uniwersalny przyrzą laboltatoryjny (2).pdf

Uniwersalny przyrząd laboratoryjny

P R O J E K T Y

Uniwersalny przyrząd

laboratoryjny, część 2

AVT−5034

Zgodnie z†zapowiedzi¹

sprzed miesi¹ca, koÒczymy

opis budowy uniwersalnego

przyrz¹du laboratoryjnego,

ktÛry moøe spe³niaÊ szereg

rÛønorodnych funkcji testowo-

pomiarowych, ale moøe byÊ

takøe wykorzystywany jako

termometr, zegar itp.

Obs³uga przyrz¹du

Bezpoúrednio po w³¹czeniu za-

silania uk³ad wyúwietla menu

g³Ûwne (wygl¹d wyúwietlacza po-

kazano na rys. 3 ), z†ktÛrego po-

ziomu mamy dostÍp do wszyst-

kich funkcji miernika. Do poru-

szania siÍ po menu s³uø¹ dwa

klawisze oznaczone strza³kami na

p³ycie czo³owej miernika. WybÛr

aktualnie wyúwietlonej funkcji po-

twierdzamy za pomoc¹ klawisza

ENTER, a†po zakoÒczeniu pomia-

rÛw wychodzimy z†niej, naciska-

j¹c klawisz ESC. OmÛwmy teraz

szczegÛ³owo wszystkie funkcje

miernika.

kres pomiarowy, podaj¹c jedno-

czeúnie na wyúwietlaczu now¹

jednostkÍ: kHz. Przekroczenie za-

kresu pomiarowego, czyli dojúcie

do czÍstotliwoúci 99MHz jest syg-

nalizowane wyúwietleniem komu-

nikatu ìOVERLOADî.

Poprawna praca miernika jest

sygnalizowana cyklicznym, odby-

waj¹cym siÍ co sekundÍ wyúwiet-

laniem napisu ìGATEî w†lewym

gÛrnym rogu wyúwietlacza.

Zapisywanie wynikÛw pomia-

rÛw na kartce papieru jest raczej

niewygodne, szczegÛlnie jeøeli jed-

noczeúnie z†tymi wynikami musi-

my zanotowaÊ czas, w†ktÛrym

zosta³y zmierzone. Jeøeli w†naszej

pracowni posiadamy komputer, co

obecnie jest w³aúciwie regu³¹, to

moøemy wykorzystaÊ go do gro-

madzenie wszelkich wynikÛw po-

miarÛw pochodz¹cych z†naszego

miernika. Po naciúniÍciu klawisza

PRINT aktualny wynik pomiaru

przekazywany jest za poúrednic-

twem interfejsu RS232 do kom-

putera i†tam zapisywany.

Naciskanie klawisza PRINT

podczas dokonywania pomiaru

czÍstotliwoúci powoduje wys³anie

do komputera informacji o†zmie-

rzonej czÍstotliwoúci, stosowanej

jednostce i†czasie, w†ktÛrym do-

konany zosta³ pomiar:

Frequency: 2499993 Hz

1. Bezpoúredni pomiar

czÍstotliwoúci

Po wybraniu tej opcji pomiar

czÍstotliwoúci przebiega ca³kowi-

cie automatycznie, ze sta³ym cza-

sem bramkowania wynosz¹cym

1†sekundÍ. Zmiana podzakresÛw

odbywa siÍ ca³kowicie bez inge-

rencji ze strony uøytkownika i†syg-

nalizowana jest podaniem jednos-

tki wyniku pomiaru bezpoúrednio

po wyniku. Pomiar na zakresie do

5MHz odbywa siÍ z†rozdzielczoú-

ci¹ 1Hz i†taka w³aúnie jednostka

wyúwietlana jest na LCD. Po

przekroczeniu czÍstotliwoúci

5MHz (dok³adnie 4,9MHz) mier-

nik automatycznie zmienia podza-

Elektronika Praktyczna 10/2001

Uniwersalny przyrząd laboratoryjny

Rys. 3. Wygląd wyświetlacza

w trybie pomiaru częstotliwości.

liwoúÊ mierzonego sygna³u. Jeøeli

na wejúcie CON2 nie jest poda-

wany øaden sygna³, to miernik

bÍdzie wyúwietla³ kompletne

ìbzduryî. Jest to jednak zjawisko

normalne, wynikaj¹ce z†cech zasto-

sowanego preskalera. Widok ekranu

wyúwietlacza w†tym trybie pomia-

rowym pokazano na rys. 4 .

Podobnie jak podczas bezpo-

úredniego pomiaru czÍstotliwoúci,

naciúniÍcie klawisza PRINT spo-

woduje wys³anie do komputera

wyniku pomiaru wraz z†informacj¹

o†czasie, w†jakim zosta³ wykonany.

mowego komputera lub na do³¹-

czony do uk³adu wyúwietlacz al-

fanumeryczny LCD. Wys³anie in-

formacji do komputera wymaga

naciúniÍcia i†przytrzymania przez

czas analizowania magistrali kla-

wisza PRINT. Widok ekranu wy-

úwietlacza pokazano na rys. 6 .

Rys. 4. Wygląd wyświetlacza

podczas konfigurowania preskalera.

5. Timer

Wbudowany w†miernik timer

umoøliwia úledzenie up³ywu cza-

su z†rozdzielczoúci¹ jednej sekun-

dy. Timer obs³ugiwany jest iden-

tycznie jak licznik zdarzeÒ: kla-

wisz ENTER uruchamia zliczanie

czasu, naciúniÍcie PAUSE powo-

duje chwilowe (aø do ponownego

naciúniÍci ENTER) wstrzymanie

zliczania, a†klawiszem CLEAR mo-

øemy wyzerowaÊ rejestry timera.

Maksymalny czas, ktÛry moøemy

zmierzyÊ za pomoc¹ timera wy-

nosi 65535 godzin, 59 minut i†59

sekund, czyli nieco ponad 7†lat!

Naleøy zaznaczyÊ, øe wyjúcie

z†funkcji timera podczas jego pra-

cy nie powoduje jej wstrzymania

ani wyzerowania rejestrÛw. Timer

bÍdzie nadal pracowa³ w†tle, po-

dobnie jak licznik zdarzeÒ i†zegar.

Stan licznikÛw timera moøemy

w†kaødej chwili przes³aÊ do kom-

putera za pomoc¹ naciúniÍcia kla-

wisza PRINT. Widok ekranu wy-

úwietlacza pokazano na rys. 7 .

Rys. 5. Wygląd wyświetlacza

w trybie pomiaru temperatury.

3. Pomiar temperatury

Jest to pierwsza z†dodatkowych

funkcji miernika, ktÛra moøe oka-

zaÊ siÍ bardzo uøyteczna, np.

podczas dokonywania ekspery-

mentÛw z†doborem radiatorÛw lub

stosowaniem wymuszonego ch³o-

dzenia. Do pomiaru temperatury

zastosowano popularny termometr

cyfrowy firmy DALLAS - DS1820.

Pomiar temperatury odbywa siÍ

z†rozdzielczoúci¹ 0,1 O C, w†zakresie

od -55 do +125 stopni. Podobnie

jak podczas dokonywania pomia-

rÛw czÍstotliwoúci wyniki mog¹

byÊ przekazywane do komputera.

Naleøy jednak zwrÛciÊ uwagÍ, øe

odczyt temperatury przekazywany

jest bez punktu dziesiÍtnego i†øe

np. zapis ì286î oznacza w†rzeczy-

wistoúci 28,6 O C. Widok ekranu

wyúwietlacza pokazano na rys. 5 .

Temperature: 260

12:09:43

Temperature: 289

12:09:44

Temperature: 446

12:09:45

Temperature: 518

12:09:46

Temperature: 540

12:09:48

Rys. 6. Wygląd wyświetlacza

w trybie testowania 1Wire.

Rys. 7. Wygląd wyświetlacza

w trybie konfigurowania timera.

Rys. 8. Wygląd wyświetlacza

w trybie ustawiania daty i czasu.

6. Zegar czasu

rzeczywistego

Ostatni¹ z†funkcji wbudowa-

nych w†miernik jest zegar czasu

rzeczywistego, wskazuj¹cy aktual-

ny czas i†datÍ. Po wybraniu tej

funkcji na ekranie rozpoczyna siÍ

wyúwietlanie tych informacji.

W†kaødej chwili moøemy dokonaÊ

korekty wskazywanego czasu, na-

ciskaj¹c przycisk SET. Po wejúciu

w†tryb ustawiania czasu aktywne

s¹ nastÍpuj¹ce klawisze:

- klawisze oznaczone strza³kami

s³uø¹ do zmiany aktualnie usta-

wianej wartoúci.

- klawisz SET s³uøy do zatwier-

dzenia ustawionej wartoúci (ko-

lejno: godzin, minut, dnia mie-

si¹ca i†roku).

Nie przewidziano osobnej fun-

kcji zerowania sekundnika zegara.

Licznik sekund ustawiany jest na

zero w†momencie wprowadzenia

nowej wartoúci minut.

Zegar czasu rzeczywistego jest

jedyn¹ funkcj¹ miernika, ktÛra nie

00:03:01

Frequency: 2499993 Hz

00:03:02

Frequency: 2499993 Hz

00:03:03

Frequency: 2499994 Hz

00:03:04

Frequency: 2499994 Hz

00:03:33

4. Tester magistrali 1WIRE

Kolejn¹ funkcj¹ dostÍpn¹ z†po-

ziomu menu g³Ûwnego jest testo-

wanie magistrali 1WIRE. Przyrz¹d

umoøliwia okreúlenie liczby uk³a-

dÛw do³¹czonych w†danym mo-

mencie do magistrali 1WIRE oraz

odczytanie ich numerÛw seryj-

nych. Maksymalna liczba uk³adÛw

do³¹czonych do badanej magistra-

li wynosi 65536.

Wszystkie wymienione infor-

macje s¹ przekazywane uøytkow-

nikowi dwiema drogami: poprzez

z³¹cze RS232 do terminala progra-

2. Pomiar czÍstotliwoúci

z†preskalerem 1:256

Pomiar czÍstotliwoúci wiÍkszych

od 100MHz, z†punktu widzenia

obs³ugi miernika, niczym nie rÛøni

od pomiaru na niøszym zakresie.

Wynik wyúwietlany jest zawsze

w†kHz. Musimy jednak pamiÍtaÊ,

øe najniøsza czÍstotliwoúÊ jak¹ mo-

øemy zmierzyÊ na tym zakresie

wynosi ok. 70MHz. Pomiar mniej-

szych czÍstotliwoúci bÍdzie obar-

czony znacznym b³Ídem, tym wiÍk-

szym, im mniejsza bÍdzie czÍstot-

Elektronika Praktyczna 10/2001

Uniwersalny przyrząd laboratoryjny

Rys. 9. Rozmieszczenie elementów na płykach drukowanych miernika.

2. Tak zmontowan¹ konstrukcjÍ

uk³adamy na p³ycie czo³owej i†sta-

rannie wyrÛwnujemy. NastÍpnie lu-

tujemy ³ebki úrubek do duøych

punktÛw lutowniczych wykonanych

na spodniej stronie p³yty czo³owej.

3. Jak zauwaøyliúcie, p³yta czo-

³owa jest nieco wiÍksza od p³ytki

miernika. Pozwoli to na ³atwe

dobudowanie tylnej czÍúci i†bo-

kÛw obudowy, ktÛre moøemy wy-

konaÊ z†kawa³kÛw laminatu lub

tworzywa sztucznego.

Na rys. 10 przedstawiono roz-

mieszczenie elementÛw na dodat-

kowej p³ytce przystawki umoøli-

wiaj¹cej po³¹czenie miernika

z†komputerem PC. Montaø tak

prostego uk³adu moøemy pozosta-

wiÊ bez komentarza.

Po zmontowaniu uk³adu i†w³o-

øeniu uk³adÛw scalonych w†pod-

stawki, w³¹czamy zasilanie mier-

nika. Urz¹dzenie moøe byÊ zasi-

lane napiÍciem sta³ym o†wartoúci

9..16VDC, niekoniecznie stabilizo-

wanym. Po w³¹czeniu zasilania

(po up³ywie ok. 1†sekundy) na

wyúwietlaczu powinien ukazaÊ siÍ

napis ìF[kHz]= 0î i†pojawiaj¹cy

siÍ co sekundÍ napis GATE, co

úwiadczy o†poprawnym dzia³aniu

uk³adu.

Moøemy teraz pod³¹czyÊ do

miernika ürÛd³o sygna³u o prze-

biegu prostok¹tnym i†czÍstotliwoú-

ci mieszcz¹cej siÍ w†zakresie po-

miarowym miernika i†dokonaÊ

pierwszego pomiaru.

Na zakoÒczenie chcia³bym jesz-

cze poruszyÊ temat transmisji da-

nych do komputera i†dalszej ich

obrÛbki. Jak wspomnia³em, podczas

testÛw miernika do transmisji da-

nych wykorzystywa³em rewelacyj-

ny program terminala RS232, bÍ-

d¹cy czÍúci¹ sk³adow¹ pakietu

BASCOM AVR (lub BASCOM8051).

Oczywiúcie, moøna takøe uøyÊ do-

wolnego innego programu termina-

la RS232. Jednak ze wszystkich

przetestowanych przeze mnie

moøe byÊ dokumentowana przez

komputer. S¹dzÍ, øe przesy³anie

do komputera informacji o†czasie

i†dacie nie mia³oby najmniejszego

sensu. Widok ekranu wyúwietla-

cza w†ìzegarowymî trybie pracy

pokazano na rys. 8 .

úwietlacz LCD i†z³¹cza BNC, mu-

sz¹ byÊ zamocowane OD STRO-

NY DRUKU . W†miejscu przezna-

czonym na wyúwietlacz wlutowu-

jemy w†p³ytkÍ OD STRONY DRU-

KU rz¹d goldpinÛw, do ktÛrego

po bardzo starannym sprawdzeniu

poprawnoúci montaøu przyluto-

wujemy wyúwietlacz.

Ostatni¹ czynnoúci¹, jak¹ bÍ-

dziemy musieli wykonaÊ, bÍdzie

zamocowanie p³yty czo³owej. Do

tego celu bÍd¹ nam potrzebne

cztery úrubki o úrednicy 3mm

i†nakrÍtki M3. KolejnoúÊ postÍpo-

wania jest nastÍpuj¹ca:

1. PomiÍdzy wyúwietlacz

a†przylutowan¹ do niego p³ytkÍ

elektroniki miernika wsuwamy tu-

lejki dystansowe o†odpowiedniej

d³ugoúci i†skrÍcamy ca³oúÊ za po-

moc¹ úrubek tak, aby ich ³ebki

wystawa³y ok. 5†mm ponad po-

wierzchniÍ p³ytki wyúwietlacza.

Na kaød¹ úrubkÍ nakrÍcamy

w†zwi¹zku z†tym dwie nakrÍtki.

Montaø i†uruchomienie

Na rys. 9 †pokazano schemat

montaøowy p³ytki drukowanej. Jest

na nim widoczna takøe druga

p³ytka, na ktÛrej jednak nie bÍ-

dziemy umieszczaÊ øadnych ele-

mentÛw elektronicznych. P³ytka ta

moøe s³uøyÊ jako wzglÍdnie efek-

towna i†estetyczna p³yta czo³owa,

wykonana z†laminatu i†w†prosty

sposÛb ³¹czona z†p³ytk¹ uk³adu

elektronicznego i†z wyúwietlaczem.

Montaø uk³adu przeprowadza-

my typowo, rozpoczynaj¹c od ele-

mentÛw o†najmniejszych gabary-

tach: rezystorÛw, R-packa i†pod-

stawek pod uk³ady scalone. Przy-

ciski S1..S8, podobnie jak wy-

Rys. 10. Rozmieszczenie elementów

na płytce drukowanej interfejsu.

Elektronika Praktyczna 10/2001

Uniwersalny przyrząd laboratoryjny

Rys. 11. Widok okna terminala.

do arkusza kalkulacyjnego.

Stwarza to ogromne moø-

liwoúci graficznej prezenta-

cji danych, chociaøby pod

postaci¹ wykresÛw genero-

wanych przez arkusz MS

Excel. Dla przyk³adu wy-

kona³em prosty ekspery-

ment z†pomiarem tempera-

tury. Doúwiadczenie by³o

banalnie proste i†powie-

dzia³bym ma³o odkrywcze.

Polega³o na ìprzy-

pieczeniuî czujnika tempe-

ratury DS1820 koÒcem lu-

townicy i†ìpozwoleniuî mu

na powolne ostygniÍcie.

Efekt tego eksperymentu

zosta³ pokazany na rys. 13 (wykres

wykonano za pomoc¹ kreatora

wykresÛw arkusza Excel).

Na zakoÒczenie chcia³bym,

abyúmy wspÛlnie uúwiadomili so-

bie pewien fakt, niezwykle istotny

przy korzystaniu ze zbudowanego

przyrz¹du. Do tej pory mÛwiliúmy

o†nim jako o†mierniku czÍstotli-

woúci czy teø wielofunkcyjnym

przyrz¹dzie pomiarowym.

MyúlÍ, øe naszemu miernikowi

moøemy nadaÊ jeszcze jedn¹ na-

zwÍ: ìWielofunkcyjny REPROGRA-

MOWALNY przyrz¹d pomiarowyî.

Przecieø program, ktÛry napisa³em

i†umieúci³em w†pamiÍci miernika,

jest tylko jednym z†tysiÍcy moøli-

wych programÛw, dostosowanych

da najrÛøniejszych okolicznoúci

i†wymagaÒ uøytkownikÛw. Podam

tylko jeden, prosty przyk³ad: prze-

kazywanie danych do komputera

odbywa siÍ w†naszym przyrz¹dzie

po naciúniÍciu klawisza PRINT.

Wyobraümy sobie, øe np. chcieli-

byúmy dokonaÊ pomiaru tempera-

tury w czasie powiedzmy jednego

tygodnia, z†zapisem danych co 1†go-

dzinÍ. Co mamy zrobiÊ w†takiej

sytuacji? SiedzieÊ przez tydzieÒ

w†laboratorium i†co godzinÍ nacis-

kaÊ przycisk PRINT? Kompletny

nonsens, juø lepiej dobudowaÊ do

miernika prosty uk³adzik z kluczem

dubluj¹cym klawiaturÍ, ktÛry co

godzinÍ zwiera³by go do masy. Ale

i†to nie jest ìeleganckimî rozwi¹-

zaniem, w†dodatku moøliwym do

zastosowania tylko w†opisanym,

prostym przyk³adzie. Rozwi¹zaniem

idealnym by³aby tymczasowa lub

sta³a zmiana programu steruj¹cego

miernikiem, dodanie kilku dodat-

kowych linijek, ktÛrych napisanie

w†jÍzyku MCS BASIC nikomu nie

sprawi trudnoúci. Jeøeli juø w†na-

szym laboratorium stoi komputer,

to nie ma przeszkÛd, aby zainsta-

lowaÊ na nim odpowiednie oprog-

ramowanie, pod³¹czyÊ do gniazda

drukarkowego prosty programator

procesorÛw AVR (np. AVT-871

wspÛ³pracuj¹cy bezpoúrednio

z†BASCOM-em) i†dokonaÊ poø¹da-

nych zmian w†oprogramowaniu

miernika. W†taki sam sposÛb mo-

øemy dodawaÊ nowe funkcje i

modyfikowaÊ istniej¹ce aø do mo-

mentu, kiedy ìskoÒczy siÍî pamiÍÊ

EEPROM procesora. Tego jednak

nie musimy siÍ zbytnio obawiaÊ:

wed³ug danych producenta pamiÍÊ

EEPROM procesorÛw AVR wytrzy-

muje do 1000 operacji kasowania

i†zapisu, ale wydaje siÍ, øe infor-

macja ta zosta³a podana w†karcie

katalogowej z†ogromnym zapasem

bezpieczeÒstwa.

Andrzej Gawryluk, AVT

programÛw terminalowych, program

stanowi¹cy czÍúÊ BASCOM-a oka-

za³ siÍ najdogodniejszy.

Przed przyst¹pieniem do od-

bierania danych z†miernika musi-

my odpowiednio skonfigurowaÊ

terminal BASCOM-a, podobnie

zreszt¹ jak kaødy inny terminal.

Najwaøniejsze bÍdzie ustawienie

szybkoúci transmisji na 9600 baud .

Parametr ten ustawiamy w†okien-

ku OPTIONS\COMUNICA-

TION\BAUDRATE, a†nastÍpnie

z†submenu TOOLS wybieramy op-

cjÍ TERMINAL EMULATOR.

Na rys. 11 zosta³ pokazany spo-

sÛb korzystania z†terminala. Jeøeli

mamy zamiar zapisywaÊ wszystkie

dane nadsy³ane przez miernik, to

z†poziomu okienka terminala musi-

my wybraÊ opcjÍ TERMINAL\OPEN

LOG ( rys. 12 ). Po podaniu nazwy

pliku docelowego, wszystkie infor-

macje otrzymywane z†miernika bÍd¹

zapisywane w†tym pliku.

Pliki tworzone przez terminal s¹

plikami ASCII i†zawarte w†nich da-

ne mog¹ byÊ z†³atwoúci¹ przeniesio-

ne do edytora tekstowego lub np.

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

?pdf/pazdziernik01.htm oraz na p³ycie

CD-EP10/2001B w katalogu PCB .

Rys. 12. Widok okna zapisu pliku

z zarejestrowanymi danymi.

Rys. 13. Przykładowy wykres temperatury przygotowany za

pomocą programu Excel.

Elektronika Praktyczna 10/2001

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: