ôxilô điện tử số

3.7.1 Cấu trúc và khả năng của ôxilô số Ôxilô điện tử số có các †u điểm là:

- Duy trì hình ảnh dạng của tín hiệu trên màn hình với khoảng thời gian không hạn chế.

- Tốc độ đọc có thể thay đổi trong giới hạn rộng.

- Các đoạn hình ảnh l†u giữ có thể xem lại đ†ợc ở tốc độ thấp hơn nhiều, tốc độ quét có thể tới 1cm/ 1h.

- Tạo đ†ợc hình ảnh dao động đồ tốt hơn, t†ơng phản hơn loại ôxilô t†ơng tự.

- Đơn giản hơn trong sử dụng, vận hành.

Hình 3-40

- Có thể truyền trực tiếp số liệu của tín hiệu cần quan sát d†ới dạng số, ghép trực tiếp với máy tính hay đ†ợc xử lý trong ôxilô.

Sơ đồ khối cấu tạo của ôxilô (có nhớ) số, đ†ợc vẽ cơ bản nh† hình 3-40.

Khi chuyển mạch S (đồng trục) ở vị trí 1 thì ôxilô làm việc nh† một ôxilô đa năng thông th†ờng.

Khi chuyển mạch S đặt ở vị trí 2 thì ôxilô làm việc là một ôxilô có nhớ số. Điện áp tín hiệu cần quan sát đ†ợc đ†a vào đầu vào Y, tới bộ biến đổi t†ơng tự - số ADC. Tại thời điểm đó (t_i), khối điều khiển gửi một lệnh tới đầu vào điều khiển của bộ ADC và khởi động quá trình biến đổi. Kết quả là điện áp tín hiệu đ†ợc số hoá, có nghĩa là bộ

biến đổi lấy mẫu dạng tín hiệu ở nhiều điểm và biến đổi giá trị tức thời của biên độ tại mỗi điểm thành giá trị mã nhị phân tỷ lệ với biên độ đó. Tại thời điểm kết thúc quá trình biến đổi, bộ ADC gửi tín hiệu kết thúc tới bộ điều khiển.

Mỗi số nhị phân đ†ợc chuyển tới bộ nhớ và đ†ợc nhớ ở vị trí ô nhớ riêng biệt. Bởi vì đây là bộ nhớ không linh hoạt (cố định - nonvolatile memory) nên nó có thể l†u trữ l†ợng l†u trữ lớn các số nhị phân với bất kỳ độ dài thời gian nào. Khi cần thiết, một lệnh từ khối điều khiển có thể làm cho các số nhị phân này đ†ợc sắp xếp theo chuỗi lại theo thứ tự đã xác định và đ†ợc đ†a tới bộ biến đổi DAC. Bộ biến đổi số-t†ơng tự sẽ biến các giá trị nhị phân thành điện áp t†ơng tự, và điện áp này đ†ợc đ†a qua bộ khuếch đại Y và tới cặp phiến làm lệch Y của ống tia điện tử.

Do bộ nhớ đ†ợc liên tiếp quét nhiều lần trong một giây nên màn hình đ†ợc sáng liên tục và hiện lên dạng sóng là hình vẽ các điểm sáng, biểu thị dạng sóng cần quan sát.

Để đạt đ†ợc một đ†ờng sáng liên tục, còn có thể có thêm một mạch nội suy (làm m†ợt) giữa bộ DAC và bộ khuếch đại Y.

Một điểm hạn chế của ôxilô có nhớ số vừa mô tả trên là dải tần bị hạn chế, do tốc độ của bộ biến đổi ADC thấp (thông th†ờng hiện nay, ôxilô có nhớ số có dải tần 1-10 MHz).

Gần đây, các ôxilô có nhớ số có dải tần rộng đ†ợc phát triển nhờ có cài đặt microprocessor, các bộ biến đổi ADC có tốc độ biến đổi nhanh hơn, kỹ thuật số hoá mới hơn, cách nội suy và ph†ơng pháp thể hiện tín hiệu.

Một loại ôxilô có nhớ khác đ†ợc trình bày ở hình 3-41.

Hình 3-41

Sơ đồ hình 3-41 khác với sơ đồ hình 3-40 ở chỗ bộ dao động quét thực sự là bộ biến đổi DAC kênh X, đ†ợc điều khiển từ số liệu của microprocessor. Đầu ra bộ DAC tạo ra điện áp nhảy bậc, sao cho sự nhảy bậc thang không khác biệt quá nhiều so với điện áp bậc thang đ†ợc tạo từ bộ dao động quét t†ơng tự.

Với DAC loại 10 bit, số b†ớc nhảy là 2¹⁰=1024. Toàn bộ đoạn điện áp ra đ†ợc chia thành 1023 b†ớc riêng biệt,và sự lệch ngang của tia điện tử thực tế là tỷ lệ theo thời gian. Tốc độ biến đổi DAC và bộ điều khiển quét quyết định tốc độ quét cực đại. Tốc độ quét có thể điều chỉnh đ†ợc bằng việc thay đổi số đến đầu vào số của bộ DAC.

Còn tổ hợp các bộ phận phía trên, gồm: ADC, bộ nhớ, và DAC của kênh Y cho phép khả năng thay đổi trễ của tín hiệu vào hệ thống làm lệch Y trong một giới hạn rộng, đồng thời nó có thể kết hợp đ†ợc với DAC của kênh X, nh† vậy đảm bảo sự đồng bộ chính xác.

3.7.2 Ôxilô có cài đặt vi xử lý (micropocessor-PP)

Ôxilô có cài đặt vi xử lý là loại ôxilô trong đó việc điều khiển ôxilô đã đ†ợc ch†ơng trình hóa, điều này cho phép thay đổi một cách cơ bản quá trình xử lý của ôxilô.

Ví dụ, đã có ôxilô mà toàn bộ các giá trị cần thiết nh† đo biên độ, độ dài của tín hiệu,...

đ†ợc thay bằng một chuyển mạch. Các chức năng điều khiển đ†ợc nhóm lại theo yêu cầu về nguyên tắc logic, việc lựa chọn chức năng cần thiết theo yêu cầu, đ†ợc đơn giản bằng việc nhấn nút t†ơng ứng. Điều này đã làm thay đổi hoàn toàn cấu tạo mặt tr†ớc của ôxilô. Việc điều khiển không những đ†ợc đơn giản hóa mà còn tiện lợi hơn. Nó có thể đ†ợc thực hiện theo ch†ơng trình làm việc của bộ kiểm tra đặt bên trong hay bởi sự trợ giúp của bộ kiểm tra hệ thống các giao diện (interface) mà thiết bị đ†ợc nối vào. Nh†

thế là đã xuất hiện khả năng tự động hóa hoàn toàn quá trình điều khiển chế độ làm việc của ống tia điện tử, mà thông th†ờng nó đ†ợc thiết lập ngay từ ban đầu và giữ đ†ợc suốt trong quá trình đo l†ờng, quan sát. Nó còn đ†a đ†ợc kết quả đo đ†ợc qua các giao diện đến các thiết bị hay các thiết bị xử lý khác.

Các khả năng khác của ôxilô có xử dụng PP là đơn giản hoá các thao tác đo:

giảm bớt khối l†ợng công việc của qúa trình đo; tăng cao độ chính xác; mở rộng đ†ợc khả năng đo các thông số của tín hiệu; thực hiện đ†ợc các phép tính toán học...

Ví dụ, muốn đo biên độ của xung vuông, chỉ cần đặt trên mặt hiển thị của biên độ hai dấu sáng: một dấu ở mức không, một dấu ở đỉnh biên độ xung và bấm một nút t†ơng ứng. Kết quả đo sẽ hiển thị trên màn hình d†ới dạng số thập phân cùng với đơn vị đo.

Trong các ôxilô dùng bộ vi xử lý, các yêu cầu về độ chính xác, độ ổn định của hệ số truyền đạt trên các kênh đ†ợc giảm xuống do các sai số có thể xảy ra đã đ†ợc triệt tiêu bằng các giá trị chính xác của các hệ số truyền đạt trên các kênh đã đ†ợc l†u giữ trong bộ nhớ của phần sai số theo hai kênh dọc và ngang.

Việc thực hiện tính giá trị trung bình của tín hiệu đ†ợc nghiên cứu trong một thời gian dài, đã làm giảm xuống đáng kể các ảnh h†ởng đo nhiễu và tăng đáng kể về chất l†ợng biểu đồ đ†ợc vẽ trên ôxilô.

Việc tăng các khả năng đo các thông số của tín hiệu đ†ợc nghiên cứu, ví dụ nh†:

đo tần số của tín hiệu có chu kỳ; đo giá trị trung bình bình ph†ơng của điện áp; đo diện tích, độ rộng xung; đo năng l†ợng.... Việc các thông số trên chỉ cần nhấn một nút t†ơng ứng, mà không đòi hỏi phải tính toán gì thêm để có đ†ợc kết quả.

Việc sử dụng ôxilô có cài đặt vi xử lý còn làm tăng hiệu qủa của việc làm thực nghiệm và hiệu chỉnh các sơ đồ mạch điện trong quá trình thiết kế. Các thông số của một sơ đồ mạch hoàn hảo, các kết quả phản ứng của toàn mạch hay riêng của từng phần mạch khi cho tín hiệu thử, tín hiệu chuẩn vào bộ nhớ của bộ vi xử lý. Các giá trị này sẽ đ†ợc so sánh với các giá trị thu đ†ợc khi thực nghiệm mạch mới, từ đó có thể hiệu chỉnh hay điều chỉnh thêm, bổ xung cho tới khi đạt hoàn chỉnh. Việc thử đi thử lại và so sánh với các giá trị l†u cho phép đánh giá đ†ợc vai trò của mỗi một mắt, mỗi một khâu trong mạch đang thiết kế và chọn lựa đ†ợc tối †u các thành phần đó sao cho phù hợp nhất với các chỉ tiêu đã chọn tr†ớc.

Một khả năng đáng kể nữa của ôxilô có cài đặt PP là việc nhanh chóng hiệu chỉnh và thiết lập các đơn vị chuẩn.

Đây là một việc phải làm định kỳ trong quá trình sử dụng theo đúng chỉ dẫn, thì bây giờ công việc đ†ợc đơn giản hoá đi nh† không cần phải mở vỏ máy ôxilô nh† tr†ớc để can thiệp vào bên trong, mà việc đó chỉ cần thực hiện trên mặt điều khiển. Theo ch†ơng trình đặt tr†ớc các giá trị chuẩn sẽ đ†ợc tính toán, sau đó đ†ợc ghi vào bộ nhớ không xoá. Trong bộ nhớ cũng ghi các h†ớng dẫn để đặt các giá trị chuẩn và đ†ợc thông báo ra trên màn hình từng b†ớc một cho ng†ời đặt các giá trị chuẩn, Mặc dù vẫn còn đòi hỏi sự tham gia của con ng†ời, nh†ng nó đã đơn giản hơn rất nhiều so với cách sử dụng ôxilô thông th†ờng. Trong quá trình thí nghiệm, việc xác định các giá trị chuẩn đ†ợc thực hiện tự động khi ng†ời sử dụng bấm vào một nút t†ơng ứng.

Có rất nhiều các khả năng khác nhau để xây dựng cấu trúc của ôxilô có sử dụng vi xử lý. Các chức năng của ôxilô loại này cũng không giống nhau. Trên bộ vi xử lý có thể chỉ đặt chức năng điều khiển, nh† một trong số dụng cụ mà chỉ để giả quyết một số vấn đề hẹp trong đo l†ờng, Cũng có lúc chức năng cơ bản của bộ vi xử lý là để thực hiện các phép đo. Trong một số các bộ vi xử lý khác lại thực hiện đ†ợc một loạt các bài toán về cả điều khiển, về đo và cả về tự động thực hiện các phép đo, kể cả việc xác lập các giá trị chuẩn; đồng thời tiến hành các phép tính toán cần thiết, xử lý tín hiệu và các kết quả đo. Tất nhiên là khối l†ợng và tính chất các chức năng mà bộ vi xử lý có thì phụ thuộc vào cầu trúc chung của ôxilô.