Анализаторы человека. Измерение формы и спектра сигналов Схема работы анализаторов

В данной статье представлен простой логический анализатор работающий с оболочками USBee v1.1.57 и Logic v1.1.15. Собран на микросхеме распространенной микросхеме CY7C68013A фирмы Cypress. У меня имелась готовая плата с этой микросхемой заказанная с сайта Aliexpress. Вот такой у нее вид:

Хотел на ней сделать LPT порт, но потом надобность в нем пропала и так она валялась не востребованная. Понадобился мне простой логический анализатор. Решено было сделать на этой плате. На просторах интернета много схем на этой микросхеме. Требовалось добавить буфер для передачи данных, сделать защиту по входу и возможность выбора с какой оболочкой работать. Плата расширения одевается сверху основной платы. Скажу сразу, что схема, плата, прошивки и все необходимое для работы с данным логическим анализатором находится внизу статьи. В качестве буфера использовалась микросхема 74LVC4245 , можно применить 74LVC8T245A они полностью идентичны. Защитную функцию по входу выполняют диодные сборки BAV99. И так родилась такая схема:

Джампером J1 выбираем направление передачи данных. В замкнутом состоянии на прием данных, в разомкнутом на передачу. Есть такая оболочка как USBee AX Test Pod . Она содержит много тестовых утилит при помощи нее можно протестировать работу собранного устройства. Одна из возможностей это генерировать на выводах XP3 разные частоты. Правда самому задавать их нельзя. Выводится сразу 8 разных частот. Также можно устанавливать в 0 или 1 выходы и много других тестов. Джампером XP5 выбираем с какой оболочкой будем работать USBee v1.1.57 или Logic v1.1.15 . В U2 и U3 соответственно загружается прошивка для разных оболочек. Джампер XP4 это защита от записи. Нужен будет при старте оболочки от Logic. Джампером J2 задаем напряжение входных уровней. Если он замкнут то входной уровень сигнала должен быть 3.3 V. Так же предусмотрена возможность установить уровень сигнала такой каким напряжение питается диагностируемое устройство но не больше 5V. Для этого размыкаем J2 и напряжение питания диагностируемой платы подаем на 10 вывод XP3. Так же не забываем соединить между собой общий провод анализатора с диагностируемой платой. Для начала нам нужно доработать основную плату т.е удалить микросхему памяти 24C128.

У моей платы также не было соединения GND USB разъема и GND CY7C68013A пришлось соединить проводком.

Больше никаких изменений делать не нужно.

Теперь изготавливаем нашу платку размером 41мм х 58мм. В итоге получаем такой результат:

Соединяем две платы:

Для начала работы нам нужно прошить микросхемы памяти. Для этого устанавливаем утилиту от Cypress CySuiteUSB_3_4_7_B204 . Убираем с платы джампер XP5 и подключаем плату к ПК, в диспетчере устройств появится неизвестное устройство.

Устанавливаем драйвера из файла Driver_Cypress_win7 win8. Указываем диспетчеру, что искать драйвера в этой папке. Система сама установит необходимый драйвер. Появится новое устройство в контроллерах USB:

Запускаем установленную программку Control Center . Перед нами откроется окно, где в верху должно быть наше устройство.

Выбираем вкладку Option затем EZ-USB Interface:

Откроется следующее окно:

Ничего здесь не меняем. Нам нужна только кнопка S EEPROM. Джампером XP5 выбираем одну их микросхем памяти. Нажимаем S EEPROM и указываем где хранится наша прошивка. Выбираем прошивку в зависимости от типа памяти и нажимаем "Открыть". Цифры в конце названия прошивки указывают для какого типа памяти прошивка. Для 24C01 нужно выбирать USBeeAX_01, а для 24C02 USBeeAX_01.

Пойдет процесс заливки информации. При удачной прошивке должно быть сообщение как на скриншоте. Кол-во байт может отличаться в зависимости от выбранной прошивке.

Нажимаем кнопку сброс на плате и видим в диспетчере устройств новое неопознанное устройство. Устанавливаем драйвера. В автоматическом режиме драйвера не установятся. В ручном режиме указываем, что установить с диска и выбираем драйвер из папки Driver Cypress win7_win8. У меня на Windows 8.1 заработало с драйвером EZ-USB FX1 No EEPROM (3.4.5.000).

Основные характеристики прибора:

• до 32 входных каналов;
• память 128 КБайт на каждый канал;
• частота дискретизации до 100 МГц;
• вход внешнего тактирования;
• все входы совместимы с 3.3 В и 5 В логикой;
• настраиваемый размер буфера предвыборки/поствыборки кратный 8 КБайт;
• 16 битный генератор внутренней синхронизации;
• несколько режимов внутренней синхронизации;
• программируемая задержка синхронизации;
• программируемый счетчик событий синхронизации;
• вход внешней синхронизации;
• коммуникация с ПК по LPT (EPP режим) или USB интерфейсу;
• несколько версий приложений для ПК под различные операционные системы.

Основным элементом логического анализатора является ПЛИС , производства компании , которая и выполняет все основные функции. Принципиальная схема прибора изображена на Рисунке 1.

В качестве источника тактовой частоты для ПЛИС используется осциллятор IC4 (IC6), позаимствованный со старой материнской платы компьютера. Несмотря на то, что осциллятор рассчитан на работу при напряжении 5 В, проблем в работе прибора при питании его напряжением 3.3 В выявлено не было.

Для хранения выборок используется внешнее быстродействующее ОЗУ - микросхема .

Для питания прибора используется внешний источник с выходным напряжением до 15 В. ПЛИС и ОЗУ имеют напряжение питания 3.3 В, поэтому установлен регулятор напряжения 3.3 В серии LD1117DT33 .

Коннектор параллельного порта K7 размещен на плате логического анализатора и подключен непосредственно к ПЛИС. Печатная плата логического анализатора двухсторонняя, используются компоненты для поверхностного монтажа и обычные компоненты с выводами. Вид печатной платы показан на Рисунке 2.

Замечание. Вместо вывода 40 (Vss) микросхемы SRAM к «земле» подключен вывод 39 этой микросхемы. Решение: соединить на печатной плате вывод 39 и 40 вместе (вывод 39 не используется в микросхеме SRAM).

Для подключения к персональному компьютеру по интерфейсу USB необходимо использовать специальный адаптер, схема которого изображена на Рисунке 3.

Адаптер USB интерфейса для логического анализатора собран на микросхеме серии FT2232C производства компании FTDI. Данная микросхема объединяет в себе функциональность двух отдельных микросхем FT232BM и FT245BM. Она имеет два канала ввода/вывода, которые конфигурируются отдельно. Основные моменты конфигурации FT2232C для применения в составе прибора - это питание от USB интерфейса и режим эмуляции шины микроконтроллера (MCU Host Bus Emulation mode). Этот режим конвертируется в протокол EPP посредством мультиплексора IC3 74HCT4053D. Так как непосредственное декодирование сигналов /DST, /AST и RD/WR может вызывать конфликты таймингов, используется дополнительный сигнал A8, который используется в качестве сигнала RD/WR (чтение/запись) в периоды передачи данных по EPP протоколу.

Коннектор JTAG (CON2) используется для конфигурирования ПЛИС - это для будущих разработок, на текущий момент данный интерфейс не используется.

Микросхема EEPROM серии 93LC56 (IC2) хранит конфигурационные данные для микросхемы FT2232C и является обязательным элементом для правильного функционирования программируемого интерфейса. Для программирования данной микросхемы используется утилита FT_Prog (ранее она имела название MProg). Данная утилита и драйвера FT2232C доступны для скачивания на сайте компании FTDI.

Печатная плата адаптера разработана односторонней, что упрощает ее изготовление.

Существует также версия B 1.0 адаптера USB интерфейса (Рисунок 5). Данная версия отличается отсутствием коннектора JTAG и печатной платой, которая выполнена с учетом встраивания ее в корпус коннктора CANNON 25. Внешний вид собранных адаптеров а Рисунке 6.

a)	b)

Также имеется еще одна версия схемы логического анализатора (Рисунок 7), в которую уже интегрированы интерфейсы USB и LPT. Автором этого варианта является Bob Grieb и при разработке схемы использовалась среда TinyCAD, печатная плата для него разрабатывалась в редакторе FreePCB.

Представляет собой совокупность структур, воспринимающих световую энергию и формирующих зрительные ощущения. Согласно современным представлениям, 80-90% всей информации об окружающем мире человек получает благодаря . С помощью зрительного анализатора воспринимаются размеры предметов, степень их освещённости, цвет, форма, направление и скорость передвижения, расстояние, на которое они удалены от глаза и друг от друга. Всё это позволяет оценивать пространство, ориентироваться в окружающем мире, выполнять различные виды целенаправленной деятельности.

Описание полей схемы:

Схема строения зрительного анализатора: 1 - сетчатка, 2 - неперекрещенные волокна зрительного нерва, 3 - перекрещенные волокна зрительного нерва, 4 - зрительный тракт, 5 - наружнее коленчатое тело, 6 - латеральный корешок, 7 - зрительные доли

Выходя из глаза, зрительный нерв делится на две половины. Внутренняя половина перекрещивается с такой же половиной другого глаза и вместе с наружной половиной противоположной стороны направляется к метаталамусу, где расположен следующий нейрон, заканчивающийся на клетках зрительной зоны в затылочной доле . Часть волокон зрительного тракта направлена к клеткам четверохолмия , от которых начинается тектоспинальный путь рефлекторных ориентировочных движений, связанных со зрением. Кроме того, в четверохолмии имеются связи с парасимпатическим ядром Якубовича, от которого начинаются волокна глазодвигательного нерва, обеспечивающие сужение зрачка и аккомодацию глаза.

Частоты: 31Hz, 62Hz, 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1kHz, 2kHz, 4kHz, 8kHz, 16kHz.
- Размер матрицы - 10х10.
- Возможные режимы: Точка, линия, регистрация пиков.
- Тип входящего сигнала: Линейный стерео / линейный моно.

Анализатор имеет 4 режима индикации: Линия (столб) с индикацией пиков и без, и "точка", так же с индикацией пиков и без. Два различных входа: стерео, через интегрированный на плате микшер и моно. Теперь перейдем к аппаратной части. Схема анализатора спектра:

По схеме видно, что устройство состоит из двух "блоков", сама матрица и управляющая плата. Схема совсем не сложная, все реализовано на одном контроллере фирмы Atmega8. Кварц в схеме используется на 18mhz. Микросхема CD4028 имеет советский аналог К176ИД1. и прошивка для МК находится в архиве. Печатная плата матрицы односторонняя, потому общие аноды светодиодов припаиваются вот так:

Фузы МК:

Дроссель, идущий к микросхеме CD4028 (К176ИД1), играет сравнительно важную роль, т.к. при использовании не очень качественных источников питания данная микросхема может работать не корректно. Однако при питании от качественного источника - дроссель можно заменить перемычкой. Перемычки на плате заменяются переключателями, ими и устанавливается режим индикации.