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:

Донорское сердце способно быстро перенимать биологический возраст реципиента 12.10.2026

Возраст органов определяется не только количеством прожитых лет. На молекулярном уровне ткани могут стареть с разной скоростью, а после пересадки, как показывают новые эксперименты, их биологические характеристики способны заметно меняться под воздействием организма, в который они попадают. Исследователи из Бостона обнаружили, что молодые донорские сердца после трансплантации довольно быстро приобретают признаки биологического возраста реципиента, тогда как более старые органы могут, напротив, демонстрировать признаки омоложения. Чтобы оценить эти изменения, ученые применили три так называемых "часа старения" - молекулярных инструмента, позволяющих приблизительно определять биологический возраст клеток и тканей. В отличие от обычного календарного возраста, такие показатели отражают состояние организма на уровне определенных молекулярных изменений. Именно их анализ позволил специалистам проследить, как меняются пересаженные сердца спустя несколько месяцев после операции. Основные ...>>

Samsung Galaxy Buds On: клипсы с искусственным интеллектом вместо внутриканальных наушников 12.10.2026

Беспроводные наушники превратились в одно из самых привычных персональных электронных устройств, однако их конструкция по-прежнему во многом определяется необходимостью размещать излучатель внутри или непосредственно у слухового канала. Компания Samsung решила попробовать другой подход. Представленная модель Galaxy Buds On получила формат наушников-клипсов, которые закрепляются непосредственно на ухе и оставляют слуховой канал открытым. Samsung позиционирует новинку как устройство для продолжительного ношения, тренировок и прогулок, а также для ситуаций, когда пользователю важно одновременно слушать музыку и не терять связь с окружающей обстановкой. В отличие от традиционных внутриканальных моделей, Galaxy Buds On практически не изолируют человека от внешнего мира. При этом речь идет не об экспериментальном прототипе или утечке: официальная информация об устройстве уже опубликована в Samsung Newsroom. Открытая конструкция имеет и очевидный недостаток - добиться такой же глубины н ...>>

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Случайная новость из Архива Десятая часть новых ноутбуков - с сенсорными панелями 15.05.2013 Ссылаясь на данные, содержащиеся в отчете, подготовленном специалистами аналитической компании Displaybank, источник утверждает, что в период с января по март 2013 года было отгружено 4,57 млн. ноутбуков с сенсорными экранами. Этот показатель соответствует примерно 10% общего объема поставок ноутбуков в прошлом квартале, оцениваемого в 46 млн. штук. Если сравнить количество ноутбуков с сенсорными экранами, выпущенных в первом квартале 2013 года с количеством ноутбуков с сенсорными экранами, выпущенных в четвертом квартале 2012 года, оказывается, что рост объема поставок этой продукции составляет 51,8%. Учитывая, что рынок сенсорных ноутбуков находится на начальном этапе развития, аналитики Displaybank расценивают приведенные показатели как весьма высокие. Тайваньские производители испытывают особенный энтузиазм в отношении мобильных компьютеров сенсорным вводом. Напомним, компания Acer планирует в 2014 году оснащать сенсорным экраном каждый второй ноутбук, а в общем объеме поставок ноутбуков Asustek Computer сенсорные модели в первом квартале составили 20%.

Другие интересные новости:

▪ Загрязнение воздуха и аппендицит

▪ Носимые биосенсоры из старых компакт-дисков

▪ Кроссовки с GPS

▪ Новые 14-амперные модули преобразования напряжения в корпусе EXCALIBUR

▪ Основа для мобильника за $20

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Любителям путешествовать - советы туристу. Подборка статей

▪ статья Обеспечение безопасности дорожного движения. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Какое животное первым появилось на суше? Подробный ответ

▪ статья Работа на электрографическом оборудовании. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Устройство для поиска биологически активных точек. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Регулируемый электронный предохранитель, 0,1-1,5 ампера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026