Diseño e implementación de un osciloscopio funcional y asequible para la visualización de señales de baja frecuencia

Universidad de Los Andes [pic 1]

Facultad de Ingeniería

Escuela de eléctrica

Laboratorio de Electrónica III

Ing. Alberto Medrano

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN OSCILOSCOPIO FUNCIONAL Y ASEQUIBLE PARA LA VISUALIZACIÓN DE SEÑALES DE BAJA FRECUENCIA

Entrega 2

Autor: Victoria Maldonado

Cedula de identidad: V-27.587.464

Mérida, febrero 2024

ETAPAS PRELIMINARES

Mediante el programa de simulación proteus se simuló un diseño preliminar del circuito de un “mini osciloscopio”. Para ello se utilizó un Arduino nano como microcontrolador, una pantalla OLED 0.96” como elemento de visualización gráfica, y cuatro pulsadores (HOLD, DOWN, UP y SELECT), que le permiten al usuario interactuar con el dispositivo.

Este diseño cuenta con las siguientes características:

• Período máximo de muestreo de 8 μs, por tanto, sólo es posible observar formas de onda de hasta aproximadamente 125 kHz.
• Rango de voltaje de entrada de 0 a 50 V.
• Escalas de voltaje: 50 V, 20 V, 10 V, 5 V, 2 V, 1 V, 0,5 V, 0,2 V
• Escalas de tiempo: 200ms, 100ms, 50ms, 20ms, 10ms, 5ms, 2ms, 1ms, 500us, 200us, 100us
• Selección de señal AC o DC
• Selección de pendiente de trigger (ascendente o descendente)
• Cálculo de valor promedio de la señal medida
• Calculo de la frecuencia de la señal medida
• Retención de pantalla

Para utilizarlo, el usuario deberá presionar el botón SELECT, mediante el cual podrá elegir la característica que desea modificar: escala de voltaje, escala de tiempo o pendiente de trigger, esta selección podrá visualizarse en la parte superior de la pantalla, donde el elemento seleccionado se podrá identificar con facilidad.

Una vez seleccionada la característica, se pueden cambiar las escalas de trabajo, o la pendiente de trigger utilizando los botones UP o DOWN.

Para cambiar entre el modo AC o DC, simplemente se debe posicionar el switch en la posición deseada, es importante destacar que el modo DC no admite voltajes negativos, por lo que solo se podrán observar niveles de tensión de 0 V en adelante.

Para retener la pantalla basta con pulsar HOLD, para volver a el modo normal se presiona este mismo botón nuevamente.

En la figura 1, se puede observar el esquema del circuito, analizando su funcionamiento, se tiene que:

• Para el acondicionamiento de la señal de entrada, se tiene una relación de división de voltaje de aproximadamente 1/5 y 1/50, como la escala completa del ADC es 1,1 V, cuando se convierte a voltaje de entrada, corresponde a aproximadamente 5 V y 50 V.
• Para la medición de CA, se inserta un condensador de corte de CC en la entrada y, al mismo tiempo, se agrega una polarización una compensación a la entrada de ADC
• Cuando se introduce una señal desde la entrada analógica (A0) de Arduino, su forma de onda se muestra en el OLED. El voltaje de entrada se fija en 0-5V.

Para los 4 casos distinto, se tiene que el circuito se comporta de la siguiente manera:

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