Оплачиваем статьи заинтересованным пользователям проекта
АЦП с интерфейсом USB
|
Вниманию читателей предлагается подключаемая к разъему USB компьютера приставка, преобразующая аналоговые входные сигналы в цифровые данные для виртуальных измерительных приборов: цифрового вольтметра, осциллографа, регистратора медленно текущих процессов с записью информации в дисковый файл. Приставка не требует отдельного источника питания, получая его от порта USB, а малое число элементов позволило сделать ее очень компактной. Технические характеристики
Указанные значения входного сопротивления и емкости дают возможность подавать входной сигнал с помощью стандартного щупа — делителя напряжения для обычного осциллографа. Подходят, например, щупы PROBE60S, НР-9060. Разработанная для работы с приставкой программа обеспечивает наблюдение осциллограмм сигналов на экране монитора при скорости временной развертки 0.3... 100 мс/дел. В режиме регистратора программа ведет запись отсчетов сигнала с максимальным периодом повторения 100 с в текстовый файл (кодировка ASCII), пригодный для анализа с помощью других программ.  Схема приставки-АЦП изображена на рис. 1. Исследуемый сигнал поступает на разъем XW1 На ОУ DA1.2 выполнен повторитель, а на DA1.1 — узел сдвига уровня, необходимый для превращения биполярных (-1,25...+1,25 В) сигналов в однополярные (0...+2.5), которые способен обрабатывать АЦП DA2 Образцовое напряжение +2,5 В подано на узел сдвига с соответствующего выхода АЦП через повторитель на ОУ DA1.3. Использован 12-разрядный АЦП AD7495 [1] с последовательным интерфейсом Сигналом начала цикла преобразования служит смена высокого уровня на входе CS АЦП низким при высоком уровне на входе SCLK. Затем на вход SCLK подают 16 импульсов низкого уровня. На выходе SDAT в ответ на четыре первых импульса будет установлен низкий уровень, а на каждый из 12 последующих — уровень соответствующий значению очередного разряда результата преобразования, начиная со старшего. Завершают цикл установкой высокого уровня на входе CS. Для передачи результата преобразования в компьютер применен интерфейс USB, реализуемый с помощью микросхемы FT232BM — преобразователя USB—RS-232 [2] Эта микросхема способна работать в режиме Bit Bang [3] в котором линии ее порта RS-232 образуют восьмиразрядную параллельную шину данных с индивидуальной настройкой разрядов на ввод или вывод. Программную поддержку режима Bit Bang в компьютере обеспечивает драйвер D2XX |4|. бесплатно распространяемый разработчиками микросхемы Чтобы сформировать нужную временную диаграмму сигналов управления АЦП. компьютерная программа заполняет выходной буфер USB байтами, несущими в соответствующих разрядах значения этих сигналов в каждом такте. Для одною цикла работы АЦП требуется сформировать и передать 34 байта (по два на каждый тактовый импульс и еще два для управления сит -налом CS). Темп выдачи значении из этих байтов на выходы DTR и RTS преобразователя интерфейса, с которыми соединены входы CS и SCLK АЦП. зависит от настройки внутреннего синтезатора тактовой частоты преобразователя. Настройку изменяют командами от компьютера, регулируя таким образом скорость работы АЦП. а вместе с ней и частоту дискретизации входного сигнала. Последовательный выход АЦП соединен с входом CTS преобразователя интерфейса, благодаря чему результаты работы АЦП поступают в буфер преобразователя интерфейса, а из него по USB — в компьютер В связи с особенностями протокола обмена по USB передача информации в компьютер происходит с довольно большой, а главное, непредсказуемой задержкой Чтобы решить проблему на вход DSR преобразователя интерфейса подан тот же сигнал, что и на вход CS АЦП Получая информацию об уровнях на входе CS и на выходе SDAT АЦП одновременно, ком-пьютерная программа имеет возможность найти в полученной последовательности начало и конец каждого цик-ла преобразования и правильно декодировать его результат. В приставке реализовано важное преимущество интерфейса USB — как уже сказано, ей не требуется отдельный источник питания Напряжение +5 В поступает на микросхемы с контакта I розетки XS1 через развязывающие LC-и PC- филыры Напряжение 5 В, необходимое для питания ОУ DA1. получено с помощью преобразователя напряжения DC-101 фирмы YCL. Аналогичный можно наити на плате неисправного компьютерного адаптера сети Ethernet, предназначенного для связи по коаксиальному кабелю Пригодны и друг ие модули преобразователей постоянного напряжения 5 В в 5. 9 В с гальванической развязкой Приставка смонтирована на макетной плате, на которой расположены все элементы, за исключением разъема XW1 Мон I аж выполнен проводом МГТФ Выводы малогабаритных микросхем соединены с контактными площадками макетной платы отрезками луженого провода диаметром 0.2 мм.  Коаксиальный разъём XW1 — СР-50-73ФВ (BNC Jack) XS1 — розетка USB-В для печатного монтажа, ее стандартным кабелем соединяют с одной из розеток USB-А компьютера. Приставка (ее внешнии вид вместе с USB кабелем и щупом-делителем показан на рис. 2) собрана в пластмассовом корпусе от телефонной розетки RJ-11 Подключенную к разъему USB приставку операционная система компьютера автоматически опознает как новое USB-устроиство. Прочитав его идентификаторы (микросхеме FT232BM по умолчанию присвоены VID=0x0403 и PID: 0x6001), она пытается наити в памяти компьютера и установить подходящий программный драйвер устройства. Если самостоятельно ей не удалось сделать это, то система попросит пользователя указать путь к папке, в которой находятся необходимые файлы. Последние версии требующегося для работы приставки драйвера D2XX для различных операционных систем находятся на интернет-странице.  Разработанная для работы с приставкой программа USCOPE, основное окно которой показано на рис. 3, позволяет измерить среднее значение входного напряжения АЦП и наблюдать осциллограмму поданного на его вход сигнала. Кнопками на панели TIME/DIV — Scope изменяют скорость "развертки", а на панели INPUT DIVIDER устанавливают соответствие показаний вольтметра измеряемому напряжению при использовании щупа-делителя. Органами управления, расположенными на панели Syncro, выбирают вид синхронизации развертки и управляют условиями ее запуска. Синхронизация реализована программно и основана на поиске отсчета, удовлетворяющего заданным условиям, в буфере принятых от АЦП данных. Выбрав в меню "File" пункт "Save Image...", можно записать наблюдаемую осциллограмму в графический файл. В режиме регистратора, в который входят, нажав на панели TIME/DIV — Recorder одну из кнопок, задающих период повторения отсчетов в секундах, программа записывает принятую от АЦП информацию в текстовый файл практически неограниченного размера. По умолчанию будет создан файл data.txt, но это имя можно изменить, выбрав в меню "File" пункт "Save Data As...". В окне Options, открывающемся при выборе одноименного пункта главного меню, можно задать Device ID — имя, по которому программа ищет приставку-АЦП в списке подключенных к компьютеру устройств. Оно должно совпасть с заданным при установке драйвера, по умолчанию — "USB Serial". В том же окне можно ввести число, корректирующее ноль шкалы напряжения Обычно его подбирают таким, чтобы при замкнутом входе приставки показания цифрового табло в правой верхней части главного окна стали нулевыми. Кнопки Power ON/OFF служат для логического включения и выключения АЦП. При отключении приставки от компьютера программа автоматически переходит в режим OFF. Внимание! При пользовании приставкой следует помнить, что вход осциллографа не изолирован от компьютера. Измерения в цепях, непосредственно связанных с питающей сетью, необходимо производить с помощью разделительного трансформатора. |
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо зайти на сайт под своим именем.