metodichka (Метода с пятью лабораторными работами по дисциплине Тех. измерения и приборы), страница 8

Компьютер не может измерить и обработать аналоговый сигнал. Для решения этой проблемы существуют аналого-цифровые преобразователи (АЦП). В последние годы активно развивается еще одно направление - платы сбора данных (data acquisition boards или ПСД) для компьютера.

Плата ЛА-2 может в понятной для компьютера форме преобразовать и ввести в него информацию от первичных преобразователей сигналов-датчиков.

Существует распространенный протокол передачи сигналов в компьютер –

IЕЕЕ-480 (КОП).

Если оснастить компьютер интерфейсом, то можно переправлять данные от измерительных приборов в компьютер.

Для решения задач автоматизации или измерения надо оснастить компьютер ПСД и воспользоваться соответствующим программным обеспечением. Функциональная схема ПСД ЛА-2 приведена на Рисунке 2.

2.3 Работа по функциональной схеме.

Плата ЛА-2 содержит следующие независимые узлы: аналого-цифровой канал (АЦК), трехканальный счетчик-таймер, цифровой порт ввода-вывода и интерфейс ввода-вывода для IBM РС. Плата управляется от IBM PC и получает от компьютера только питание +5В (потребление 375 мА).

АЦК платы ЛА-2 состоит из входного мультиплексора, полного инструментального усилителя с изменяемым коэффициентом усиления, и собственно 12-разряцного АЦП с выборкой хранения. С помощью переключателя SA7 выбирают режим – 8 дифференциальных или 16 однополосных каналов. С помощью SA8 может быть задан коэффициент усиления инструментального усилителя -1,10 или любой в диапазоне 2...100 по выбору пользователя ЛА-2. (Для этого необходимо запаять резистор на предусмотренное место, рядом с SA8).

Далее следует 12-разрядный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) последовательного приближения со временем преобразования 1,6 мкс. Этот же АЦП содержит устройство выборки-хранения (УВХ). Система УВХ-АЦП работает так: пока идет преобразование, УВХ находится в режиме хранения, в режиме выборки она находится остальное время. Переход в режим хранения происходит по заднему фронту импульса запуска АЦП. Время выборки 400 мс – это минимально необходимый интервал для выборки сигнала с необходимой точностью при работе ЛА-2 на предельных скоростях – 2 мкс. Используемый преобразователь имеет два переключаемых диапазона входных напряжений - ±15В и ±10В. Необходимый диапазон можно изменить переключателем SA9.

Рисунок 2. Функциональная схема ПСД ЛА-2

Таким образом, выбирая с помощью SA8 коэффициент усиления инструментального усилителя 1 или 10 и с помощью SA9 входной диапазон АЦП, можно получить четыре диапазона входных напряжений ЛА-2: ±0,5В и ±1В (при коэффициенте усиления инструментального усилителя 10) и ±5В и ±10В (при коэффициенте усиления инструментального усилителя 1). У инструментального усилителя может быть задан пользователем необходимый коэффициент усиления. Для этого нужно запаять на предусмотренное место резистор. Тогда добавятся еще два диапазона входных напряжений, которые будут выбраны Вами. Подробнее порядок расчета описан в п. 2.2.8 и п. 2.2.9

Для ЛА-2 кварцевый генератор имеет частоту 1,789763МГц, для ЛА-2А -1МГц. При этом необходимо помнить, что задающий кварцевый генератор общий как для АЦП, так и для таймера, используемого для формирования сигналов запуска АЦП. Запуск АЦП может быть программный, от таймера или от внешнего сигнала EXT_ST. Последние два режима выбираются программированием управляющего регистра ЛА-2. Это приводит к изменению источника запуска схемы синхронизации. При этом на SA3 должны быть замкнуты перемычками сигналы -ST и выход соответствующего канала таймера, а также ST и EXT_ST. Входной диапазон АЦП-УВХ - ±10В или ±5В в зависимости от положения переключателя SA9. Поэтому на входной мультиплексор ЛА-2 необходимо при коэффициенте усиления 1 подавать ±10В или ±5В при полной характеристике преобразователя АЦП. А при коэффициенте усиления инструментального усилителя 10, напряжение составит ±1В и ±0,5В. Если Вы до применения ЛА-2 не сталкивались с АЦК, полезно будет о знакомиться с Приложением 1 (Динамические характеристики АЦК).

Трехканальный счетчик-таймер реализован на микросхеме Intel Р82С54. Его сигналы выведены на SA3 и их можно использовать для запуска АЦП, а также, например, для реализации функции частотомера или периодомера. На вход СО (нулевой канал таймера) всегда подана тактовая частота с кварцевого генератора 1Мгц для ЛА-2А (улучшенный вариант) или для ЛА-2 подана частота с микросхемы делителя на 8 тактовой частоты кварцевого генератора материнской платы компьютера, что составляет на входе СО - 1,789763МГц. Это необходимо учитывать при использовании каналов таймера. Наличие высокостабильного кварцевого генератора на ЛА-2А, с точностью не хуже 10^-6 позволяет задавать калиброванные, заранее известные интервалы, которые можно использовать не только для запуска АЦП, но и через переключатель SA3 для Ваших задач вне компьютера. Таймер может работать в режиме ждущего мультивибратора, генератора частоты и импульсов, счетчика событий. Режим выбирается программно от IBM PC. Если Вы до применения ЛА-2 не использовали таймер, будет полезно ознакомиться с Приложением II (Программируемый счетчик-таймер Р82С54).

Цифровой порт содержит16 цифровых линий: 8 линий на вывод (порт РА) и 8 линий на ввод (порт РВ). Линии вода и вывода независимы. Ввод стробированный по сигналу STR_D10. Запись в порт осуществляется уровнем логического нуля. На этом же разъеме ХР1, на который выведены линии цифрового порта, имеется сигнал EXT_INT – внешнее прерывание для IBM PC. Он подан на схему обработки прерываний для ввода в IBM PC. Для работы с внешними устройствами удобно использовать возможности каналов таймера. На 12 контакт ХР1 (РВО – входная линия цифрового порта) выведен через переключатель SA2 инвертированный выходной сигнал второго канала таймера – 02. Его можно использовать для стробирования цифрового порта на ввод, для синхронизации внешних устройств. При использовании совместно с платой восьмиканальных фильтров низких частот ЛА-ФНЧ8 этот сигнал используется для задания тактовой частоты для каналов устройства ЛА-ФНЧ8. На разъем ХР1 может быть подано питание +5В непосредственно с IBM PC через переключатель SA1.

3. СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ НА ПЛАТЕ ЛА-2

Рисунок 3

SA1 - переключатель, через который может быть подано напряжение +5В с

шины IВМ РС на 1 контакт разъема ХР1;

SA2 - переключатель, который вместо входа цифрового сигнала на 12 контакт ХР1 подключает инвертированный выход второго таймера 02. Этот сигнал может использоваться для синхронизации внешних устройств, в частности для синхронного запуска нескольких устройств ЛА-2 или для задания частоты среза фильтров низких частот серийного устройства ЛА-ФНЧ8, при этом вход РВО цифрового порта не отключается;

SA3 - переключатель выбора режимов запуска АЦП и режимов работы таймера платы

ЛА-2;

SA4 - переключатель, выбирает базовый адрес платы (используется шестнадцатеричная система для номера);

SA5 - переключатель, выбирает номер используемого прерывания IRQ (может принимать значения 10,11,12,14,15);

SA6 - переключатель, выбирает номер используемого канала ПДП, задается двумя вертикальными переключателями попарно (может принимать три значения 5,6 и7);

SA7 - переключатель выбора режимов работы полного инструментального усилителя платы (однополюсный или дифференциальный);

SA8 - переключатель коэффициента усиления инструментального усилителя (может быть равен 1, 10 или при установке пользователем соответствующего резистора на предусмотренное место, станет любым в диапазоне 2...100);

SA9 - переключатель, выбирает входной диапазон напряжений АЦП - ±5В или ±10В

4. СОСТАВ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Стенд состоит из следующих основных частей:

1. Персонального компьютера (Пентиум – 200Мгц);

2. ПСД платы типа ЛА-2 (находится отдельно от ПК в антистатическом конверте);

3. Программного обеспечения для платы ЛА-2 (одна дискета);

4. Объекта измерения (макет с нагружаемой балкой, оснащенный тензодатчиками);

5. Кабелем с разъемами;

6. Монтажного инструмента.

1. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ.

Элементы управления главного окна. Общий вид (Рисунок 4).

Рисунок 4

В верхней части окна программы сосредоточены основные элементы управления работой программы, отображением данных и т.д. Их условно можно разделить на следующие группы (на рисунке следуют слева на право и сверху вниз):

1. Кнопки управления окнами.

2. Оперативная регулировка параметров измерения.

3. Сохранение "картинки".

4. Действия над каналами.

5. Управление синхронизацией.

6. Возможности отображения данных.

Большинство из этих элементов управления снабжены всплывающими подсказками.

5.1 Кнопки управления окнами.

5.2 Оперативная регулировка параметров измерения.

Элементы управления оперативной настройкой параметров измерения предназначены и, что более удивительно, позволяют быстро установить необходимые для проведения измерений параметры.

Для устройств с фиксированным набором частот дискретизации выбор производится именно из этого списка, а для устройств с возможностью плавного изменения частоты дискретизации диапазон возможных значений ограничен снизу 1Кгц, а сверху только максимально допустимой частотой дискретизации. Максимальная частота дискретизации также ограничивается пропускной способностью шины ISA. На современных компьютерах пропускная способность шины ISA (при частоте 8Мгц) составляет примерно 1Мб/сек, что соответствует частоте дискретизации 500Кгц для 16-битных плат. Если шине не хватает пропускной способности при высокой частоте дискретизации, данные, наверняка, будут искажены, и Вы у видите на экране "кашу".

5.3 Сохранение "картинки".