Будова і принцип роботи підсилювача

2.1.2 Будова і принцип роботи підсилювача

Згідно завдання схема під’єднання операційного підсилювача А₁ [2]:

Рис.2.4. Схема підсилювача

Коефіцієнт підсилення схеми по напрузі:

. (2.2)

Згідно завдання R₁ =12 кОм, R₂ = 120 кОм.

2.1.3 Аналогово-цифровий перетворювач

Для комп’ютерної обробки дискретні аналогові значення вимірювального сигналу, необхідно представити в цифровій формі, тобто виконати аналого-цифрове (AC, Analog-Digital – A/D) перетворення. Відповідний пристрій являється аналого-цифровим перетворювачем (АЦП, Analog-Digital Converter, ADC Converter – ADC). АЦП генерує двійкове слово – цифровий вихід – на основі аналогового сигналу. АЦП може працювати у відповідності з різними принципами: паралельне порівняння, покрокове наближення (апроксимація) [2-4].

Метод послідовної лічби із застосуванням АЦП заснований на урівноваженні вхідної напруги сумою еталонів, які підраховуються лічильником. Момент урівноваження визначається аналоговим компаратором. Схема АЦП послідовної лічби показана на рис. 2.5. а. У ній за сигналом "Пуск" RS-тригер переключається в стан "1" і дозволяє проходження імпульсів від генератора G через елемент І на вхід підсумовування двійкового лічильника СТ2.

Рис. 2.5. Аналого-цифровий перетворювач послідовної лічби з ЦАП: а – схема; б – часові діаграми роботи

Наростаючий цифровий код з виходу лічильників СТ2 перетворюється за допомогою ЦАП в напругу, яка подається на вхід компаратора КОМП. На другий вхід КОМП поступає вимірювана напруга Uвх. У момент рівності напруг U_ВХ=U_ЦАП компаратор виробляє сигнал скидання тригера. Після цього рахунок імпульсів припиняється і на виході лічильника СТ2 фіксується цифровий еквівалент вхідної напруги. Час перетворення t_пр залежить від значення напруги U_ВХ (рис. 2.5, б).

Згідно завданню схема АЦП:

Рис. 2.6. Схема АЦП

Роздільна здатність n-бітного АЦП

h = U₀ / (2ⁿ -1), (2.3)

де U₀ – опорна напруга.

Цифрове значення на виході АЦП:

D =Round(U₂/h). (2.4)

Згідно завданню розрядність АЦП n=8, опорна напруга U₀ =1 В.

2.1.4 Мультиплексор

В багатьох випадках різні елементи системи повинні разом використовувати деякі обмежені ресурси, наприклад вхідний порт комп’ютера або довгий сигнальний кабель, по котрому передається інформація від декількох датчиків. Мультиплексування (multiplexing) [2] дає можливість комп’ютеру у будь-який момент часу вибрати сигнал, який датчику необхідно зчитати. Іншими словами мультиплексор (multiplexer) можна розглядати як перемикач (комутатор), який з’єднує комп’ютер у кожен момент часу тільки з одним датчиком (рис.2.7). Мультиплексування застосовується не тільки в області вимірювання, але й відіграє, хоча і в іншому сенсі, важливу роль в техніці зв’язку.

Рис. 2.7. Мультиплексування і АЦ – перетворення вимірювальної інформації

Мультиплексор може бути електромеханічним або електронним. Якщо вважати, що всі виходи мультиплексора пронумеровані, то перемикання зазвичай відбувається послідовно у відповідності з порядковим номером; однак застосовуються і інші алгоритми. Електромеханічний мультиплексор з язичковим реле – надійна, хоча до деякої міри, повільна система; він може виконувати до сотні комутацій в секунду. Експлуатаційний період мультиплексора цього типу обмежений природнім зношування рухомих частин, хоча, з іншого боку, такі системи мають добрі ізолюючі якості й низьку вартість. Інший не менш важливий фактор – дуже мале зниження напруги на контактах. Для порівняння: електронний напівпровідниковий мультиплексом значно швидший (комутація триває не більше кількох мікросекунд).

Згідно завданню схема мультиплексора наступна:

Рис. 2.8. Сигнали мультиплексора

2.1.5 Паралельний порт

Основне призначення паралельного порту (інтерфейс Centronics, аналог ИРПР-М) – це під’єднання до комп’ютера принтерів різних типів [5, 6]. Тому розміщення контактів роз’єму, призначення сигналів та програмні засоби орієнтовані на це застосування. В той же час через Centronics можна керувати й нестандартними зовнішніми пристроями. Перевагами Centronics є стандартність, простота та паралельність (рис. 2.9).

Для зв’язку комп’ютера із зовнішніми пристроями служать порти. Одні порти служать для вводу даних в комп’ютер, а інші - для виводу. Дані в порт записуються і зчитуються по шині даних D0-D7 (8 біт), а для вибору конкретного порту використовується шина адреси A0-A15 (16 біт).

Рис. 2.9. Ввід-вивід даних через паралельний порт

Фактично паралельний порт складається з трьох 8-бітних портів/ регіcтрів:

1) DR – Data Register, 8 – бітний регістр даних (вивід);

2) SR - Status Register, 5-бітний регістр стану (ввід);

3) CR – Control Register , 4-бітний регістр контролю (вивід);

при цьому DR, CR служать для виводу даних з комп’ютера, а SR – для вводу. Кожному біту (розряду) порту принтера фізично відповідає один контакт в роз’ємі. Використовується такі адреси портів принтера: LPT1 ($00378), LPT2 ($00278) і LPT3($003BC). Для більшості комп’ютерів адреси портів принтера (LPT1) в шістнадцятковій системі наступні: DR ($00378); SR ($00379), CR ($0037А), тобто адреса наступного регістра на 1 більша від попереднього, проте адреса першого порта може бути різною. Визначити адресу – в BIOS.

Логічній одиниці на розряді паралельного порту відповідає напруга +5В, а логічному нулю – 0 В. Проте, якщо розряд інверсний, то логічній одиниці відповідає 0 В, а логічному нулю – 5В.

Інформація в порт зчитується по 4 біти:

Рис. 2.10. Зчитування бітів у порт

2.2 Опис алгоритму і функціонування програми

Алгоритм програми полягає в зчитуванні початкового сигналу (температури), перетворенні температури в аналогову напругу за допомогою термопари, напруги – у цифровий сигнал за допомогою АЦП, зчитуванні цифрового сигналу в порт через мультиплексор.

2.3 Опис організації вхідних та вихідних даних

В якості вхідних даних використано значення температури, а також параметри термопари, підсилювача, АЦП, мультиплексора. Вихідні дані – значення сигналу на різних етапах обробки, графік вихідного цифрового сигналу.

2.4 Опис організації вибору технічних і програмних засобів

Розроблений програмний продукт орієнтований на роботу в ОС Windows 95/98/NT/XP, тому для коректної роботи програми необхідне стабільне функціонування ОС. Під час виконання, програма не звертається до інших програмних продуктів, таких як Microsoft Office та ін.

Для усунення виявлених помилок та створення завантажувального файлу необхідний встановлений пакет інструментальних засобів Borland Delphi.

До технічних засобів відносимо ПК. Мінімальними вимогами, за яких програма працюватиме та буде видавати достовірні результати, до апаратної частини ПК, можна вважати:

• процесор 6-го покоління Intel Celeron 533 МГц;

• об’єм оперативної пам’яті 256 Мб.;

• жорсткий диск ємністю 20 Гб.

3. ОЧІКУВАНІ ТЕХНІКО – ЕКОНОМІЧНІ ПОКАЗНИКИ

Використовуючи розроблений програмний продукт, студент має можливість візуально вивчати роботу вимірювальної системи. Організація підготовки до виконання лабораторної роботи, використовуючи розроблений програмний продукт, економить викладачу час на пояснення теоретичного матеріалу, що надає можливість використати його в інших цілях.

До переваг такої програми можна віднести її вузьку спеціалізацію з наявним програмним кодом, на відміну від її можливих аналогів. Використовуючи програмний код, можна розширювати функціональні можливості програми, в залежності від потреб. Таким чином, можна покращити його техніко – економічні показники та ефективність використання в навчальному процесі.

Список використаних джерел

1.         Рогельберг И.Л., Бейлин В.М. Сплавы для термопар. Справоч. изд. – М.: Металлургия, 1983. – 360 с.

2.         Бабич М.П. Жуков І.А. Комп’ютерна схемотехніка: Навчальний посібник. – К.: МК-Пресс, 2004. – 412 с.

3.         Ан П. Сопряжение ПК с внешними устройствами: Пер. с англ.– М.: ДМК Пресс, 2001.– 320 с.

4.         Гелль П. Как превратить компьютер в измерительный комплекс. – М.: ДМК, 1999. – 144 с.

5.         Гук М. Интерфейсы ПК: справочник. – СПб.: Питер, 1999. – 416 с.

6.         Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC. – М.: ЭКОМ, 1997. – 224 с.