4-х канальный цифровой запоминающий осциллограф.
      
      Рис. 5 - DSO QUAD (DS203) 4-х канальный цифровой запоминающий осциллограф.
      Технические характеристики: 
      • Оборудование: CPU - ARMCortexM3.
      • 4 канала: 
      - Канал 1 - аналоговый вход CH(A), HIDE
      - Канал 2 - аналоговый вход CH(B), HIDE
      - Канал 3 - цифровой вход CH(C), HIDE
      - Канал 4 –цифровой вход CH(D), HIDE
       • Чувствительность по вертикали (в клетке или на одно деление): 50мВ, 100мВ, 200мВ, 500мВ, 1В, 2В, 5В, 10В (максимальное входное напряжение 80В)
       • Развертка по горизонтали (в клетке или на одно деление): 1с, 500мс, 200мс, 100мс, 50мс, 20мс, 10мс, 5мс, 2мс, 1мс, 500мкс, 200мкс, 100мкс, 50мкс, 20мкс, 10мкс, 5мкс, 2мкс, 1мкс, 500нс, 200нс, 100нс
      • Синхронизация (режим развертки): AUTO, NORM, SINGL, SCAN, NONE 
      • Триггер запуска: по каналам A, B, C, D, по фронту, по спаду, по уровню (стандартный логический уровень или выбираемый вручную с помощью курсора) 
      • Частота выборки (дискретизации): до 72Mс
      •Разрядность по вертикали: 8-бит
      •Буфер памяти: 4096 точек (выборок) на канал (8192 точек для одного канала) 
      • Память: внутренний USB 2 MB
      • Генератор сигналов: прямоугольный сигнал 10 Гц до 8 МГц размахов 2,8 В; «синус», «треугольник», «пила» от 10Гц до 20кГц размахом 2,8В.
      Проанализировав характеристики аналогов исследуемого устройства можно сделать вывод, что исследуемое устройство является наиболее универсальным измерительным прибором, не уступающим по характеристикам аналогам.
      
      1.9 Разработка структурной схемы.
      
      Входной исследуемый сигнал поступает через разьем в блок ввода данных, который включает аттенюатор-делитель напряжения на три предела и усильтель аналоговых сигналов. Усильтель входных сигналов попадает на процессор, где он преобразуетс в цифровой код во встроенном АЦП. Задача процессора переслать полученный код первоначально во встроенную память, а далее массив чисел из памяти отправить на блок индикации (информационное табло). Что бы засинхронизировать начало отображенияина индикаторе с конкретной временной меткой сигнала служит блок синхронизации, который формирует  отображение кадра в видео памяти устройства. На эти элементы модуля необходимо подавать несколько питающих напряжения, служащих для обеспечения работающего процессора и индикатора. С этой  целью выполненный супервизор напряжения и стабилизирует напряжение. Супервизор позволяет  также подключать внутренности питания (гальванический элемент). Управление процессом синхронизации и отображением выполняется с помощью коммутируемых элементов (кнопок и переключателей).
      1.10 Описание схемы электрической принципиальной
      Схема электрическая принципиальная «Разработка портативного цифрового осциллографа» КНФУ.431321.001 Э3, представлена в приложении, на чертеже формата А1.
      Информационный вход устройства - это разъем XS1, в котором один сигнальный вход и общий земляной. Напряжение от внешнего источника поступает на переключатель SA1.1. В принципе у любой подобной структуры необходим на входе аттенюатор или управляемый усилитель. Аттенюатор - это устройство, которое ослабляет входной сигнал, т.е. делает его пропорционально меньшим по отношению к первичному. Усилитель наоборот, увеличивает пропорционально входной сигал. Это необходимо для того, что бы аналого-цифровой преобразователь, находящийся на кристалле DD1 имел постоянный входной динамический диапазон. Т.е. любой АЦП всегда имеет диапазон. Входные сигналы могут иметь разную величину. Могут быть очень малыми, их нужно усиливать, большими - нужно ослаблять. Для этой цели служат входные цепи.
      Сигнал последовательно проходит через SA1.1 SA2.1 далее усилитель DА1.1 переключатель SA.3 усилитель DA1.2 и DA1.3. Выход усилителя DA1.3 через резистор R15 (5) -вход АЦП. Другие переключатели: SA1.2, SA2.2, SA2.2, SA3.2 –это резистивные делители. Т.е. делитель выполнен на резистор и пропорционально уменьшает выходной сигнал.
      На входе по мимо резистивных делителей есть конденсаторы C1, C2, C3, C5. Есть конденсатор переменной емкости С6, С4. Это резистивно-емкостные делители. Для того, что бы уменьшить фазовый сдвиг усилителей на более высоких частотах используют емкость. На емкости напряжение отстает. Ток опережает напряжение, за счет этого фаза выравнивается. 
      DA1.1. классическая схема операционного усилителя включенного по схеме повторителя. Т.е. выходной сигнал на 7 ножке примерно равен сигналу на 5 ножке. Примерно 0,5-0,9 коэффициент передачи с малым ослаблением. Он имеет большое входное сопротивление, что бы не шунтировать входной источник. И малое выходное сопротивление. R8, R6, R7 –это делители напряжения, с помощью переключателя SA3.1. Выбираем один из них и соответственно уменьшаем входное напряжение. DA1.2 –операционный усилитель. Он включен в режиме усиления, резисторы R9 –сопротивление обратной связи в цепи усилителя. На 8 ножке формируется сигнал, через 1 сигнал идет на АЦП. У конденсатора С8-частотный диапазон не высокий.
      DA1.3- последовательный интегратор. С9-коррекция по фазе. 5 ножка-формирование сигнала для запуска начала преобразования, т.е. что бы преобразование начиналось в одной точке по фазе. 6 сигнал с усил.......................