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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Accoppiamento di un multimetro digitale con un computer. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Il collegamento di un multimetro di piccole dimensioni ad un personal computer consente l'elaborazione statistica dei risultati di una serie di misurazioni. Ad esempio è possibile studiare la variazione dei parametri di un gruppo di componenti oppure le variazioni di tensione e capacità delle batterie durante il processo di scarica. Si possono immaginare una serie di altre applicazioni di tale "tandem", la cui creazione è descritta in questo articolo. Recentemente, i multimetri della serie 830, ad esempio DT830 o M-830, si sono diffusi tra i radioamatori. Hanno un errore relativamente piccolo, che consente loro di essere utilizzati per un'ampia gamma di misurazioni. Utilizzando il dispositivo proposto, è possibile inserire i dati dal multimetro in un computer per un'ulteriore elaborazione. I multimetri con questa caratteristica sono solitamente dotati di un'interfaccia RS232 e sono relativamente costosi. L'adattatore proposto è realizzato utilizzando componenti poco costosi e ampiamente disponibili. I dati numerici vengono letti direttamente dai pin ADC del multimetro e trasmessi tramite un collegamento seriale. Per questa modifica, non è consigliabile utilizzare multimetri in cui è installato un microcircuito ADC nella versione confezionata. Il cuore dei multimetri della serie 830 è l'ADC ICL7106 (analogo domestico di K572PV5; la descrizione è disponibile in [1]). La descrizione del funzionamento e lo schema del multimetro si trovano in [2, 3]. L'ADC interagisce con l'LCD attraverso il controllo statico [4] - ogni elemento dell'immagine è controllato attraverso un'uscita separata del microcircuito, a cui sono applicati impulsi di tensione rettangolari, sfasati di 0° o 180° rispetto agli impulsi applicati al filo indicatore comune. Se le fasi sulle uscite LCD coincidono, il segmento non è eccitato. Il dispositivo proposto è composto da due parti: un blocco di conversione dati da un ADC (multimetro LCD) e un blocco di trasmissione dati a un computer. Nel blocco di conversione, i registri a scorrimento CMOS con caricamento parallelo DD1-DD3 vengono utilizzati per determinare lo stato dei pin di controllo dell'indicatore di bassa corrente (Fig. 1).
Il dispositivo funziona come segue. Quando il pin 1 dei registri DD1-DD3 è basso, viene eseguito il caricamento asincrono. Dopo aver applicato un livello alto a questo pin (tramite la linea RD), vengono catturati i dati, che vengono spostati lungo il bordo degli impulsi di clock sul pin 2. I dati vengono presi dal pin 9 del registro DD3 al bus DATA. Poiché il codice a sette segmenti è ridondante (questi bit sono "extra"), in questi bit è possibile trasmettere anche informazioni sulle virgole. Questa informazione viene presa dai pin 12 e 16 del multimetro LCD. Questi pin possono essere collegati ai collettori dei transistor o direttamente all'interruttore multiposizione del multimetro. Questo interruttore, a sua volta, li collega direttamente al terminale positivo della batteria (livello alto). Questa condizione non consente di distinguere le virgole quando il livello sul pin BP è alto (pin 21 dell'ADC). Entrambe le virgole verranno spente, poiché sui pin 12 e 16 del display LCD è presente un livello alto. L'unità di trasmissione dati può essere realizzata in vari modi. La sua versione semplice è mostrata in Fig. 2. Viene utilizzato per interfacciarsi con la porta LPT ed è completamente alloggiato in un apposito alloggiamento del connettore XS1. L'alimentazione viene fornita da una fonte esterna con una tensione di 9...15 V. I connettori ХР2 e ХРЗ sono collegati utilizzando un cavo a nastro piatto con connettori accoppiati corrispondenti - IDC-10F. La spina XP2 potrebbe mancare se il cavo è collegato direttamente alla porta. Quando il connettore XP2 è disconnesso, i chip DD1-DD3 sono diseccitati e il multimetro può essere utilizzato normalmente. Il trasferimento dei dati è controllato interamente dal computer. Il codice sorgente del programma di controllo per DOS si trova nel file m_lpt.cpp [5].
La versione fornita del blocco non dispone di isolamento galvanico, quindi deve essere utilizzata con molta cautela. Se, ad esempio, a causa di un guasto nel chip ADC, nella porta LPT entra una tensione di 30 V, ciò può danneggiare la scheda madre. Per eliminare questa lacuna, è stato sviluppato uno schema più complesso dell'unità di trasmissione dati (Fig. 3). È un'unità a microcontrollore con isolamento galvanico e trasmissione dati tramite un canale seriale RS232. L'utilizzo di un microcontrollore a chip singolo ha permesso di ridurre al minimo il consumo energetico e ridurre le dimensioni.
Il microcontrollore PIC12F629 ha 1024 parole di memoria di programma FLASH, 64 byte di memoria dati, 6 porte I/O e un generatore di clock interno da 4 MHz. Non dispone di un ricetrasmettitore hardware (USART), quindi il protocollo RS232 viene riprodotto nel software. Il microcontrollore funziona da un generatore di clock interno da 4 MHz, per il quale viene fornita la calibrazione software. Il blocco può anche utilizzare il microcontrollore PIC12F675, identico al PIC12F629 con un ADC aggiuntivo a quattro canali (10 bit). I restanti parametri di questi microcontrollori e la documentazione tecnica possono essere trovati in [6, 7]. La programmazione può essere effettuata utilizzando il programmatore EPIC. Il firmware è mostrato nella tabella. Tutti gli elementi del blocco secondo lo schema di Fig. 3, ad eccezione del connettore XP4, può essere collocato all'interno della custodia del multimetro, collegato alla porta COM con un normale cavo modem. Su richiesta, i dati informativi vengono emessi in pacchetti a doppio byte. Una richiesta tramite il fotoaccoppiatore U3 viene generata sul pin 7 di DD5 mediante una caduta del segnale dal livello alto a quello basso, che corrisponde alla trasmissione di un byte zero da parte del computer. Dopo aver ricevuto la richiesta, entro 3 ms, i dati vengono caricati dai registri DD1-DD3 e convertiti. Successivamente viene trasmesso il primo byte (2 ms per una velocità di 4800 bps) e viene mantenuta una pausa di 3 ms. Successivamente viene trasmesso il secondo byte e il blocco della trasmissione dati viene disattivato fino alla richiesta successiva. Il formato dei byte trasmessi è mostrato in fig. quattro.
NUM1 è rispettivamente la cifra più significativa del display LCD, NUM4 è la cifra meno significativa. KF è il coefficiente per il quale viene diviso il valore dell'indicatore risultante. Ad esempio, le letture dell'indicatore (-12,36) corrisponderanno a: NUM=1, NUM2=2, NUM3=3. NUM4=6, KF=100, ZNAK=1. Gli optoaccoppiatori con isolamento galvanico relativamente lenti non possono funzionare a velocità superiori a 9600 bps, sebbene 2400 bps siano sufficienti in questo dispositivo. Il firmware del microcontrollore imposta la velocità di trasferimento su 4800 bps. Il nodo di uscita dell'unità di trasmissione è realizzato utilizzando optoaccoppiatori U1 e U2 secondo un circuito simmetrico. I diversi livelli sui pin 5 e 6 di DD5 accendono il diodo emettitore di uno dei fotoaccoppiatori. I resistori R5 e R6 servono a proteggere la porta COM in caso di installazione errata o altri malfunzionamenti. Il circuito di richiesta del fotoaccoppiatore (U3) è realizzato secondo un circuito asimmetrico. Il diodo VD1 serve a proteggere il LED dell'accoppiatore ottico dalla tensione inversa all'ingresso. Ora qualche parola sul funzionamento del software. Il software di controllo per il computer e il controller PIC è costruito allo stesso modo [8]. Ogni ciclo di conversione dei dati numerici dal multimetro LCD è costituito dai seguenti passaggi. Innanzitutto, le informazioni vengono fissate (scritte) nei registri, quindi vengono spostate sequenzialmente e lette in memoria, tutti i bit vengono invertiti a livello alto sul pin 21 (BP) dell'ADC, il segno, le virgole e il bit più significativo di viene letto il display LCD, i bit rimanenti del display vengono convertiti e vengono controllati gli errori. Il programma per il controller PIC comprime inoltre i dati in due byte e li trasmette su un canale seriale.
Al posto dei fotoaccoppiatori U1 e U2 indicati nello schema, è possibile utilizzare un doppio dispositivo TLP521-2. Condensatori C2, C3 - K50-35 o altri piccoli. I condensatori C1, C4 sono ceramici. Resistori: tutti progettati per il montaggio su superficie (dimensione 1206). Il tipo di connettore XS1 dipende dalla prolunga utilizzata (mostrata nello schema per un cavo stampante standard). Il circuito stampato viene realizzato individualmente per il modello di multimetro esistente e inserito al suo interno. I chip DD1-DD3 sono montati sulla superficie del circuito stampato su entrambi i lati. Lo stesso circuito stampato può contenere gli elementi del dispositivo mostrati in Fig. 3. La spina XP4 è installata direttamente sul corpo del multimetro. È possibile utilizzare un analogo importato del registro KR1564IR9 - 74NS165 in un alloggiamento a montaggio superficiale. Quindi i microcircuiti DD1-DD3 sono montati su un circuito stampato su un solo lato di 50x13 mm e gli elementi rimanenti sono montati su un circuito stampato separato. Tuttavia, a causa del passo ridotto (1,27 mm), l'installazione diventa notevolmente più complicata. Nello stabilizzatore di tensione DA1 è possibile utilizzare 78L05, KR1157EN5A o KR1157EN502A, tenendo conto della differenza nella numerazione dei pin. Letteratura
Autore: V.Stepnev, Mosca
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