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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Schnittstelle zu einem Computer-Digitalmultimeter der Serie 830. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Mikrocontroller Der Anschluss eines kleinen Multimeters an einen Personalcomputer ermöglicht die statistische Verarbeitung der Ergebnisse einer Messreihe. Beispielsweise ist es möglich, die Variation der Parameter einer Komponentengruppe oder die Spannungs- und Kapazitätsänderungen von Batterien während des Entladevorgangs zu untersuchen. Man kann sich eine Reihe anderer Anwendungen eines solchen „Tandems“ vorstellen. In letzter Zeit haben sich Multimeter der 830er-Serie, zum Beispiel DT830 oder M-830, unter Funkamateuren weit verbreitet. Sie haben einen relativ kleinen Fehler, wodurch sie für ein breites Spektrum an Messungen eingesetzt werden können. Mit dem vorgeschlagenen Gerät können Sie Daten von einem Multimeter zur weiteren Verarbeitung in einen Computer eingeben. Multimeter mit dieser Funktion sind meist mit einer RS232-Schnittstelle ausgestattet und relativ teuer.
Der vorgeschlagene Adapter wird unter Verwendung kostengünstiger, weit verbreiteter Komponenten hergestellt. Numerische Daten werden direkt von den ADC-Pins des Multimeters gelesen und über eine serielle Verbindung übertragen. Für diese Modifikation wird nicht empfohlen, Multimeter zu verwenden, bei denen eine ADC-Mikroschaltung in einer verpackten Version installiert ist. Das Herzstück der Multimeter der Serie 830 ist der ADC ICL7106 (inländisches Analogon des K572PV5; eine Beschreibung finden Sie in [1]). Eine Beschreibung der Funktionsweise und des Diagramms des Multimeters finden Sie in [2, 3]. Der ADC interagiert mit dem LCD durch statische Steuerung [4] – jedes Bildelement wird über einen separaten Pin des Mikroschaltkreises gesteuert, an den rechteckige Spannungsimpulse angelegt werden, die um 0° oder 180° phasenverschoben im Verhältnis zu den zugeführten Impulsen sind gemeinsame Leitung des Indikators. Wenn die Phasen an den LCD-Anschlüssen übereinstimmen, wird das Segment nicht erregt. Das vorgeschlagene Gerät besteht aus zwei Teilen: einem Datenkonvertierungsblock von einem ADC (LCD-Multimeter) und einem Datenübertragungsblock zu einem Computer. Im Konvertierungsblock werden CMOS-Schieberegister mit paralleler Belastung DD1-DD3 verwendet, um den Zustand der Steuerpins der Niedrigstromanzeige zu bestimmen (Abb. 1). Das Gerät funktioniert wie folgt. Wenn Pin 1 der Register DD1–DD3 niedrig ist, wird ein asynchrones Laden durchgeführt. Nachdem an diesen Pin (über die RD-Leitung) ein High-Pegel angelegt wurde, werden Daten erfasst, die entlang der Flanke der Taktimpulse an Pin 2 verschoben werden. Die Daten werden von Pin 9 des Registers DD3 zum DATA-Bus übertragen. Da der Sieben-Segment-Code redundant ist (Bits c und d sind „extra“), können diese Bits zusätzlich Informationen über Kommas übertragen. Diese Informationen werden von den Pins 12 und 16 des LCD-Multimeters übernommen. Diese Pins können mit den Kollektoren der Transistoren oder direkt mit dem Mehrstellungsschalter des Multimeters verbunden werden. Dieser Schalter wiederum verbindet sie direkt mit dem Pluspol der Batterie (hoher Pegel). Diese Bedingung erlaubt es nicht, Kommas auf einem hohen Pegel am VR-Pin (Pin 21 des ADC) zu unterscheiden. Beide Kommas werden gelöscht, da an den Pins 12 und 16 des LCD ein High-Pegel anliegt. Die Datenübertragungseinheit kann auf verschiedene Arten aufgebaut sein. Seine einfache Version ist in Abb. dargestellt. 2. Es dient zur Verbindung mit dem LPT-Port und ist vollständig in einem passenden XS1-Steckergehäuse untergebracht.
Die Stromversorgung erfolgt über eine externe Quelle mit einer Spannung von 9...15 V. Die Anschlüsse ХР2 und ХРЗ werden über ein Flachbandkabel mit entsprechenden Gegensteckern - IDC-10F - verbunden. Der XP2-Stecker fehlt möglicherweise, wenn das Kabel direkt am Port angeschlossen ist. Wenn der XP2-Stecker abgezogen wird, sind die DD1-DD3-Chips stromlos und das Multimeter kann wie gewohnt verwendet werden. Die Datenübertragung wird vollständig vom Computer gesteuert. Der Quellcode des Steuerungsprogramms für DOS befindet sich in der Datei mjpt.cpp des Programmarchivs. Die angegebene Version des Blocks verfügt über keine galvanische Trennung und sollte daher mit großer Vorsicht verwendet werden. Wenn beispielsweise aufgrund eines Ausfalls des ADC-Chips eine Spannung von 30 V am LPT-Port anliegt, kann dies zu Schäden am Motherboard führen. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde eine komplexere Schaltung der Datenübertragungseinheit entwickelt (Abb. 3). Dabei handelt es sich um eine Mikrocontroller-Einheit, die galvanisch getrennt ist und Daten über einen seriellen RS232-Kanal überträgt. Durch den Einsatz eines Single-Chip-Mikrocontrollers konnten der Stromverbrauch minimiert und die Abmessungen reduziert werden. Der Mikrocontroller PIC12F629 verfügt über 1024 Wörter FLASH-Programmspeicher, 64 Byte Datenspeicher, 6 I/O-Ports und einen internen 4-MHz-Taktgenerator. Es verfügt über keinen Hardware-Transceiver (USART), daher wird das RS232-Protokoll in der Software abgespielt. Tabelle 1
Der Mikrocontroller arbeitet mit einem internen 4-MHz-Taktgenerator, für den eine Softwarekalibrierung vorgesehen ist. Der Block kann auch den Mikrocontroller PIC12F675 verwenden, identisch mit dem PIC12F629 mit einem zusätzlichen Vierkanal-ADC (10 Bit). Die restlichen Parameter dieser Mikrocontroller und technische Dokumentation finden Sie in [5, 6]. Die Programmierung kann mit dem EUR-Programmierer erfolgen. Die Firmware ist in Tabelle 1 aufgeführt. Alle Elemente des Blocks gemäß dem Diagramm in Abb. 3, mit Ausnahme des XP4-Anschlusses, kann im Multimetergehäuse platziert und mit einem normalen Modemkabel an den COM-Port angeschlossen werden. Informationsdaten werden auf Anfrage in Doppelbyte-Paketen ausgegeben. Eine Anforderung über den Optokoppler U3 wird an Pin 7 von DD5 durch einen Signalabfall von High auf Low-Pegel erzeugt, was der Übertragung eines Null-Bytes durch den Computer entspricht. Nach Erhalt der Anfrage werden innerhalb von 3 ms Daten aus den Registern DD1-DD3 geladen und konvertiert. Als nächstes wird das erste Byte übertragen (2 ms bei einer Geschwindigkeit von 4800 bps) und eine Pause von 3 ms eingehalten. Danach wird das zweite Byte übertragen und die Datenübertragungssperre bis zur nächsten Anfrage deaktiviert. Das Format der übertragenen Bytes ist in Abb. dargestellt. 4. NUM1 ist die höchstwertige Ziffer des LCD, NUM4 ist jeweils die niedrigstwertige Ziffer. KF ist der Koeffizient, durch den der resultierende Indikatorwert dividiert wird. Die Anzeigewerte (-12,36) entsprechen beispielsweise: NUM = 1, NUM2 = 2, NUM3 = 3, NUM4 = 6, KF = 100, ZNAK = 1.
Relativ langsame Optokoppler mit galvanischer Trennung können nicht mit Geschwindigkeiten über 9600 bps betrieben werden, obwohl 2400 bps in diesem Gerät ausreichend sind. Die Mikrocontroller-Firmware stellt die Übertragungsrate auf 4800 bps ein. Der Ausgangsknoten der Übertragungseinheit ist mit den Optokopplern U1 und U2 nach einer symmetrischen Schaltung aufgebaut. Die unterschiedlichen Pegel an den Pins 5 und 6 von DD5 schalten die Sendediode eines der Optokoppler ein. Die Widerstände R5 und R6 dienen dem Schutz des COM-Ports bei fehlerhafter Installation oder anderen Fehlfunktionen. Die Optokoppler-Anforderungsschaltung (U3) ist nach einer asymmetrischen Schaltung aufgebaut. Die Diode VD1 dient dazu, die Optokoppler-LED vor Sperrspannung am Eingang zu schützen. Nun noch ein paar Worte zur Bedienung der Software. Die Steuerungssoftware für den Computer und den PIC-Controller ist auf die gleiche Weise aufgebaut [7]. Jeder Zyklus der Konvertierung numerischer Daten vom LCD-Multimeter besteht aus den folgenden Schritten. Zuerst werden die Informationen in Registern aufgezeichnet (geschrieben), dann werden sie anschließend verschoben und in den Speicher eingelesen, alle Bits werden auf einen hohen Pegel am Pin 21 (BP) des ADC invertiert, das Vorzeichen, die Kommas und das höchstwertige Bit von Das LCD wird gelesen, die restlichen Bits des LCD werden konvertiert und auf Fehler überprüft. Das Programm für den PIC-Controller packt die Daten zusätzlich in zwei Bytes und überträgt sie über einen seriellen Kanal.
Anstelle der im Diagramm angegebenen Optokoppler U1 und U2 können Sie ein Dual-TLP521-2-Gerät verwenden. Kondensatoren C2, C3 - K50-35 oder andere kleine. Die Kondensatoren C1, C4 sind aus Keramik. Widerstände – alle für die Oberflächenmontage ausgelegt (Größe 1206). Der Typ des XS1-Steckers hängt vom verwendeten Verlängerungskabel ab (in der Abbildung für ein Standard-Druckerkabel dargestellt). Die Leiterplatte wird individuell für das vorhandene Multimetermodell angefertigt und darin platziert. Die Chips DD1-DD3 sind auf beiden Seiten auf der Oberfläche der Leiterplatte montiert. Die gleiche Leiterplatte kann die in Abb. gezeigten Geräteelemente enthalten. 3. Der XP4-Stecker wird direkt am Multimetergehäuse installiert. Sie können ein importiertes Analogon des Registers KR1564IR9 - 74NS165 in einem oberflächenmontierten Gehäuse verwenden. Anschließend werden die Mikroschaltungen DD1-DD3 auf einer einseitigen Leiterplatte mit den Maßen 50x13 mm und die restlichen Elemente auf einer separaten Leiterplatte montiert. Aufgrund des reduzierten Leitungsabstands (1,27 mm) wird die Installation jedoch deutlich komplizierter. Im Spannungsstabilisator DA1 können unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Pin-Nummerierung 78L05, KR1157EN5A oder KR1157EN502A verwendet werden. Herunterladen Archiv der Software zum Koppeln eines Digitalmultimeters mit einem Computer. Literatur
Autor: V. Stepnew; Veröffentlichung: cxem.net
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