Actividad 2 - Mediciones con captura de datos usando el osciloscopio

En la actualidad  el osciloscopio sigue siendo la herramienta privilegiada en un laboratorio para medir señales de todo tipo. Su función principal es la medición de la diferencia de potencial entre dos nodos de un circuito. Asimismo el osciloscopio digital tiene la posibilidad de capturar eventos, guardarlos en memoria y mostrarlos en su display como si fuese una fotografía. El objetivo de esta actividad será entonces conocer las distintas posibilidades que nos brinda el osciloscopio como instrumento de medición y captura de datos.

Conocimentos previos para la correcta resolución de la actividad:
Si bien el objetivo al que apunta esta actividad se basa en el uso del osciloscopio como herramienta de medición, para la resolución de estos casos se requerirá un mínimo conocimientos acerca de:
Transmisión de datos serie. Protocolo serie RS-232. Conector DB9. Configuración del programa Hyperterminal para la generación de señales serie por el puerto RS-232. Protocolo RC5 y SIRC. Uso de un detector infrarrojo como elemento detector de señales infrarrojas.Circuitos integrados que demodulan la señal emitida por infrarrojos.

Instrumental a utilizar:

Osciloscopio DE 1052E

Manual del Osciloscopio

 Ficha BNC


  

Para realizar esta actividad , necesitamos un cable denominado DB9 , el cual consta de dos fichas con 9 pines , una hembra , que será la que irá conectada a la cpu de la computadora (puerto serie RS232) , y otro macho , donde a través del ingenio de cada uno se debe conectar al protoboard para realizar las mediciones correctamente. Lo recomendables es conectarle a ESE macho , una hembra , y en la parte trasera soldarle cables , para que se coloquen directamente sobre las pistas del protoboard.

Los terminales que vamos a usar de la ficha son 2 , 3 y 5 ( Rx , Tx y GND,  respectivamente). Para conectar el osciloscopio solo conectaremos la masa de la punta en GND y la punta en el Terminal de Rx.

Imagen del cable DB9:

Desarrollo

Esta actividad se basa en la resolución de dos casos.

Primer caso:

El puerto serie RS232 ha sido y hasta el día de hoy sigue siendo una forma de comunicación sumamente utilizada en numerosos dispositivos electrónicos. Actualmente esta interfaz va siendo reemplazada por la conexión USB, pero la complejidad de esta última nos fuerza a estudiarla y analizarla en otra oportunidad.

Una manera cómoda y sencilla de ingresarle datos desde sensores externos a una PC es a través de este puerto de comunicaciones.

Se necesita entonces poder registrar y almacenar la señal generada por el puerto serie RS232 (terminal TX) de la PC, para realizar a posteriori un análisis de la trama que genera.

Consultar más información en: RS-232

Armaremos el DB9 en los extremos tendra dos fichas macho y una ficha hembra par utilizar los pines RTX (pin 2), TX (pin 3) y el GND (pin 5), los marcaremos para poder identificarlos.

Luego utilizaremos el Protoboard  para establecer una medición y empezar a enviar señales al osciloscopio desde la computadora con el programa hyperterminal.

Protoboard

Esquema del funcionamiento de el DB9

Ahora prendemos el osciloscopio y seleccionamos el Canal 1 con la tecla "CH1". Ajustamos las perillas en 5V y 200μs. En la sección "Trigger" presionamos el botón "Menu" y en "Flanco" seleccionamos "Ascendente" (una flecha que SUBE), y en "Barrido" elegimos "Único". También nos aseguramos de que el botón "Run/Stop" esté verde, pero si está rojo, lo presionamos y ya está.

Procedemos a fijarnos que la escala de la punta de osciloscopio y la escala del osciloscopio sean las mismas. Ahora vamos a configurar el Hyperterminal.

Link de descarga: Hyperterminal

Hyperterminal

Abrir  el programa , y en la ventana que aparece para crear una nueva conexión colocamos cualquier nombre , ya que no cambia en nada nuestra actividad. En donde dice Connect ussing : colocamos la opcion COM1.

Luego nos aparece una ventana donde podemos modificar la velocidad , la cantidad de  bits de datos , la paridad ,control de flujo,etc.

En esta ventana en la opcion "bit por segundo" pondremos 9600, en "bit de datos" pondremos 8 bit, en "paridad" pondremos ningun, en "bit de parada" pondremos 1 y en "control de flujo" pondremos hardware una vez aceptado tendremos instalado la configuracion del hyperterminal asi podremos enviar datos que el osciloscoio lo vera en señales.

Al terminar lo anterios, con el cable conectado al puerto serie de la computadora, escribimos A mayúscula (Shift + A) en el Hyperterminal, y nos fijamos qué aparece en el osciloscopio. Si hicimos todo bien nos tendría que aparecer esta señal en la pantalla del osciloscopio,luego capturamos la imagen,previamente hay que colocar el pendrive en la ranura USB.Luego presionamos el botón "Storage" y en "Almacenamiento" elegimos "Mapa de Bits" y luego seleccionamos "Externo".

Preguntas del 1º Caso:

a) En estado de reposo (sin presionar tecla alguna) ¿qué tensión se mide en la linea?

b) El bit de start marca el comienzo de transmisión. ¿Cuánto tiempo dura y qué valor de tensión se mide? ¿Qué valor de tensión tiene un uno lógico y un cero lógico?

c) ¿De qué manera a partir de lo medido se puede inferir que el dato transmitido es la tecla A?

d) ¿Se puede observar el bit de STOP? Si, no porque?

e) ¿Cuanto tiempo tarda en transmitirse un byte a la velocidad establecida?

a) Se mide una tensión de -12V cuando se encuentra en estado de reposo

b) La señal dura 104us y se mide una tension de 12V.Un 1 logico tiene un valor de -12V y un 0 logico tiene un valor de 12V.

c)  La letra A en código ASCII equivale al 65 en decimal, en sexagesimal es equivalente al número 42 y en binario es 01000001 . La señal que se ve en el osciloscopio se representa por medio del número binario (o - Valor máximo \ 1- Valor mínimo), sin contar el bit de start ni el de reposo.

d) No, el Bit de Stop se representa en codigo binario con un "1" y se encuentra en reposo, no se ve en el osciloscopio pero se podria ver si se teclean dos teclas de  manera consecutivas.

e) A 9600 bps, un byte (8 bits) tarda en transmitirse unos 832 μs (104 μs x 8 bits). Acá hay una imagen de la tecla "I" mayúscula comprobando que los 8 bits de datos duran 832 μs:

Segundo caso:

Existen distintos tipos de protocolos de comunicación serie ya establecidos para la generación de señales emitidas por controles remotos que usan señales infrarrojas. Todos ellos los encontramos en una larga lista de dispositivos hogareños e industriales: televisores, equipos de audio, conversores de TV Digital, aire acondicionados etc.

1) Identificar el control remoto por el tipo de control (TV - Audio - VCR - DVD - AA - etc) y su marca en caso de ser posible. Dejar constancia en el trabajo. 

Control marca Philips

2) Armar el siguiente circuito.

     

3) Presionar una tecla del control remoto.

Consejos iniciales: Acoplar el canal del osciloscopio en continua y ajustar la sensibilidad a 2 V/div con un barrido de 5 ms aproximadamente. Una vez que se observa la señal ajustar los controles de amplitud y frecuencia del osciloscopio con el fin de capturar la mejor imagen.

4) Registrar y almacenar en memoria la señal capturada.

5) Basándose solamente en las imágenes capturadas responder las siguientes preguntas:

a) ¿En qué frecuencia emite la señal infrarroja portadora de los datos?

Se emite a una frecuencia de 1KHz.

b) ¿Cómo se diferencia el uno y el cero?

Cuando manda informacion, y luego deja de mandarla, vendria a ser un "0" lógico y 

cuando no manda informacion, y luego lo hace, es esquivalente a un "1" lógico.

c) ¿Cuántos bits en total se transmiten?

d) ¿Cómo está compuesta la trama? 

El control utilizado es un PHILIPS. Apretando el boton de encendido, el osciloscopio nos muestra la siguiente trama, donde: La acotacion Azul son los bit de start, la"Roja superior" un "1" lógico, y la "Roja inferior" un "0" lógico. 

e) ¿Con qué perioricidad se repite la trama en el tiempo?

Se repite con una perioricidad de 91,2 mS.

6) Repetir los puntos 3 y 4 tantas veces como sea necesario a fin de poder capturar todas las imágenes necesarias para responder con presición las preguntas. Por lo menos capturar señales generadas por tres teclas del control remoto a fin de contrastar la información. 

7) Análisis de datos. Confrontar los datos obtenidos con la teoría, e identificar el control remoto analizado con alguno de los protocolos estándar usados en el mercado.

Esta tabla nos muestra los codigos numéricos utilizados en el protocolo RC5. Mostraremos que se cumple con las teclas de encendido, " VOLUMEN + " y "VOLUMEN - ", que son las recuadradas en la tabla. Para verificar si está bien se debe pasar el código decimal a binario, y leer los ultimos cuatro Bits de la señal. Por ejemplo, el de encendido es el número 12 en decimal, en binario es el 1100 y de acuerdo a esto, nuestra señal obtenida mediante en el osciloscopio debe mostrar en los ultimos bits el mismo numero que en binario.

Tecla POWER:
Los ultimos bits son 1100 (12 en decimal), por lo tanto coinciden con el codigo binario correcto. Las divisiones rojas indican cada bit.

Tecla VOLUMEN +
En decimal es 16, y en binario equivale a 10000. La medición obtenida, muestra como el código binario coincide con la imagen.

Tecla VOLUMEN -
En decimal es 17 y en binario sería 10001. La medición obtenida, muestra como el código binario coincide con la imagen.

8) Esbozar una conclusión de la experiencia:
Lo que concluimos con la práctica, es que lo que diferencia e identifica un botón de otro es el período y la frecuencia con que se repite la trama, a diferencia del caso anterior, donde cada bit poseía la misma diferencia de tiempo una de la otra. Se diferencia el caso B respecto al A, que en el caso A, el "1" y el "0" lógico se identificaban en el eje de tensión, mientras que en el caso B, se diferencian en el eje de tiempo.
Todos los controlos remotos pueden utilizar distintos protocolos, para poder identificarse cada uno cuando mande la señal. (El que utilizamos nosotros tiene como régimen el protocolo RC5)

Materiales e insumos necesarios

- PC - Sistema Operativo Windows con conectividad a Internet.

- Programa Hyperterminal.

- Osciloscopio RIGOL DS1102E.

- Punta para medición del osciloscopio.

- Pendrive cuya capacidad no exceda los 2 GB para almacenar las mediciones realizadas con el osciloscopio.

- Cable DB9 con terminales para inserción en protoboard.

- Detector infrarrojo

- Resistor.

- Control remoto.