OSCILOSCOPIO DIGITAL

Marcelo Vicente Ramírez Sánchez Profesional en formación

Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones e-mail: mvramirez@utpl.edu.ec

RESUMEN: El presente informe es un extracto del trabajo realizado hasta la fecha en lo que concierne a gestión productiva II, entre las cuales se encuentran el análisis de las características básicas de los osciloscopios, además un resumen completo de los elementos más importantes usados en el diseño básico del osciloscopio digital, entre otros elementos y herramientas utilizadas para el diseño del mismo. PALABRAS CLAVE: LCD, microcontrolador, osciloscopio, ATmega32.

I. INTRODUCCIÓN Mi trabajo en Gestión productiva II, consiste principalmente en la implementación y optimización de un osciloscopio digital. Para culminar mi trabajo con éxito he visto prescindible analizar de una manera minuciosa las herramientas y los componentes que llevan protagonismo en el mismo. Entre los componentes más principales está el denominado cerebro, que es el Atmega32, también la interfaz gráfica entre el usuario y los datos ya procesados por el micro como es la LCD Gráfica, entre otros elementos más. Además de analizar estos componentes también he visto la necesidad de recalcar las características básicas que componen a un osciloscopio digital y sus complementos, para así tener una idea clara de la forma en que se puede implementar el proyecto.

II. HERRAMIENTAS Lo primero que se necesita para la programación de un microcontrolador es el software para escribir el código. Para este caso el software para la programación del micro es totalmente gratuito y se puede descargar desde la página principal de Atmel, incluyendo las herramientas para programar en C o C++.

El software para escribir el código es el AVRStudio (Figura 1.), y además es necesario tener instalado el WINAVR, el cual nos servirá para programar nuestro micro en lenguaje C.

Figura 1.

Tal como consta en el cronograma de trabajo, el primer mes de labor en gestión productiva II lo dediqué al estudio de este software aunque debido a la poca información explicita sobre el uso de este programa no se me hizo impedimento para conocer sus características básicas. Una vez estudiado el software para escribir el programa en el micro, proseguí con el estudio de la LCD gráfica. Para llegar a conocer su uso es necesario leer el datasheet que se lo puede descargar desde internet. La LCD que utilicé para el osciloscopio es la TS-12864A-2 (Figura 2.).

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Generalizando, un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada “eje Z” que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza. Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría. En un osciloscopio existen, básicamente, dos tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se pueden ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera medir. El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios, milivoltios, microvoltios, etc., dependiendo de la resolución del aparato). Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de esta para, en consecuencia, conocer el valor de la señal a medir, tanto en tensión como en frecuencia. Esto es básicamente lo que debe realizar un osciloscopio para que sea funcional, pues bien el osciloscopio que ya he armado y probado solo me genera la visualización de la señal entrante, y es por ello que actualmente ya me encuentro trabajando en lo que es la implementación y perfeccionamiento del prototipo, los resultados de este trabajo se los conocerá al final del trabajo de gestión productiva. Como ya explique anteriormente el osciloscopio que he implementado solo me genera la visualización de la señal entrante, y para ello he programado y quemado el microcontrolador Amega32 de la familia de los AVR con el código generado por el AVRStudio, el código en sí consta de lo que es la conversión de una señal analógica a digital, lectura de los pulsadores y

potenciómetros, como también el manejo de la LCD gráfica. Luego procedí con simular el código y los componentes en Proteus para verificar programación y conexiones (Figura 6.). Proteus es un software muy útil al momento de simular diseños de circuitos, debido a que cuenta también con una amplia gama de microcontroladores y componentes electrónicos muy utilizados en la actualidad.

Figura 6.

Además de simular el circuito, Proteus también permite hacer el diseño de la PCB, para realizar este diseño Proteus se enlaza con un software denominado ARES (Figura 7.). Con este programa se simplifica enormemente el armado de las pistas del circuito que vamos a diseñar, basta con colocar en el área de trabajo los componentes del circuito y rutear las pistas.

Figura 7.

Aparte de la facilidad que ofrece Ares al momento de diseñar la PCB, también nos brinda la posibilidad de representar la baquelita en 3D (Figura 8), de esta forma podemos estar más seguros del resultado del producto final, y a su vez corregir cualquier tipo de errores futuros al momento de implementar el circuito físico.

Figura 8.

Antes de empezar a armar el circuito en la baquelita, se procedió a probarlo en el protoboard para poder verificar su funcionamiento (Figura 9.), esta prueba nos da la oportunidad de verificar componentes y conexiones, como a su vez nos da una perspectiva más amplia de la ubicación de los componentes para poder reducir dimensiones de tamaño al momento de armar la baquelita Estando ya seguro de que todo el circuito funciona correctamente, se procedió con la implementación del osciloscopio en la baquelita.

Figura 9.

Luego de revisar todas las conexiones del circuito y estando seguro de su funcionamiento se procedió con la impresión de las pistas en papel fotográfico (Figura 10.). Hay que tener mucho cuidado al momento de elegir el papel fotográfico correcto, ya si elegimos un incorrecto jamás se podrá transferir las pistas a la baquelita. El método que utilicé para la transferencia de las pistas a la baquelita de cobre fue el método térmico, o sea por transferencia de calor, para lograr esto solo necesité la plancha de mi casa y un poco de paciencia debido a que necesité realizar varios ensayos para lograr el acabado que requería tener la baquelita.

Figura 10.

Debido a que el esquema de las pistas se diseñó en dos caras, se tuvo que conseguir una baquelita de dos caras de cobre para poder quemar el diseño. El proceso de quemado no tuvo muchos inconvenientes (Figura 11.), todo resulto conforme lo esperado.

Figura 11.

Una vez ya quemada la baquelita, y con las pistas de cobre ya señaladas en los dos lados de las caras, procedí con abrir los agujeros por donde deben soldarse los componentes del circuito, para esto usé un taladro eléctrico con una broca de 1mm. Ya al finalizar con la preparación de la baquelita, empecé a montar y a soldar los componentes (Figura 12.).

Figura 12.

Básicamente el dispositivo que he armado hasta el momento (figura 13 y figura 14) presenta la forma de onda de la señal entrante, y es por eso que es necesario el perfeccionamiento del circuito tanto en software como en hardware para que el osciloscopio pueda ser más funcional y práctico.

Figura 13.

Figura 14.

IV. MEJORAMIENTO DEL PROTOTIPO Actualmente me encuentro trabajando en la programación para el mejoramiento del osciloscopio, para poderle ingresar más funciones y utilidades, luego procederé a rediseñar el hardware con las nuevas implementaciones en software, y de esa forma cumplir con los objetivos propuestos para el trabajo de gestión productiva II. He visto necesario rescatar las características y funcionalidades más importantes en los osciloscopios digitales para tener una percepción más clara del producto final a cual quiero llegar, a continuación las detallo:

El osciloscopio es sin duda el equipo más importante en el mundo de las mediciones, para poder caracterizar señales en lo que corresponde a su variación en tensión en dependencia del tiempo. El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo. Básicamente un osciloscopio cumple con estas funciones: -Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal. -Determinar indirectamente la frecuencia de una señal. -Determinar que parte de la señal es DC y cual AC. -Localizar averías en un circuito. -Medir la fase entre dos señales. -Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo. Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles que existen y lo utilizan desde técnicos de reparación de televisores a médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc. Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analógico y un Compact Disc es un equipo digital. Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.

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REFERENCIAS -Comunidad Internacional de Electrónicos (Foros de Electrónica). [Online] Disponible: http://www.todorobot.com.ar/informacion/tutorial%20stepper/stepper-tutorial.htm -Specification For LCD Module TS-12864A-2, DATASHEET. -ATMEGA32, DATASHEET de ATMEL