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Die Erfindung betrifft ein mehrkanaliges,
für Lehr-
und Demonstrationszwecke geeignetes Oscilloscop nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus der
US 4,257,043 ist ein solches mehrkanaliges
Oscilloscop bekannt, bei dem die verschiedenen Eingangskanäle durch
einen Multiplexer auf einen A/D-Wandler geschaltet und die digitalisierten Abtastwerte
der einzelnen Kanäle
in jeweils zugeordneten Speichereinheiten zwischengespeichert werden.
Diesen Speichereinheiten ist ein D/A-Wandler nachgeschaltet, dessen
Ausgang über
einen Verstärker
an die Vertikalablenkung einer als Anzeigeeinheit vorgesehenen Kathodenstrahlröhre angeschlossen ist.
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Die
DE 28 32 854 A1 lehrt eine Vorrichtung zum
Anzeigen von Signalverläufen
in Form einer Matrix von elektrooptischen Elementen auf der Basis
eines Flüssigkristall-Materials
oder eines Elektrolumineszenz-Materials. Als Beispiele sind dort
Matrixanordnungen mit 128 × 128
oder 256 × 256
Bildpunkten angegeben.
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Die nachveröffentlichte
DE 41 32 312 A1 zeigt ein
Lehrsystem für
Elektronik, das aus mehreren einzelnen Lehrkoffern besteht, welche
jeweils batteriebetriebene Versuchschaltungen enthalten. Dabei ist
es u.a. von Interesse, in den Versuchsschaltungen auftretende Signale
mittels eines Oscilloscops darzustellen. Ein Oscilloscop mit einer
Kathodenstrahlröhre
als Anzeigeeinheit ist jedoch im allgemeinen nicht für einen
Batteriebetrieb geeignet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein Oscilloscop der eingangs genannten Art zu schaffen,
das an den mobilen Betrieb für
Lehr- und Demonstrationszwecke angepaßt und dabei möglichst
einfach und kostengünstig
aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Oscilloscop mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Durch die Verwendung eines grafikfähigen LCD-Bildschirms,
dessen Pixelmatrix bereits in eine Vielzahl von Zeilen unterteilt
ist, und die Zuordnung einer eigenen Zeile zu jedem Kanal wird die
zeilenweise Darstellung der einzelnen Kanäle stark erleichtert und die
einfache und kostensparende Realisierung der Steuereinheit für den Bildschirm
durch programmierbare Nurlesespeicher begünstigt.
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Bei der Darstellung von Digitalsignalen
können
gesteuerte UND-Verknüpfungen
zwischen dem Multiplexer und dem LCD-Bildschirm eingesetzt werden. Zur Darstellung
von Analogsignalen verschiedener Kanäle gelangen diese zweckmäßig über Analog-Digitalwandler
und einen gesteuerten Decoder an den LCD-Bildschirm. Das Ausgangssignal
des Taktgebers für
den Bildschirm kann auch für
die Versuchsschaltungen, aus denen die anzuzeigenden Daten stammen,
zur Verfügung
stehen.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
sei die Erfindung näher
erläutert:
es zeigen:
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1 das
Prinzipschaltbild eines Digitaloscilloscops und
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2 das
Prinzipschaltbild eines Oscilloscops zur Anzeige von Analogsignalen
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Prinzipieller Aufbau eines
Digitaloscilloscops:
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Das Oscilloscop besteht aus einem LCD-Display
mit integriertem Controller und einer zusätzlichen Steuereinheit (hier
zwei EPROMS), die gemäß den Controllerbedingungen über ein
entsprechendes Programm die Steuer- und Adreßeingänge im Display ansteuern. Ein
Display dieser Art. ist beispielsweise als LMH 4328 der Firma Densitron
Europe im Handel. Die Signaleingänge
von l–n
(hier 0 bis 3) werden z.B. über
einen Multiplexer eingegeben und über eine UND-Verknüpfung dem
entsprechenden Pixel auf dem Display zugeordnet. Die Steuereinheit
einschließlich
des Adreßzählers kann
selbstverständlich
auch durch einen Mikrocomputer mit entsprechendem Programm realisiert
werden. Ein Taktgeber steuert den Ablauf der Abarbeitung. Unterbricht
man diesen Takt und sperrt gleichzeitig die Eingänge, so bleibt das momentane
Bild im Display erhalten. Das ist eine sehr einfache Möglichkeit
der Speicherung eines Oscillogrammes.
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Eine Triggereinheit (hier ein NOR-Element) sorgt
immer für
einen gleichen Anfang und daher für ein stehendes Bild. Möglich wäre auch
die Verarbeitung der Signale direkt, wenn man einen LCD-Bildschirm
ohne Controller verwendet und die Daten in y-Richtung über ein
Gatternetzwerk eingibt und in x-Richtung (Zielachse) über z.B,
ein Ringregister verschiebt. Auch wäre es möglich, diese speziellen Funktionen
in einem eigenen Chip zu integrieren. Schließlich könnte man digitale Signale auch
mit einem LCD-Bildschirm darstellen, der eigentlich nur für Schriftdarstellung
konzipiert ist, indem man z.B. dem 0-Signal einen Punkt zuordnet
und dem 1-Signal den Buchstaben I. Die Abarbeitung in diesem Display
erfolgt gewöhnlich
seriell, so daß dann
ein Zwischenspeicher erforderlich ist. In Schulungsgeräten kann es
sinnvoll sein, den Taktgenerator des Oscilloscops samt Teiler gleichzeitig
als Taktgenerator zur Ansteuerung der zu untersuchenden digitalen
Bauelemente zu verwenden.
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1 zeigt
die Realisierung eines Digitaloscilloscops mit einem Display (Bildschirm)
der vorgenannten Art.
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Das Display 3 ist ein grafikfähiges Display mit
einer Aufteilung in 8 Zeilen Z0 bis Z7 (pages) und zusätzlich in
zwei quadratische Bildschirmhälften (Chip 1 und
Chip 2). Jede Zeile besteht aus 128 × 8 Pixel.
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Jede zweite Zeile wird 0 geschrieben.
Das Programm am 16 Bit Steuerbus 13 stammt aus zwei 8 Bit
EPROMS 14, kurz Steuereinheit 4 genannt.
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Die vier Eingangskanäle K0 bis
3 aus nichtgezeigten Versuchsschaltungen gehen auf einen Multiplexer 1 (Eingang 10).
Dieser Multiplexer 1 wird von der Steuereinheit 4 geschaltet
und ordnet die Kanäle
K0 bis K4 den Zeilen Z0 bis Z7 zu (Leitung 8).
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Die unteren beiden Pixel jedes Kanals
K0 bis K4 werden über
die Steuereinheit 4 auf 1 (schwarz) geschaltet.
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Die restlichen 6 Pixel werden über 6 UND-Elemente 2 dann
auf 1 (schwarz) geschaltet, wenn die Steuereinheit 4 die
(1) liefert und Signal (1) über den Multiplexer 1 anliegt.
Der 8-Bit Datenbus 9 hat eine Doppelfunktion. Liegt der
Multiplexer 1 auf Anschluß K4 (ständig auf 1 geschaltet), so
werden alle Ausgänge
des Datenbusses 9 auf das Display 3 geschaltet.
In diesem Zustand werden die notwendigen Steuerimpulse (z.B. Koordinatenangaben)
weitergegeben. Liegt der Multiplexer 1 auf den Kanälen K0 bis
3, werden die Eingangsdaten durchgeschaltet, wobei nun die Steuereinheit 4 das
Signal (1) an die 6 Eingänge der UND-Elemente 2 legt.
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Zur Steuerung des Displays 3 sind
noch 4 zusätzliche
Steuereingänge
erforderlich. Diese werden über
die Steuereinheit 4 gemäß den Controllerbedingungen
erzeugt. Der Taktgenerator 6 (1 MHz Quarz) wird über Frequenzteiler
auf 125 kHz heruntergeteilt und auf den Adreßzähler 5 ge geben.
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Diese Taktfrequenz wird über weitere
Teiler heruntergeteilt und über
Pufferglieder als Takt für
die zu untersuchenden digitalen Bauelemente verwendet. Die Triggerung
erfolgt über
ein NOR-Element 71. Ein Eingang des NOR-Elements 71 bekommt Signal von
der Steuereinheit 4, der andere Eingang 7 erhält das Triggersignal.
Der Ausgang des NOR-Elements 71 geht auf den Reseteingang
des Zählers 5.
Wenn der Taktgenerator 6 für die zu untersuchenden Bauelemente
extern nicht mit dem Takt des Oscilloscops synchronisiert ist, muß ein zusätzliches
flankengetriggertes Monoflop vor den Triggereingang gesetzt werden.
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Prinzipieller Aufbau des Oscilloscops
zur Darstellung analoger Größen:
Der
grundsätzliche
Aufbau des Oscilloscops ist dem des Digitaloscilloscops ähnlich,
nämlich
bestehend aus einem Display mit Controller, Steuereinheit aus 2 EPROMS,
Zähler
und Taktgenerator.
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Zur Messung analoger Größen (z.B.
2-Kanal-Oscilloscope: Spannung U und Strom I) werden diese Eingangsgrößen mit
einem Multiplexer umgeschaltet.
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Ein A/D Wandler wandelt die analogen
Größen in digitale
Signale um.
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Diese digitalen Daten werden in einem SRAM
gespeichert. Ein Adreßzähler steuert
die Adressen des SRAMS. Alle Daten, d.h. Meßdaten, Adreßdaten und
Steuerdaten werden einem zusätzlichen
Decoder zugeführt.
Die Ausgänge
des Decoders gehen auf das Display. Die Grenzfrequenz wird durch
die Geschwindigkeit des A/D Wandlers und die Zugriffszeit des SRAMS
bestimmt. Es lassen sich je nach Programm der Steuereinheit zeitabhängige elektrische
Größen oder
Kennlinien darstellen.
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Durch Verwendung farbiger LCD-Bildschirme
ist eine Unterscheidung z.B. zwischen U und I möglich.
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Durch weiteres Aufbereiten der Daten
digital oder analog lassen sich z.B. Zeigerdiagramme, Leistungskurven
(Wirk-Blind-Scheinleistung)
usw. darstellen, ferner auch Darstellungen in Polarkoordinaten geben.
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Nachstehend sei in 2 der Aufbau eines Lehr- und Demonstrations-oscilloscops
zur Darstellung analoger Größen mit
dem eingangs erwähnten Display
näher dargestellt.
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Die ananlogen Signale werden über A/D-Wandler 17 in
digitale Signale umgewandelt.
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Ein vorgeschalteter Multiplexer 16 schaltet zwischen
z.B. Spannungs- und Strommessung U, I um (Mehrkanaloscilloscop).
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Alle Meßwertdaten (hier Spannung U
und Strom I) werden sequentiell in ein SRAM 18 geladen, dessen
Adressen von 0 ansteigend über
einen synchronen Adreßzähler 22 ausgesteuert
werden (Leitung 25).
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Die Umschaltung des Eingangsmultiplexers 16 erfolgt
ebenfalls über
den Adreßzähler 22 (z.B. Strom ≙ gradzahlig;
Spannung ≙ ungradzahlig).
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Bei der abfallenden Flanke von Bit 7 (256ster Meßwert) wird
der Zähler 22 wieder
auf 0 gesetzt und die Ausgänge
des A/D-Wandlers 17 hochohmig geschaltet, damit die Eingänge des
SRAMS 18 als Datenausgänge überwacht
werden können.
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Nach der Speicherung der Daten (256 Bits) wird
der Bildschirm 3 über
die Steuereinheit 20 (2 EPROMS 14 wie beim Digitaloscilloscop)
gelöscht.
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Die Steuereinheit 20 schaltet
den Multiplexer 21 auf den Auslesetakt um. Der Auslesetaktimpuls kommt
ebenfalls von der Steuereinheit 20.
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Die ausgelesenen Daten, die Adreßdaten und
die Steuerdaten werden auf einen zusätzlichen Decoder 19 – Lei tung 24 – gegeben,
der diese Daten controllerspezifisch aufbereitet und diese dem Display 3 zuführt.
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Die Triggerung erfolgt über einen Schmitt-Trigger 23 mit
variablem Eingangspegel, der bei Beginn eines Meßvorganges aktiv wird und über die
Steuereinheit 20 freigegeben wird.
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Das beschriebene Oscilloscop zeichnet
sich durch seinen einfachen und damit preiswerten Aufbau aus. Damit
nimmt man eine relativ niedrige Grenzfrequenz im on-line-Betrieb
in Kauf, was aber für
Lehr- und Schulungszwecke von untergeordneter Bedeutung ist. Will
man die Grenzfrequenz erhöhen, lassen
sich die Eingangsdaten auf einen schnellen Speicher laden und dann
mit einer Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz des Oscilloscops
abfragen.