Сопряжение цифрового мультиметра с компьютером. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Подключение малогабаритного мультиметра к персональному компьютеру позволяет проводить статистическую обработку результатов серии измерений. Например, возможно исследовать разброс параметров группы компонентов или изменения напряжения и емкости аккумуляторов в процессе разрядки. Можно представить и ряд других применений такого "тандема", о создании которого и рассказано в этой статье.

В последнее время среди радиолюбителей получили распространение мультиметры серии 830, например, DT830 или М-830. Они обладают сравнительно небольшой погрешностью, что позволяет использовать их для широкого круга измерений.

С помощью предлагаемого устройства можно вводить данные с мультиметра в компьютер для дальнейшей обработки. Мультиметры, обладающие этой функцией, обычно снабжены интерфейсом RS232 и относительно дороги. Предлагаемый адаптер выполнен на недорогих широкодоступных компонентах. Числовые данные считываются непосредственно с выводов АЦП мультиметра и передаются по последовательному каналу. Не рекомендуется для этой доработки использовать мультиметры, в которых установлена микросхема АЦП в бескорпусном варианте.

Сердцем мультиметров серии 830 является АЦП ICL7106 (отечественный аналог К572ПВ5; описание можно найти в [1]). Описание работы и схему мультиметра можно найти в [2, 3]. АЦП взаимодействует с ЖКИ посредством статического управления [4] - каждый элемент изображения управляется через отдельный вывод микросхемы, на который подаются прямоугольные импульсы напряжения, сдвинутые по фазе на 0° или 180° относительно импульсов, подаваемых на общий провод индикатора. При совпадении фаз на выводах ЖКИ сегмент не возбуждается.

Предлагаемое устройство состоит из двух частей: блока преобразования данных с АЦП (ЖКИ мультиметра) и блока передачи данных в компьютер. В блоке преобразования для определения состояния слаботочных выводов управления индикатором применены КМОП сдвиговые регистры с параллельной загрузкой DD1-DD3 (рис. 1).

(нажмите для увеличения)

Устройство работает следующим образом. При низком уровне на выводе 1 регистров DD1-DD3 производится асинхронная загрузка. После подачи на этот вывод (по линии RD) высокого уровня происходит фиксация данных, которые сдвигаются по фронту тактовых импульсов на выводе 2. Данные снимаются с вывода 9 регистра DD3 на шину DATA. Так как семисегментный код является избыточным (биты сие/ - "лишние"), в этих разрядах можно дополнительно передать информацию о запятых. Эта информация снимается с выводов 12 и 16 ЖКИ мультиметра. Эти выводы могут соединяться с коллекторами транзисторов или непосредственно с многопозиционным переключателем мультиметра. Этот переключатель, в свою очередь, коммутирует их непосредственно с плюсовым выводом батареи питания (высокий уровень). Такое состояние не позволяет различить запятые при высоком уровне на выводе BP (вывод 21 АЦП). Обе запятые будут погашены, так как на выводах 12 и 16 ЖКИ присутствует высокий уровень.

Блок передачи данных можно построить различными способами. Его простой вариант показан на рис. 2. Он служит для согласования с портом LPT и полностью размещается в подходящем корпусе разъема XS1. Питание осуществляется от внешнего источника напряжением 9... 15 В. Разъемы ХР2 и ХРЗ соединяют с помощью плоского ленточного кабеля, имеющего соответствующие ответные разъемы - IDC-10F. Вилка ХР2 может отсутствовать, если кабель подключен непосредственно к порту. При отключенном разъеме ХР2 микросхемы DD1-DD3 обесточены, и мультиметр можно использовать обычным образом. Управление передачей данных полностью осуществляется компьютером. Исходный код управляющей программы для DOS находится в файле m_lpt.cpp [5].

Приведенный вариант блока не имеет гальванической развязки, поэтому использовать его следует с большой осторожностью. Попадание в порт LPT, например, напряжения 30 В при пробое в микросхеме АЦП может вывести из строя материнскую плату.

Для устранения этого недостатка была разработана более сложная схема блока передачи данных (рис. 3). Он представляет собой микроконтроллерный блок, имеющий гальваническую развязку и осуществляющий передачу данных по последовательному каналу RS232. Применение однокристального микроконтроллера позволило максимально снизить энергопотребление и уменьшить габариты.

(нажмите для увеличения)

Микроконтроллер PIC12F629 имеет 1024 слова FLASH памяти программ, 64 байта памяти данных, 6 портов ввода/вывода, внутренний генератор тактовой частоты 4 МГц. Он не имеет аппаратного приемопередатчика (USART), поэтому протокол RS232 воспроизводится программно. Работает микроконтроллер от внутреннего тактового генератора 4 МГц, для которого предусмотрена программная калибровка. Также в блоке можно использовать микроконтроллер PIC12F675, идентичный PIC12F629 с дополнительным четырехканальным АЦП (10 бит). Остальные параметры этих микроконтроллеров и техническую документацию можно найти в [6, 7].

Программирование можно произвести с помощью программатора EPIC. Прошивка приведена в таблице.

Все элементы блока по схеме рис. 3, за исключением разъема ХР4, можно разместить внутри корпуса мультиметра, соединяемого с СОМ портом обычным модемным кабелем.

Информационные данные выдаются двухбайтными пакетами по запросу. Запрос через оптопару U3 формируется на выводе 7 DD5 перепадом сигнала из высокого в низкий уровень, что соответствует передаче компьютером нулевого байта. После получения запроса в течение 3 мс происходит загрузка данных из регистров DD1-DD3 и их преобразование. Далее происходит передача первого байта (2 мс для скорости 4800 бит/с) и выдерживается пауза в 3 мс. После этого передается второй байт и блок передачи данных выключается до следующего запроса.

Формат передаваемых байтов показан на рис. 4.

NUM1 - старший разряд ЖКИ, NUM4 - соответственно младший разряд. KF - коэффициент, на который делится полученное значение индикатора. Например, показания индикатора (-12,36) будут соответствовать: NUM=1, NUM2=2, NUM3=3. NUM4=6, KF=100, ZNAK=1.

Относительно медленные оптроны гальванической развязки не могут работать на скорости выше 9600 бит/с, хотя в данном устройстве достаточно 2400 бит/с. Прошивка микроконтроллера задает скорость передачи 4800 бит/с. Выходной узел блока передачи выполнен на оптронах U1 и U2 по симметричной схеме. Различающиеся уровни на выводах 5 и 6 DD5 включают излучающий диод одного из оптронов. Резисторы R5 и R6 служат для защиты СОМ порта при неправильном монтаже или других неисправностях. Оптронная цепь запроса (U3) выполнена по несимметричной схеме. Диод VD1 служит для защиты светодиода оптрона от обратного напряжения на входе.

Теперь несколько слов о работе программного обеспечения. Управляющее программное обеспечение для компьютера и PIC контроллера построено одинаковым образом [8]. Каждый цикл преобразования числовых данных с ЖКИ мультиметра состоит из следующих шагов. Сначала происходит фиксация (запись) информации в регистрах, затем ее последовательный сдвиг и чтение в память, инвертирование всех разрядов при высоком уровне на выводе 21 (BP) АЦП, чтение знака, запятых и старшего разряда ЖКИ, преобразование остальных разрядов ЖКИ, проверка ошибок. Программа для PIC контроллера дополнительно осуществляет упаковку данных в два байта и их передачу по последовательному каналу.

(нажмите для увеличения)

Вместо указанных на схеме оптронов U1, U2 можно применить сдвоенный прибор TLP521-2. Конденсаторы С2, C3 - К50-35 или иные малогабаритные. Конденсаторы С1, С4 - керамические. Резисторы - любые, предназначенные для поверхностного монтажа (типоразмер 1206). Тип разъема XS1 зависит от применяемого удлинительного кабеля (на схеме указан для стандартного кабеля принтера).

Печатную плату изготавливают индивидуально для имеющейся модели мультиметра и размещают внутри него. Микросхемы DD1-DD3 монтируют на поверхность печатной платы с обеих сторон. На той же печатной плате могут располагаться элементы устройства, показанные на рис. 3. Вилку ХР4 устанавливают непосредственно на корпусе мультиметра.

Можно использовать импортный аналог регистра КР1564ИР9 - 74НС165 в корпусе для поверхностного монтажа. Тогда микросхемы DD1-DD3 монтируют на односторонней печатной плате размерами 50x13 мм, а остальные элементы - на отдельной печатной плате. Однако из-за уменьшенного шага выводов (1,27 мм) монтаж значительно усложняется.

В стабилизаторе напряжения DA1 возможно применение 78L05, КР1157ЕН5А или КР1157ЕН502А с учетом различия в нумерации выводов.

Программное обеспечение для микроконтроллера

Литература

1. Бирюков С. Применение АЦП КР572ПВ5. - Радио, 1998, № 8, с. 62-65.
2. Афонский А., Кудреватых Е., Плешкова Т. Малогабаритный мультиметр М-830В. - Радио, 2001, № 9, с. 25-27.
3. Садченков Д. А. Современные цифровые мультиметры. - М.: СОЛОН-Р, 2001.
4. Библиотека электронных компонентов. Выпуск 8: Жидкокристаллические индикаторы фирмы DATA International - М.: ДОДЭКА, 1999
5. <ftp://ftp.radio.ru/pub/2003/09/adapter>.
6. DS41190А. PIC12F629/675 Data Sheet. <microchip.ru>.
7. Новиков Ю. В., Калашников О. А., Гуляев С. Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC. - М.: ЭКОМ., 1998.

Автор: В.Степнев, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Растения сигнализируют об опасности вулканической активности 17.06.2025

Извержения вулканов - одни из самых разрушительных природных явлений, и своевременное их предсказание является важной задачей для защиты жизни и имущества людей. Современные технологии позволяют отслеживать сейсмическую активность, тепловые аномалии и газовые выбросы, однако ученые из разных стран продолжают искать новые, более ранние признаки приближающейся опасности. Недавнее исследование команды под руководством вулканолога Николь Гвинн продемонстрировало необычный способ раннего обнаружения вулканической активности с помощью изменений в растительности вокруг вулкана Этна - одного из самых активных вулканов Европы. В ходе двухлетних наблюдений ученые выявили 16 случаев, когда увеличение содержания углекислого газа (CO2) в воздухе или почве совпадало с ростом показателя NDVI - нормализованного индекса растительности, отражающего интенсивность фотосинтеза и здоровье зеленых насаждений. Этот индекс широко используется для оценки густоты и жизнеспособности растительного покрова на сп ...>>

Магнит без использования полезных ископаемых 17.06.2025

Технологии все больше зависят от редких и дорогих материалов, добыча которых сопряжена с экологическими и геополитическими рисками. В связи с этим поиск альтернативных решений становится одной из важнейших задач науки и промышленности. Недавно американские ученые во главе с исследователем китайского происхождения Цзянь-Пин Ванг разработали магнит, изготовленный исключительно из железа и азота, который не содержит традиционных редкоземельных элементов. Это открытие может кардинально изменить подход к производству магнитных материалов и значительно снизить зависимость от нестабильных международных поставок. В отличие от широко используемых сегодня магнитов, содержащих редкие полезные ископаемые, такие как самарий и диспрозий, новый магнит отличается более простой и экологичной составной частью. По словам ученых, магнит, созданный из железа и азота, обладает силой магнитного поля, которая превосходит многие известные материалы на рынке. Это делает его перспективной заменой для постоянн ...>>

Скука полезна творческим людям 16.06.2025

Когда информационный поток непрерывно заполняет наше сознание, умение сделать паузу становится особенно важным. Именно в моменты кажущейся скуки мозг получает возможность перезагрузиться и активировать скрытые ресурсы, стимулирующие творческое мышление и саморефлексию. Ученые из Университета Саншайн-Кост в Австралии провели исследование, которое подтверждает, что короткие периоды скуки могут быть полезны для творческих людей и не только. Скука возникает в тот момент, когда способность человека удерживать внимание начинает снижаться, и активируется так называемая сеть пассивного режима мозга. Эта система отвечает за внутренние мысли и саморефлексию, в то время как активность исполнительной сети, которая обычно помогает сосредоточиться, заметно снижается. Таким образом, скука становится не просто неприятным ощущением, а своего рода переключателем, дающим мозгу возможность отдохнуть от постоянной концентрации. Современный ритм жизни сопровождается постоянной стимуляцией симпатическо ...>>

Случайная новость из Архива SPOT-часы от MICROSOFT скоро появятся в продаже 08.02.2004 Впервые о наручных часах, на циферблатах которых их обладатели смогут увидеть новости, биржевые котировки, метеосводки и прочую полезную информацию, компания Microsoft объявила почти год назад на выставке бытовой электроники Consumer Electronics Show (CES) в Лас-Вегасе, которая традиционно проходит в начале января. Вся эта масса "посторонней" информации должна загружаться в часы через сеть беспроводной связи FM-диапазона. Эта технология получила название SPOT (Smart Personal Objects Technology). Она предполагает также отслеживание перемещения обладателя часов в другие часовые пояса и синхронизацию хода часов с самыми точными атомными часами. Рассказывал об этих интеллектуальных часах лично Билл Гейтс, и он же продемонстрировал их образец на собственной руке. Гейтс тогда заявил, что SPOT-часы появятся в магазинах осенью 2003 г. Однако этого не произошло. Возникли проблемы с радиосвязью, и пришлось вносить какие-то исправления в радиочипы. Но теперь, вроде бы, все готово, и известная часовая компания Fossil уже произвела "много тысяч" SPOT-часов. Осталось только устроить торжественную церемонию начало продаж. Отмашка была дана на той же выставке CES в Лас-Вегасе в начале января 2004 г. В продажу будет выпущено несколько моделей часов, и самая дешевая будет стоить 129 дол. Но на этом траты покупателя не закончатся. Чтобы регулярно получать на экране часов вышеупомянутую информацию, придется оформить подписку в службе MSN Direct Service стоимостью 9,95 дол. в месяц или 59 дол. за весь год. Сначала эта служба будет работать только на территории США и в южных районах Канады. Но уже сейчас идет ее тестирование в Европе.

Другие интересные новости:

▪ Испаряющаяся планета

▪ Тестовые модули TG700 для генерации видеотестов

▪ Нейрон размером с мозг

▪ Мясо, выращенное в космосе

▪ Гиперактивность появляется из-за дефицита внимания

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телефония. Подборка статей

▪ статья Муза дальних странствий. Крылатое выражение

▪ статья Какая рок-певица была капитаном женской юниорской сборной России по баскетболу? Подробный ответ

▪ статья Автомобильные аккумуляторы. Справочник

▪ статья Усилитель низкой частоты на микросхеме mPC1335V. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Микросхемы серии К174. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025