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.

Автор: В.Степнев, г.Москва