OSCILOSCOPIO-VOLTIMETRO USB PARA PC MULTIPROPOSITO

Es sabido que existe una multitud de programas que explotan las capacidades de adquisicioacuten de datos de las tarjetas de sonido para convertir nuestro PC en un osciloscopio virtual pero si bien es cierto que podemos ver el aspecto de la sentildeal no podemos cuantificar el nivel de esta tanto en corriente alterna como en corriente continua siendo esto realmente una seria limitacioacuten si lo que realmente se pretende emular un verdadero osciloscopioSirvieacutendonos de la reingenieriacutea inversa por muy poco dinero se propone realizar un pequentildeo cambio bien en su tarjeta de sonido o bien en un modulo usb de bajo coste para solventar esta grave limitacioacuten y realmente poder cuantificar el nivel de cualquier sentildeal aplicada a su entrada y por tanto obtener un verdadero sistema de adquisicioacuten de datos y de muy bajo costeGracias a la teacutecnica descrita en estas liacuteneas y un pequentildeo circuito el lector podraacute cuantificar de una manera muy precisa cualquier variable fiacutesica susceptible de ser transformada en una variacioacuten de voltaje como pueden ser intensidad resistencia capacidad inductancia temperatura humedad luminosidad presioacuten y un largo etceacuteteraComo complemento al circuito se presenta un pequentildeo programa escrito por el autor (cuya coacutedigo fuente esta disponibe para su descarga enhttpsgithubcomsoloelectronicosOscivoltblobmasterREADMEmd) que el lector podraacute utilizar de forma multidisciplinar tanto en modo osciloscopio de doble trazo como sistema de adquisicioacuten de datos pues mediante un pequentildeo fichero de control es posibles la conversioacuten realizar la conversioacutenAdquisicioacuten de sentildeales ccca a traveacutes de una tarjeta de sonidoLas tarjetas de sonido se han convertido en un componente estaacutendar de praacutecticamente todos los ordenadores personales corrientes estando praacutecticamente todas constituidas como miacutenimo de dos partes un mezclador cuya misioacuten es unir diferentes fuentes de sentildeal gracias a un control por software de ganancia y nivel en una uacutenica sentildeal (que seraacute entregada al conversor) y un convertidor AD doble( es decir un convertidor analoacutegico a digital y un convertidor digital analoacutegico) usualmente de alta precisioacuten de 16bits con una frecuencia maacutexima de muestreo entre 441khz o 48khz A estos dos bloques baacutesicos pueden antildeadirse otros bloques maacutes como por ejemplo otro conversor digital analoacutegico para obtener una salida de audio estereo pero desde el punto de vista de la conversioacuten AD estos dos citados son los maacutes importantesCasi todas las tarjetas de sonido desgraciadamente estaacuten aisladas de corriente continua por medio de un condensador interno de desacople que se situacutea cerca de sus entradas lo cual como el lector imaginara no solo nos imposibilita tomar medidas de CC sino que tampoco podemos hacer mediciones fiables y cuantificadas respecto a una referencia dada (el motivo de semejante medida es claramente la de ajustar el nivel cero de la sentildeal de sonido procesada y utilizar esta como referencia de masa)Normalmente este aislamiento de CC nunca ha sido un problema dado que el uso de las tarjetas de sonido ha sido siempre la de capturar sentildeales analoacutegicas sin grandes pretensiones (normalmente la captura de un microacutefono JFET) por lo que la presencia de estos condensadores solo aislaban el nivel de CC pasando al conversor solo el nivel de CA sin que esto afectase a un uso normal de estasAhora bien si lo que se desea es utilizar el conversor AD de la tarjeta de sonido para medidas de mayor precisioacuten ( como ejemplo para un osciloscopio ) es evidente que estos condensadores son una seria limitacioacuten para utilizar las tarjetas de sonido como medio de adquisicioacuten de datos motivo por el cual habraacute que estudiar otra forma de referenciar el nivel cero sin recurrir a la solucion draacutestica de eliminar su componente de continua por medio de un condensador de desacopleEn las liacuteneas siguientes se mostraran dos soluciones de ingenieriacutea inversa que resuelven de un modo raacutepido fiable y muy econoacutemico con total satisfaccioacuten este problema usando sin embargo dos perspectivas diferentes

Modificando una tarjeta de sonido tipo PCI estaacutendar Utilizando una pequentildea unidad externa USB de bajo coste que basa su funcionamiento en uacutenico Circuito

IntegradoPosibilidad de modificacioacuten de una tarjeta de sonido estaacutendar PCI para medida de tensiones de continuaSi analizamos la entrada de liacutenea de un Creative modelo CT4810 estudiado el circuito asociado al conector azul de entrada seraacute similar al siguiente

Ampliacioacuten entrada liacutenea de CT4810 1Como podemos ver esbozar viendo la fotografiacutea adjunta es faacutecil deducir el circuito asociado el cual no conlleva dificultad alguna especialmente si nos fijamos en los grandes condensadores electroliacuteticos c18 y c19 (lo cuales claramente nos estaacuten anulando el paso de continua a las etapas posteriores)el cual consiste en un condensador en paralelo con la entrada y tras el un divisor de tensioacuten y en su punto medio un condensador en serie de desacople electroliacuteticoEste esquema esta loacutegicamente repetido para el otro canal

Esquema circuito de entrada CT4801 1

Es faacutecil comprender que si analizamos otras tarjetas el circuito seraacute similar a este si bien la red previa a los condensadores de desacoplo (en nuestro caso formado c1-r2-r3 y c2-r3-r6) puede cambiar por ejemplo como apreciar en las siguientes otras tarjetas

En la SB 16 es ideacutentica a la anterior (si bien los valores de los componentes pueden no coincidir) En la CMI 8738SX por cada canal solo hay una resistencia y un condensador en paralelo y despueacutes el

condensador de desacople

En la Audio PCI5000 es simplemente una red RC previa por canal En la AWE64 es la mas compleja pues hay un operacional TL074 a la entrada en modo inversor y a su

salida ya podemos encontrar el condensador de desacople Esta configuracioacuten serviriacutea para realizar el ajuste que se describiraacute mas adelante a continuacioacuten (podemos seguir el esquema de mas abajo pues el Amplificador operacional nos serviriacutea y solo tendriacuteamos que modificar sus componentes externos)

Localizado el origen del problema para poder hace mediciones de DC pues solo nos bastariacutea con reemplazar C18 o c19 por un o unos puente pero aun tendriacuteamos el problema de la referencia de tierra (en este caso rondariacutea en torno a las 25v)Para solucionar nuestro problema podemos tras eliminar o cortocircuitar C18 yo c19 de la tarjeta original podemos utilizar el siguiente sencilliacutesimo esquema de un AO usado en modo diferencial cuya salida viene dado por la conocida formula

Un anaacutelisis de la citada formula nos muestra que la salida vout puede ser un cierto nivel de continua negativo de vref si la tensioacuten de entrada vin llega a ser un valor aproximo a cero es decir

Es decir con esta configuracioacuten previa conseguimos restar de la sentildeal de entrada un cierto nivel de continua de modo que la lectura tomada final este compensada por ese valor y de ese modo el convertidor AD nos da el valor real de la sentildeal a medir para lo cual nos ayudaremos de la red r4-r6-r5 la cual nos serviraacute para antildeadir el nivel justo de continua para compensar que la lectura del circuito sea cero

Esquema de circuito de correccioacuten 1Del esquema final solo no queda mencionar la pequentildea red de atenuacioacuten formada por los divisores de tensioacuten

r9j1a y r10j2b junto con r8la cual nos serviraacute apara atenuar la medida a un valor que no pueda dantildear a este siendo la primera aproximadamente 110 y la segunda en torno a 1100Por ultimo en cuanto la alimentacioacuten del circuito al ser simeacutetrica de +-5v no podemos tomarla de un conector Molex por lo que podemos tomarla directamente del conector ATX en los pines 17(negro) 18 (blanco) y 19(rojo)

Esquema conector ATX 1

Una solucioacuten integrada el circuito integrado CM108Aunque se ha visto que antildeadiendo un pequentildeo circuito basado en un simple Amplificador Operacional podemos adaptar cualquier tarjeta de sonido PCI para medir tensiones continuas no siempre es posible hacer esto pues modernamente casi todas las tarjetas de sonido suelen estar integradas en la placa madre ( mas aun si se trata de un ordenador portaacutetil) siendo estas engorrosas de desmontar y por tanto difiacuteciles de modificar en el aspecto que se he explicado en las liacuteneas anterioresPor tanto para aquellas personas que no puedan modificar la tarjeta de sonido de su PC la utilizacioacuten del chip CM-108 es perfecto para una simple aplicacioacuten de adquisicioacuten de datos pues por un bajiacutesimo precio integra en una sola pastilla con unos poquiacutesimos componentes discretos asociados el interfaz USB la fuente el convertidor AD y en definitiva para realizar adquisicioacuten de sentildeales analoacutegicas en nuestro PCEn efecto pues el circuito integrado CM108 es una solucioacuten de audio con interfaz USB de muy bajo coste cuyo disentildeo se ha basado en un uacutenico chip conteniendo en su interior todos los moacutedulos analoacutegicos esenciales incluyendo un doble conversor digital-analoacutegico y etapa de potencia para auriculares un PLL un pre-amplificador para una entrada analoacutegica regulador de 33 voltios asiacute como un transceptor USB

Este chip es muy usado en aplicaciones para convertir muy faacutecilmente cualquier PC o ordenador portaacutetil en un sistema de sonido y tambieacuten para hacer llamadas por Internet por VoIP ( Skype Messenger etc)Muchas de las carastericticas de este chip son programables bien con puentes o bien a traveacutes de una EEPROM externa Ademaacutes los ajustes de audio pueden ser mas faacutecilmente controlados por unas patillas especificaacuteis del chipA continuacioacuten se destacan algunas de las magnificas carastericticas este chip

Encapsulado en LQFO de 48 patas Configuracioacuten de ancho de banda cero para relevar el ancho de banda del bus USB cuando este esta

inactivo Soporta los formatos AESEBU IEC60958 SPDIF para datos esterero PCM sobre salida SPDIF Patilla de mute en grabacioacuten con patilla de salida para Led de indicacioacuten de estado Interfaz externo en EEPROM para datos de fabricantes como USB VID PID y numero de serie Funcioacuten de escritura en EEPROM por especificacioacuten del consumidor final para produccioacuten en masa VID PID y cadena de producto por peticioacuten del fabricante 4 patillas de GPIO con interfaz de lecturaescritura viacutea interfaz HID Patillas para configurar el voltaje salida (35V o 25V) Patilla para configurar el modo de ahorro de energiacutea (100mA o 500mA alimentado por el propio Bus

USB o autoalimentado) Transferencia sincroacutenica usando modo adoptivo por medio de un PLL interno para sincronizacioacuten Rango de muestreo de 48K 44 para reproduccioacuten y grabacioacuten Funcioacuten de Mute DAC embebido de latas prestacioacuten de 16-Bit Audio con salida amplificada de auriculares Funcioacuten de reduccioacuten de ruido Convesor analoacutegicodigital (ADC) de 16-Bit con preamplificador Bloque embebido de encendido en el reinicio Regulador de 5V a 33V para funcionamiento con 5 voltios Compatible con Win98 SE Win ME Win 2000 Win XP y Mac OS9 OS X sin driver adicional

Pin Symbol Type Description

1 SPDIFO DO 8mA SR SPDIF Output

2 DWDIO 8mA

EEPROM Interface Data read from EEPROMPD 5VT

3 DR DO 4mA SR EEPROM Interface Data write to EEPROM

4 SK DO 4mA SR EEPROM Interface Clock

5 CS DO 4mA SR EEPROM Interface Chip Select

6 MUTER DI ST PU Mute Recording (Edge Trigger with de-Bouncing)

7 PWRSEL DI ST

Chip Power Select Pin worked with MODE Pin

Speaker Mode HSelf Power with 100mA

LBus Power with 500mA

Headset Mode HBus Power with 100mA

LBus Power with 500mA

( H Pull Up to 33V L Pull Down to Ground )

8 XI DI Input Pin for 12MHz Oscillator

9 XO DO Output Pin for 12MHz Oscillator

10 MODE DI ST Operating mode select

HSpeaker Mode ndash Playback Only

LHeadset Mode ndash Playback amp Recording

( H Pull Up to 33V L Pull Down to Ground )

11 GPIO2DIO 8mA

GPIO PinPD 5VT

12 LEDO DO SR 8mALED for Operation

Output H for Power On Toggling for Data Transmit

13 GPIO3DIO 8mA

GPIO PinPD 5VT

14 DVSS1 P Digital Ground

15 GPIO4DIO 8mA

GPIO PinPD 5VT

16 SDINDIO 8mA

ADC I2S Data InputPD 5VT

17 ADSCLK DIO 4mA SR ADC I2S Serial Clock

18 MUTEP DI ST PU Mute Playback (Edge Trigger with de-Bouncing)

19 ADLRCK DO 4mA SR ADC I2S Left Right Clock

20 ADMCLK DIO 4mA SR112896MHz Output for 441KHz Sampled Data and

12288MHz Output for 48KHz Sampled Data

21 LEDR DO SR 8mALED for Mute Recording Indicator

Output H when Recording is Muted

22 ADSEL DI ST PD

ADC Input Source Select Pin

H Use external (via I2S) ADC

L Use internal ADC

( H Pull Up to 33V L Pull Down to Ground )

23 TEST DI ST PD

Test Mode Select Pin

H Test Mode

L Normal Operation

( H Pull Up to 33V L Pull Down to Ground )

24 AVSS1 P Analog Ground

25 VBIAS AO Microphone Bias Voltage Supply (45V) with a small Driving Capability

26 VREF AO Connecting to External Decoupling Capacitor for Embedded Bandgap Circuit 225V Output

27 MICIN AI Microphone Input

28 VSEL AI Line Out Voltage Swing Select

H Line out Vpp = 35 Volts

L Line out Vpp = 25 Volts

( H Pull Up to 5V L Pull Down to Ground )

29 AVDD1 P 5V Analog Power for Analog Circuit

30 LOL AO Line Out Left Channel

31 LOBS AO DC 225V Output for Line Out Bias

32 LOR AO Line Out Right Channel

33 AVSS2 P Analog Ground

34 AVDD2 P 5V Power Supply for Analog Circuit

35 DVDD P 5V Power Supply for Internal Regulator

36 DVSS2 P Digital Ground

37 REGV AO 33V Reference Output for Internal 5V 104877433V Regulator

38 MSEL DI ST

Mixer Enable Select worked with MODE pin

H With Mixer AA-Path Enable (With Default Mute)

L Without Mixer AA-Path Disable

( H Pull Up to 33V L Pull Down to Ground )

USB Descriptors will also be changed accordingly

39 VOLUP DI ST PU Volume Up (Edge Trigger with de-Bouncing)

40 PDSW DO 4mA OD

Power Down Switch Control Signal (for PMOS Polarity)

0 Normal Operation

1 Power Down Mode (Suspend Mode)

41 USBDP AIO USB Data D+

42 USBDM AIO USB Data D-

43 GPIO1DIO 8mA

GPIO PinPD 5VT

44 SDOUT DO 4mA SR DAC I2S Data Output

45 DAMCLK DO 4mA SR112896 MHz Output for 441KHz Sampled Data and

12288 MHz Output for 48KHz Sampled Data

46 DALRCK DO 4mA SR DAC I2S LeftRight Clock

47 DASCLK DO 4mA SR DAC I2S Serial Clock

48 VOLDN DI ST PU Volume Down (Edge Trigger with de-Bouncing)Descripcioacuten de las patillas del CM108

El modulo SL-8850Si bien en las liacuteneas anteriores se ha visto como el circuito integrado CM108 es perfecto para el cometido de adquisicioacuten de sentildeal este circuito integrado viene en montaje LFQP lo cual implica una cierta complicacioacuten en el montaje y lo maacutes grave

( H Pull Up to 5V L Pull Down to Ground )

29 AVDD1 P 5V Analog Power for Analog Circuit

30 LOL AO Line Out Left Channel

31 LOBS AO DC 225V Output for Line Out Bias

32 LOR AO Line Out Right Channel

33 AVSS2 P Analog Ground

34 AVDD2 P 5V Power Supply for Analog Circuit

35 DVDD P 5V Power Supply for Internal Regulator

36 DVSS2 P Digital Ground

37 REGV AO 33V Reference Output for Internal 5V 104877433V Regulator

38 MSEL DI ST

Mixer Enable Select worked with MODE pin

H With Mixer AA-Path Enable (With Default Mute)

L Without Mixer AA-Path Disable

( H Pull Up to 33V L Pull Down to Ground )

USB Descriptors will also be changed accordingly

39 VOLUP DI ST PU Volume Up (Edge Trigger with de-Bouncing)

40 PDSW DO 4mA OD

Power Down Switch Control Signal (for PMOS Polarity)

0 Normal Operation

1 Power Down Mode (Suspend Mode)

41 USBDP AIO USB Data D+

42 USBDM AIO USB Data D-

43 GPIO1DIO 8mA

GPIO PinPD 5VT

44 SDOUT DO 4mA SR DAC I2S Data Output

45 DAMCLK DO 4mA SR112896 MHz Output for 441KHz Sampled Data and

12288 MHz Output for 48KHz Sampled Data

46 DALRCK DO 4mA SR DAC I2S LeftRight Clock

47 DASCLK DO 4mA SR DAC I2S Serial Clock

48 VOLDN DI ST PU Volume Down (Edge Trigger with de-Bouncing)Descripcioacuten de las patillas del CM108

El modulo SL-8850Si bien en las liacuteneas anteriores se ha visto como el circuito integrado CM108 es perfecto para el cometido de adquisicioacuten de sentildeal este circuito integrado viene en montaje LFQP lo cual implica una cierta complicacioacuten en el montaje y lo maacutes grave

nos arriesgamos a que el circuito no termine de funcionar correctamenteUna solucioacuten mucho maacutes sencilla que realizar nosotros el propio circuito soldando en el chip CM108 es la de utilizar un montaje comercial (en este caso se ha usado el modulo SL -8850 del fabricante Speed Link) y practicar reingenieriacutea inversa con el es decir estudiar su configuracioacuten y modificarlo posteriormente para conseguir nuestro cometidoEl modulo SL-8850 es muy faacutecilmente localizable por la red (por ejemplo en el portal dehttpwwwebayes) y en las tiendas especializadas tal y como se vera mas adelante el esquema adaptado por el fabricante sigue al pie de la letra la nota de aplicacioacuten del fabricante del chip CM-108 su coste es muy bajo (por unos 10 euro ) y sobre todo ya esta montado ajustado y probado y por supuesto iexcl listo para funcionar

Aspecto de la placa de circuito impreso 1Las carastericticas de este modulo son

1 entrada mono de microacutefono con praemplificador 2 salida de audio para auriculares Conversor de 16-bit AD Rango de muestreo de 48K441KHz tanto para reproduccioacuten como para captura Compatible con USB 2

El esquema de este circuito tal y como se habiacutea adelantado sigue casi al pie de la letra la hoja de aplicacioacuten del citado circuito eliminando tan solo la eeprom los pulsadores para el volumen y de mute el led de mute y el transceptor de infrarrojos quedando el circuito praacutecticamente con las conexiones de los jacks el conector USB y el cristal de cuarzoAdemaacutes en la serigrafiacutea de la placa los componentes SMD instalados coinciden con los del esquema del fabricante del chip

Esquema CMI108En la parte superior del esquema esta la parte de alimentacioacuten y transmisioacuten a traveacutes del bus USB en los pines 41 y 42 por medio de dos circuitos C formados L1L2C3 Y C4 y las resistencias en serie R1R2R3Si bien la entrada de microacutefono esta conectada de modo estaacutendar la salida para auriculares es un poco atiacutepica al no incluir condensadores electroliacuteticos de desacople ni la sentildeal de masa usando como novedad una patilla especial del chip llamada LOBS (pin31) la cual proporciona unos 225 voltios de salida es decir Vcc2 Ademaacutes experimentalmente se pudo comprobar que la patilla MCIN ( pin 27) puede aceptar niveles de tensioacuten continua y requiere aproximadamente unos 22 Voltios de tensioacuten para conseguir el nivel cero de continua de esta forma casi sin darnos cuenta tenemos en el propio chip tenemos todos los componente necesarios para poder hacer mediciones de continua casi sin necesitar componentes externos ( que por otro lado hubiese sido dificultosa ya que necesitariacuteamos -5v que no podemos sacar del puerto usb)Dado pues que el circuito integrado ya contiene una referencia externa en la patilla LOBS lo que intentaremos es utilizar esta como referencia interna de modo que la sentildeal de entrada este referida a estaPara este cometido conectaremos las masas de los jacks entre si y todos a la sentildeal LOBS despueacutes eliminaremos el condensador de desacople C11 el cual sustituiremos por una resistencia de pequentildeo valor y por ultimo con objeto de proteger la entrada ante sentildeales mayores conectaremos un par de diodos raacutepidos en paralelo con la sentildeal de entradaPor ultimo conectaremos un condensador electroliacutetico a modo de filtro entre la masa general y la masa ficticia creada con la sentildeal LOBSEl esquema final con las modificaciones uacuteltimas quedariacutea de la siguiente forma

Esquema CMI108En la parte superior del esquema esta la parte de alimentacioacuten y transmisioacuten a traveacutes del bus USB en los pines 41 y 42 por medio de dos circuitos C formados L1L2C3 Y C4 y las resistencias en serie R1R2R3Si bien la entrada de microacutefono esta conectada de modo estaacutendar la salida para auriculares es un poco atiacutepica al no incluir condensadores electroliacuteticos de desacople ni la sentildeal de masa usando como novedad una patilla especial del chip llamada LOBS (pin31) la cual proporciona unos 225 voltios de salida es decir Vcc2 Ademaacutes experimentalmente se pudo comprobar que la patilla MCIN ( pin 27) puede aceptar niveles de tensioacuten continua y requiere aproximadamente unos 22 Voltios de tensioacuten para conseguir el nivel cero de continua de esta forma casi sin darnos cuenta tenemos en el propio chip tenemos todos los componente necesarios para poder hacer mediciones de continua casi sin necesitar componentes externos ( que por otro lado hubiese sido dificultosa ya que necesitariacuteamos -5v que no podemos sacar del puerto usb)Dado pues que el circuito integrado ya contiene una referencia externa en la patilla LOBS lo que intentaremos es utilizar esta como referencia interna de modo que la sentildeal de entrada este referida a estaPara este cometido conectaremos las masas de los jacks entre si y todos a la sentildeal LOBS despueacutes eliminaremos el condensador de desacople C11 el cual sustituiremos por una resistencia de pequentildeo valor y por ultimo con objeto de proteger la entrada ante sentildeales mayores conectaremos un par de diodos raacutepidos en paralelo con la sentildeal de entradaPor ultimo conectaremos un condensador electroliacutetico a modo de filtro entre la masa general y la masa ficticia creada con la sentildeal LOBSEl esquema final con las modificaciones uacuteltimas quedariacutea de la siguiente forma

Modificacioacuten propuesta al modulo CM108 1Circuito de controlSe podriacutea conectar la sentildeal a medir directamente al jack de microacutefono e incluso prescindir de los diodos en antiparalelo que mas a delante se comentaran y el condensador de filtrado de vREF y no necesitariacuteamos comprar nada mas realizando simplemente las miacutenimas modificaciones ya apuntadas (eliminando R10y R13 substituyendo C11 por R10 y cortando la liacutenea de masa del jack de microacutefono que va al interior y uniendo las masas de ambos jacks ) pero con objeto de proteger el circuito y antildeadir bastantes funcionalidades maacutes se ha disentildeado una simpliacutesima red de atenuacioacuten aislamiento y de desvioacute basaacutendonos simplemente enun simple y econoacutemico conmutador DIP de 16 pines ( 8 microinterruptores) y unos pocos componentes asociadosEfectivamente con un miacutenimo coste y poco esfuerzo a nuestro conversor ad basado en el modulo CM108 podemos antildeadirle las siguientes prestaciones

Proteccioacuten por sobre-tensioacuten Proteccioacuten ante transitorios Medidas de AC Diferentes escalas de atenuacioacuten Inyeccioacuten o entrada de sentildeal

El circuito como se puede apreciar mas abajo basa su funcionamiento en 8 microinterruptores encapsulados en un mismo encapsulado 8 interruptores DIP(se ha elegido este por precio tamantildeo y nuacutemero de conexiones ) y asociado a estos se conectan una simple red de resistencias en forma de divisores de tensioacuten formadas todas por R1 como elemento comuacuten y R2R3R4R5R6 como elementos variables calculadas todas para una reduccioacuten aproximada de aproximadamente 10001005010 o 50 veces el valor de la tensioacuten a su entradaEl circuito se completa con un pequentildeo circuito de proteccioacuten formado por los dos diodos raacutepidos en configuracioacuten antiparalelo D1 y D2 lo cuales haraacuten las veces de proteccioacuten frente a sobretensiones y transitorios (debido a que ambos no dejaran pasar un tensioacuten mayor a unos 07V ) y un condensador C1 para impedir el paso de continua si asiacute se desea ( modo AC)Por ultimo para facilitar la inyeccioacuten de sentildeales a traveacutes de l a misma sonda se han conectado los dos uacuteltimos interruptores lo cuales o bien conectan la sonda a un canal de la salida de la t de sonido o bien conectan la entrada la salida de la red al jack de microacutefono y la punta de prueba al otro extremo de la red

Esquema red auxiliar 1Las funciones del conmutador dip de 8 conexiones de izquierda a derecha son las siguientes

S1 on=escala 15 (conexiones 8 y 9) S2 on =escala 110 (conexiones 7 y 10) S2 on=escala 150 (conexiones 6 y 11) S3 on=Escala 1100 (conexiones 5 y 12) S4 on=Escala11000 (conexiones 4 y 13) S5= on dc s5= off ac ( connexions 3 y 14) S6 on =sonda osciloscopio (conexiones 2 y 15) S7on =sonda inyectora (conexiones 1 y 16)

Lista de componentes D1D2= diodos raacutepidos de media sentildeal 1N4148 R1=910K R2=100K R3=10K R4=1K R5=200k C1=22 nf C2=10mF25V S1 =conmutador DIP de 16 pines ( 8 micro-interruptores) Modulo CMI108 (ver texto)

Varios1 pequentildea placa de puntos1 cajita sonda ( se reutilizoacute de un boliacutegrafo linterna)1 cable usb a usb1 pinza de cocodrilo()Todas las resistencias de frac14 W 5Construccioacuten praacutecticaDado que trabajaremos con un montaje en smd deberemos extremar la precaucioacuten de no sobrecalentar los componentes que debemos antildeadir y eliminar sobre todo por no dantildear los que estaacuten cerca o estropear pistas cercanas para lo cual nos deberiacuteamos de ayudar de una buena lente y un soldador de 15W o menos con un punta lo mas fina posibleUna vez desmontada la carcasa de CMI108 observando muy atentamente la fotografiacutea adjunta asiacute como el esquema final que pretendemos seguiremos lo siguientes pasosbull Eliminar resistencias R10 R13bull Sustituir el condensador C11 por una resistencia de 1k (puede emplearse r11)bull Cortar la liacutenea de masa del jack de microacutefono que va la interior ( pues le conectaremos una nueva masa

procedente de LOBS)bull Hacer un Puente para unir las masas de ambos jacksRealizadas estas modificaciones pasaremos a montar la plaquita auxiliar para lo cual nos basaremos de una pequentildea placa de circuito impreso de fibra de vidrio de aproximadamente 100 x 400mm con paso de 2 mm y siguiendo el esquema de maacutes arriba y la fotografia de mas abajo seguiremos los siguientes pasosbull Montaremos un pequentildeo conmutador dipbull Soldaremos el condensador de desacople C1bull Soldaremos los dos diodos en antiparalelobull Soldaremos las resistencias por detraacutes del circuito impreso siguiendo el esquemabull Conectaremos la sonda y un cablecillo al que conectemos una pequentildea punta de cocodrilobull Conectaremos este circuito con los jacks de entrada y salida con cablecillosbull Antildeadir un condensador electroliacuteticos de 10mf 50v entre la placa y el cmi180

Revisado y comprobado con el poliacutemetro que el circuito es correcto antes de encerrarlo en la caja conectaremos la sonda un cable usb y este a nuestro PC

Una vez conectada la sonda a nuestro PC veremos como el led rojo del CMI830 luce es buen sentildeal empezaacuteremos por configurar este dispositivo de audio como predeterminado a efectos de capturapara ello en Windows vista o nos iremos a Iniciopanel de controlhardware y sonido sonidopestantildea grabarPulsaremos con el botoacuten derecho sobre el icono de microacutefono c-media usb-headphone set y elegiremos establece como dispositivo predeterminado

Una vez definida por defecto el dispositivo lsquoc-media usb headphonersquo nos descargaremos el programa disentildeado para esta ocasioacuten el programa gratuito Oscilloscope4 (escrito por el autor que escribe estas liacuteneas y cuyo codigo fuente esta aqui httpsgithubcomsoloelectronicosOscivoltblobmasterREADMEmd)Noacutetese que obviamente puede usarse cualquier otro programa comercial o no que maneje la tarjeta de sonido pero el programa que se propone ademaacutes de ser gratuito y funcionar sobre Windows vista traduciraacute a una magnitud eleacutectrica el valor del pico de la sentildea que introduzcamosEn teoriacutea solo nos queda descomprimir el paquete en un directorio y ejecutar el programa Oscilloscope4exe y si todo ha ido bien se iniciara el programaArrancaremos el osciloscopio pulsando sobre el botoacuten ldquocomenzarpararrdquo y si hemos instalado el sw correctamente y si tanto el cmi830 como el circuito auxiliar estaacuten bien realizados desde ese momento el programa deberiacutea de marcar la tensioacuten presente en su primer canal en este caso deberiacutea ser sobre los 0 Voltios (debido a las tolerancias de los componentes puede que esto varie para lo cual deberemos ajustarlo como se describiraacute mas adelante )

Para comprobar que el circuito responde bien seleccionaremos la ganancia del canal 1 al maacuteximo (6)conmutaremos la escala 11000 el offset centrado y la base de tiempos en 4msdivisioacuten ganancia horizontal al miacutenimo (1) y finalmente seleccionaremos el disparador (trigger ) en la posicioacuten central el circuito al tocar la sonda deberiacutea responder simplemente tocando con un dedo la sonda pues veremos como se muestran en pantalla los transitorios producidos Dadas las tolerancias de la redes de atenuacioacuten aquiacute empleadas se hace necesario un ajuste de cada escala en funcioacuten del valor obtenido en la conversioacuten para ello nos serviremos de un poliacutemetro digital y una fuente de alimentacioacuten variableEl proceso es muy simple y simplemente se trata de aplicar pequentildeas tensioacuten continuas no superiores de 5v seleccionando la misma escala tanto en el sw del osciloscopio como en la sondae e ir anotando las lecturas binarias que aparecen en el display( para ello deberemos pulsar pulsar el botoacuten Ignorar INI)Para casa escala se anotaran pues tres valores

Cero= es el valor binario que nos da la pantalla cuando en esa escala tenemos la punta conectada a masa Valoran= valor binario que nos muestra el programa Valordig= valor de la lectura del poliacutemetro multiplicado por 100 Tipo pondremos 1 si la magnitud que queremos que muestre son voltios2 si se desea amperios 3 en

ohmios y 4 binarioEstos valores se anotaran en el fichero oscini debajo de cada escala ([div1000][div100][div50][div10][div5]) cumplimentando los epiacutegrafes antes comentados borrando el valor por defecto y anotando los nuevos valores Para facilitar las cosas si se maximiza la pantalla se mostrara en la parte inferior izquierda precisamente estos valores (que se haran cero si se pulsa el boton ignorar INI)Como ejemplo si para la escala de 11000 obtenemos un valor binario de 128 para los 0 voltios y el valor de 145 para 1425voltios deberiacuteamos buscar la seccioacuten [div1000] y cumplimentar cero=128 valoran=145 valordig=1425tipo=1helliphellip[div1000]cero=128valoran=145valordig=1425tipo=1hellipCon ayuda de estos valores en cada escala el programa automaacuteticamente interpolara ( por interpolacioacuten liacuteneas) el valor y la magnitud final que se mostraraacute en pantallaEl circuito tal y como se ha descrito funciona bastante bien Con el dispositivo se hizo una serie de medidas encontrando que la sensibilidad maacutexima es aproximadamente +-120 mV sin el preamplificador de microacutefono conectado ( si se conecta este la ganancia es de aproximadaemente de s +20bB (10x) queacute quiere decir unos +-12 mVlo cual parece demasiado bajo para objetivos praacutecticos por lo que no fue probadoA continuacioacuten se describiraacuten las funciones mas importantes del sw del osciloscopioComenzarparar Con este botoacuten encendemos o apagamos el osciloscopio Un vez este arrancado un led rojo a lai zquierda de dicho botoacuten comenzara a parpadear y ademaacutes aparcera un rotulo debajo de la barra de menuacutes con el cartel ldquoCapturandordquoDoble canal la sonda propuesta es monocanal pero el sw propuesto acepta ambos canales por lo que si se

necesitan los dos canales se puede pulsar este botoacutenOn Independientemente de la sentildeal de entrada si no esta pulsado la sentildeal siempre vale 0V Se utiliza muchas veces para ver la posicioacuten central de la sentildeal11000 escala para dividir la sentildea por 1000 ( se debe seleccionar el conmutador del circuito tambieacuten en esta posicioacuten)1100 escala para dividir la sentildea por 100 (se debe seleccionar el conmutador del circuito tambieacuten en esta posicioacuten)150 escala para dividir la sentildea por 50 ( se debe seleccionar el conmutador del circuito tambieacuten en esta posicioacuten)110 escala para dividir la sentildea por 10 ( se debe seleccionar el conmutador del circuito tambieacuten en esta posicioacuten)15 escala para dividir la sentildea por 5 ( se debe seleccionar el conmutador del circuito tambieacuten en esta posicioacuten)Ganancia vertical modifica la ganacia del amplificador vertical desde 1 hasta 6Offeset(( PosY)Indica la posicioacuten central de la sentildeal tanto para el canal derecho como del izquierdoIntens Regula la intensidad de las sentildealesFoco Aumenta o disminuye el grosor de las sentildealesEscala aumenta o disminuye la luz de fondo de la pantallaDisparadorCambia el nivel del disparo cuando este estaacute en manualTiempo Indica cuanto tiempo hay entre cada cuadro de la pantalla11025 establece la escala de tiempos en 4ms por divisioacuten22050establece la escala de tiempos en 2ms por divisioacuten44100 establece la escala de tiempos en 1 ms por divisioacutenGanancia horizontal establece la ganancia del amplificador horizontal^Puede variar desde q hasta 8(( XPos)La pantalla tiene unos maacutergenes no visibles en los cuales la sentildeal se dibuja pero no aparece Con este botoacuten podemos indicar si queremos maacutes margen en la parte izquierda o en la derechaMenuacute ficheroNos permite capturar una imagen a ficheroo salir de la apliccionMenuacute pantallaNos permite variar el color de la pantalla y presentar o no en pantalla la escala ms por divisionmanejo baacutesico del osciloscopioLa pantallaFijate en la siguiente figura que representa la pantalla de un osciloscopio Deberaacutes notar que existen unas marcas en la pantalla que la dividen tanto en vertical como en horizontal forman lo que se denomina reticula oacute rejilla La separacioacuten entre dos lineas consecutivas de la rejilla constituye lo que se denomina una divisioacuten Normalmente la rejilla posee 10 divisiones horizontales por 8 verticales del mismo tamantildeo (cercano al cm) lo que forma una pantalla maacutes ancha que alta En la lineas centrales tanto en horizontal como en vertical cada divisioacuten oacute cuadro posee unas marcas que la dividen en 5 partes iguales (utilizadas como veremos maacutes tarde para afinar las medidas)

Algunos osciloscopios poseen marcas horizontales de 0 10 90 y 100 para facilitar la medida de

tiempos de subida y bajada en los flancos (se mide entre el 10 y el 90 de la amplitud de pico a pico) Algunos osciloscopios tambieacuten visualizan en su pantalla cuantos voltios representa cada divisioacuten vertical y cuantos segundos representa cada divisioacuten horizontalMedida de voltajesGeneralmente cuando hablamos de voltaje queremos realmente expresar la diferencia de potencial eleacutectrico expresado en voltios entre dos puntos de un circuito Pero normalmente uno de los puntos esta conectado a masa (0 voltios) y entonces simplificamos hablando del voltaje en el punto A ( cuando en realidad es la diferencia de potencial entre el punto A y GND) Los voltajes pueden tambieacuten medirse de pico a pico (entre el valor maacuteximo y miacutenimo de la sentildeal) Es muy importante que especifiquemos al realizar una medida que tipo de voltaje estamos midiendoEl osciloscopio es un dispositivo para medir el voltaje de forma directa Otros medidas se pueden realizar a partir de esta por simple caacutelculo (por ejemplo la de la intensidad oacute la potencia) Los caacutelculos para sentildeales CA pueden ser complicados pero siempre el primer paso para medir otras magnitudes es empezar por el voltaje

En la figura anterior se ha sentildealado el valor de pico Vp el valor de pico a pico Vpp normalmente el doble de Vp y el valor eficaz Vef oacute VRMS (root-mean-square es decir la raiz de la media de los valores instantaacuteneos elevados al cuadrado) utilizada para calcular la potencia de la sentildeal CARealizar la medida de voltajes con un osciloscopio es faacutecil simplemente se trata de contar el nuacutemero de divisiones verticales que ocupa la sentildeal en la pantalla Ajustando la sentildeal con el mando de posicionamiento horizontal podemos utilizar las subdivisiones de la rejilla para realizar una medida maacutes precisa (recordar que una subdivisioacuten equivale generalmente a 15 de lo que represente una divisioacuten completa) Es importante que la sentildeal ocupe el maacuteximo espacio de la pantalla para realizar medidas fiables para ello actuaremos sobre el conmutador del amplificador vertical

Algunos osciloscopios poseen en la pantalla un cursor que permite tomar las medidas de tensioacuten sin contar el nuacutemero de divisiones que ocupa la sentildeal Basicamente el cursor son dos lineas horizontales para la medida de voltajes y dos lineas verticales para la medida de tiempos que podemos desplazar individualmente por la pantalla La medida se visualiza de forma automaacutetica en la pantalla del osciloscopioMedida de tiempo y frecuencia

Para realizar medidas de tiempo se utiliza la escala horizontal del osciloscopio Esto incluye la medida de periodos anchura de impulsos y tiempo de subida y bajada de impulsos La frecuencia es una medida indirecta y se realiza calculando la inversa del periodo Al igual que ocurriacutea con los voltajes la medida de tiempos seraacute maacutes precisa si el tiempo a objeto de medida ocupa la mayor parte de la pantalla para ello actuaremos sobre el conmutador de la base de tiempos Si centramos la sentildeal utilizando el mando de posicionamiento vertical

podemos utilizar las subdivisiones para realizar una medida maacutes precisa

Medida de tiempos de subida y bajada en los flancosEn muchas aplicaciones es importante conocer los detalles de un pulso en particular los tiempos de subida oacute bajada de estosLas medidas estandar en un pulso son su anchura y los tiempos de subida y bajada El tiempo de subida de un pulso es la transicioacuten del nivel bajo al nivel alto de voltaje Por convenio se mide el tiempo entre el momento que el pulso alcanza el 10 de la tensioacuten total hasta que llega al 90 Esto elimina las irregularidades en las bordes del impulso Esto explica las marcas que se observan en algunos osciloscopios ( algunas veces simplemente unas lineas punteadas )

La medida en los pulsos requiere un fino ajuste en los mandos de disparo Para convertirse en un experto en la captura de pulsos es importante conocer el uso de los mandos de disparo que posea nuestro osciloscopio Una vez capturado el pulso el proceso de medida es el siguiente se ajusta actuando sobre el conmutador del amplificador vertical y el y el mando variable asociado hasta que la amplitud pico a pico del pulso coincida con las lineas punteadas (oacute las sentildealadas como 0 y 100) Se mide el intervalo de tiempo que existe entre que el impulso corta a la linea sentildealada como 10 y el 90 ajustando el conmutador de la base de tiempos para que dicho tiempo ocupe el maacuteximo de la pantalla del osciloscopio Configuracioacuten fichero oscini

Los primeros paraacutemetros salvan el ultimo estado del osciloscopio de modo que al arrnacarlo nuevamente no haya que modificar otra vez los controlesA continuacioacuten se detallan los diferentes paraacutemetros que aparecen en el mismo fichero ini[Mode]Dual=0 define el funcionamiento en modo monocanal o en modo dual[Channel1] a continuacioacuten se definen todas los paraacutemetros del canal 1Gain=6 ganancia (de 0 a 6)ofset=-2 offset (desde -160 a 160)On=1 procesa o no ese canal[Channel2]Gain=6ofset=58

Gnd=0On=0[Trigger]Level=0

[Time]Scale=11Gain=10[Screen]Scale=120Beam=30focus=1color=clBlack[ScreenData]Time=1Mejoras futurasLas nuevas posibilidades que ofrece poder el circuito para realizar mediciones de corriente continua al margen de la presentacioacuten de su forma de onda como si de un osciloscopio se tratase son casi infinitas dado que excepto en sistemas especiacuteficamente disentildeados para ello no es mu y habital encontrar sistemas de adquisicioacuten de datos de una manera tan sencilla y econmica Captura de temperaturas externas

-Captura de humedad-Captura de luminosidad-Monitoreo de sentildeales-Captura de presioacuten DESCARGA DEL SOFTWARE AQUI

Comentarios1 harly dice

julio 10 2008 en 1006 am El circuito es muy simple de construir y por lo que veo utiliza ingenieria inversa para la adapatacion de un

circuito ( una tarajeta de sonido usb ) a otra funcion al que no fue disentildeada( pero qeu se parece bastante)Es una estupenda facil y muy economica forma de hacer un circuito electronico acorde con los nuevos tiemposAdemas asi el resultado correcto siempre estara garantizado

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2 jesus m mejia dice enero 23 2009 en 303 am nesecito este osciloscopio para simplificar mi trabajo les quedo muy agradecido Me gusta Responder

3 Los nuacutemeros de 2010 laquo Soloelectronicos dice enero 2 2011 en 847 am [hellip] Simplisimo osciloscopio usb sin PIC julio 20082 comentaacuterios LikeBe the first to like this post [hellip] Me gusta Responder

4 luis e dice febrero 4 2011 en 436 pm esta siplificado0 este osiloscopio esta mui completo era el que buscaba Me gusta Responder

5 Juan dice julio 26 2011 en 620 pm Hola

he comprado el PEN USB SL-8850-SBK de SpeedlinkTengo unas cuantas dudas que le estareacute eternamente agradecido a quien me las resuelva1 iquestHay que unir los pines 1 y 2 del Jack del Microfono2 iquestDonde se conecta la sonda en el pin 3 del Microfono

3 En mi PEN las masas del Microfono y Auricular ya estaacuten conectadas4 Donde dice ldquoCortar por aquiacuterdquo en mi PEN no tiene ninguna Pista

Lo que yo he hecho hasta ahora es1 Eliminar R10 y R132 Sustituir C11 por R13

Me faltariacutea4 ldquocortar la linea de masa del jack del microfono que va al interiorrdquo ya que no la veo en la placa iquestQue liacutenea es la que corta exactamente iquestPin_X con Pin_Y5 Antildeadir un condensador de 10mf50v entre la placa y el SL-8850 iquestDonde entre las masas de cada uno

pues lo dicho muchas gracias y felicidades por la paacutegina Juan

Las Palmas de Gran CanariaEspantildea

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o soloelectronicos dice agosto 14 2011 en 938 pm Hola espero que a estas alturas ya te funcione el circuitoLa realizacioacuten creo que es bastante laboriosa pero

en esencia es simple lo unico que hay que hacer es intentar en primer lugar entender el esquema del circuito comercial para luego modificarlo para basicemnte aceptar cc y generar la tierra virtualsuerte

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6 ANdres1551 dice agosto 14 2011 en 230 pm hola a todo porfavor si es q m pasan el link de la pag de donde lo puedo sacar el programa Me gusta Responder

o soloelectronicos dice agosto 14 2011 en 934 pm Te lo puedes bajar desdfe httppersonaltelefonicaterraeswebsoloelectronicos en la parte de la izquierda

donde pone ldquosw del autorrdquo Me gusta Responder

o soloelectronicos dice agosto 16 2011 en 739 am Hola he readaptado la pagina para que se vea el esquema y todo el articulo mucho mejor Si por lo que sea

las imagenes necesita ampliarlas puede situarse sobre ellas y con el boton dercho pulsar ldquoGuardarrdquo con objeto de editarlas en su pc (por ejemplo para hacer zoom sobre estas)

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7 Andres1551 dice agosto 21 2011 en 1137 pm hola bueno les puedo pedir si me pueden mandar una vista detallada o varias fotos a mi

correoandres11_vivahotmailcompor que el dispositivo que tengo que puentear me llega en los siguientes dias porque aqui en la ciudad no lo encontresaludos

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8 Andres dice febrero 27 2012 en 1144 am Buenas tardes

He comprado el modulo de sonido y me he llevado una desagradable sorpresahellipResulta que no coincide la imagen de la pcb con la que trae este modulo en la actualidad Me han enviado el SL-8850-SBK-V2 y claro no coinciden el nombre de ninguno de los componente ni el disentildeo del circuitohellipOs dejo un enlace con unas imagenes del circuito recibido a ver si me podeis decir que tengo que modificar en este casohttpwwwmediafirecomigqutia3dnp26udxhttpwwwmediafirecomik8i7ttr5z93a78k

Gracias Me gusta Responder

o soloelectronicos dice febrero 28 2012 en 436 pm Es loacutegico que en 4 antildeos desde que publique el articulo haya cambiado el disentildeo

La idea para modificarla no obstante siempre es la misma y es extrapolable a cualquier tarjeta de sonido pues en esencia es un DAC (solo hay que adaptarlo un poco)

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Andres dice febrero 28 2012 en 500 pm El problema es que no tengo un esquema electrico como el que pusiste Como tambien han cambiado el

nombre de los componentes pues aun peor iquestSabes donde puedo conseguir un esquema actualizado Me gusta

9 soloelectronicos dice febrero 28 2012 en 940 pm La idea es hacer ingenieria inversa con el circuito para luego intentar mejorarloBasico es centrarse en el

chip y por supuesto contar con una buena lupa Me gusta Responder

10 Jarl dice octubre 1 2012 en 1141 am Otro problema es que el SL-8850-SBK-V2 trae en el chip un pegote de silicona negra que no deja ver como

esta conectada la cosa y si me arriesgo a quitarla temo arrancar el chip de cuajo y si 12 eurillos es barato pa experimentar ya 24hellip

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11 soloelectronicos dice octubre 4 2012 en 833 pm ATENCION IMPORTANTE EL COacuteDIGO FUENTE EN DELPHI LO HE DEJADO EN LA SIGUIENTE URL httpsgithubcomsoloelectronicosOscivolt Me gusta Responder

12 Miguel Uroz dice mayo 8 2013 en 1017 am Muy bueno el esquema tengo los componentes pero tengo una duda Me gustariacutea saber si el condensador que se pone entre la tierra virtual y la tierra real es de 10uF o 10mF En la imagen pone 10 uF pero en la lista de componentes pone 10mF iquestSe trata del mismo condensador o hay algo que se me escapa Gracias por su respuesta Me gusta Responder

o soloelectronicos dice

mayo 8 2013 en 1149 am Este es un proyecto muy antiguo pero funcional a dia de hoy que publique en un revista Si no me falla la

memoria es de 10 microfaradios de Taacutentalo Por cierto el coacutedigo fuente de la aplicacion esta disponible en github

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