Как превратить
персонапьный компьютер
в измеритепьный комnпекс
ВАШ ПК: ТЕОЕР, ОСЦИЛЛОГРАФ, РЕГИСТРАТОР ДАННЫХ, ...

Patrick Gueulle
lngenieur EFREI
,
INSTRUMENTATION
VIRTUELLE
SURPC
ETSF.
EDITIONS TECHNIQUES ЕТ SCIENTIFIQUES FRANCAISES

В помощь радиолюбителю
Патрик Г~лль
Инженер EFREI
КАК ПРЕВРАТИТЬ
ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР
В ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС
Scanned Ъу 8
vower.frikzo11 с
а.о*
~
lifl1EllfJ1,lj+li;i•j
Москва,2001

УДК 621.317.3
ББК 32.842-5я92
Г31
Гелль П.
ГЗ! Как превраппь персональный комш,ютер в 11з:-.1ер1пельный ко:-.111лекс: Пер.
с фр. - 2-е 11зл." 11спр. - М.: ДМК Пресс, 2001. -14 4 с.: 11л. (В 1ю:-.ющь рад11олю611телю).
ISBN 5-94074-143-6
Книга Патрика Гелля «Как прсвраппь персональный компьютер в 11з:-.1ер11-
.тельный
КО;\1!\Лекс » позволяет создать па базе IВМ-сов:-.1еспшого пер с ональ­
ного кщ111ьютера с11стему сбора и обработк11 1111формац1111 о разл11чных фи­
знчесюrх процессах. Тем са:-.1ьш nк превращается в ;\\ОЩ!!ЫЙ 11змер11тельный
пр11бор . Область приме11е1111я в11ртуалыюго 11змер11телыюго ко:-.tплекса шире,
чем у обычного 1\З;\1ер11телыюго прибора, поскольку в11ртуаль11ый ко:-.tплекс
можно перепрогра:-.шнровать 11 оппшизнровать для коикретвых з а дач .
В к1111rе рас сказывается о создан1111 снстемы сбора 11 обработки данвых,
состоящей 11з датч 11ков ф11з11ческ11х вел11ч1111 (тока , давле1111я, Те;\tпературы
11 т . д. ), шперфеilсного устро1lстна (как правнло, 'а11алого-н11фрового преоб­
разователя) 11 програм;\111ых средств , позволяющнх обрабатывать 11 ннтер­
претнроnать собранную 1111фор;\1 а ш1ю . Схе;\tЫ 11 реко:-.1е11дац1111 , пр1шедеи11ые
в книге, позволяют собрать nce расоютренные устрой с тва са:-.юстоятелыю.
Програ:-.1:-.11юе обсспече1111е 11 драйверы устроiiств , находящиеся на сервере
\\'\V\\'. dinkpress . ru, дают воз~южность сразу переlп11 к разработке 1111фор­
ма111ю1шой с11сте:-.1 ь i, даже е сли у вас нет практ11чес1<11х навыков в обла с ти
радноэлектроники . Совре:-.1е1111ые тсх1111чсские 11 програ:-.1ш1ыс решсння,
предлагас:-.1ые а второ:-.1 к1111п1, надежны 11 проверены на пр а ктике. 01111, без
сош1ен11я, будут 11олез11ы всем , кто р а зрабатывает дешевые 11 эко11ом11ч11ые
с 11стеыы сбора 11 обработюt 1111форма111111.
Кн11га 11редназначе11а для спец11аю1стов в раз л ичных областях (рад110-
электрон11ка, акустика , геоф11з11ка, тep;\IOЛJ!lfa;\IJIKa и т.д. ) 11 рад11олюб1пелеi!,
а также для преподавателей ф11з11ю1 11 1111формат11к11 школ, средних специальных
11 высш11х учебных завсден11l1.
ББК 32.842-5я92
Вес 11рава защ11щс11ы.Любзя частьэтоii к1111п1 11с 'южст быть в ос11ро11 з ведс11а в како ~1 бы то 1111 бы.1офор>1с
11 какю111 бы то 1111 бы,10 ср<'.1ст11ащ1бсJ11\\сh.\1с111юго раз ре111t•11ш1 11.1а.1с,11>11е11 автuрскнх 11pan.
:\laтcp11:i.1 . 11зложс1111ш1 в ;~ашю~1 к1111гс, '11югократ110 11роверс11. Но. 1юско.11.1<у вероятность тс~1111чссю1х
0 11111(юк вес ра вно сущсстнуст, trJ .1.:tTc.'lhCтвo нс :'!ожег гара11т~1рон:1п1 а6со.1ют1Jую точность 11 11р:ш11.1ыюсть
11р11во;111"1ых сuедсн1111 . В связ11сзп1~111з:1ательспю11с 11ессготвстст11с111юст11 за воз:t.юж11ысош11бю1 . с ннза1111ыс
С llCllO.'IЬЗOB <HlllC~I KtrllГlt.
ISBN 2-10-003884-2 (фр.)
ISBN 5-94074-143-6 (рус.)
© ETSF, Paris (первое 11здан11е)
© DUNOD, Paris, 1998
©Перевод на русский язык,
оформление. ДМК Пресс, 2001

СОДЕРЖАНИЕ
~4.~4(
•
•
..,
"
•
Введение
VII
1 Концепция построения
виртуального измерительного комплекса
1
Роль коi\lпьютера
2
Роль шперфейспых устроiiств
2
Роль програi\1i\1Ного обеспеченпя
3
Точность н быстродействне
4
2 Аналого-цифровое преобразование сигналов
7
Новое поколение АЦП
8
8-разрядный АЦП с последонательны;-.1 1штерфеi'1сом
14
10-разрялпыii АЦП с последователшыы ш1терфеi'~соl\1 17
12-разрядныii АЦП с последователы1ьш шперфсl1соl\1 22
Надо лп выходить за 11рсделы 12 разрядов?
26
Источншш опорного нdттряже1шя
26
От11ос11тслы1ые пзмсре1111я
29
Преобразова1111е отр1щателыrых входных 11апряжсш1li 30
Устройства 11орl\11Iроваш1я с11гналов
31
3 Промышленные изделия
33
Интерфеiiсные платы внутреннего 11спол11е1шя
34
В11еш1ше шперфеl1с11ые устройства
34
А11алого-ц11фровые прсобразователн ADC 10 и ADC 12 35
Другпе КОl\1ПОIIе1Пъ1 этоii ссршr
39
4 Сбор1<а нзмернтелыюго интерфейса
43
У111шерсалы1ыl1 аналоговыi'! шперфейс
для последовательного порта
44
Верс11я шггсрфеi'Iса коl\rпашш MAXIM
48
Версня шперфеikа с оптрошю!I развязкоl1
50

V/
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
5 Программное обеспечение
виртуального нзмерителыюrо комплекса
57
Колшерческое 11рогра:\ш11ое обеснеченне
58
J Пакет PfCOSCOPE
58
Пакет PICOLOG
62
Прогр;нш1юе обсс11счешrе частного пр1ше11ен11я
71
Драiiверы для 8-разрядных АЦП
73
Драi1в~ры для 10-разряд11ых АЦП
79
Драliнеры для 12-разрядных АЦП
82
Прнкладные програ:\ШЫ
87
·Ц11фровоl: волr,тыетр
88
Усред11яющ11й фильтр
90
Пш(оuый реп1стр;:пор лпш1шумов II 1шшс1шуll10в
91
Реп1стратор лл1пельных процессов
92
Графогюстро1~тел ь
93
Обсс11ече1шс точ1ю1u1 вpel\le1шoii развертки
95
Ос1111ллограф
96
Воз:\10ж1юсп1 ыногоканальных IIЗl\!ерсний
99
6 Датчики и принадлежности
103
Входноii усшштель
104
Датчнк теJ\lпературы
109
Датчнк давления
114
Фтометрнческвii датчпк
120
Датчик тока
126
7 Приложения
131
Файлы, находящнеся на сервере
132
Полезные адреса
132
Иыnорпiые элеi\1енты 1111х отечественные а11алог11
134

ВВЕДЕНИЕ
Любоi! IВМ-совмеспшыi'I персональны[~ компьютер (ПК), даже
несколько лет провалявшнйся в глуб1111е шкафа за 11епадоб11осп>ю.
l\lожет превратпться в ыощныii 11зл1ер1пслы1ыl1 I<шшлскс, ссл11 его
снабднть олшш 11л11 нес1шлышl\111 аналоговьш11 входалш. Его кла­
внатура 11 экран Предоставляют существенно большнс возможносп1
по сравнению с те!\ш, которые ыогут дать л1ульпшетр нлп осщ1л­
лограф, а днсковод 11 принтер прекрасно нодходят для решстращш
любых длительных процессов. Кроме того, вычисл11тсльная мощ­
ность ПК позволяет подвергать собранные с его полющью информа­
ционные данные любо~\ даже очень слож1ю1u1 обработке. Еще не­
сколько лет назад для превращен11я ПК в в11ртуальный изл1ерн­
тельный прнбор требовалось уста11ов11ть в колшьютер одну 1rл11
несколько сложных и дорогостоящнх плат.
Такой подход до снх пор используется в промышленности 11 науч­
ных лабораториях, 110 сегодня также можно доб1пься достойных
результатов, просто подключив всбольпше аналого-ц11фровые пре­
образователи к стандарпrыл1 последоватсльныы 11л11 параллельным
портам. На рыш<е есть готовi>1е 11здслия, предлагаел1ые по прнем­
леыой цене, 110 подобные устроl1ства можно собрать 11 самостоя­
тельно, руководствуясь схеыа1шr 11 рекоыендациям11, приведсш1ьш11
в данной юшге.
Благодаря бнблнотеке драйверов, которые пред11аз11аче11ы для
описываемых устройств, эта юшга 11 фаliль!, 11аходящ11еся на серве­
ре \V\V\v.dшk.п1, позволят чптателю быстро персiiт11 к практическоii
работе, каков бы 1ш был его уровеш> з11аш1й в обласп1 электроники.
Для всех задач, рассматрнваемых здесr" пр11водятся программы,
готовые к пр1ше11е11шо, причел1 l\южно адаптировать 11х так, чтобы ош1
отвечали иным потребностяы, всего лишь 11змешш несколы<0 GТрок на
язьше BASIC 11.~II PASCAL. Таrшы образол1, что очень важно, вирту­
алыrыl1 изыер1rтель11ый колшлскс является перепрограl\Il\Шруемым.
Сегод11я принято называть «в11ртуалы-1ыл111>,) все хотя бы в неко­
торой степен11 неста11дарпrыс щшложен11я для персональных ко.\1-
пьютеров. Много полезных вещей !\южно просто .\1Одел11ровать
на хорошел~ цвеТJIОl\1 экране с высоюш разре111с1111ем, 11 результат
зачастую будет выглядеть «луч111е, че.ч сеть на самш1 леле».
Итак, на экране внртуального 11з!\!ер11телыюго првбора наверняка
будет представлена сложная, ш1сыщс1111:~я кщп1111к:~, на которой ссТI>

V/11
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ !ВМ РС
11 KHOПI<II , 11 раЗЛilЧНЫе !!f!ДИI С аторы, 11 шкалы, /[ даже ОСЦI\ЛЛО-
1
граф11чес1ше экраны. Воз;\южноспr граф1Iчес1шх 1111терфеl1сов пша
V/iвdo\\1 s обеспечивают гораздо более шнрокую область пр1ше­
неш1я, чеы i\южет шrеть обычныi'1 11з;-.1ер11тельный прнбор, - не го­
воря уже о поте11ц11алыюы 11спользовашш принтеров , днс1совых на-
1сошпелей, а также l\Юде;\Iа, подключенного 1с Iпteгnet.
Собстве11но виртуальныli прнбор представляет собоl1 более 11л11
менее сложное програl\11\IНОе обеспечен11е, установленное на псрсо­
нальныli rсоыпыотер, JI некое шперфейспое устройство, позволяющее
ПК получить доступ к тем физическим велнчпнам 11 процессам,
которые 01i должен будет обрабатывать. Как правило, в качестве
:rакого шперфейса выступает аналого-цифровой преобразователь
с од~нш илн нес1сольким11 входам11, возможно, снабженныl1 устрой­
ством нор;\Пiровання входного с11г11ала .
В пршщ1ше ыо;кно рассчитывать на то, что виртуальный прибор
предоставит своему владельцу гоi5h3До более широкие ВОЗ;\ЮЖ1юсти,
пр11чем по нене будет сравннl\1 с1с~ассическим изыерительньш при­
бором, нмеющны тот же уровень тех11ичесю1х характернспнс.
Такой подход позволяет ограннч11ться мшшl\1альньши затратами,
есл11 требовання 1с измернтельноыу коi\шлсксу не очень жесткие.
Подобное решение 1щеал1>но соответствует нуждаl\1 раднолюбнте­
ле1\ преполаватслеi1 11 даже неrсоторых научно-11сслсдовательсю1х
лабораторий, которые 1\i\Iеют дело с ОТ!IОСl\Тельно 1\!едленНЫ1\111 ф11-
з11чес1Шl\!11 процессаl\111. Кроме того, это дает возl\юж1юсть вернуть
1с акпшноi'1 Il полезно1v1 работе саыые старые из IВМ-совмсстнмых
ПК , которые, казалось бы , обречены на то, чтобы п1хо пытпься
в глубинах шкафов 11 кладовок бл а годаря уыопомра ч1пелыюй эво ­
лющш вычислительной техншш, а также политшсе КО;\Ша1111й-пронз­
воднтеле1v1ПК11 програ ;\I~шого обеспечения.

.
ГЛАВА
1
2
3
4
5
6
7
КОНЦЕПЦИЯ
ПОСТРОЕНИЯ
ВИРТУАЛЬНОГО
ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО
КОМПЛЕКСА
СТРАНИЦА
Роль компьютера_
2
Роль интеР,фейсных устройств
2
Роль проr;раммного обеспечения
3
Точность и быстродействие
.4
Аналого-цифровое
преобразование сигналрв
·7
Промышленные изделия
33
Сборка измерительного интерфейса
43
Программное обеспечение
виртуального комплекса
57
Датчики и принадлежности
103
Приложения
~
131

2
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
В да111юf'1 главе пр11нсле11а ко1щепц11я построе1шя rшртуаю,ного 11з­
ыер1пслыюго ко:-.шлекса на базе персо11аль11ого коыпыотера ll pac-
Ci\IOTpcrrы задач11, решаемые прн по:-.ющн составных частеl1 этого
l<О .\IПЛСКСа.
РОЛЬ КОМПЬЮТЕРА
Компьютер (обычно IВМ-союrест11мыl1, настолr,ныlr 11ЛI1 портапш­
ныii) как центральны~! орган любоii в11ртуально11 нзl\1е1штелыюl1
с11стеl\1Ы выполняет прежде всего фушщ1ш 1111терфейса ~человек -
объект 11змерения». Экран любого i\юнитора дает гораздо больше
возыожностеt'1 для шщш<ацш1, чем э1Сран осциллографа (будь тот
даже зап0i\11111ающ11м), 11, разуl\1еется, экран l\!OIIИTopa значительно
больше, чем дпсплеii l\!ультаметра. Клавпатура II особенно l\!ышь
удобнее в работе, чеl\! 1<нопrш, а пр11нтер - даже простеii1liий
-
предоставляет неоцеш1:11ые возЛюжносп~ для вывода резулыатов
на бумагу. Кроые того, любоi! ПК, пусть даже очень ~дреВIШЙ»,
обладает большой ВЫЧl/СЛllТельной 1\IОЩНОСТЫО, I<ОТорую можно
нслользовать для того, чтобы 11р11мешпъ разл11ч11ые виды обработю1
результатов из1\1ерен11й: 11ор1'шрова1111е (пр1шелс11пе шкалы), лп­
неарнзашно, времеш1ую пр1шязr<у, выч11сление статист11чесю1х по­
ю~.зателей н т.д . Наконец, днсковыН на1<ошпсль будет очень удобен
для накоплешrя больших объемов данных с целью нх последующей
обрабопш, арх11вврова1J1rя плн передачи по ЛШIIIЯJ\I связи с пo-
1\tolllЬIO модеыа.
РОЛЬ ИНТЕРФЕЙСНЫХ УСТРОЙСТВ
Изi\1ере1шс физнчесюrх паралrетров, таких каr< напряжение, ток,
те:11Пература IIЛJI давление, предполагает точную оненку аналоговых
вел11чш1. Коi\rnьютср же работает нс1<люч1пелы10 с дискретными
вел11чш1ам11. Следовательно, процесс превращения ПК в виртуаль­
ны(~ 11змерrпелы1ый прибор прел.полагает подключешrе аналого­
щ1фрового преобразователя (АЦП). Компьютер может управлять
АЦП лrrбо через пос:Ледователы1ыl1 11л11 параллельный порты, лнбо
11епосрсдстве11110 через шrшы, еслн а11алого-цнфровой преобразо­
ватель выполнен в вrще платы расширения 11ш1 1<арты PCMCIA.
Первыl1 вар1!аrп гарантнрует ма1<СИ1\lальную простоту и деше­
шrзну, а прн нсrюльзова111111 второго можно 1юлучнп> отлич!lые
характернспнш, во толы<о за счет сложности 11 высо1<0Й цены.

КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ВИРТУNIЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА
3
Интерфейсное устроi'~ство таrсже i\!ожет выполня1ъ 11 друг11е необхо­
д11ыые фу11юi1111, на11р1шер, п1л1,ван11чесrсую развязку нсточю1ков
с11г11алов от 1teпei'1 ПК, согласовашrе с11гналов, фо1ншруемых 11еко­
торЫJ\Ш Tilliai\111 даТЧIIКОВ, по IIМПедансу, напряже111Iю, llOЛЯJШOCТil
11 т.д., а также КОJ\шутацию несколышх входных каналов.
РОЛЬ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Область нр11менеш1я виртуального пр1iбора пракп1tiес1ш 1юmю­
стыо 011рсдсляется характер11стнкам11 программного обеспече1111я,
в то время 1сак характерист11ю1 шперфеi!сных ,устройств в боль­
uшнстве случаев ВIIолне понятны пользователю.
Проi\1ышле1111ые изделия подобного рода 11очп1 всегда нсноль­
зуются пр11 работе с более 11л11 менее развшъ11\1 графпчесюш ннтер­
феiiсом (1<стат11, не всегда под Windo\vs), 11озволяющ111\1 выбрать
какой-либо режим с ПОJ\ющью клавиатуры 11л11 J\tыши через разлнч­
ные меню (рис. 1.1 ).
Как будет показано в дальнеlrше:\1, очень удоб110 создавап, ма­
ленЬю1е щюграl\ШЫ, спсцвалыю пре;tна:шаченные для вы11ол11е1111я
то[1 11л11 шюii 11ракт11чсскоl1 зад,ач11. Часто он11 ш1111утся 11а таком
популярноi\! 11 простоi\! языке, каrс BASIC. Неболы11ос структу­
р11роваш1е этнх 11рогралш rю;3вол1п 111н1 услов1111 11срсста11овюr
только соответствующего драйвера прш1е11ять 11 11ромышле1111ые

4
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
111-псрфеiiсные устройств;:~, 11 те, что можно собрать саыостоятелыю
11з отдельных элементов. Н11же будет проведено сравнение обонх ва­
р11а11тов, бл;:~го11аря чему ч11татели смогут выбр;:~ть реше1ше, нанбо­
лсе соотнетствующее нх лнчньш потребностям, тех1шчес1<111\1 11 фи­
нансовым возлюж1юстяl\1, .11, 1п11<0не11, талантам в обласп1 програм­
мнровашrя.
Помнмо выполнення программ сбора данных, пользователь в11р­
туаль11ого нзмернтельного прнбора сможет часто экспортнровать
результаты нзыере11нl1 в более развитые приложеш1я, 11апр111\1ер
электронные таблrщы нлн программы 11остроен11я диаграмм. Эт11
офнсвыс пр11ложе1111я делают понятпыl\IИ cal\lыe абстрактные за­
п_нси пли ыасснвы данных, выделяя в 111rx незаметные на первый
взгляд тенденции или взаи.11шые связи. И, конечно, файлы циф­
ровых данных , полученные прп зап11с11 11з:'lrеряс:-.1ых ф11зичсс1шх
параметров, могут передаваться по лшшям связи с нспользованиеы
1\юдеыа, в частностн по электронной почте 11 через Interпet.
ТОЧНОСТЬ И БЫСТРОДЕЙСТВИЕ
Пр11 сравнешш реальных п внртуальных приборов, 1101\шмо пре­
доставляемых воз.11южностеl1 11 режнмов работы, надо также 11р11-
1111.111ать во вн11.111ан11е 11 11х основные хараr<Тер11ст11к11 - точ1юсп,
11 быстродействие.
Точность в11ртуально1·0 прнбора определяется не только кол11-
чеством цнфр после зашпоi'1, которое вывод1пся на э1сра11 управля­
ющей програмl\lоЙ. Кстат11, эти цнфры 1\югут быть ош11боч11ыщ1,
ecmr нс пршrяты некоторые ыеры метролог11чесrшго хар::нстера.
Одниы из основных кр11тер11ев является разрядность аналого-цнф­
рового преобраэователя . Этот пара:'ltетр определяет степень разре­
шення при 11зl\1сре1111ях, то есть ту наш1еньшую разнrщу ыежду дву­
мя соседннын значе1111я1\Ш, которую «чувствует'> нзыерительныii
прнбор. К приыеру, восы.mразрядный АЦП способен форщrропать
28 , илп 256 разл11чных значеннli выходного с11гнала (!Сода). Есл11
его полная шкала составляет 5 В, он сыожет разл11ч11ть два уроввя
входного напряжеrшя, отл11чающ11еся rrрнмерно на 20 мВ.: это соот- i
ветствует чувств1пельносп1 хорошего стрелочного гальнанометра
класса 0,4 11л11 бот)uшнства осп11ллографов. Простой расчет пока­
зывает, что входное 11апряже1111е 4 В может быть 11змсрено с точ­
rюстыо около 0,5%, а 11апряже1111е 100 ыВ - л11ш1, с точвостью
около 20%.

КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ВИРТУNIЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА
5
Здесь проявляется 11:шест11ое э:\111щтческое праrтло ~после1щеl1
трети шкс1лы», которое, вероятно, 11звест110 всеы пользователю.r
аналоговых мульт11i\1етров 11 остается столь же актуальным в ц11ф­
ровую эпоху.
12-разрядныii АUП с возлюжвостыо форы11рова11вя на выходе
2 12 = 4096 разлнчных значенш'i слюжет !!Зi\!ернть вапряжеrше 4 В
с точностью оrсоло 0,03%, а 100 мВ :_ с точносп,ю около 1,2%.
Разуыеется, эпr расчеты верны прн условии, что вес электронные
колшовенты в АUП Иl\lеют допуски, соответствующ11е указашrым
вел11чш1аl\1. Нс сто11т, напрrшер, рассчrr~ывать на среднюю точ­
ность 1% (что было бы весьма неплохо) в измерrпельных цепях,
собр;шных ва обычных резисторах с допускоi\1 5%.
Крш1е того, определяющее значение iIЛЯ точносп1 всего устрой­
ства I11\1сст точнос1ъ характсрrrспrк 11сточ1-шr<а опорного напряже­
шrя, рабо1'ающего с АЦП. Достаточно прол11стат1> катшюпr, чтобы
убедиться в том, как высоко ценятся 11сточшr1ш опорного напря­
жешrя с довускоi\1 О, 1%. Кроые того, надо учитывать неизбежный
температурныlr дрейф, влrrявrrе которого может оказаться сущест­
венным при проведешш rrзмсренпl'! в волсвых·условвях в разнос
вреl\lя года.
Из вышесказашюго следует, что для полученвя высокоточных
н:-н.1ерсrшii недостаточно просто собрать АЦП с 12-ю разрядаын нл11
более (ссl'!час есть 11 16-, II даже 24-рюряю~ые).
Так же, как 11 любое другое средство I!змереrшя, внртуалыrый
Нрибор должен поверяп,ся 11.тш калнброваться настолыш часто,
насколько это 11еобход~rыо, за 11сключсн11елr случаев, когда прово­
дятся сравrштельные IIJllI относ1пелы1ые I1зi\1ереrщя. Вот почему во
всех разделах этоii к1111п1 расслrатр11ваются только АЦП с ч11слом
разрядов от 8 до 12, уже cciiчac нашсдшпх самое разнообразное
прнl\!енеш re.
Что касается быстродсiiспшя, следует указать, что большшrство
в11ртуальных прнборов, доступвых по цене, rшеет относнтелыю
узкую волосу рабочих Ч<lстот. Это вызвано, с oд11oi'r стороны, за­
тратаыв времешr, нсобхоюшьшн АЦП для выполнеш1я каждого
прсобразовання «авалог-uнфра», а с лругоii стороны - затрат<l:'IШ
вpei\reшr, нсобходнмЫi\!!1 для програлшноli обработrш результатов.
дешевые виртуальные п1m-боры чаще всего огра1шче11ы по сrш­
ростн 11зi1Iepcrшii (от 11ссr,олышх десятIСов ло весколышх десятков
тысяtI отсчетов в сску1щу). Этого uолсс чел1 Jtостаточ110, на11р1шср,

6
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
пля perнcтparlllJI кривых заряда или разряда аю<умуляторов, а так­
же для замеров l\/стеорологнческих параметров. Но для правильного
отображенпя формы звукового с11гнала на экране внртуального ос­
цнллографа пл11 для выполнения серьезного спектрального аналнза
ресурсов потребуется больше.'
Пользователь 11одоб11ых приборов всегда должен четко пред­
ставлять возмож11ост11 своего оборудования и программного обеспе­
чс1шя (ПО) н учнтывать их, нрежде чем делать поспешные выводы
11з полученных результатов.

ГЛАВА
СТРАНИЦА
1
Концепция построения виртуального
измерительного комплекса
2 АНАЛОГО-
ЦИФРОВОЕ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
'
СИГНАЛОВ
Новое поколение АЦП
8
8-разрядный АЦП
с последовательным интерфейсом
14
1О-разрядный АЦП
с последовательным интерфейсом
17
12-разрядный АЦП
с последовательным интерфейсом
22
Надо ли выходить за пределы
1 2 разрядов?
26
Источники опорного напряжения
26
Относительные измерения
29
Преобразование отрицате.Льных
входных напряжений
30
Устройства нормирования сигналов
31
3
Промышленные изделия
33
4
Сборка измерительного интерфейса
43
Программное обеспечение
5
виртуального комплекса
57
6
Датчики и принадлежности
103
7
ПрИложения
131

8
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
Существует множество способов для преобразования аналогового
сигнала - эле1<тричес1<ого напряжения илн тока, изl\1еняющегося
плавно 11 непрерывно, - в пото1< цнфровых данных, представляю­
щий coбoii днскретную 1сод11рованную последовательность импуль­
сов. На пракпше чаще всего используется аналого-цифровое пре­
образоваюiе с помощью ш.шульсно-кодовой модуляции (ИКМ).
В этшr случае процесс начинается с представления непрерывного
сншала в виде последовательности отсчетов, которые берутся через
определенный промежуток вреыени (иначе говоря, с определенной
частотой дискретизации). Эту фун1<цию выполняет схема , называ­
е]\[аЯ устроikтво]\[ выбор1<и-хравен11я. Запоминая мгновенное зна­
ченне входного снгнала (чаще всего на конденсаторе), это устрой­
ство обеспечивает сохранение величины взятого отсчета на время
процесса оцифровки, который состоит в представлении амплитуды
каждого отсчета в форме двоичного кодового слова с определенным
количеством разрядов . Способ, 11спользуемый для выполнения та­
кой оцифровки, и определяет возможности, сложность и цену ана­
лого-цифрового преобразователя.
В семидесятых годах первые АЦП представляли собой большие
печатные платы или, в лучшем случае, большие гибридные модули,
которые обычно очень дорого стоили. Полупроводниковые инте- 1
гральные микросхемы АЦП, пришедшие им на смену, тоже поначалу
были довольно дорош, првчеl\1 выпускались онн в неудобных кор­
пусах с больш111\1 количеством выводов . Даже теперь это остается
актуальньш, но только длЯ некоторых типов АЦП с очень высокими
характернст11каl\i11 (разрешешrе, быстродействие, число входов);
гораздо более простые и дешевые модели появились лишь несколь­
ко лет назад.
НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ АЦП
Необходимость встраивать высококачественные аналого-цифровые
преобразователи в изделня 11 товары широкого потребления (элек­
тробытовые прнборы, автомобили, средства теле1<оммун111<ации
11 т.п.), \(оторые все в большей степени основываются на цифровых
технолог11ях, заставила изготовителей полупроводниковых эле­
ментов пр11мен11ть новые подходы к решению проблеыы.
В настоящее время ]\[енее чем за двадцать долларов !\южно купить
АЦП в корпусе с восемью вывода]\[Н, причем возможности этих
преобразователей оцениваются довольно высоко. Их используют,

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
9
в частности, для работы с самыми современными компонентами -
RISС-микроконтроллерами и цифровыми сигнальными процессо-
рами (ЦСП).
·
Главная особенность таких АЦП состоит в орган11зации управ­
ления по одно- или двухпроводной последовательной шине (SPI,
Micro\vire, I
2
C и т.п.), а не через параллельный интерфейс, требу­
ющий наличия одного вывода микросхемы на каждый разряд ши­
ны управления. Конечно, такой способ передачи битов данных -
один за другим по одному проводу - ограничивает скорость обмена
информацией, хотя и здесь можно достичь скорости передачи дан­
ных порядка 1 Мбит/с. На практике, с учетом свойств и возмож­
ностей схем дискретизации и квантования, не стоит рассчитывать
на преодоление барьера в несколько десятков· тысяч измерений в се­
кунду, что в среднем соответствует частоте дискретизации 20 кГц.
Таким образом, эти электронные компоненты не стоит сравнивать
со сверхскоростными АЦП типа «flash» или «video», но они тем
не менее относятся к классу быстродействующих АЦП. Поэтому
при разрядности от 8 до 12 бит они прекрасно подходят для реше­
ния большинства задач в области создания виртуальных измери­
тельных приборов.
На рис. 2.1 приведена структурная схема стандартных после­
довательных АЦП, выполненных в корпусах с восемью выводами.
Логический контроллер со встроенным тактовым генератором управ­
ляет работой схемы преобразования, функционирующей по прин­
ципу последовательного приближения. Этот принцип состоит в по­
степенном пошаговом накоплении в промежуточном регистре данных
двоичного кодового слова, соответствующего соотношению входного
аналогового напряжения (разности между уровнями напряжения на
дифференциальных входах ANALOG +IN и ANALOG-IN) и опорного
напряжения (разности между уровнями напряжения на дифферен­
циальных входах REF+ 11 REF-) .
Цикл преобразоваi·IИЯ начинается с фиксации уровня входного
аналогового напряжения в устройстве выборки-хранения, а затем
прео'бразователь начинает формировать содержимое регистра. Про­
цесс накопления кодового слова занимает некоторое время, назы­
ваемое вр~менем преобразованi1я.
На практике как минимум один из выводов ANALOG - IN нли RЕF­
технологнчески соед1р1ен с общим проводом (GND), вследствие чего

Аналоговый вход
(инвертирующий)
ANALOG-IN
ANALOG+IN
€)
Аналоговый вход
(неинвертирующий)
REF- Опорное
Опорное REF+
напряжение
(положительное)
• напряжение
(отрицательное)
Vcc Напряжение
питания
(положительное)
Устройство
выборки-хранения
АЦП
Perncтp данных
Логическое управлЯющее
устройство и встроенный
тактовый генератор
Блок питания
Селектор данных
и выходной каскад
GND
Общий
DATAOUT
Выход
данных
l/O CLOCK {:?1-С_и_н_х.:..р_о_и_м_п.о..ул_ьс_ы_вы_во_да__и_нф-'-ор-'--м-а_ц_и_и_ __. ._____-+--------------'
CS ~f--В_ы_б_о~р_к~р_и_ст_алл
__
а___________________ .
Рис. 2.1. Структурная С.)(ема последовательного AЦfJ

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
11
лншь некоторые ыоделн последовательных АЦП люгут работать по
схелrе с диффере11циа.т1ы1ьш входоы.
По 01шнчашш процесса преобразован11я селе1<тор ланных, рас­
положенный перед выходным каскадом, начш~ает 11оследователыю
выбирать биты информац1111, содержащн~ся в регнстрс данных, II за­
теl\I также последовательно подает 11х на выход DATA ОUТ. Частота.
выборки 11 формироваш1я выходных ш.шульсов определяется внсш­
ш1м таI<Товым снгнало;..1 1/0 СLОСК.
Для 11равпльного фушщвоп11роваш1я АЦП 11еобход11мо налнчие
некоторой внешней управляющеii систеl\IЫ, которая должна фор­
мировать последователыюст11 сипхрошrзнрующ11х сигналов.
В большинстве случаев аналого-цнфровое преобразование на­
чинается в ;.,юмент подачп соответствующего crrпraлa па вывод CS
(выбор кристалла). Са;.,ю по себе прсобразов~шие выполпяется
за несколько десяпшв l\ШI<росекупд. После этого 11собхою1мо пола~ъ
нужное количество тактовых шшульсов на вьiвод 1/0 CLOCK,
чтобы выдать результат преобразоваrшя через вывод DATA ОUТ.
Хотя вс1шч1ша тактовой t~астоты вывода данных для некоторых
моделей имеет ограничение снизу (папрш1ер, 100 кГц), она всс-таю1
, намного ниже, чеl\1 внутренняя тактовая частота преобразова1111я.
Как правило, скорость последоватслыюго вывода ш1форыащш 3а-'
висит толыш от скоросп1, с которой управляющая система люжет
обрабатыва1Ъ поступающне бнты данных.
Работа схемы АЦП последовательного прнближен11я (рве. 2.2)
заслуживает более подробного описашrя, так как иыснно благодаря
ei'1 появился этот тип компопентов.
Основой фушщиональной схемы служит коммутпрусмая мат­
рица конденсаторов. Зпачсш1с каждого бита данных определяется
пороговым дстскторол1 в зав11с11!\юсп1 от величины заряда каждого
из весовых конденсаторов, составляющнх матрицу АЦП. Рис. 2.2
соответствует десятнразрядному АЦП. По рнсупку в11д1ю, что чис­
ло конденсаторов, содержащихся в матрнце, должно быть на еди­
шщу больше, чеы ч11сло разрядов. Относ1пельпыi'1 вес ю1ж1ю1u1 цепн
l\1атр1щы ко11де11саторон определяется в соответствии с последова­
тельностью степенсii ч11сла л.ва, то сеть от 1 д\) 512 для десятпраз­
рядного АЦП.
В начале ц11юrа преобразоваш1я лоп1ческое управляющее устрой­
ство замыкает все ключи S" 11 Sc, вследствие чего все конденсаторы
од11овреысн110 заряжаются 110 уровня входного напряжения \Ti (pe-
Жlll\r выборю1). Затем вес ключн разлrыкаются (рсж11м хранеш1я),

Sc
~L:=~
s12=l.----2 -sf_____12-в=
...J--.,,,1-/-1в-=
...J----~----J-----2=-.I----~-.-[----1l-·--1пороговый
детектор
Узел 512
Г°1
Г°1
Ref-
Ref·
Ref-
··~ j'
аналогового
сигнала
V:
j' j'j'j'
//
Рис. 2.2 . Функциональная схема АЦП Последовательного приближения с коммутируемой матрицей конденсаторов

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
13
11 пороговый детектор нач1111ает формнровать биты данных, срав1ш­
вая напряжение REF- с напряжения.мн на каждом 11з конденсаторов
матрш{ы.
Первым обрабатывается 11апряжен11е на конденсаторе, установ­
ленном в цепн i\rатрпцы с .\Iаксимальньш весшr (в данном случае -
вес 512). Для этого узел 512 подключается к нсточннку шшряжеш1я
REF+, а все остальные узлы подключаются к REF-. Еслн юшря­
женне в суммирующеii точке больше порога 'срабатывания детек­
тора, пршчерцо равного VCC/2, то бит данных устанавливается
в нулевое состояние, а узел 512 подключается .к источнику напря­
жеш~я REF-. Если же напряженне в сум.мирующеt'~ точке меньше
порога, бнт данных устанавливается в ещ1ш1ч1юе состоя1ше, а узел
512 подключается к псточшшу REF+ до завершения процесса пре­
образования. Та же последовательность оперющй повторяется для
цепи с весом 256, потом с весо.\1 128 - п так до тех пор, пока не будет
определено значенне каждого разряда регистра данных.
Следует помюrть, что n-разряюrый АЦП может сформировать
лпшь 2 11 разлнчных двончных кодовых ело~ (256 для 8 разрядов,
1024 д_ля 10 разрядов, 4096 для 12 разрядов и т.д.). Разница между
двумя сосещшi\ш кодовыl\Ш слова.\ш соответствует аналоговому
весу младшего значащего разряда (МЗР, 1rл11 LSB в иностранноii ли­
тературе). Изме11е.1шс входного напряжения на велпчину, меньшую
по сравпеншо с этой разшщсi'~, может быть не отражено в выходных
данных. Некоторые преобразователи, кроме того, вносят дополшr­
тельную погрешность 11 фо1ншруют результат с точностью до одно­
l'О JIЛII даже до двух МЗР. Такая дпскретность результатов прсобра­
зовшшя является следствием характер~юi'I для АЦП передаточноii
характсрнсппш в виде «ступеныш» (рнс. 2.За).
Совершенно очсшщrю, что в этом случае, как н пр11 любоi\I друго:-.1
11роцессе аналого-цнфрового преобразовання .. полученныii резуль­
тат содержнт некоторую погрешность, называе.\1ую опшбкоii 1шан­
товаrшя. ПрIIЧ!IНЫ ее ВОЗШIЮЮВеНIIЯ поясняются в графнке, ЩНI­
веденном на рнс. 2.Зб.
Ошнбка квантоваш1я 1юявлястся в результате замены 11ст1ш1юii
ве.JJ11ч1шы отсчета входного снгнала се днскретным экв~шалентом
в внде выходного кола 11 011редсляется как разность между графн­
К<Щl/ ступснчатоi'1 псрсдаточноi'1 характернстшш 11 1щсалыюi'! 11ря­
:-.ю[1. М<1кс1шаль11ая веm1чшrа 011шбк11 для персдаточноii харак­
тернстшш, прrrвелс1шоl1 на p1ic. 2.За, рав11а 1юлоп1шс BCJJil'IllllЫ 1ш1га
Ю~а11това1111я (ноловш1с ;шалопнюго веса МЭР).

14
Таблица кодов
преобразования
ДиаПаэон Выхщной
ВХОДНЫХ Д1Ю11ЧНЫЙ
напряжений • код
4,5 ... 5,5 0 ... 101
1,5 ... 2,5 0 ... 010
0,5 ... 1,5 о ... 001
0...0,5 О ... ООО
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
Выходной
двоичный код
0 ... 101
о ... 010
о ... 001
Идеальная прямая ~
О ••• ООО _..__.___
_,___---+----+----1--~--­
О
2
3
4
Ошибка
квантования
+1/2
МЗР
о
-1/2
МЗР
Размах величины
ошибки квантования
а)
Середина
ступеньки
о ... 011
б)
5 Входное
напряжение
Рис. 2.3 . Передаточная характеристика АЦП и таблица кодов преобразования
Важно учнтывать эту особенность, 1\_оторая, еслп взять для
примера 8-разрядны(r АЦП с полной шкалой 5 В, проявляется
в неrrзбежной погрешности преобразования ве.Лич1шоli до 20 мВ.
И хотя эта величина составляет лишь 0,4%, ее следует принимать
во вшrмание.
В-РАЗРЯДНЫЙ АЦП
С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ИНТЕРФЕЙСОМ
8-разря;щые последовательные АЦП являются и самыми дешевы­
м11, 11 са.мыми простыми в применении. Если ошr работают в пос~
леднс11 трет11 своей волной шкалы (что можно обеспечl!П> при по-
1\ющн предварительного усилителя со смещениеы), их разрсше1111с

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
15
с точностью 1/256 вполне соответствует точности, требуеl\lоЙ во
r- 1 1югнх пр11ложен11ях в11ртуального 11змер11тельного комплекса.
Компоненты такого тнпа предлагают м1югне производител11, но
до какой-либо стандартизашш и унифшсащш в этой об-7аст11 еще
очень далеко. Расположение выводов и протоколы связи у разных
типов подобных АЦП различны. Воз:-.южно, нзготовнтелп делают
это для того, чтобы затруднить замену коыпонентов на изделня
конкурентов.
8-разрядный последовательный АЦП, который будет исполь­
зоваться в прю.1ерах, был выбран, с одной стороны, ввиду его ши­
рокого распростране1шя и вполне приемлеl\IОII цены, а с другой
стороны, ввиду того, что существуют 10- и 12-разрядные модели,
полностью совместимые с· ним по расположению выводов. Прн слу­
чае это может упросппь проблему ;-.юдернизации печатных плат.
8-разрядный АЦП TLC 549 IP
1О-разрядный АЦП TLC 1549 IP '
Рис. 2.4. Расположение выводов аналого-цифрового преобразователя ТLС 549
На рис. 2.4 приведена схема расположенrш выводов АЦП TLC
549 фирмы Texas Instruments. Имепно эта модель будет рассмотрена
ниже в ее практическом применении.
Таrюй АЦП и.мест только один аналоговый вхол: (ANALOG IN)
и два входа для подключения опорного напряжения (REF+ н REF-) .
Вторым аналоговым входом :-.южно считать вывод GND - общнй.
Если при этоы вывод REF- тоже подключен к общему проводу, то на
выходе АЦП будет форш1роваться байт выходного кода, равный
00000000 при нулевом напряжешш на аналоговом входе, и 11111111 --
при входном напряжении, равном опорному, которое подается на '
вывод REF+..
Протокол связн этого АЦП достаточно прост, его временные·
~аrраммы приведены на рис. 2.5. При переходе сншала на выводе
CS от высокого к низкому уровню в регистр вывода данных по:-.rе­
Щается результат предыдущего преобразования. Поэтоl\IУ рекомен­
дуется выполнить «пустое 11реобразован11е» сразу после вюпоче1шя

1/0
Clock
Проиэ!'юльное:fостоя~ие
,
...
, >------Импульсы цикла B---------t CONV
11
l1
!'
1
t sи rcsJ
1sи {CS)~.
1
1
1
1
ё5-ii
.--------111-1_____,
1"7::, ~~-----------------',
~
Од ТА j_;7
оит 1!'7
,,
,,
,,
i-t"н {CS) _____
1
д7~
Hi-Z
,,
,,
,,
,,
,,
,,
,,
121314is1617lв
1
1
Импульсы цикла С
..:
1
Hi-Z
! :,._Предыдущие преооразоl'юнные данные д--
!!. MSB
LSB
MSB
!',...,>-----Преооразобанные данные 8------
::MSB
LSB
MSB
,,
,,
,,
f еп~ r----
Hi-Z бысакоимпеданснае состояние
,,
,,
,,
fеп~r----
.Рис. 2.5 . Протокол связи АЦП ТLС 549

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
17
vстроiiства или в случае выполнен11я двух преобразований, раз­
Делснных достаточно продолжительны;\! 11нтервалоi\1 времени. Пер­
вое считанное значенне выходного кода в эп1х случаях будет невер­
ным. Следующее преобразованве будет правнльным, оно начнется
по первому переднел~у фронту шшу.~ъса, поступrшшего па вывод CS
после юrзкого уровня. Важно, чтобы на выводе CS был нысоюв1
уровень в течешrе всего времешr преобразовашrя" но, rюскольку _
этот процесс длится всего несколько десятков ;\ШКросекунд, данное
условие можно считать автоматичесrш выполняемым, если АЦП
управляется процессорОТ\1 с программой, нап11санной на существен­
но ;\fенее быстроы языке, чем AsseшЬ!er.
Каждый бит выходных данных может быть считан на выводе
DATA OUT, причем биты выводятся старш1ши разрядами (MSB)
вперед по переднему фронту импульсов на выводе I/O СLОСК.
Одно из ri.реrшуществ этого АЦП состоит в том, что он может
работать с любой частотой дискретизации, определяемой управля­
ющеlr снстемой, - от одного нзмерения за несколько часов до двад­
,
цатп тысяч измеренпi:"1 в секунду.
1О-РАЗРЯДНЫЙ АЦП
С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ИНТЕРФЕЙСОМ
Разрешение в 10 бит - это своеобразны!~ 1(оi\шромисс между 8- н 12-
,
разрядными устройствами, позволяющий устраннть проблемы, свя­
зашrые с riедостаточной в некоторых случаях точностью, равно как
II со сложностью в нзготовлешш 11 настроIUIКе.
Аналого-цифровой преобразователь TLC 1549 производства Tex. -is
Iпstrшпeпts удобен теы, что он совместнм по расположению вьшо-·
дов с TLC 549 (рис. 2.4), но этот компонент допускает шесть раз­
л11чных протоколов связн (три <>быстрых» и три <>Медленных»).
Протокол связн, прнведенныii на рис;:. 2.6, очень похож на прото­
I<ол TLC 549, с Te.\I ЛИШI> отлr1ч11ем, что здесь используются 10 бнт
данных юrесто 8.
Прююi'~ конкурент АЦП TLC 1549 - а11алого-цнфровоii преоб­
разователь МАХ 1243 пронзводства компании MAXIM - 1шеет
совершенно другое расположение выводов (рпс. 2.7). По;\шмо своих
отлвчных Х<lрактер11сп1к, он шпересен тем, что прннадлеж11т к се­
;\!Сlrству полностью вза1шозаменяемых АЦП, которое включает
12-разрядную нерсшо МАХ 1241, а также тем, что с помощью нрос­
Тоl1 программы его можно легко переключнть n 8-разряд11ы1u1 режнм.

1/0
Clock
ОАТА
our
MS8
Иниuиа изоиия
l._____
~--------Импульсы цикла 8--------- '
LS8
HL
~~------------------------------------------------!~
t7:.
'-----------IЛ
1/0
Clock
ОАТА
оит
~--------Импульсы цикла 8---------'
~
Низкий уро(Jень
~
Интер(Jап i
LS8
прео{iразобаl!ия
:
~': --М-
5-8
---------Предыдущие прео{iразо(Jанные данные---------------аналоzо-цифро(Jоzа-.',
НL-6ысокий уробень
(<21μs!
:
Иl!ициапизация
LL- низкий уро(Jень
Иl!ициапизаиия
Hi - Z - (Jысокоимпедансное состояние
Рис. 2.6. Протокол связи АЦП ТLС 1549

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
10-разрядный АЦП МАХ 1243
12-разрядный АЦП МАХ 1241
МАХ 187/189
МАХ 1240/1242
Рис. 2.1. Расположение выводов АЦП МАХ 1243
19
Такое же расположение выводов 11.меют и более ранние изделия
компании MAXIM (МАХ 187, МАХ 189), и современные модели
(МАХ 1240, МАХ 1242).
Некоторые из этих АЦП снабжены встроенным источником опор­
ного напряжения, что дает дополнительные преимущества при рас­
ширении возможностей устройств, рассматриваемых в главе 4 дан-
1"
НОИ КНИГI!.
Существует два варианта протокола связи, используемого при ра­
боте с АЦП МАХ 1243. Они представлены на рис. 2.8.
Первый вариант (рис. 2.8а) в основном· предназначен для при­
менения в устройствах, которые используют протокол, строго соот­
ветствующий стандарту QSPI для определенных типов последова­
тельных интерфейсов миr<роконтроллеров. Он отличается наличием
двух дополшпельных бит SO и S 1 и использованием дополнителы1ых
нулей, выводимых при получении более 11 тактовых импульсов. Про­
токол, совместимый с SPI п Microwire (рис. 2.8б), в большей степени
соответствует нашим нуждам, так как работает с блоками по 10 бит.
Следует учrпывать, что в начале кодовой посылки присутствует
«е1щш1чный» бит, в некотором роде стартовый; его нужно исклю­
чать перед обработкой, например подав один дополнителыrый так-
товый нмпульс.
.
В отлнчие от вышеописанных компонентов, АЦП МАХ 1243
должен выполнить преобразование перед тем, как вывестн слово
данных. Следовательно, после подачи уровня лопrческого нуля на
вывод CS (начало преобразования) надо ждать не менее 7,5 мкс
1
.
11ли дожндаться перехода с11гнала на выводе DOUT в состояние
лоп1ческоii едшшuы, перед тем как подать по1юж1пелы1ый перепад
напряжения (фронт импульса) на вывод SCLK для начала вывода
данных. Преимущество такого способа работы состоит в том, что

SCLK
DOUT ---,
,
г-/
'""---71-----1~_
INTERFACE IOLE
•
1
,
Процесс • ,
1
,
ЕОС ,!
преооразобания
Синхроимпульсы быбода
последобательных данных
ПJ1flj16l._______
дополни- Последоба-
1-оl;п---ел_ь_н_ы...,;+1••-т-ел_ь_н-ос-ть-\- IOLE
оиты
нулей
TRACK/HOLD
HOLO
ТRдСК
STATE TRACK
..-.!-.-__!::~-!._--.J.,.________________: ..: ..:..::::: ..:. .:_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ ..,._ __ H OLO
СУПЕ Т/МЕ
7.5 μs(tcoнv J
Оμs
12.5 х D.476μs = 5. 95μs
13.7 μs
Рис. 2.Во. Протокол связи АЦП МАХ 1243
SCLK
ООИТ --- ,
,
г-/
- - - - r f----1'---f.O.f._
•
1•
Процесс • I • E2C_..J
IN TERFACE IOLE
----i
преоора зобания
Синхроимпульсы быбода
последобательных данных
О μ.s
0.24 μs
!-- IOLE
TRACK/HOLD
HDLD
TRACK
STA ТЕ ТRдСК
- ·ll.0-~!..!::!!:..~--.\.0-------------__:_:~c:..:.._------.,..- HOLO
7.5 μsOcoNVJ
Оμs
Щ5 х 0.4 76μs =5μs
D.24 μs
CYCLE ТIМЕ
12. 74 μs
(tcs J
Рис. 2.86. Протокол связи АЦП МАХ 1243
1~

SCLK
ооит ---.,
/
,-!
-----r~~
Процесс
ЕОС ,
1
.
INTERFACE IOLE
'1•
'1•
··
преобразорозобанuя
TRACK/HDLD
-+ - HOLO
SТАТЕ TRACK
7.5 μs(tcoNVi
оμs
CYCLE Т!МЕ
Синхроимпульсы быбода
последобательных данных
TRACK
12.5 х 0.476μs=5 .95μs
13.7 μs
Рис. 2. 9. Протокол связи АЦП МАХ 1241
1•
Последоба-
тельность
IOLE
нулей
HOLO
Оμs
0.24 μs
(t 00)

22
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
получаемы!~ результат соответствует текущему щшлу преобразо­
вання, а не 11реДыдушему, как у 13ЫШсо1111са1111ых устройств. Кроме
того, нр11 вы1юде результата ;\/ОЖНО нспоЛI>зовать только восеJШ>
старших значащих разрядов, иначе говоря, использован МАХ 1243
в 8-разрЯДIЮ1\I реж11ме очень высокоi'1 точности. Для этого доста­
точно прекраппь передачу данных rюслс бита В2, нодан на вывод
CS сигнал лопrческоti едrшrщы.
12-РАЗРЯДНЫЙ АЦП
С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ИНТЕРФЕЙСОМ
Аналого-цифровой преобразователь МАХ 1241, полностью соот­
ветствующий АЦП МАХ 1243 по расположенн.ю вывалов, является
· 12-разрядной
версне!r, которая использует протuкол связи, очень
схожий с протоколоы, представленным на р11с. 2.8б. Полностью
протокол свяЗ11 АЦП МАХ 1241 приведен на рис. 2.9.
12·разрядныiii АЦП LTC 1286 CN8
12-разрядный АЦП ADS 1286 РК
Рис. 2. 1О. Расположение выводов АЦП LТС 1286 и ADS 1286
CpeдII пuлу11роrюю111кuвых ком1юнентов компшш!1 Liпear Tecl1-
пology н Внп-Вго\Vll J\IOЖllO на!1ти 12-разрядные АЦП, которые по
расположеншо ныводон схожи с АЦП TLC 549 11 TLC 1549. Так,
приборы LTC 128G 11 ADS 1286, практ11ческ11 ндентнчные друг другу
(за 11сключеш1еы некоторых частностей), отличаются от TLC 549
11 TLC 1549 по l1есколы<ш1 ос1ювны;\1 пунктам. Прежде всего тем,
что 01111 11J\1еют 1шффсре111111альные аналоговые вхолы +IN 11 -IN
(рнс. 2.10) 11 01t1ю1юл~11н1ыii вхол опорного нанряжсння VREF.
Пр11 соедю1еш111 вывода -IN с об1.μ11м щюволо;\J GND :можно по­
луч111ъ конф11гуран1110, со1шесп1i\1ую с 8- 1110-разрялныi\1!1 преобра­
:ювателямв. Ее схема 11р1шеде11а на р11с. 2.11 .
Указанная ::шалоп1я на у1юн11е по1tю1ючс1111я J\J111<pocxcм не рас-
11ростраш1ется 11а 11с11ол1,зуеJ\1ые протоколы свя:ш АЦП. Рнс. 2.12
дсмо1н.:тр11рует ра:1m1чш1 :-п11х протоколов. Для вывоJLа 1111фopi\1aJ{llII

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
23
Рис. 2.11 . Универсальная схема включения АЦП
вначале следует подать два ~пустых» тактовых импульса вместо
одного; кро:-.1е того, :-.южно считывать выходные данные как стар­
шнi\ш, так 11 младшшш разрядами вперед.
Компания Linear Teclшology пронзводит компонент LTC 1292,
родственны(~ вышеназванным образцам. У него есть несколы<0 важ­
ных отличий:, в частности совершенно непохожее расположение
выводов (рис. 2.13).
12-разрядный АЦП LTC1292
Рис. 2.13 . Расположение выводов АЦП LTC 1292
Микросхеме LTC 1292 стоит посвятить несколько дополнитель­
ных строк, так как она используется в отдельных АЦП промыш­
ленного изготовлешrя, для которых удобно писать специальные
програымы.
Протокол связн LTC 1292 прнведен на рис. 2.14. Он очень похож
на протокол LTC 1286, но только с виду". В отлнчие от LTC 1286,
У LTC 1292 ограничена мшшыальная тактовая частота вывода нн­
формащш на уровне 100 кГц. Это не вызывает трудностей при ра­
боте с програ:-.шами на языках АssешЫег ит1 С, но усложняет пр11-
:-.1енен11е програым на языке BASIC 11ли даже на языке PASCAL,
работающих на медлеююм процессоре. Конечно, у нижнего предела
. тактовоi! частоты сеть определенные допуски на практнческое нс­
пользоваш1с, но вес же требуется осторожность щш оценке точ­
Ностн получ<1емых результатов.

rs
CLK
ооит
CLK
ооит
1-j 1--t sиCS
f SMPL
f СУС
Hi-Z
81 180*
---------·+---· --t•I f ОАТА
По за/Jершении бы/Jода cno/Ja донных. при продолжении подачи импупьсо/J /Jы/Jода и при /CS=O на /Jыходе
i5удут формиро/Jаться те же данные младшими разрядами /Jперед. о затем нупи.
- J 1--t sиLS
Hi-Z
-
/Jысокоимпедансное ~остояние
Рис. 2. 12. Протокол связи АЦП 1286
l:J:J
~~
~о-
:r:
о:::s;:.
~s:n,
"""
::s;:
п:!::::i
о-
:r:
о:
::s;:.
§
Hi-Z
5
~
~
~w
n,
65
s:
"""
r..

г- ----------------------.- ---т~_
CLK
ооит
. l.-t SMPL
Hi-Z
-
/Jысакаинпедансное состояние
Рис. 2. 14. Протокол связи АЦП LTC 1292

26
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
НАДО ЛИ ВЫХОДИТЬ ЗА ПРЕДЕЛЫ 12 РАЗРЯДОВ?
Попытаемся отвеппъ на вопрос о тт1, насколько опрандано пр11ые-
11ен11е аналого-ц11фровых 11реобразователей с разрядностью боль­
шсi't 12 для реше1111я опюс1пеш,но простых задач прн iюстроешш
в11ртуалыюго нзыернтельного комплекса.
В про"rышленностн 11 науке шнроко применяются 16-, 24-р.азряд­
пые устроi'~ства 11 даже устро{1ства с большей разрядностью. Опти­
мальная э1<с11луатаu11я такнх АЦП с высою1"1 разреше1111ем 0,015%
11 6 ррш = 6 Х 1О- 6 (в шюстрашюй литературе часто встречается едп­
шш.а ррш - частей на ;..шлшюн
-
или 10- 6 ) предполагает особую
аккуратность в вопросах, касающихся высочайшей точности н ка­
л11бровю1 все{1 11зl\Iер11телыюй непн - от датчиков до устройств
1шд11ющ1ш 11 печати. В любом случае это предполагает болыrше за­
траты, что немаловажно.
Для того чтобы оцешпь ситуацию, следует пр1111ять во вннl\Iание,
. что по 111нр1111е лнста форыата А4 даже при разрешешш 600 dpi ла­
зерный принтер оюжет разl\Iестпть только 7000 отдельных точек,
а хороuшй грасjшчески{1 эt<ран с трудом Bl\Ieiцaeт 800 точек по вер­
тикалп. Следовательно, с помощью этих устройств невозможно гра­
ф11ческ11 точно воспроизводить резулыаты измеренпi'I, сделанных
шестнадцатиразрядным11 приборами, в десятки и сотни раз более
точны:-.ш. Исключен11е составляют случаи вывода особых участков
с большнм увеличениеы. Поэтоыу в дашю1u1 кннге не рассматрива­
ются практпческне конструкцш1 АЦП с разрядностью большей 12,
которые 1< тому же кра{ше редко выпуск;:~ются в корпусах с восеыыо
выводаl\111 н снабжены послеловатет,ны:".r интерфейсом.
Основное вн11ыанне в далы1е{ш1ем будет обращено на то, как
доб11ться удачных результатов (зачастую самыш1 простыl\111 спо­
собаl\111), используя 8- нлн 10-разрядные АЦП; для самых взы­
скательных ч11тателей приводятся 11 сведен11я о 12-разрядных ана­
лого-ц11фровых преобразователях.
ИСТОЧНИКИ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Трад1щ1ю11ныl\t эле;..1ентоl\1 стабшшзаторов напряження является
стабвшпрон, 110 e"ry пр11сущ11 многие недостатю1, не позволяющне
нспользовать его в качестве точного 11сточшша опорного 11апря­
жен11я д<1Же для 8-рюрядного аналого-u11фровоrо преобразователя.
Для тех 11а11р<1вле1111{1 схс;..ютохш1кн, где требуется высокая точность

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
27
рсзулыатов, был11 разработаны гораздо более удобные кuыпо11с1пы -
интегральные источш1ю1 опорного напряжения (ИОН).
На рис. 2.15 пр11ведена класс11ческая вол ьт-а:-.шерная характе­
ристика стабилrпрона (д1юда Зенера). H.-iпoi\IНIШ, что пр11 пря.\Юi\1
смещеюш стабилнтрон ведет себя как обычный щrод, а нрн боль­
ШОl\! обратно:-.r с:-.1ещеюш проявляется эффект Зенера.
Эффект Зенера, или Зснеровсюr!r пробоii
(разrювидность лаввшrого ), - это явле1111е,
в резулqтате которого диод становится про­
водящ~tr при смещенrш р-n-персхода в об­
ратном направле1111и. Пороговое значенне
напряження смещения V2
, при котороl\r про­
является данный эффект, называется на­
пряжением Зенер.-~ нлн напряжением ста­
билизации.
Анализ волы:-ампсрной характернстшш
Прямая
ветвь
Обратная
ветвь
Рис. 2. 15. Волы-амперная
характеристика
стабилитрона
стабитпрона показывает, что, с одной стороны, ее нэлом в точке Vz
не очень резкиii, а с другой стороны, левая ниснал:.-~ющая ветвь
характеристики не является вертнкалыюй. Если к этому добашпь,
что напряжение Vz существенно зависит от температуры и rшеет
заl\rетную шумовую составляющую, станет о'чевидно, что стаби­
литрон нельзя отнести к прецизионным компонентаы.
Таким образом,· стабиюпрон прекрасно подходит для любых
задаЧ, связанных со стабилизацнеii 11л11 регул11рован11е1\1 напря­
жения питания, но его нельзя использовать как эта.11011 в нзl\rер11-
тельных приборах нли в АЦП. Естественно, существуют различные
способы улучшения характеристик сгабнлитрона. Наври:-.1ер, при
увеличеншr обратного (рабочего) тока р.-~бочая точка удаляется_ от
излоl\ш характернстшш; это повышает точност~, нанряження V2
,но
незначителыю.
Для болышшства l\1:-~ло~юrщ1ых .стаfi11л11тронuв рабочнi'~ ток со­
ставляет в средне:-.1 от несколью1х едшшц до 11ес1<олью1х десятков
1\ШЛЛ11ампер, что существенно превышает ток пuтребле1шя АЦП.
На практнке ш11роко пр11ме11яется cxe;..r<l стабил11тро11а с тер­
:-.юкоl\шенсацнеii, в котороii последовательно со стабшштроноы
включен кре]\[[шевыii 1щол. u 11pя;..rol\r 11аправле111ш. Их тел~ператур-
11ые J<оэффицненты блнзк11 1ю велн<11111е, нu протrшоположны
по знаку; в резулr;гате флюктуацш1 тока 06011х /ttюдов, вызва1.шые

28
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
нзл1енсш1ялш температуры, коыненснруются, однако 11 этого по­
прежнему педостаточно.
Некоторые двухвыводные шпегральные схелrы l\lогут легко
заменить .стабшштроны, прн этом 01ш обсспечнвают существенно
лучшне характернстшш. Одна 11з с;.шых старых люделеii - это ин­
тегральный стабшштрон ТАА 550, который выпускался в корпусе
пша ТО18 с двумя выводаl\Ш II IШiроко нспользовался для стаби­
лизашш напряжсш1я снстем управления варикапами в телевизорах
(от 31 До 35 В при токе до 5 .мА). Для получения столь высокого
напряжения стабилизации в нелr было при:--.rенено несколько оди­
наковых последователыю включенных каскадов.
Компонент IJ\t! 113 иыеет практнчесю1 идентичную конструк­
щrю, но его номинальное напряжение составляет только 1,22 В
с точносп,ю 1%, 2% нли 5% в зав11снl\юсти от исполнения, опре­
деляемого буквой, стоящей после названия. Эта вел11чина 11апря­
же1шя основана на физнчесю~х своikтвах креl\ШИЯ (знаменитая
~ншрина занрещенной зоны») и легко повторяется в серийноl\r
нро11:шодстве. Рекоме11дуеl\Iы{1 рабоч11ii ток для этого 1штегралыю­
го стабшштрона составляет от 0,5 l\IA до 20 мА.
Коl\шоненты подобного т11па выпускают l\llIOГI!e нзготоtштелп -
в частности. можно назвать ыодсшr ICL 8069 фнр:-.rы Iпteгsil, AD 589
ф11рыы Апа\оg DeYices 11 др. И1пегралыrые псточн11к11 опорного
11апря~ке11ш1 (ИОН) ccp11ii LM 185, LM 285 11 LM 385 основаны
на тоl\! же физнческоl\1 пршпщпе, существуют также версии с напря­
жсш1е;\1 2,.5 В с точностью 1% 11 2%. Некоторые источ1111ю1 выпол-
11яются в корпусах с треыя выво1tалш, 11р11 эiоы допоm11пелы1ыii
трст11ii вывод позволяет прн 11еобход111\10сп1 регулиронать пара­
:\lетры стабнлнзаторов с полющью внешнего делителя на резисторах.
Указанные источш1ю1 опорного на11ряжешш обладают следу­
IОЩ!Il\111 ос1ювнылш характеристикалш:
Рабоч11i'1 ток ".. " ...... " .............................. "" ... "... "" .. "".""" .. 20 l\IкA - 20 l\[A
Дшrалшчсское сощюпшлсш1е
(на частоте 20 Гu, пр11 токе 100 1\IKA) "" .... """"" ......... " .... """" ......... 1Ol\!
ЭДС шу1\1а
(пр11 то1се 100 1\IKA, в 1юлосе 10 Гн - 10 кГ1t) ".. """"""" .. "" ...... 120 l\IкB
Долговре.че1111ая нестаб11лыюс1ъ
(11р11 токе 100 l\IKA 11 тслшературе 2S±0,1°C) .. "" 20 ррт за 1000 ч
Теl\lпсратурныi'1 коэффшщс~п
(при токе 100 1\!КА) "..... "" .. """""."""""."."." ..... """""" .. "" ... 1.50 ррш/
0
С
1

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
29
Чуть более дорогие, но и более стабильные устройства пша
LT 1009 компании Linear Teclшology и REF 25 Z компашш GEC
Plessey тоже формируют опорное напряженне 2,5 В, но с точностью
соответствен во 0,2% н 1%.
Отl\[етю.1 также некоторые КОl\[!IОНенты, родственные ИОН, но
имеющие вполне определенный те:\1пературнь1{1 коэффициент. Это,
напри~1ер, LM 135, LM 235 и LM 335, выходное напряжение ко­
торых меняется точно на 10 мВ прп нзменешш температуры окру­
жающей среды на один градус. В данной книге эти компоненты
будут упоминаться при оrшсании виртуальных приборов для изме­
рения температуры (см. главу 6).
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Итак, очевидно, что аналого-цифровой преобразователь нуждается
в очень точном и стабильном нсточшше опорного напряжешrя,
относительно которого схема преобразования оценивает уровень
входного напряжения. В тех случаях, когда опорное напряжение
выступает в качестве эталона, принято говорить об абсолютном
преобразовании.
Однако бывают случаи; когда какая-лнбо нзмеряеыая величш1а
может быть определена не в виде одного напряжения, а в виде со­
отношения двух напряжениf1. Самым очеюrдным прнмером явля­
ется потенциометрический датчик, по можно ПР)дставить также
струнные датчнки, магниторезнсторы, датчики температуры IIЛJI
давления, или, в более широком плане, любые способы 11эмере1шй,
использующие из~1енение сопротивления.
Напряжение на АЦП в таком случае подается с рез11сторного де­
лителя, питаемого от нсточнш<а опорного напряжения. При этом л:о­
статочно использовать один псточнш< опорного напряжения и для
рези:сторного делителя АЦП, 11 для датчика, чтобы авто:\rатическн
снЯть влияние погрешностп нлн дре{1фа опорного напряжешш. Та­
rшм образом ~южно очень точно измерять отношенне напряжениr1
~узлах резистивного моста, даже еслн опорное напряжение не слшп­
ком стабильно. В этом случае принято говорить об опюс1пелыю~1
Преобразовашш.
На рис. 2.16 показан простой при]\[ер относ1пелы1ых 11л1ерсн11ri,
а 1шенно определение положешш осн потешщоl\rетра, отражаю­
щего, скажем, положение флюгера, пера руля 1ши створ1ш шлюза.

30
RЭ
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IВМ РС
Anarog .--------v_c.....,c
+IN
CS
--+---____...
Последовательный .._ l/O_C _L_O_CK- -o ] Шина
REF+
АЦП
...D_A_T_A_O-UT
__"
управления
R2
Analog REF- GND
-IN
------~----+-------<>----+-----~-GND
Рис. 2. 16 . Пример сх емы о тно сительного пре.образ ования
О11ор11ос 11а11ряже1111е форrю1рустся 11еносрсдствешю из шшря­
же1111я шпаш~я VCC, о бычно стаб шшзщюванного II равного 5 В.
Представим, что в cx el\1e R4 = R1, а RЗ = R2 11л~1 что отношения
R1 / R2 11 R4/R3 од1111 а ковы. Когда 1ющшж1юlr контакт 1ютен­
щюi\1етра 11ахоюпся в nерхне:-.1 положеш111, на входах ANALOG+ IN
11 REF+ будет од1111аковое юшряжсни е , 11 преобра зоватсш1 сфор­
ынрует дво11ч11ый код1 соотuетствующнii е1·0 полноii шкале (экви­
вален т ч11сла 255 для 8-разрядного преобразовател я). В 11нжнеы 110-
ложе111111 подв11ж1юго ко нтакта потсшоюi\rетра на нcl\r будет нулевое
напряжеrше , н АЦП. естеств е нн о , сфо1щнrует кол, соотnстстuу­
ющнй нулевой nходно!i нелнч11не. Рез ультат 11зl\1ереш~я между
указанными крайншш тo 1 11c ai\I11 nулет очень точно отражать угловое
11оложе1111 е 11071ю1ж1юго 1<01пакта прп ус1юв1111, что э тот потс1щ110-
1\[СТр 11реш1 з 1ю11ныii 11 11ыеет л11неl111ую хаrактс рнспrку.
Если на11ряжен11е шп;ншя у111е11ышпся до 4,5 В 11m1 увел11чится
л:о 5,5 В (что со ответствует 1tесят1111ронент11оii rюгрсш11осп1) , э то
11з:-.1с11е1111 е ПОНЛllЯСТ IJ a IIОТС'НЦJШЛЫ 11 на IIJMCp11тeл1.110:-.1, 11 на опор-
110~1 входах прсобразоп а теля , а нх разность ост<iнется прежнсii .
Да1111ая cxel\ia позволяет ввестн поправочны е ко:lфф111шс11ты путем
11зi\1е11е1111я вел11'11111ы сопроп1нлсш1я рс:шстора R4. Это 11е оГ>ходшю,
в частнuстп, потоыу, что ~1 е х;ш11•1сс 1<11!i х од 1rодв11ж1юm ко11такта
(упт поворота ос11) обычного потс1щ1юi\1етра :-.1с11ьше ЗGО 0 •
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ вх~дных НАПРЯЖЕНИЙ
Болы111111стrю пр о стых а11<1J1< ) 1 ·0-1111фровых пр еобр,1 з он<iтелеii 11рсд-
11;1:111а11с1ю J{JIЯ ра()оты с BXOJ tllr.t~.111 ш111ряже11ШIJ\!1! в /{llaJiaЗ O/IC от о в

АНАЛОГО-ЦИФРQВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
31
до велнч1шы l\!еньшеl1 11ли рашюl1 01юр11оi\1у напряженню, которое
в свою очередь ыеньше 11л11 равно напряжению 1111тан11я.
Всякое входное 11апряжен11е, ыеныuее напряжен11я на входе
REF-, преобразуется на выходе в кол, соответствующ11й нулю,
а напряжение, большее напряже1шя на входе REF+, определяется
как равное н;шряжению полной шкалы АЦП.
Аналого-цвфровые преобразовате.'Ш, с11особ11ые обрабатывать
отрrщателыюе входное 11апряжеш1е, форынруют на выходе резуль­
тат преобразова1шя %СО знаком», то есть обычные двоичные слова,
старший разряд которых указывает 11олярность.
8-разрядны(r преобразователь «со знаком» будет в таком случае
нметь только 7 разрядов для представления абсолютной величины
измеряеl\!ого значення, а этого может оказаться недостаточно (всего
128 возможных уровней квантоваш1я).
Если l!Зi\rеряемое входное напряжение всегда является отрнuа­
тельной велвч1шой, са"'юе простое решение проблемы заклю 11ается
в перемене мест входного 11 общего выводов АЦП, как это делается
со щупами любого стрелочного тестера. Но таю1i\1 образом нельзя
шбежать проблемы при измерении переменного входного напря­
жешш с нулевым средним з·начениеы, которое шпересно обраба­
тывать в таких приложешшх, как виртуальный осциллограф, ;шал11-.
затор спектра, IIЛI! же с целью измерения истинных эффективных
зш1чеш1(1(среднеквадратичное11лп RMS).
.
Простейший выход состоит в добавле1111и к входному напря­
женшо постоянного напряжения смещешrя; 1ша 11е говоря, надо
Сl\!естнть «ноль» на вел11ч11ну, не меш,шую пикового значения
измеряе"'юго сигнала. В некоторых случаях это можно сделать,
последовательно подключив батаре(шу, но более разумно приl\1е­
шпь суммнрующую схему на базе операшюшюго усшштеля.
Если ампл11туд<1 измеряемого сигнала i\1ала по сравнению с пол­
ной шкалой АЦП, можно ввести'в схему допол11ителы1ы(1 входной
усилитель. Этот случа(1 будет рассмотрен в главе 6.
УСТРОЙСТВА НОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ
Обычно устроi'~ствоi\! норм11роваш1я с11гналов называют любую
схему, включенную на входе АЦП 11 предназ11аченную для согла­
сова1шя его характернстшс с характср11сп1Каl\Ш 11 параl\!етраl\111
11сточшша нзмсряемых с11г11алов. Фушщ1111 так11х устроliств могут

32
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
быть гораздо сложнее, чel\I простой сдвнг уровня· 11m1 дополни­
тельное ус11ле1111е, которые требуются в 11р1шсрах, представленных
на рве. 2.17 (измененне напряжения V в зав11с11мости от значення
физнческой вел11ч1шы G).
Нередко устройство нор;\111рова1111я должно выполнять преобра­
зование «ток-на11ряже1ше», одно- 11m1 двухполупернодное выпрю.1-
лс1111е, фильтрацию 1ш11 даже преобразование 11зменеш1й емкости
нлн rшдуктнввости в 11зменение постоянного напряжения. Так,
термопары требуют компенсации эффекта «холодного спая», а при
работе с мостовы11.ш датчиками необходимо наличие дифферен­
цналыюго входа. Некоторые датчики с 11елинейны:1.ш характерис­
тикамн (напр111\lер, тсрl\юрезнсторы), два прнl\Iера которых при­
ведены на рис. 2.18 , требуют лнне~ризации по достаточно сложным
l\1атематическим законам.
В таком случае· обычно используют как аналоговую коррекцию,
выполняемую схемами в устройстве нормировання, таI< и цнфровуЮ
коррекцию, выполняемую пporpal\Il\Пio в процессе обработки вы­
ходных данных АЦП .
vj/ lд\
~G
Рис. 2. ·17 Два примера
линейных зависимостей
v~
G
Рис. 2. 18 . Два примера
нелинейных зависимостей

".
't
t:' r
ГЛАВА
СТРАНИЦА
Концепция построения виртуального
1
измерительного комплекса
2
Аналого-цифровое
преобразование сигналов
7
3 ПРОМЫШЛЕННЫЕ
ИЗДl;ЛИЯ
Интерфейсные платы
внутреннего исполнения
34
Внешние интерфейсные устройства
34
Аналого-цифровые
преобразователи ADC 1 О и ADC 12
35
Другие компоненты этой серии
39
4
Сборка измерительного интерфейса
43
5
Программное обеспечение
виртуального комплекса
57
6
Датчики и принадлежности
103
7
Приложения
131

З4
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
Вполне uозl\юж1rо преuратнть IВМ-совыесп1;-.,1ыl1 ПК в в11ртуальныii
11з:-.1ср11телы1ы1u1 прибор , не С/{елан 1111 одноii печапrоl1 11латы н не на­
ннсан нн од1101! строчкн программы. Существуют готовые решенllя
« под ключ ~ . стоящнс от несколышх десятков до нескольких тысяч
долларов в зав11с11мости от предлагаемых позможtюстеi\ .
Самые лучшне нз ннх далеко превосходят возможностн обычных
11з:-.1ер1пслы1ых пр11боров, а самые экономнчные решеш1я часто
уд11вляют uшрото\1 нх поте1щшшьных пр11ложс1111li.
ИНТЕРФЕЙСНЫЕ ПЛАТЫ ВНУТРЕННЕГО ИСПОЛНЕНИЯ
Устройства, выполненные на платах, которые устанавшшаются
в слоты матерннской нлаты ПК, позволяют досп1чь в реальном
1\1асштабе премеш1 частоты д11скретиз;щ11и в несколько десятков
мегагерп п разрядrюст11 16 нлп 24, прнчем часто для несколышх
входных каналов о;щовременно.
Эт11 устройства жестко подключены к ш1ше центрального про­
l[ессора 11 l\loryт работать в режнме пря:\юго доступа к памяти
(ПДП - DMA), а следовательно, полностью использовать воз;-.,10ж-
11осп1 са:-.1ых быстр.ых процессоров. Лучшие I\lодели даже могут
быть снабжены буферной памятью объсl\!ом до нссколью1х ме1·а­
баi'пов, позволяющей реп1стр11ровать cal\lыe быстрые процессы в ре­
ально;-.,~ масштабе времени.
Ко;~..1шшия Natio11al Iпstгшneпts псегда была mюнеро:-.1 в щ1111юй
сфере 11сеi~час110-прежнсму зашшает лнднрующие rюзнuин в этой
областr1 рынка, ставшеii в нас·тоящее uремя 1юле;-.,1 жесточайшей
конкуре1щ1111.
Традищю11ныы11 потребнтеля:-.ш у1<азашюй категор1ш изделий
в развитых странах являются про~1ышле11ные отрасли 11 научные
организашш, нначе говоря, нотребнтслн, которые не экономят на
' средствах, позволяющнх получить l\lетрологнчески безупречные
результаты.
ВНЕШНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫЕ УСТРОЙСТВА
В случаях, когда быстродеl1ств11е не нмеет 11ервостспе11ного зш1-
чс1шя, элегантное 11 эко11оыич11ое решен11е представляют внешнне
и11терфеi'!с11ые устройства, подключаемые к ПК через последова­
тельныii 11л1111араллелыIЫi'r норты. К этоыу пшу ннтерфейсон мож­
но от11ест11 как м111111атю1шыl1 АЦП, расrюложенныl! в корпусе

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИЗДЕЛИЯ
35
разъема DB25, так 11 ю1асс11чес1шi'1 мул!iП!l\!СТр, снабженный разъе­
моы RS232, а также Нё1СТОЛЫ!ЫЙ прнбор, ш1еющ1rй на корпусе нс­
С[{ОЛЬКО разъс:-.юв 11 органов управлсштя.
Фщша Natioпal Iнslгшпсвts предлагает ор11п1шшыюе рсше1ше, на­
ходящееся посеред11не :-.1ежду двумя указашrыын варнантами и пре­
красно подходящее для нортапшных ПК. Ввртуалыrыi! мультиыетр,
разработанный этой фирмой, выполнен в виде карты PCMCIA,
уста1юв1пь которую таr< же просто, как всташпь 1щсr<ету в дисковод,
хотя се параметры пе устун~ют 1\lllorш1 оююканальныы ншпй:-.1,
прсдназ11ачснныы для внутрс1ше1·0 1\tоrпажа. Диалоговое оюю муль­
тнметра показано па рве. 3.1 .
f'HU6Rl\М COtHROL
LHANNEL
МUН1:. INtU_ tt:~l
. л-.~
в-
лtв-;;
l
Мf]_щ~- # &
·····- - - --
----.······-----.
--- =
---
--.
___........
i:.
~.$j1 •;:,
"!RIGШ:R
Souп;c Slope
Level
I Cll!J 1-- POS
-
·
EXI
NF:G =•=
T1me l:!ose
1J П$/\j·'(·
--
POSITION
Volts/Uiv
Рис. 3.1. Диалоговое окно виртуального мультиметра фирмы Natiorюl lnstruments
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
ADC10ИADC12
Средн модслсii, преnлаrё1е1\1ых в u1ще в11ен11111х шперфсiiсон, м11-
ш1атюрные а11алого-ц11фровыс нрсобразоватсл11 ADC 10 11 ЛDС 12
коышш1111 PICO Teclшology 11оль:3уются болыноi'1 11u11улярностыо.
Прнчнпоii то~1у служнт 11сключ1псл1>11ая щюстuта 11х пр11л~с11с11ш1
11 достуш1ая нсна. ADC 10 11 ADC 12 11рс/(СТ<1Ню1ют за1\1счатс.:1ы1ую
1ЮЗ1\Ю/iШОСТ11 доба1тенш1 OJtllOI'() llЛll ll.CC]{\JJ!ЬКllX (l[[(IJIOГUBЫX входов
к любоыу ПК.

36
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
Програм1\11юе обеспечение, поставляеl\lое в комплекте с данными
АЦП, сразу превращает 1<0;-.шьютер в цпфровоl1 мультнметр, запо­
м1111ающ11\i осц11ллограф, анализатор спектра и даже в ленточный
регистратор (са;-.юп11сец), прнчеы все эти виртуальные приборы
работают с сигналами в полосе частот от нуля (постоян.ный ток) до
несколышх кнлогсрц.
Подобное оборутюванне при наличии соответствующих датчиков
и устройств нор;-.шровання отлично подходит для измерения и ре­
r11страц1111 са;-.1ых разных физических параметров. Конкретные тех-
1шчсские решения подробно рассматрнваются в главе 6.
Рис. 3.2. Внешний вид АЦП ADC 1О и ADC 12
Концепция, разработанная британской компанией PICO Techno-
logy, весьма орнпшалыш: АЦП ADC 1О и ADC 12 выполнены
в виде простого разъема DB25 (рис. 3.2). Подключение аналогового
сигнала осуществляется с помощью кабеля ч.ер.ез разъеl\1 типа BNC
(CPS0-73).
Достаточно вставить один из этих приборов в разъем парал­
лельного порта (LPT1 нлн LPT2), чтобы превратить последниf1
в аналоговый uход с днапазоном напряжений от О до 5 В. Не нужно
ни батарей, ни другого внешнего источника питания, так как сам
АЦП 11 его источник опорного напряжения потребляют столь мало
энергни, что пнтаются от тех цепей передач11 данных, которые не
задействованы для сuяз11 с ПК. Надо лишь запустить програмыу
PICOSCOJ?E, поставляемую вместе с АЦП, чтобы сразу же полу­
ч1пь щ1фрово(1 вольтметр, запомпнающиi'~ осциллограф и аналн­
затор спе1ара.
Преллаг:~еыый отдельно пакет PICOLOG позволяет, в свою оче­
рсю" 111ювод11п, реп1страц11ю д~шамшш медленных процессов. Он

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИЗДЕЛИЯ
37
обладает также l\llIOПil\111 другш.ш возl\южностямн, которые булут
подробно рассмотрены в главе 5.
Конечно, не следует рассч11тывчп, на то, что за несколько де­
сятков долларов i\lожно получrпь эквивалент пр116ора, стоящего
в тысячн раз дороже.
Основные оrран11ч.ения на прнменсrше рассматр1шаеl\1ых устро1Liств
накладывают 1\1акс1~:\1альная частота 11,11скретнзац1111(до25 кГц) н сднн­
ственный диапазон входных напряженнй (0-5 В). Правда, следует
отметить, что вход защищен от перегрузок до ±30 В.
D4
D2
RЗ
ВАТ42
1N4148 f
REF2~
ВАТ42
15kQ
REF+
Vcc
R2
г-1-----1--+--1t---..------t---1c-----+ IN СLК t---- =-
2+,;'} DO
R1
11
~~------ REF- DOUT t-------'---{й BUSY
D1
-----. GND
CS
ЗD1
1N4148
22@ GND
IC1
К разъему
'-------+---<t---+----_._-------------'
DB25
Вход Е (О... +58)
(LPT1: или LPT2:)
Рис. 3.3 . Упрощенная схема АЦП ADC 1О и ADC 12
Таюш образом, для больнпшства практических пр11ложен11!1
этого прнбора понадобится добавшъ устроl1ство нор:ш1рова11ня
сигнала, в качестве которого может выстуrшть простая гальванн­
ческая батарейка, рез1rсторный делитель папрюkе1шя, К<?JШенса­
тор или операциоп11ы!1 усплнтель с несколью11\Ш рез11сторам11.
Ниже прнведены драйверы, которые позволят легко пнсать про­
граымы для решения любой конкретной задачи 11 на языке BASI С,
1r"на языке PASCAL, 11 на языке С. Эпr вопросы подробно осве­
щаются в главе 5.
На рнс. 3.3 пр11веде11а упрощенная пр1шцпш1алμ1~ая cxel\ta АЦП
ADC 10 11 ADC 12, а на рнс. 3.4 показана конструкция эп1х нздетrl1.
При оч.ев11д110!1 простоте техннческого решення возл10жносп1 нзл1е­
рителыюii системы в з11ач11тельной ыерс определяются се программ­
ньш обес11ечен11ем.
Эта схел1а является хороrшш пр11л1ероl\1 щшме11е1шЯ i\11Ш11атюр­
нl,1х аналого-rщфровых преобразователе!~ с выводо:\1 1111формащ111
в 1юслелователыю:-.1 1c01tc, рассi\ютрс1111ых в главе 2. Ор11пшш11,1юс1ъ

38
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ !ВМ РС
Рис. 3.4 . Конструкция АЦП ADCIO и ADC/2
схемы в том, что опорное напряжение в ней составляет 2,5 В,
а nходное напряжение дел11тся на 2 для получения полной шкалы
устроiiспза в 0-5 В. Подобная хитрость позволяет, кроме того,
вссы,1а эффе1пнв110 н с ыалымн затр;пами зашитить вход АЦП
от перегрузок, а также обоlгmсь для питания устройства напряже­
н11ем около 5 В, получаел1ым от U•'пей ннформащюнных данных
нараллслыюго порта. Для этого 1ш соответствующих выходах
порт'1 програмl\1110 уста11авл11ваются напряжения высокого лог11-
чес1(01·0 уровня.
А11ало1·0-цифроные преобразователи ADC 10 п ADC 12 разли­
чаютсн ыежду со60(1 разряю-юстыо (соответственно 8 и 12 paзpЯJLOR)
11 nхощ1ыJ\1 со11рот11влен11е1\1 (соответственно 200 кОм и 66 кОм).
Крш1е этого, модели можно' разлнчип, но цвету корпуса. На практике
следует уч1пышпь указ;шные ве1шч1шы входных сопротнвлешrй,
сслн 11лаш1рустся 11спользовать стандартные шуны с делителяыи.
Вuз1111каст со()лаз11 сразу предночесл, ADC 12, а не ADC 10, и по­
луч11п, разрсшс1111е в 4096 точек 110 нрнемлемоii цене. Но не все так
просто!
.Пре:ж;tе всс1·0, 11;що uп1ет1пъ, что передача 12 бнт в последо­
ватслыюл1 коде :ы11ш1ает rсак l\1111111ыуы на 50% больше време-
1111, чсл1 11срслача 8 Gнт. От этого с11лыю зав11с1п всрх1шli предел
Ч'1стоты д11с1(реп1:.1ацшr, а 011 должен быть как можно большим ...
Крол1е того, слслует учсс1ъ, что точность лругнх КОJ\1Понентон (хо­
п~ бы BXOJtl!ut·o nелrпею1) составю1ст 1%. Это соответствует раз­
рс111с1111ю в 256 тuчек (8 раз1m1юн), 110 недост;~точно .для точ1юсп1
0,025%, соотвстствуiощеii разрешс1111ю в 4096 точек (12 разрядов).

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИЗДЕЛИЯ
39
Больш1шство осциллографов с цифровой памятью нмеют точ-
1юсть лишь от 2% до 4% 11 разрешенне на уровне 8 разрядов, зато
они работают врн частотах входных сигналов до десятков ыегагерц.
Главный аргумент в польэу ADC 12 состоит в том, что его точ­
ность 1% обеспечивается даже для входного напряжения, сущест­
ве1шо меньшего пятн вольт. Действительно, шаг квантования этого
АЦП составляет 1,2 мВ, в то вре;\rЯ как у ADC 10 он равен 20 мВ
(теоретнчесrюе обоснование данного факта приведено в главе 2).
Следовательно, в диапазоне входных напряжеrшй О В - 300 мВ
аналого-цифровой преобразователь ADC 12 будет таким же точ­
ным, каr< ADC 10 в диапазоне от О В до 5 В. Заметнм, что можно дос­
тичь того же результата н с помощью ADC 10, снабдив его регули­
руемым усилителем. Этот способ будет рассмотрен в главе 6.
ДР_УГИЕ КОМПОНЕНТЫ ЭТОЙ СЕРИИ
Компания PICO Teclшology, расположенная в области, которую
обыкновенно называют английской Кре1шшевой Долиной (в ок­
рестностях Кембриджа), уже много лет спецналпзнруется на прнбо­
ростроешш и системах сбора и обработю1 данных.
Изделия ADC 10 11 ADC 12 - лишь два образца нз всего много­
образия продуктов, разработанных комнаннсii, хо1:я орнпшаль­
ность названных приборов сделала нх бестселлера;\Ш.
Кроме этих двух ·одноканальных устроikтв надо отJ\rетнть ADC 11
(11-канальный, 10-разрядный), ADC 16 (8-капальныii, 8- 11m1 16-
разрядный), ADC 100 (2-канальный, 12-раэрядный), ADC 200
(2-r<анальныi1, 8-разрядный, с частотой днскретиэацин до 100 МГц).
За JICKЛЮЧCI!llel\I ADC 11, который CTOIIT столько же, сколько
ADC 12, и шrеет частоту д11скреп1зац1111 до 15 кГц, область при-
1\Iене1шя перечисленных приборов совсем нная. Действнтелыю,
частота дискретизации с11лы10 зависит от числа входных каналов
п разрядности преобразователя. Напрныер,' нмея частоту днскре­
тнзащш 2 Гц при 16-разрядноы 11 300 Гц при 8-разрядном режиме,
ADC 16 может обрабатывать л11шь очень медленные процессы.
Но при входно;\I сопротнвлешш 1 МОм, диапазоне входного сиг­
нала от -2,5 В до +2,5 В 11 возможности организацшr дифференц11-
альных .входов его можно прныснять для самых «тоню1х~ пршю­
жений, таких как хроматография 11Л11 измерение б11опотснц11алов.
Аналого-цнфровой преобр<1зователь ADC 100 заслужнвает бо­
лее подробного описания, в частности потому, что он за;\~епю

40
ВИРТУN/ЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
превосходит по параметрам ADC 10 (но стоит при этом в пять раз
дороже) и даже ADC 12. Очевидно, что его можно применять
в более серьезных-областях. Выполненный в пластиковом корпусе
(рис. 3.5), который удобнее по сравнению с корпусом разъема DB25,
АЦП ADC 100 имеет гораздо более сложную ·схему, чем его пред­
шественники, так как его конструкция не ограничена требованиями
миниатюризации.
На приведенной фотографии видно, что рядом с двумя разъ­
емами BNC расположены два кнопочных переключателя, комму­
тирующих открытое и закрытое состояние входа (AC/DC). Как
и любой осциллограф, прибор может работать и с открытым входом,
и через конденсатор, препятствующий прохождению постоянной
составляющей входного сигнала. Эта возможность, представля­
ющая в диапазоне 0-5 В лишь относительный интерес, в данном
случае полностью оправдана, поскольку ADC 100 работает как
с положительными, так и с отрицательными входными напряжени­
ями. Более того, он имеет семь пределов измерения, выбираемых
программно: ±200 мВ, ±500 мВ, ±1 В, ±2 В, ±5 В, ±10 В и ±20 В.
Благодаря входному сопротивлению, составляющему ровно 1 МОм
на всех пределах, достаточно любого стандартного щупа с делителем
1:10 для получения дополнительного предела ±200 В.
Таким образом, АЦП ADC 100, имеющий 4096 уровней кванто­
вания (2048 для положительных и 2048 для отрицательных напря­
женнй), обладает при измерении напряжения 25 мВ на входе той же
точностью, что и ADC 10 при измерении напряжения 5 В. Лишь
в редких случаях может понадобиться добавление па его входе
какого-либо внешнего усилителя.
В стандартную поставку .ADC 100 входят пакеты программ
PICOSCOPE и PICOLOG, которые поддерживают его дополни­
тельные возможности. Например, осциллограф PICOSCOPE яв­
ляется двухканальным и может работать даже в режиме «Х- У~
для формирования фигур Лиссажу. Его также можно использовать
в качестве характериографа для снятия вольт-амперных характе­
ристик (БАХ) полупроводниковых приборов или как «анализатор
сигнатур~ тех устройств, для которых отсутствуют пршщнпиаль­
ные схемы.
При обработке сигналов одновременно в обоих каналах реальная
частота дискретизации достигает 53 кГц (при использовании ПК
с процессором 386SX25). Это означает, что сигнал с частотой 10 кГц,

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИЗДЕЛИЯ
41
Рис. 3.5 . Внешний вид платы АЦП ADC 100
прямоугольный или даже треугольный, будет сильно искажен (но
тем не менее пригоден для оценки, в отличие от ситуации с исполь­
зованием АЦП ADC 1О и ADC 12).
В одноканальном режиме при тех же условиях достижима час­
тота дискретизации 106 кГц (до 120. кГц при использовании про-
/
цессора 486/66 МГц), поскольку нет разделения ресурсов между
каналами. Прямоугольный сигнал с частотой 10 кГц в таком случае
будет отображен правильно, возможно, с чуть менее крутыми фрон­
тами, чем на самом деле.
Что касается верхнего предела частотного диапазона ADC 100, то
он объективно лежит в области от 8 до 12 кГц, тогда как, применяя
ADC 10, едва ли удастся перешагнуть рубеж 2-3 кГц.
Иначе обстоит дело при работе с виртуальным анализатором спек­
тра, так как в этом случае не требуется точно восстанавливать форму
сигнала, а следует выполнить алгоритм быстрого преобразования
Фурье (БПФ - FFT). На практике можно получать спектры сигналов
в полосе шириной до 30-40 кГц, а это значит, что полоса звуковых
частот 20 Гц - 20 I<Гц перекрывается полностью. Кстати, можно очень
точно выделить составляющую пилот-сигнала 19 кГц в спектре ра­
щювещательного комплексного стереосигнала системы CCIR.
Цифровой виртуальный мультнметр также имеет дополнитель­
ные возможностн. Для получения среднеквадратичного вольтметра
теперь не нужно устроikтво норыирования, а режим частотомера
·позволяет проводить точнейшие измерения основной гармоники
с частотой до 30 кГц. Это будет отличным дополнением анализатора
4.

42
ВИР ТУNIЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
спектра, который показывает высшие гармоники в спектре вход- .
1юго сигнала.
При этоы в различных режимах на экран J\lожно одновременно
вывести до шести нндикаторов, то есть по три инщшатора на канал:
вольтметр постоянного тока, среднеквадратичный вольтJ\lетр и час­
тотомер. В особенных случаях Иl\Iеется возможность преобразовать
одно нз напряжений или частоту в друпrе, более удобные величины
для прямого отсчета из:-.1еряемого параметра .
Как было указано, АЦП ADC 100 имеет семь пределов измерения,
которые выбираются программным способом вручную или автома­
тически: вольтметр PICOSCOPE может сам искать предел измере­
ния, обеспечивающий наибольшую точность, а в случае использо­
вания виртуального осцнллографа управленпе выбором пределов
осуществляется вручную. Если с этой программой используются
АЦП типов ADC 10 и ADC 12, то она просто подбирает масштаб
шкалы для выводимой кривой.
При работе с программой PICOLOG пользователь должен до на­
чма измерений самостоятельно определить тот предел, который он
сочтет напболее подходящим для каждого канала.
АЦП ADC 100 подключается кабелем, входящим в 1<01\Iплект
поставкн, к разъему параллельного порта ПК (не нужно ни источ­
ника питания, ни даже гальванической батарейки). Прн это:-.1 он
способен обеспечить возможности и характеристики, сравнимые
с некоторыми платами сбора данных, предназначенными для уста­
новю1 в слоты 1\Iатеринской платы.
ADC 100 - это техническое решение, которое uелесообразно нс­
пользовать, если достаточно частоты дискретизации в 50-100 !<Гц.
Для более высоr,шх скоростей стоит выбрать АЦП ADC 200.

ГЛАВА
1
2
1
3
4
5
6
7
Концепция построения виртуального
измерительного комплекса
Аналого-цифровое
преобразование сигналов
Промышленные изделия
СБОРКА
ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО
ИНТЕРФЕЙСА
Универсальный ана!lоговый
интерфейс для последовательного
СТРАНИЦА
1
7
33
порта
44
Версия интерфейса
компании MAXIM
48·
Версия интерфейса
с оптронной развязкой
50
Программное обеспечение
виртуального комплекса
57
Датчики и принадлежности
103
Приложения
131

44
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
01:-.юстоятсльная сборка аналогового интерфейса привлекает преж­
Jlе всего з11ач11телыюii экономней средств, особенно если прн этом не
по11адоб1пся серьезное 1\lатеJ\lатпческое обеспечение, обычно по­
сташ1яеi\юе в ко;-.шлеrпе с промышленнымн изделиями. При таком
1юдходс i\юж110 также выбрать другие способы связи интерфеilс => ПК,
11:шр1шср 1юдrо1ючаться к ПК через последовательный, а 11е через
параллслы1ыii порт, пли же 11спользовать гальваническую развязку,
которая в определенных случаях будет необходи~lа.
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ АНАЛОГОВЫЙ ИНТЕРФЕЙС
ДЛЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПОРТА
Что 1\южст бьпъ более естественным, чем подключение последова­
телыюго АUП к последовательному порту, даже если промышлен­
ные 11здсmтя чаще используют порт параллельный? На самом JJ.eлe
главное преиJ\lущество такого решения состоит в том, что ПК с дву­
мя (11 даже с чстыры.1я) последовательными порта:vш встречаются
гораздо Ч<1Ще, чем ПК с двумя параллельными портами.
С тех пор юн( пояш1т1сь спсuиальные порты для 1\IЫШИ, у ком­
пьютера д~волыю Ч<1сто остается свободным по меньшей мере один
последоватсльныli порт; между тем параллельный порт практичесrш
веста :-занят прш1тером, очень полезньш в виртуальном измери­
тельном коы11лсксе юн~ вывода графиков и числовых результатов.
Еще оюшм преимуществом последователь11ого порта RS 232 явля­
ется более высокая нагрузочная способносп, по сравне1-Jию с бол1>­
ш1111ством пар<u1лельных портов. Она позволяет отчасти разреш11ть
проблему 1111та1шя не всегда :жономнчных схем ннтерфейсов .
Пршщипиальная схема, приведенная на рис. 4.1, построена на
основе cxel\tЫ нромышленных АUП ADC 10 и ADC 12 (рис. 3.3).
В частностн, применен аналогнчныlI входной 1<аскад с делнтелем
напряжсш1я. При нспользонании тех же номиналов резисторов R4
11 RS ( 100 кОл1 для 8-разрядного ADC 10 а 33 кОм для 12-разряд­
ного ADC 12) можно обеспечить автоыатпческую сов~1еспшость
этого устройства со всемн приставками, которые будут оп11саны
в главе 6, - устройствами нормирования снгшшов, дат4rшаын 11 т.п.
И наоборот, совершенно очевидно, что с данным устроilством нельзя
нспоЛI,зовать 11рограм1\IЫ, предназначенные для ADC 10 н ADC 12,
можно применять только те программы, которые написаны именно
ю1я него 11 приведены на сервере \V\V\v.dшk.rн . Та1<же допускается
11сполыюва1ше собственных разработок, основанных на драйверах,
о которых 11оiiдст речь в главе 5.

С1
+
100μF
I16V
IC2
OUT
IN
78L05
01
+
С2
сз
08
1N4148
I
10μF
....,.. 0,1 μF
GND
1N4148
J_
Внешнее
04
питание
С4
REF
(необязательно)
o,1μF.I
2,5V
25Z
02
1N4148
з
-!
8
(ТХD)
R1
Vcc
REF+
8,2kQ
7
CLOCK
(RTS)
IC1 АОС
R2
R5
ТLС 549 IP (В-разрядный) cs 5
8,2kQ
К разъему
100kQ
2
ТLС 1549 IP (1 О-разрядный)
(DТR) DB9
IN LTC 1286 ( 12-разрядный)
RS232
1%
6
8
(CTS)
R4
DдТд
100kQ
03
GND
REF-
Вход
1%
1N4148
4
з
lGND
О-5В
I
зх4,7v
05
06
07
. Ри с. 4.1. Принципиальная схема интерфейса для последовательного порта

46
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
Ном1111алы рез11сторов uход1rого деmпсля в любом случае нужда­
ются в поясненнях, а нх подбор требует аккуратности.
Надо учитывать, что вхошюе сопротивле1ше 1\1111<росхе.\1ы АЦП
последовательного прнбл1~,жен11я (вывол. 2) нмсет, по кpail11el1 мере
во время выполнения преобразования, почти только еl\rкостныii
характер. Прн напряжешш rштання 5 В то1( утечюr в пределах 1 .\!КА
соответствует активной составляющей сопротивлення 5 МОм, что
значительно больше входного сопротивления обычного осuнлло­
графа. Емкостная же составляющая может лоспт:пъ 30 пФ у мш<-
1юсхе.\1Ы ТI~С 1549 11 100 пФ у LTC
А г~цп------- 1292. Это не сильно отл 11чается от того,
r---C>----l__ __J- -;1 -. ..-
1
1
1
1
IГ1
L----------
что сво1u1ствен110 входу класснчсского
осш1шюграфа, 110 случаi'I, 1<0торыi'~ 11ис
интересует, совершенно особый.
Входная еыкость образована эле­
.\1ента.\Щ устройства выборкн-хране­
ния, п она постоятшо из.\1сirяется . Со­
гласно рис. 4.2, шпс1·р1rрующ11й фшшгр,
образуемый этоl1 емкостью С и всякш.1
сопропшлешrсl\l R, включенным после-
Рис. 4.2 . К пояснению эффекта
интегрирующего фильтра
на входе АЦП
1tователыю с входо.\1, определяет время
нараспшия снгнала, пропорuноналыюе щю11звсден11ю RC.
Еслн частота д11скретнзац1111 сл11шко.\1 велика относ11телыю
частоты среза 1штегрнрующего фильтра, то преобразование нач­
нется в тот момент, когла э1ш1шалеrп11ыl1 конденсатор с емкостью С
будет заряжен еще не 110л1юстыо, 11, следоватслыrо, результат
11зi\1ерення будет неверныl\1.
Величины рсзнсторов, выбранные 1tля входных цепе!~ ADC 10
11 ADC 12 (рис. 4.1), былн рассчнтаны так, чтобы гарантпровать
желаемую ТО';IНОсть па высоких частотах д11скреп1зац1111, на котор ,ых
i\rогут работать эти прнборы (около 20 кI ц). Олнако ноi\1111-тлы
рез11сторов можно увеличивать, есл11 rrотребителя устранвают не
столь высою1е скороспr н:зl\lepeшrlr. Прн использовашш нзделн!i
в r<0мплекте с програмi\l:J.1\111, написанныi\111 на языке BЛSIC с шпср­
нретзтороы н выполняе1\JЬШII на 11с очень .быстро.\1 процессоре,
1юм1шзлы можно увеличшъ /{О 500 кОм, чтобы получить стандарт­
ное входное сопротнвленне 1 MOi\1. В обычных случаях прекрасно
подоrlдет IIOJ\I ИШlJI 100 кОi\1 (с ДОl!УСКО.\1 1% JJЛJ[ J\ICJ IЬШС ).
Пою<точе1111е л11ш1!1 унравле1111я 11 тш1111 данных ЛЦП к порту
RS 232 более сложное, чем 1< параллсл1,1Iоi\1у ~юрту. Деilств11тсл1,1ю,
рабочне уровш1 11апряжен11(1 на вшюдах нослсдователыюго аорта

СБОРКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА
41
обычно составляют около 12 В, тогда как АЦП фор:шrрует 11апря­
же1шяотОдо5В.
Для решения этой проблемы в cxei\1e установлены тр11 стабшш­
трона 05 - D7 на напряжение 4,7 В и два резнстора R1 11 R2. Кроме
того, перед шпегральны:\1 стабилизатороы 78L05, форм11рующю.1
напряжение 5 В нз с11гнала лш1ш1 TXD.· должен быть включен
импульсный дпод D8.
Предуоютрен также вход для внешнего источника шпаrшя,
расположенный рядом с аналоговыi\i входом, на тот случай, когда
ПК не сможет обеспечить достаточный уровень напряжсння. Это
бывает, хотя н крайне редко, при нспользовашш некоторых моделе/1
ноутбуков. В такой си,туацин простая 9-вольтовая гальваническая
батарейка надолго обеспечит работу устройства.
Все устройство сыонтировано НС! печатной плате (рис. 4.3), раз­
меры которой невелики, но которая все же не Претендует на разме­
щение в 1~орпусе разъема DB9, подключаемого к ПК.
Рис. 4.3. Топологическая схема печатной платы устройства
Подключешrс через кабель DB9 (внлка/розепса) с оДJю1шснно!I
распайкой (удлинитель, а не нуль-1\юдем) более предпочпrтельно,
чем пряi\юе подключение к разъему ПК. В таком случае АЦП будет
расположен в непосредствешюi! близости от источника сигнала,
а не от ПК, что дает больше нреиi\tуществ, чем недостатков, на тех
частотах, на которых предполагается работать.
Монтажная cxei\ia и фотография, прннеденные на рнс. 4.4 и 4.5,
соответствуют всем тpei\I варпантам устройства, которые можно
собрать самостоятельно:
• 8-разрядный АЦП с TLC 549;
• 10-разрядный АЦП с TLC 1549;
• 12-разрядный АЦП с LTC 1286 плн ADS 1286.

48
Gпd
Напряжение
питания
(+ALIM)
E(0-5V) ~
Gпd ~
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
Рис 4,4, Монтажная схема устройства
.-
- ~J:. "~ '9ffl!,i
f'
"
·~4ф·
'. t~" .· 61.
lf" ·~
'
't~r~ J'
~ ;!!!· 1
1·1'ii
___
..,.ш.... :_ ;,м1.1
,
Рис 4.5. Внешний вид печ.атной платы устройства
Соединительная колодка с четырьмя контактами (или двумя,
сслн нс нрсдполагастся использовать внешний источник питания)
предназначена для подключения входного сигнала.
Подобный способ межблочных сосдинс1шй п.рсдставлястся более
удобн~>IМ, нежели коаксильныс разъемы BNC или RCA («тюль­
пан»), для предполагаемых областей при;-..1снсния, в частности при
нспользовашш приставок, описанных в главе 6.
ВЕРСИЯ ИНТЕРФЕЙСА КОМПАНИИ MAXIM
В практическом применении полезна версия .устройства, разра­
ботанная на основе микросхе~r АЦП МАХ 1241 и МАХ 1243, имею­
щих отличные характеристики 11 рассмотренных в главе 2.
Основiюе отлнчие от предыдущего варианта заключается только
в компоновке печатной платы (рис. 4.6), так как расположение
выводов эпrх компонентов совершенно иное.
Для микросхем МАХ 1241 (12-разрядный АЦП) и МАХ 1243
( 1О-разрядный АЦП) допустимо использовать однп н те же элемен­
ты и одrшаковое их размещение на плате (рис. 4.4 11 4.7).
Учнтывая малую входную емкость этих микросхем (16 пФ),
можно 1юпробовап> как 1\ШНИМум удвоить величины резисторов

СБОРКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 4.6 . Топологическая схема печатной платы устройства
для версии компании MAXIM
49
входного делителя для той же частоты 1хискретизации. Из сообра­
жений унификации и совместимости в схеме целесообразно приме­
нить источник опорного напряжения производства ко.\шашш
MAXIM, параметры которого адаптированы к параметрам описы­
ваемых АЦП. Хотя в этом семействе АЦП существуют модели со
встроенным источником опорного напряжения, зачастую лучшие
результаты получаются при использовании специализированного
и оптимизированного отдельного компонента.
Источник опорного напряжения (ИОН) типа МАХ 6125, распо­
ложение выводов которого приведено на рис. 4.8, выпускается в кор­
пусе SO для поверхностного монтажа (SMD). Это не ~улучшенный
стабилитрон~, а эквивалент высокоточного (1%) трехвыводного ин­
тегрального стабилизатора. Он включает в себя и двухвыводныii ис­
точник опорного напряжения, и необходимый последнему резистор,
вследствие чего потребление тока ус,:тройством существенно снижа­
ется (75 мкА на ИОН и менее 2,5 мА на АЦП).
Для монтажа ИОН в рассматриваемое устройство необходимо
добавить небольшую печатную плату (ее топологическая схема
приведена на рис. 4.9). Она монтируется на основную плату при
]~
Рис. 4.7 . Внешний вид печатной платы устройства для версии компании MAXIM
"

50
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
OUTU8 IN
N.C. 2
7 N.С.
N.С. Э
6 N.С.
GND 4
5 N.С.
МАХ6125
поыощи трех металлнчесю1х штыры<0в, изго­
товленных из выводов резисторов. Штырьки
вставляются в отверстия, предназначенные для
резнстора RЗ и положительного вывода VD4
REF 25 Z (рнс. 4.1 ).
Монтаж ИОН МАХ 6125 непосредственно
Рис. 4.8. Расположение на контсшпrые r1лоuщдки этоl! небольшой пла­
выводов ИОН МАХ 6125 ты (рнс. 4.1 О 11 4.11) не представляет проблеы,
сели использовать паяльник с товюrм жалом, не набирать много
припоя и сначала припаять два днаJ\!етрально пропшоположных
вывода (например, 4 118). Заметим, что припаивать неиспользуемые
выводы N.C. необязательно .
. Выбор варианта будет зависеть от доступности колшонентов и от
возлюжностей пользователя, но было бы интересно собрап> два разных
устройства и сравнить получаемые в разных приложениях результаты ..
Рис. 4.9. Топологическая схема печатной платы
для источника опорного напряжения версии MAXIM
МАХ6125
Рис. 4. 1О. Монтажная схема ИОН для версии компании MAXIM .
ВЕРСИЯ ИНТЕРФЕЙСА С ОПТРОННОЙ РАЗВЯЗКОЙ
Оппсывасмые в юшге устроlrства, как правнло, используются для
11змереш1я параметров с11гналов относительно общего или сетевого
провода. Но в ряде сптуапнй ыогут возшrкнуть проблемы из-за того,
что общнй провод устройства соединен с корпусоl\I ПК.
За исключеннем тех случаев, когда устроlrство работает с пере­
носньш ПК с автоно!\ШЫЫ пнтанием , его нельзя подключать непо­
средственно к цепяl\1, не нзолированным от сетн илп находящимся
под высо1шл1 поте11ц11алоl\1 .
Добавле1111е несколышх онтронов к рассl\lатрнваемоii: схеме по!\ю­
жст ре11шп, эту проблему, хотя 11 п1швод11т к незначительному ухуд­
шешно характериспrк 1штерфсii:са.

СБОРКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА
51
.Рис. 4. 11. Внешний вид печатной платы ИОН, установленной на плату устройства,
для версии компании MAXIM
Каюrl\ш бы параметрами нп обладал оптрон, в не!\[ всегда исr!оль­
зуется оптнческий принцип передачи сигналов без всякой гальва­
нической связи. При этоJ\1 11 источник, 11 приемник оптического
.излучения разl\1ещены в едином корпусе. Для пер'едачи излучения
от источника к прнемшшу используются различные технологии,
описание которых выходит за pal\[KII данной главы. Особенности
этих технологий определяют основные характеристики оптрона,
Qбеспечнвая, в частности, необходимый компромисс l\[ежду сте­
пенью пзоляцш1, коэффнциентоl\[ передачи 11 быстродействием.
Рис. 4. 12. Схема и расположение выводов типового оптрона
В болыuшrстве слу1 1аев 11сточш1ком 11злучення служнт светод11од
11з арсе111ща г;u1л11я, работающнii в блшкнеif ннфракрасноii област11
снектра. Прн этом спектр его 11злу 11е1шя пракп1чес1ш совпадает с об­
ластью i\1аксш.1а11 ыюii спектралыюl! чувств1пслыюсп1 кре;-.ншевых
фотопр11елш111юв, 11аr1болсе дешевых 11 ш111ю1со распространенных.
R с11ец11алы1ых оптронах l\1О1·ут нсполь::юваться 11 друг11е 11злу­
'l<lТС1111, т1ш11е как l\1111111атюр11ые лаl\!ПЫ накал11ваш1я нли газо­
ра:зрядные свсттrзлучающ11е 11р116оры, 11апр11l\!ер неоновые. В ка­
честве фото111mеl\111111<ов l\[OЖllO часто встретнть фоторезисторы,
как, 11апр11!\[ер, в оптопарах - лаl\!па накал11ва1шя-фоторез11стор,

52
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
широко применявшихся лет двадцать назад. Эт11 оптопары исполь­
зовались в звуковых трактах в качестве потенциометров с электрон­
ным управлением.
Оптроны неоновая лампа-фоторезистор применяются в основном
в качестве детекторов посылок вызова в некоторых специализирован­
ных телефонных устройствах.
Самые распространенные оптроны выпускаются в I<орпусе DIP6
11 строятся по схеме, приведенной на рис. 4.12: инфракрасный све­
тодиод оптичесюI связан с фототранзистором, три вывода которого
являются выходами оптрона.
По рис. 4.12 видно, что принятое расположение выводов обеспе­
чивает максимальное расстояние между входом и выходом. Оче­
видно, что при такой конструюнш нет необходимости делать
оптрон с изоляцией, выдерживающей напряженИ:е 3000 В, если
напряжение пробоя между контактными площадками или печат­
ными проводниками составляет всего около 500 В.
Вывод базы обычно не используется, так как транзистор пере­
ходит в проводящее состояние в результате фотоэлектрического
~ффекта. Тем не менее иногда встречаются .схемы, где между базой
11 эмиттером включен резпстор. Обеспечивая быстрое рассасывание
накопленного в базе заряда, такое схемное решение заметно улуч­
шает время срабатывания оптрона, но, I< сожалению, за счет сниже­
ш1я его коэффициента усиления по току нли 1<0эффнциента пере­
щ1чи. Надо заметить, что этот резистор уменьшает также и обратный
то1< коллектора.
В некоторых случаях вывод базы можно использовать для управ­
ления транзистором независимо от состояния светодиода, но при этом
надо следить, чтобы не нарушились изоляционные свойства оптрона.
Такой распространенный оптрон, как TIL 111 (аналоги МСТ 2,
Н11 А2 и т.п.) имеет напряжение изоляции 1500 В, полосу пропус­
кания 300 кГц и коэффициент передачи тока около 8%. Это значит,
что при: снле тока светодиода 10 мА снла TOI<a фототранЗистора
будет составлять не более 800 мкА.
Оптрон 4N28 при напряжешш нзоляцни 500 В нмеет коэффи­
циент передачи тока 10%, тогда как 4N25 имеет тако1u1 же коэф­
фициент при напряжешш нзолящш 2500 В.
У моделей пша SL 5500 (специальный телефонный оптрон)
коэффнциент передачи тока может составлять до 40%, а напряже­
нне нзоляцни равно 3500 В при постоянном токе илн 2500 В (эф­
фективное) прн переменном. ОптронSL 5501, цена которого чуть
ниже, имеет коэффициент передачи тока не более 15%.

СБОРКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА
53
Что касается оптрона CNY 17-2, широко применяемого в теле­
фонии, то его коэффициент передачи достигает 80%, напряжсшrс
изоляции составляет 4400 В, а ширина полосы пропус1«11111я -
более 1 МГц.
Некоторые оптроны, выпускаемые в корпусах DIP8, 11с1юльзу­
ют фотодиод, соединенный с транзпстором, нс чувств1псльным
к излучению, а служащим лишь для усиления тока фотод11ода. Так
как для правильной работы на фотодrюд должно быть подано
обратное напряжение смещения, создающее соответствующнй об­
ратный ток, оптроны такого типа и:\1еют дополнительный вывод
для его подключения, обозначаемый VCC.
Таким образом можно получить оптроны с достаточно высо­
ким коэффrщиентом передачи и с исключительны;о..1 быстродействи­
ем - 11 МГц для элемента CNW 136 компании He\\гlett Packard.
Оптрон HPCL 4562 того же изготовителя, спеннально предназна­
ченный для передачи аналоговых сигналов, имеет полосу пропус­
кания 17 МГц при коэффициенте передачи тока 200%.
Но са~1ым популярным решением для радикального уве1ш•1е.1шя
коэффициента передачи тока является применение составного
фототранзистора, построенного по схеме Дарлингтона. Это решение
ис11ользуется при нзготовленни широко распространенного оптрона
4N33, имеющего высою1й коэффициент передачи тока - 500%,
но полосу пропускания только 30 кГц.
Более быстродействующий оптрон CNW 139 (про11звод11тсль -
He\Ylett Packard) имеет рекордный коэффнцнсш псредачн 3000% -
ш1ыl\ш словами, усиление в 30 раз.
.
В схеме интерфейса, представленной на рис. 4.13, 11спользова11ы тр11
самых дешевых оптрона 4N33, но для улучшения параметров этого
АЦП можно применять более качественные и дороше КОl\IПоненты.
Применение оптронов с большим коэффициентом передачи по­
зволяет обеспечить простоту схемотехнических рсшенпй, достиже­
ние которой является одной из целей данной юшп1.
В более серьезных проектах между оптронамн и АЦП наверняка
будут включаться лопrчесюrе схемы с трнrгераын Шмrпта, служащн-
1\Ш в качестве формирователей для быстроизмсняющ11хся снгналов.
Малогабаритные последовательные АЦП способны обсспсчrпь
большие выходные токи, что позволяет подключать светодиод
оптрона неrюсредственно к. их выходам через резистор сопропш­
ле1шеl\1 всего 2,7 кОм. Этого достаточно, чтобы фототранзнстор
оптрона нормально работал с входнымн лиш1ям11 порта RS 232
КО!\Ш1>ютера, получая напряжение питания от линии RXD того же

54
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
порта через такой же резнстор. Следует учитывать, что напряжение
на этой лшши более высокое - иногда выше 12 В.
Для защиты от отрнцателыюго напряжения, появляющегося на
выводах порта RS 232 и также воздействующего на светодиоды
через резистор сопротивлением 2,7 кОм, в схему добавлены диоды
D1 11 D2 1N4148.
Фототранзисторы оптронов ОР1 и ОР2 формируют управляющие
сшналы, которые воздействуют на входы АЦП, соединенные с общим
проводом резисторами сопротиsлением 82 Ом. Такой но~шнал, не­
обычно малый и вызывающий потребление большой мощности, не­
обходш1 для повышения крутизны фронтов управляющих сигналов.
Таким образом, гальваническая развязка целиком обеспечена
со стороны цифровой части, а схема аналогового входа осталась
абсолютно идентичной схеме, показанной на рис. 4.1.
В остальной части устройства тоже есть несколько особеннос­
тей. Так, для подачи напряжения питания ни в коем случае нельзя
использовать порт RS 232, иначе будет нарушена созданная галь­
ваническая изоляция. Поэтому необходим внешний источник пи­
тания (например, гальваническая 9-вольтовая батэрея). В кач_естве
стабилизатора выбран 1<0мпонент LM 2931, имеющий очень малое
падение напряжения на регулирующем элементе, что позволяет
при необходимости обойтись источникоl\1 питания 5 В. Если же
есть уверенность, что внешнее напряжение питания будет всегда
больше 5 В, то можно при:'lrенить обычный стабилизатор 78LOS,
уменьшив емкость конденсатора на выходе стабилизатора до
10 l\tкФ. При использовашш внешнего источника питания тре- .
бования к эиергопотреблепшо становятся менее жесткими, по­
этому источник опорного напряжения REF 25 Z может быть за­
менен на менее эко1юl\шчный, но более дешевый и при этом
ш1еющиii точность 0,2%, а пе 1% (например, LT 1009 CZ производ­
ства ко~шашш Liпеаг Teclшology).
При пзготовленин этого модуля нспользована односторонняя
печатная плата, чуть более длинная, чем предыдущне, но имеющая
ту же шщшну. Ее тополоГJilrеская схема показана на рис. 4.14.
Можно заl\lеппь, что одна контактная площадка ИОН I~T1009 CZ,
предназначенная для l\ЮIПажа элементов цеш1 точной подстройки,
никуда 11е rюлю1юче11а. Вероятно, такое же 11зменею1е понадобится
в11ест11 в р11сунок печатно!~ платы, пр11всде1шы!1 на рнс. 4.3, если
возннкнет необходимость примешпь данны1v1 ко11шонснт вместо
REF 25 Z. Это представляет определенный интерес для 10- II 12-раз­
рядных верен!~ АЦП.

+
С1
I10μF
16V
00
1N4148
С2+
1ooμFI
16V
+
Внешний
ИСТа.-!НИК
питания
_
!5-158 D51N4148
R5
100 kQ
1%
R4
Вход
100 kQ
1%
о... +5 v
D4
.!
1N4148
2
IN
ОР2
8
Vcc
REF+
7
IC1-ADC CLOCK ---+--~
ТLС5491Р
(В-разрядный)
ТLС15491Р
(10-~ный)
LТС1286
(12-~ый)
GND
REF-
4
з
cs
DATA
5
6
RB
2,7kQ
R6
R7
82Q
82Q
R2
ОР1
4NЗЗ
.. ... ..
.......
R1
ОРЗ
4NЗЗ
IC2
OUT LМ2931
А2.-5.0
GND
4
(DТR)
(RTS)
(ТХD)
8
(CTS)
ГGND
Рис. 4. 13. Принципиальная схема последовательного АЦП с оптронной развязкой
Q
о\)
~
~S:
щ
:s:
Гi-1:::j
о-
:r:
о
ё3
:s:
:r:
Гii\)
еni
:S:·
Q
Кразьему
DB9
RS232

56
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
Рис. 4. 14. Топологическоя схема плоты последовательного АЦП
с оптронной развязкой
Расположение элементов схемы на печатной плате показано
на рис. 4.15 и 4.16. Подключение устройства к ПК производится
при помощи такого же кабеля с разъемами DБ9, какой использо­
вался в предыдущих случаях.
+
Е
Gпd
"_" - Общий
"Е" - Вход
"+" - Напряжение питания
"Gпd" - Общий
Рис. 4.15 . Монтажная схема последовательного АЦП с оптронной развязкой
Рис. 4.16 . Внешний вид плоты последовательного АЦП с оптронной развязкой

ГЛАВА
СТРАНИЦА
1
Концепция построения виртуального
измерительного комплекса
1
2
Аналого-цифровое
преобразование сигналов
7
3
Промышленные изделия
33
4
Сборка измерительного интерфейса
43
5 ПРОГРАММНОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ВИРТУАЛЬНОГО
ИЗМЕРИТЕЛ.ЬНОГО
КОМПЛЕКСА
Коммерческое программное
обеспечение
58
Программное обеспечение
частного применения
71
6
Датчики и принадлежности
103
7
Приложения
131
5.

58
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ !ВМ РС
Выбор того нли иного комыерческого программного обеспечения
(ПО) для виртуального 11змерительного комплекса определяется как
кош<ретным тшюl\1 аналогового шперфейса, имеющегося в наличии,
так и особенностяl\111 измеренш\ которые необходимо проводить.
В целом программы, поставляемые с промышленнымн интер­
фе{rсами, являются лучшиl\111, если говорить о возможной частоте
дискретизацни, и часто могут работать в таких сложных режнмах,
I<ar< спектральный анализ сигналов н т.п. Их адаптация для неко­
торых задач иноtда требует значительных усилий, так что в подоб­
ных случаях предпочтительнее написать несколько строк программы
на языке BASIC, чтобы достичь желаеыой цели.
В данной главе будут последовательно рассl\lотрены эти два раз­
ных, но взаимодополняющих способа практического воплощения
концепции построения виртуального ИЗ!\lерительного комплекса .
КОММЕРЧЕСКОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Рассмотри~~ вначале программное обеспечение,. поставляемое в ком­
плекте с АЦП ADC 10 и ADC 12.
Пакет PICOSCOPE
PICOSCOPE - это универсальное приложение, в котороl\1 прн по­
мощи меню можно в любой моl\1ент выбрать тип прибора, нужного
пользователю:
• цифровой вольтметр постоянного или переменного тока (сред-
неквадратичный);
• цифровой частотомер;
• запоминающий осциллограф (от 1 мс/дел до 5 с/дел) ;
• низкочастотный анализатор спектра.
Версия пакета для DOS позволяет использовать одновременно
только один виртуальный прибор или несколько мультиметров,
тогда как версия для Windo\vs допускает многооконность (рис. 5 .1),
хотя этот режим заметно заl\lедляет работу всей снстемы.
Очень важно отl\lетить, что при работе с сигналаl\IИ переменного
тока необходимо обеспечивать достаточную величину постоянного
Сl\lещения входного сигнала. В противном случае вся1<ая отрнца­
тельная составляющая будет игнорироваться (диапазон ИЗl\rерений
составляет от О до 5 В, п только новые модели ADC 40 и ADC 42
имеют входной диапазон ±5 В).

ПРОГРАМ1v1НОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУN/ЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 59
._о
з.о
?.n r\ "\.fV'/\ (\ 'f' \ !\
:::J\/ v
\
J J\ vv\'""
о.о o.s 1.0 1.s 2.0 2.1 .J з.о з.s
. c.u 4.!1 s.11
,
24riov191J1 16:?1
Рис. 5.1. Иллюстрация многооконного режима программы PICOSCOPE
Подача переменного напряже1А~я прямо на вход ADC 10 вли
ADC 12 не приводит к их выходу нз строя (по I<райней мере, до 30 В
пюювого значения или до 20 В эффективного). Но при этом пока­
зания средне1<вадрат11чного вольтметра будут абсолютно невер­
ны1ш1, осциллограмма окажется урез:шной ·( однополупер11одное
вьшрямлен11е), а спектр будет ис.кажсн паразитнымп спектраль­
ными шшиями (появятся четные ~·армоники).
Есть много вспомогательных способов (например, испоЛI>зошшне
гальванической батарейки, включенной последоватеш,но с входом),·
которые позволяют обрабатывать сигналы переменного тока с нуле­
воi'I HЛII малой постоянной составляющей, но более предпочт11-
телыю использовать хотя бы простое устройство нормирования
сигналов· (см. главу 6).
.
Хотя АЦП ADC 10 и ADC 12 можно подключить к любому IВМ­
совместнмому ПК (желателен экран VGA, но достаточно н CGA),
не рекомендуется нспользовать программу PICOSCOPE с про­
цессорами ннже 386, в краii11ем случае, 286. Вполне прнгодвы
:модели ПК типа 386SX25, но, естественно, более совре;-.1сш1ые по­
дойдут лучше.
В случае сбора даш1ых о параметрах медленных процессов ( сня­
тие кривых заряда 11m1 разряда а1шуl\lуляторов, 11зыерс1111е тс;-.ше­
ратур 11 т.п.) можно быть уверс1шьш, что даже старого нропсссора
8088 с таюовоii частотоrr 4,77 МГц будет достаточно. Но л:ля рабо­
ты с шiм надо 11с110льзовать другую программу, напрныср PICOLOG
или ПО, которое приводится на сайте \\1\V\\1.d111k.гt1.

60
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
В целом желательно начат~, работу в режиl\lе осциллографа, с вы­
всдо~1 графшш (рнс. 5.2 11 5.3). Такпм способом можно выявить все
возl\lожные ограничения сишала или другие явления, способные
повредпть точност11 нзмерсний 1<ак11х-л11бо спец11ф11чесю1х величин.
-
"
~.о
4.S
с.О
J.~
з.о
2.~
7.В
/,,-,,\_
/ •..-.....\.\
1/~'\.\
,. 1.5
/
\
.
/
'
'- 1 .11\
/
/
;u~\
/
/
\
/
\
}.
'·J
'',~/
\~
' .......
!: о.оо
1n
16
18
lll
Рис. 5.2. Экран виртуального осциллографа в режиме Windows
Как и пр11 11спол1>Зовашш любого другого осщ1ллографа, следует
Поl\1юпь, что воспроизвести точную форму сигнала 1\Iожно только
тогда, когда верхняя частота его спектра гораздо 1\Iепьше полосы
пропускания 11зl\1ер11телыюiI цепи. Это значит, что в данном случае
желательно ограничиться сигналами с частотой не более 2 кГц.
Еслн же превысить разуl\шые пределы, можно получпп, очень
крас11вые крнвые, но с ошнбкаl\111 в несколько порядков. Причиной
тому - класспческое явление, называемое наложением спектров.
Оно проявляется в любо\1 системе, в которой частота дискрети­
защш меньше частоты обрабатываемого с11гнала.
Через систеl\lу иерархических 1\Iеню можно выбирать самые раз­
ные реж111\1ы работы, в основном соответствующне класс11ческим
реж1шаl\1 работы осциллографа: выбор режима сннхроннзащш ,
выбор частоты разверпш, успления и смещен11я (в последнем
случае желательно пр11менять внешние электронные устроттства).
Прн этоl\·1 есть возl\ю:жнос1ъ сохранить ре зультаты 11змерен11я на
д11ске либо распечатать осц11ллограммы нли спектры на бумаге . Ре­
зультаты могут быть также записаны в таблнчной форые, пригодноi:'1
для обработк11 в проrраыl\1ах электронных таблиц, в текстовых ре­
д;шторах нлн в графнчесю1х пакетах.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 61
5.0uott~
4.5
4.0
з.:-.
з.о
\~•
'~/iАА
2.5
/·1 / 1\ /\\ !\ 1.1\1 ,1\1!\ /1
2
·
0
/
/
1i1\\/111
11i',
1!!l!\111
l.v/!/vV
1
!/tr1;/у
i.o
О.'5
O•l:\i
2
3
7
s
9
·~
Рис. 5.3. Экран виртуального осциллографа
Хотя анализатор спектра с полосой 2 кГц может вызвать улыбку
у скептиков, анализатор, rюторый входит в состав пакета PICO-
SCOPE, - совсем не игрушка, несмотря на его упрощенный алго­
р1пм (для повышения быстродействия). Его точность л~шо оце­
шпъ, проанализировав двухчастотные посылки DTMF, состоящие,
как известно, из пар частот звукового диапазона 11 применяемые
в телефонии для передачи цифр набпраемого номера.
Понятно, что анализ сигналов с частотой 50 Гц не представляет
проблем, а это ОП<рьшает пшрою1е воз!\юж1юсп1 в нзучешш различ­
ных устройств, работающих от сети.
Вольтметр выполнен в виде цифрового табло, видимого с боль­
шого расстояния (например, с последней парты н классе). В вер­
сии DOS он снабжен также линейной шкалоii:. Это в некотором
смысле аналог осциллографа с выключенной разверткой; постоян­
ное напряжение отображается просто черточкой на экране, а пере­
менная составляющая выглядит как полоса, шир1ша 1<0торой равна
двойной амплптуде сигнала. Этого достаточно для анализа огра­
ничений сигнала без осцнллографнчесюrх наблюдений.
Таким образом, в положешш DC (постоянный ток) будет из­
мерено среднее значение, а н положешш АС (переыенныl1 ток) -
среднеквадратичное (эффективное) значение напряжения, ка1<0ва
бы ни была форма входного сигнала. Подобных возмож11осте1u1 не
могут пр~доставить 1\НЮПiе обычные мульт11метры.

62
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
Пакет PICOLOG
Регнстратор на бумажноli ленте (самописец) до снх пор широко
пр11меняется для в11зуализащш медленных процессов с длитель­
ностыо от несколышх секунд до несI<ОЛЬЮIХ часов, дней ИЛI! даже
месяцев. Основной недостаток та1шх приборов состоит в их до­
роговпзне (цена достигает нескольких тысяч долларов).
Пакет PICOLOG 11 однн нз аналого-цифровых преобразователей
компашш PICO Тес\шо\оgу всего за несколько десятков долларов
позволя.~от превратить любой ПК с принтером в виртуальный регис­
тратор, способный выполнять не только функции обычного само­
писца, 110 11 некоторые другие. Несомненно, это удачное решение,
которое должно заинтересовать читателя.
Что касается медленных процессов, то па1<ет PICOSCOPE поз­
воляет обеспечить максимальную длительность развертки 50 с
(5 с/дел). Программа PICOLOG очень хорошо дополняет PICO-
. SC OPE, имея частоты разверток от одного измерения в милли­
секунду до одного измерения за N дней.
Пакет PICOLOG, выполняющий функции ленточного регис­
тратора, - это прежде всего программа сбора данных: она накап­
лнвает в определенном файле привязанные к текущему времени ин­
формационные данные, получаеыые с заданной частотой опроса.
Это могут быть результаты обработки нескольких последователь­
ных нзмсрений (эффекты прнменен11я фильтрации или усредне-
1111я). Именно нз эшх данных PICOLOG затем выводит один или
несколько отчетов, представленных в виде rрафюсов или цифровых
таблиц.
Естественно, отчеты могут быть либо распечатаны на бумаге, ли­
бо экспортированы на д11скету в самых разных форматах, либо прос­
то выведены на экран (рис. 5.4) как с задержкой, так 11 в реальном
масштабе нремеш1, еслн ннтервал :между отсчетами больше 50 мс.
Поскольку перед начало:-.1 11змерениi'1 совершенно 1iеобязатель-
1ю задавать в11д отчета, его можно вывести в любой форме 11 с лю­
быl\1 набором данных пз тех, которые уже зап11саны на днске. Прп
это:-.1 l\!ожно обойтись 11 без 11спользоваш1я пршпера. Измерения
l\IОГут быть сделаны на портат11в11ом ПК нлн на старом ХТ с пpo­
ucccopol\I 8088, а затеl\1 обработаны на более l\ЮЩНО!\1, во l\leнee
ыобнлыюм коыпыотере - просто потребуется скопировать 11 пере­
слан фаi'rл!

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 63
100
80
60
40
о
-20
-40
о
TEMPERATURE
,
__г-,__
~-
-
__,
1
'r-
/
L/-
5
10
'
15
20
25
Time (msE4)
Run C:\adc1 O\\og\temp: co\lected 12: 11 on 17Jun99
Рис. 5. 4. Резуль тат вь1вода информации на экран
при использованиИ 'пакета PJCOLOG
temp
30
Именно на этом этапе - этапе расuшфровюr результатов
-
логич­
но воспользоваться шщююrl\Ш возможностями пакета PICOLOG
для обработки полученных данных: привязкой к шкале с исполь-·
зованнеl\! l\Iасштабного коэффицнеш;а, полиномиальным или даже
табличныl\! преобразованием, совмещеннеl\! результатов несколышх
rrзыерrrтелr>Йых каналов и др. В обще:\1, это.означает, что PICOLOG
способен лrшеаризовать данные любого датчика, характеристики ·
которого точно известны.
Естественно, l\!ожно вьщелить II распечатать или вывести на э1(ран
по отделыюспr вес шпересующие участки записи любого длитель­
ного процесса, так же, как если бы лента обычного регистратора
разрезалась на куски для подробного нзучения.
Для хране1шя· rшформационных данных измерений и форм от­
четов не нужны разные файлы. Каждому набору данных соот­
ветствует' один файл в специальном форl\Iате PLR (Pico Log Run).
Он содержит уже собранные данные, а характеристшш выводиl\!ых
отчетов добавляются в этот файл по 1\lCpe их фор:'.шрования. Надо

64
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
также замстнть, что одrша[(ово легко вывссп1 сдсла1111ыfi отчет по-
1порво, 011ределrпь в11д нового отчета для того же набора данных
11л11 же 11з:\1ешп1, внд сделанного отчета. Это оче11ь удобно, 110 нс­
l\!Ного опасно, так как в подобном случае есть рнск потерять нс
столько са11.111 данные, сколыю фор:\1Ы и настройю1, копия которых
l\IОЖет 11 не сохрашпъся . Поэтому слелует постоя1шо 1iот,зоваться
11.11югочисле1шы;-..ш с11особа:\ш копнровання и сохранения, которые
программа предлагает в своем меню «управление фаliлаын~. 11 по
возl\южносп1 всегда работать с копией. Это обязательно должно
воlпи в привычку, если еще не вошло.
Правилыюе прнмевение пакета PICOLOG подразуl\1евает после­
довательное выполнение большого количества этапов, причем
в определенном порядке, нач.11ная с вызова множества меню . Неко­
торая сложность прохожден11я эп1х этапов - плата за огромные воз-
11.южности программы . Очень важно разобраться в пршщ11пах рабо­
ты PICOLOG, иначе можно попасть в «замкнутый кругi> и вообще
не добиться желаемого.
Прежде всего , надо выполшпь ннсталляцшо программы с днс­
I<еты, следуя приведенным указанням, которые могут разлнчаться
в зависимости. от всрс11и .
. По ; о. . 1и l \1 0 пак ето в PICOSCOPE, PICOLOG и конфнrурац11011ных
файлов, создаваемых в процессе ннсталлящш, есть еще файЛы драй­
веров, необходимых для вывода ннформации на при11тер нли. для
экспорта в различные офисные програмl\1Ы. Файлы из стандартной
поставки работают с болышшством современных пршперов, а если
желателыю вывод1пь ннформацшо в форматах ВМР 11л11 РСХ (для
\Viпdo\\ТS), PostScгipt, TIFF 11 т.п., то надо «11зготовить:1> спецпаль-
11ыl1 драi'rвер прн 110!\ющн ут11л11ты, продаваемой отдельно.
Надо отметить, что дра{1всры бы1111 написаны не самой компа­
н11еi'1 PICO Teclнюlogy, а ко:\шанией, спец11ал11з11рующейся в дан­
ной области, - Flemiпg Soft,\rare . Иыешю поэтому программа
выдает граф11чесю1е изображения очень высокого качества. Одна­
ко не рекомендуется постоянно нсrюльзовать опцию «высокое раз­
решенне~:> при печати на матричных пр11нтерах . На старых ПК
в этом случае шюгда l\tожст потребоваться до получаса времени
для распечатки од110!1 стра1111цы; кро~1е того, улучшен11е 11зобра­
же1111я достигается в ущерб точ1юсп1 построения кр11воiI (эффект
« сглаж11ва1111я» ).

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 65
Пом11мо настрой1<I1 параметров печати со все:vш опц11я1ш1 по фор-.
матам, ориентации. и разрешению, процедура инсталлящш поз­
воляет определить пш прнl\lеняе:vюго АЦП и порт, к котороl\lу он
будет подключен. Понятно, что если АЦП подключен к параллель­
ному порту, то последний уже нельзя использовать для подклю­
чення прннтера. Есть два варианта решения этой проблемы: заре­
зервировать за АЦП второй принтерныl1 порт (LPT2) пли выводить
данные для печати в файл, создаваеl\IЫЙ на днске. Распечатать доку­
l\lент, офорl\lленный такиl\1 образом, :\южно в любое другое вре:мя
и на любом другом компьютере. При этом надо учитывать, что файл
будет очень велик, - гораздо боль.ше, чем результаты измере11иl1.
Перед те:v1 как перейти к практическому использованию вирту­
ального регистратора, будет полезно с ПО!\Iощыо опции вывода
числовых величин («показать напряжение АЦП») проверить пра­
вильность измереппя папряже1шя АЦП в днапазоне от О до 5 В,
подаваемого на его вход. Если возникают каюrс-лнбо опшбюr, сле­
дует убедиться в правнлыюстн всех соед11пеш11v1, а также проверить,
нет ли аппаратных конфликтов 1\Iежду ПК и АЦП (ес1ш онн есть,
то такие же 1<онфл11кты появятся 11 прн использовании програМl\IЫ
PICOSCOPE).
Как правило, подобные проблеl\IЫ возникают только при исполь­
зовашш портапшпых ПК, в которых для снижения э11ергопотреб­
леш1я применены нестандартные решения в схеме порта.
Прежде чеl\1 начать сеанс из:v1ере11иi'1 11 приступить 1< обработке
результатов при создании отчета, необход111\Ю выполнить множество
операций. К счастью, необязательно каждый раз проделывать все
эти операцшr с пуля, так ка~< предус!\1отрена простая процедура
для перезапуска любого проведенного ранее сеанса. Надо просто
присвоить другое имя фаiiлу, чтобы 11е повредить старыli фаi'rл
прн вводе новых дшшых.
Пользователю реко~rендуется ;за.ранее подготовнть несколько так
называемых калнбровочных таблиц, соответствующих текущим за­
дачаl\1. Впоследствiш таблнцы можно будет пспользовать по м~ре
надобностп.
В табл. 5.1 приведены 11екоторые прнl\lеры. Опн показывают, 1<ак
зап11сывап, на бумаге во временно!\1 масштабе значение напряже­
ния, н:..1ме11яющегося от О до 5 В илн же прнведешюго к этому
д11апазо11у внешшш устройство:v1 нормнровання вход1ю1·0 снгшLтrа.

66
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
В первом пр11мсре значения реп1стр11руются каждую !\ШЛ.Тшсеку11-
ду (это са:-.rая высокая скорость рег11страшш) сто раз подрял. Каж­
дая цнфра представляет результат выч11слен11я среднего з11ачен11я
по тре:\1 соседшш выборка:-.1, нз расчета «одно измерение за каж­
дые 100 мкс». Такнм образом, выч11сление значения для регистра­
ц1ш практически выполняется за 300 мкс.
Надо отыет11ть, что такой режны соответствует прел.елы-1ы:-.1 воз­
можностям АЦП ADC 10. Пряыоугольный сшнал с частото(1 100 Гц,
обработанный с помощью процессора 386SX25, будет выведен
с заметно заваленнымн фронтами. А со старым ПК на процессоре
8086/8 МГц нш1 8088/4,77 МГц нежелательно превышать даже
частоту 10 Г11. Но какой бы ПК ни 11спользовался, гарантпровапы
отличные результаты для любого входного снгнала с частото1u1
меньшеii 11л11 равной 1 Гц. Таюш образом, обеспечено согласование.
с возможностями программы PICOSCOPE.
.Во втором.примере также репrстрпруется одно значение за 1 ~rc,
но тысячу раз подряд, то есть в течение одно(~ се1сунды.
Третий пример иллюстрирует измерение, проводш.юе в течение
одной минуты, со скоростью одно значение за десять миллисекунд.
Такая скорость выборки достаточно высока для того, чтобы можно
было выводить отчет на экран непосредственно во время рег11стра­
-цш1. В этом случае пользователь 'ув11д1п сообщенне о ТО!\!, что. ндет
про11есс регистрац1ш.
В четверТО:\! Пр!Шере реГIIСТрируеТСЯ 14400 Зl!аЧе!ПIЙ В час'
со скоростью одно значение за 250 мс (то есть 4 значения в секунду),
но каждый раз вычисляется среднее ар11фметическое по десяти
измеренияы вместо трех. Это позволяет лучше .отфильтровать
возможные помехп, способные исказить внд кр11во(1. Такая ско­
рость сбора данных позволяет выводить отчет на экран в течение
всего пер11ода измерений п даже из!\\енять параметры процесса
прямо во время работы.
Верхняя часть таблицы («Параметры сбора данных» и «Пара­
метры канала») соответствует тем настройкам, I<оторыс необходш.ю
провести до начала работы. Все остальные этапы относятся 1< обра­
боп<е результатов, а значит, 11х установка может быт1, проведена
по 01<ончани11 процесса нз:-.rеренш1. Можно задать ющ отчетов и в ca-
1\IOJ\t начале, есл11 заранее 11звеспю, какой реЗу лыат надо получ11ть.
Естественно, ·это необход11мо сделать 11 прн ньшоде отчета непосред­
ственно 1? процессе 11з!\\ереннlr.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 67
Таблица 5.1. Пример калибровочной таблицы
100 мс
1с
1 мин
1ч
Параметры сбора данных
Интервал выборки
1
1
10
250
Единица
мс
МС
мс
мс
~
Число выборок
100
1000
6000
14400
::I:
Параметры канала
~ Канал
о
о
о
о
а..
@ Имя
ADC10
ADC10
ADC10
ADC10
(.)
Минимум
о
о
о
о
Максимум
.r--
255
255
255
255
Число отсчетов
3
3
3
10
Метод обработки
Усреднение
Усреднение Усреднение Усреднение
Выбор параметров
Имя
Напряжение Напряжение Напряжение Напряжение
Единица измерения
Вольт
Вольт
Вольт
Вольт
•s
Диапазон
5
5
5
5
~ Кол-во эн. nосле запятой
1
1
1
1
Шкала
Линейная
Линейная
Линейная
Линейная
~
Настройка линейной шкалы
(.)
::s: Градуировка шкалы
Вольт
Вольт
Вольт
Волы
~
::s:
Общий параметр
ADC10
ADC10
ADC10
ADC10
о
::I:
..D
Сдвиг нуля
0,0 в
0,0 в
0,0 в
0,0 в
~ Коэффициент
0,01961 В/МЗР 0,01961 В/МЗР 0,01961 В/МЗР 0,01961 В/МЗР
о::
u::i
Настройка отчета
@
::s.. Y=F(t)
100 мс
1с
1 мин
1ч
CD
о
х мин.
о
о
о
о
!;i
~ Х макс.
1000
1000
60000
3600000
~
m Формат
Линейный
Линейный
Линейный
Линейный
а..
~
Вертикальная ось координат
~ Выводить
Д1
Д1
Д1
Д1
u::i
о Метка или ед. измерения
Волы
Волы
Вольт
Волы
у мин.
0,000
0,000
0,000
0,000
У макс.
5,000
5,000
5,000
5,000
Параметр
Напряжение Напряжение Напряжение Напряжение
Ось У
Слева
Слева
Слева
Слева

68
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
Надо четко пренставлять, что на этапе сбора информации в файл
записываются ~сырые» данные, не Иl\1еющ1rе раз:мерrюспr. Это прос­
то двоичные ч11сла, например в интервале от О до 255 при псполь­
зованшr 8-разрядного АЦП ADC 10. Такоi1 поток данных называется
«каналоl\1», н el\1y должно быть присвоено нмя. В прнведенных пр11-
l\1ерах выбрано нмя «ADC10». Разумеется, несколыю каналов могут
·существовать одновременно, в частноспr прн работе с l\llЮГоканаль­
ным АЦП, таю1м как ADC 11.
Среди всех впдов отчетов, которые программа PICOLOG может
взвлекать из «сырых» данных, записанных в файле, самым употре­
бительным будет, без сомнения, кривая изменения параметра в з~­
висиl\юсти от времени (11НЫJ\Ш cлoвal\III, то, что выдает обычный
ленточный решстратор). Именно такой отчет приведен в табл. 5.1 .
Хотя верп11<альную ось шкалы можно градуировать в двоичных
кодах АЦП, гораздо более шпересно провести их преобразование
в едишщы, соответствующие реальным величинам (например, на­
пряжснне от О до +5 В). Значит, надо определить имя пара:-.1етра
(здесь: «Напряжение») и указать программе математическую зави­
с1шость, связывающую 11нформац11онные данные в «I<анале» н сам
параыетр. В данном случае это очень просто: зависимость линейная,
смещешrе отсутствует (нулевой код на выходе АЦП соответствует
О В на входе), а коэффнцнент преобразовання составляет 5 В
на 255 МЗР, 11лн 0,01961 Б/МЗР. После этого надо определить пред­
ставленне криво1u1 «У= F(t)» (рпс. 5.5), но l\ЮЖНО также запросить
11 табличное представлешrе, образец которого приведен на рис. 5.6 .
Сначала можно пр11сво1пь графику нмя, которое будет отражено
на бумаге в виде заголовка; впрочем, это необязательно. Затем надо
градуировать оси, соблюдая раз:-.1ерности и единицы, выбранные на
предыдущих этапах. По осн Х, например, следует обеспечнть макси­
мальное значенне 60000, еслн требуется произвести запись в течение
одной l\ПШуты, с временной шкалой, проградуированной в мнллисе-
1<ундах (неважно, с l<aJ<И}.! шпервалом проводшшсь измерення - каж­
дые десять 11л11 сто миллисекунд). По осн У градуирование провесп1
проще: достаточно об1,я1шть максиl\lалыюе з11ачен11е параметра, со­
ответствующее 1юл1юii шкале АЦП.
Позволнтельно т;1'1(~1;<' выnодить в отчете информацню лишь о час­
п~" 11змеряеl\1ОГ0 1111л·1н1<1:1а, указав параметры «Х l\IИH.» и «Х ма1<с.»,
ограннч11вающ11е 1111п~рссующп(1 участок. Теорет11чесю1 воЗможно
сделать то же cal\loc н для всл11ч1ш, откладываемых по оси У, но тогда

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 69
Ci)'
5,0-r---......----...,..---...,..---...,..---....,
4,5 -+--- -+- -- -+- ---+-- --+-- --<
4,0 +----+----+----+----+----t
3,5 -f'l-':.J-jf='-f--Н:""+-F-'+-н""-1-F-'+-1+""'-1-F-'-1-н""-1-F..J-l-Л
'ф" 3,0 ++-+---t--jl++-1--f-н-+-t--+-н-+-t-4-н-+-t-4-H
s
~ 2,5 -+ -+ - -+ - -+ -<t+-+ --+ --t- -t+-+ -+- -+- -t++-+ -- -+-t+-t- -+ - - -+ -+-t
ЭЕ
l5. 2,0 -+-+--+--+-<t+-+--+--t--t-+-+-+--t--t++-+---+-t+-t--+---+--Н
а
I 1,5 ++-+---t--jl++-f--+-н-+-t--+-н-+-t-4-н-+-t-~
1,0 ++-+---t--jt++-1--+-l~-t--+-l+-+-+---J-H-+-t-4-H
0,5 -+ -+ - -+ - -+ -<t+-+- -+- -t- -t+-t- -+- -+- -t++-+- - -+ -t+-t- -+- - -+ -+-t
0,0 -----+-----------------+----!
о
200
400
600
800
Время (мс)
Рис. 5.5. Пример графического отчета
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
11200
11300
11400
11500
11600
11700
11800
11900
12000
12100
12200
12300
12400
12500
12600
12700
12800
12900
13000
13100
13200
13300
13400
13500
185
185
185
4
4
4
4
4
185
185
185
185
185
4
4
4
4
4
185
185
185
185
185
124
3,6
3,6
3,6
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
3,6
3,6
3,6
3,6
3,6
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
3,6
3,6
3,6
3,6
3,6
2f4*
Рис. 5.6. Пример отчета в виде таблицы
1 ООО
ухудшается разрешение. Поэтоыу лучше предварительно масшта­
бнровать с11гнал, есл11 его уровеш> не дост1~п1ст вслнч1шы +5 В.

70
~ф
s
:I:
~
"'а.
с:
<'З
I
5,0
4,5
4,0
3,5
~ 3,0
!О.ф
s
:I:
~ 2,5
~с:
<'З
I 2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
5,0
4,5 1
4,0
\
3,5
\
3,0
\
2,5
\
2,0
\
1,5
\
1,0
0,5
о.о
о
\
'5
..___
10
Время (мс)
15
Рис. 5.1 . Распечатка с низким разрешением
l
'
\
\
\
\
\\
о
'5
'
""
1'--- ... .
10
Время (мс)
15
Рис. 5.8. Распечатка с высоким разрешением
20
20

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 71
После вывода на экран и, возможно, после коррекции того или
иного параметра вывода можно произвести распечатку полученных
отчетов. Несколько примеров, приведенных здесь, дают представ­
ление о точности 11 четкости, которые достигаются даже на простом
принтере с девятью иголками и с 8-разрядным АЦП.
Рис. 5.7 - это пример распечатки в режиме низкого разрешения
и альбомной ориентации, а рис. 5.8 - пример распечаши в режиме
высо1<0го разрешения и книжной ориентации.
Приведенная на графиках экспонента отображает процесс раз­
ряда конденсатора емкостью 1О мкФ, заряженного до напряжения
5 В, через резистор сопротивлением 1 МОм.
Другой интересный случай - обработка файла, содержащего чис­
ловые значения, специализированными программами для получе­
ния высококачественной графики. Это могут быть как распростра­
ненные пакеты деловой графики, так и пакеты, предназначенные
для научных исследований. Так, график, изображенный на рис. 5.9,
был построен при помощи программы SigmaPlot, разработанной
компанией SPSS Science, с использованием короткой записи сиг­
нала, полученного от функционального генератора.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЧАСТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Этот раздел можно назвать главным во всей книге: именно в нем
рассказывается, как решать пра1пически любые задачи, связанные
со сбором данных при низких частотах дискретизации. Модульная
3500-..-~~~~~~~~~~~~~~~---.
>-
ф
З ООО
2500
~ 2000
:I:
8:
1500
1 ООО
О
2ООО 4ООО 6ООО 6ООО 10ООО 12ООО
ДанныеХ
Рис. 5. 9. Результат обработки данных специализированной программой

72
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ Р<:
10 Инициализация
и включение питания АЦП
90 GOT0200
100 Ом1Ъ1вание величины D, изменя-
ющейся в пределах от О до 5 В
180 REТURN
REM @1997PatrickGUEULLE
190
200 Обработка
величины D
GOSUB100
290
300 Инициализация
,, ,,
экрана
490
500
' Вывод результатов
на экран
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
Драйвер
(зависит
от вида
устройства)
Прикладная
программа
(универсальная)
Программа
вывода
(в соответствии
с типом экрэ.на)
Рис. 5. 1О. Общая структура прикладных программ, рассматриваемых в книге
структура нижеприведенных програм!\1 на языке BASIC 111111 языке
TшboPASCAL позволяет адаптировать их к новым задачам, ИЗl\Iе­
няя лишь несколько строк.
На рве. 5.10 представлена структура, но которой будут строиться
rотоные к работе приложения.
В начале пporpal\l!\IЫ 11аход11тся драi'~вер, соответствующнй ны­
бранноl\1у АЦП - либо ГОТОВО:\lу, лнбо coбpaHHOl\IY ССll\!ОСТОЯТельно
по оп11сан1110, которое приведено н этой юшге.
Кажды(1 драйвер был нап11сан н соответств1ш со спец11ф11каци­
Яl\Ш, предстанле1111ым11 11зrотов11теляl\ш используемых 1<оl\111011е11-
тов, прнчсм особое в1111l\1ai111e уделялось вреые1шы:-.1 лнаграl\1!\ШМ
протоколов связн . Дра{шеры можно рассl\1атр1шать как ПО, постап­
ляеыое <!:Под ключ», но до11уст11l\ю также ыод11ф11ц11ронать 11~ н са­
мых разных ~{елях . .

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 73
Первы11 блок каждого драйвера (строки 10-90) проводит ини­
цнализацию последовательного или параллельного порта, исполь­
зуемого для связн, н обеспечивает подачу напряженИя питания
на подключенный к неl\!у АЦП. Блок заканчивается командой
GOTO 200, передающей управление собственно прикладной про­
грамме (строки 200-290). Эта программа универсальна, она зависит
только от выilолняемой задачи, но ни в коей мере - от применя­
емого АЦП. Поэтому заменить драйвер при смене АЦП (например,
при переходе от 8-разрядного !( 12-разрядному) очень просто.
Прикладная программа может сама обращаться ко второму бло­
ку драйвера (строки 100-190) настолько часто, насколько требу­
ется. Эта часть драйвера отвечает за выполнение одного - и только
одного - аналого-цифрового преобразования и за размещение ре­
зультата (величины напряжения в диапазоне от О до 5 В) в пере­
менной D. Только прикладная программа определяет, с какой ско­
ростью будут проводиться преобразования, надо ли комбинировать
полученные значения перед выводом результата и каков будет
способ обработки результата (цифровое табло, построение кривой,
запись на диск, включение сигнала и т.п.).
Если не хватит места между строками 200 и 290 программы,
можно поместить оператор GOTO в строке 290, что позволит
продолжать работу, например, со строки 2000. Еще одна зарезер­
вированная область, начиная со стро1ш 300, предназначена для
операторов вывода графики. Блок между строками 300 и 490
отведен для операторов инициализации экрана (выбор графи­
ческого режима, построение координатной сетки, определение
цветов и т.п.). Процедура вывода результатов на ЭI(ран начинается
со строки 500. Именно прикладная программа (строки 200-290)
будет в нужный момент вызывать графическую подпрограмму
командой GOSUB 500.
Очевидно, что понадобится использовать графические проце­
дуры, предназначенные для каждого из экранных режимов ( CGA,
VGA н т.п.), хотя режнм CGA, например, без проблем (и даже с не-
1соторымн преимуществамн) поддерживается всеми современными
графнчесюши платаl\ш.
Драйверы для 8-разрядных АЦП
На сервере \V\V\v.dшk.п1 содержатся драйверы для четырех 8-разряд­
ных АЦП:

74
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
• АЦП ADC 10 компании PICO Teclшology;
• версия АЦП на базе TLC 549 (рис. 4.1, 4.3);
• версия АЦП на базе МАХ 1243 (р11с. 4.6);
• версия АЦП на базе TLC 549 (рис. 4.13, 4.14).
За~~етим, что, хотя АЦП ADC 10 и собран на базе TLC 549, он
требует особого драйвера, так как подключается к параллельному
порту. Вполне логi-1чно, что версия драйвера для ADC 10 на языке
BASIC называется ADC10.BAS .
10 REM ---- ADClO ----
20 КЕУ OFF:CLS
30 В=&НЗ78: RЕМ LPTl:
4 О N= 8: REM число разрядов
50OUTВ,2
60 FOR Т=О ТО 100: NEXT Т
70 оuт в, 254
80 FOR Т=О ТО 500: NEXT Т
90 GOTO 200
100 OUT В, 2 52: D=O: REM получение данных
110 FOR F=O ТО N-1
.
120 OUT В,253
130 E=INP(B+l) AND 128
140 OUT В,252
150 IF Е=О THEN D=D+Y (N-1-F)
160 NEXT F
17О D=5*D/ (2лN-1)
180 OUT В, 2: RETURN
190 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
Шестнадцатеричная величина 378 в строке 30 предполагает, что
ADC 10 подключен к параллельному порту LPT1. Чтобы под­
ключить ADC 10 к порту LPT2 (если таковой имеется), надо за­
менить эту величину на 278 или на любую другую величину,
соответствующую установкам BIOS используемого компьютера.
Разработана также версия на языке TurboPASCAL, которая приго­
дится, если нужна более высокая частота дискретизации.
Исходный текст ADC10.PAS представляет собой не просто драй­
вер. В качестве примера он содержит небольшую прикладную про­
грамму вывода на экран результатов двадцати последовательных
изыерений, проводимых с. интервалом· в 500 мс.
program adclO;
uses crt;

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 75
var n,f,e:byte;
b,g:integer;
d:real;
procedure init;
begin
Ь:=$378; n:=8;
port [Ь] : =2;
delay(lOO);
port[b]:=254;
delay(500);
end;
procedure acquisition;
begin
port[b] :=252; d:=O;
for f:=O to n-1 do
begin
delay(2);port[b] :=253;
e:=port [b+l] and 128;
port[b]:=252;
if е=О thend:=d+exp((n-1-f)*ln(2));
end;
d:=(5*d) /(ехр((n) *ln(2) )-1) ;
port[b] :=2;
end;
procedure affiche;
begin
acquisition;
d:=(int(lOO*d))/100;
writeln (d);
delay ( 500);
end;
begin
clrscr;
init;
for g:=l to 20 do
begin
affiche;
end;
end.
(* COPYRIGHT 1997 Patrick GUEULLE *)
Устройство на базе МАХ 1243 также требует особого драйвера,
версия которого на языке BASIC !!азывается MAXIM8.BAS. Он
определяет 8-разрядныli режны работы данного коl\111011е1па, на
самом деле представляющего собо1'i 10-разряююе устроiiство.

76
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
.
10 REM ---- MAXIM8
.:____
20 КЕУ OFF:CLS
30 В=&НЗF8:RЕМ СОМl:
40 N=8: REM число разрядов
50 OUT В+4, 1
60 FOR Т=О ТО 100: NEXT Т
70 OUT В+3,64
80 FOR Т=О ТО 500: NEXT Т
90 GOTO 200
100 ОU'Г В+4, О: D=O: REM ACQUISITION
105 OUT B+4,2:0UT В+4,О
110 FOR F=O ТО N-1
120 OUT Bf4, 2
130 E=INP (В+б) AND 16
140 OUT В+4, О
150 IF Е=16 'ГНЕN D=D+2л (N-1 -F)
160 NEXT F
170 0=5*0/(2лN-1)
180 OUT В+4, 1 :RETURN
190 RЕИ (с) 1997 Patrick GUEULLE
Шестнадцатсрнчная величина ЗF8 в строке 30 предполагает,
что устроilство подключено к последовательному порту СОМ 1.
Чтобы нмсть 1юзможносТ1> использовать СОМ2 В!\tесто СОМ 1,
надо заменить эту величину на 2F8, а при использовании порта
СОМЗ шш СОМ4 ре1<омендуется предварительно проверить
установки BIOS по экрану настройки SETUP, выводимому на
днсплеii при включении ПК.
Версия на язьше TurboPASCAL называется MAXIM8.PAS и так­
же вr<лючает небольшую прикладную часть, выводящую на экран
резулыаты двадцати измерений.
program maxim8;
uses crt;
var n,f,e:byte;
b,g:iпteger;
d:real;
procedure init;
begin
b:=$3F8; n:=8;
port[b+4J :=1;
delay ( 100);
port[b+3] :=-64;
delay ( 500);
end;

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 77
procedure acqu i s i t ion;
begin
port[b+4) :=О; d:=O;
port[b+4] :=2;port[b+4] :=2;.
port[b+4] :=2;port[b+4] :=О;
for f:=O to n-1 do
begin
port[b+4) :=2;
e:=port[b+6] and 16;
port [Ь+4] : =О;
if е=16 then d:=d+exp((n-1 -f)*ln(2));
end;
d:=(5*d)/(exp( (n)*ln(2) )-1);
port[b+4] :=1;
end;
procedure affiche;
begin
acquisition;
d:=(int(lOO*d))/100;
writeln (d);
delay ( 500) ;
end;
begin
clrscr;
init;
for g:=l to 20 do
begin
affiche;
end;
end.
( * COPYRIGHT 1997 Patrick GUEULLE *)
Драйвер для устройств на базе TLC 549 (р11с. 4.1 11 4.13), на1111-
санныii на языке BASIC, называется 8BIТS.BAS. Он также предна­
значен для работы с последовательным портом СОМ 1 (ЗF8h).
10 REM ---- 8ВITS
- ---
20 КЕУ OFF:CLS
30 В=&НЗF8: REM СОМl:
мJ N=8: REM число разрядов
50 OUT В+4,1
60 FOR Т=О ТО 100: NEXT Т
70 OUT В+З, 64
80 FOR Т=О ТО 500: NEXT Т
90 GOTO 200
100 OUT B+4,0:D=O:REM ACQUISITION

78
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТ~ЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
110 FOR F=O ТО N-1
120 OUT В+4, 2
130 E=INP(B+6) AND 16
140 OUT В+4, О
150 IF Е=16 THEN D=D+2" (N-1 -F)
160 NEXT F
170 D=5*D/(2 " N -1)
180 OUT В+4, 1: RETURN
190 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
Ero версия на языке TнrboPASCAL называется SBIТS.PAS и со­
держит уже упомянутую программу вывода на экран результатов
двадцати измерений.
program huitbits;
uses crt;
var n, f ,e:byte;
b,g:integer;
d:real;
procedure init;
begin
b:=$3F8; n:=8;
port [Ь+41 : =1;
delay(lOO);
port [Ь+З J : =64;
delay(500);
end;
procedure acquisition;
begin
port(b+4] :=О; d:=O;
for f:=O to n-1 do
begin
port(b+4] :=2_;
e:=port[b+6] and 16;
port(b+4] :=О;
if е=16 then d:=d+exp( (n-1-f) *ln(2));
end;
d : =(5_*d)/(exp((n)*ln(2))-1);
port[b+4J :=1;
end;
procedure affiche;
begin
acquisition;
d:=(int(lOO*d) )/100;
writeln (d);
delay(500);
end;

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 79
begin
clrscr;
init;
for g:=l to 20 do
begin
affiche;
end;
end.
( * COPYRIGHT 1997 Patrick GUEULLE *)
Драйверы· для 1О-разрядных АЦП
Та!\ как 10-разрядной версии ADC 10 не существует, приводимые
здесь драйверы относятся только к трсl\1 устроiiстваl\1 для самосто­
ятельной сборки:
• версия АЦП на базе TLC 1549 (рис. 4.1, 4.3);
• версия АЦП на базе МАХ 1243 (рнс. 4.6);
· • версия АЦП на базе TLC 1549 (рис. 4.13, 4.14).
Версия на языке BASIC для обоих устройств на базе TLC 1549
называется 10ВITS.BAS. Она написана для работы с последователь­
ньш портоl\1 СОМ1 (3F8l1).
10 REM ---- lOВITS
-- --
20 КЕУ OFF: CLS
30 В=&НЗF8:RЕМ СОМl:
40 N=lO: REM число разрядов
50 OUT В+4,1
60 FOR Т=О ТО 100: NEXT Т
70 OUT В+3, 64
80 FOR Т=О ТО 500: NEXT Т
90 GOTO 200
100 OUT В+4, О: D=O: REM ACQUISITION
110 FOR F=O ТО N-1
120 OUT В+4,2
130 E=INP(B+6) AND 16
140 OUT В+4,О
150 IF Е=16 THEN D=D+2л (N-1-F)
160 NEXT F
170 0=5*0/ (2лN-1)
180 RETURN
190 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
Версия того же драйвера на языке TurboPASCAL с выводом на эк­
ран результатов двадцати 11з;..1ерений называется 10BITS.PAS.

80
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
program dixbits;
uses crt;
va r n,f,e:byte;
b,g:integer;
d:real;
procedure init;
begin
b:=$3F8; n:=lO;
port[b+4J:=l;
delay(l00);
port[b+ЗJ :=64;
delay(500);
end;
procedure acquisition;
begin
port [Ь+4] : ' =О; d: =О;
for f:=O to n-1 do
begin
port[b+4] :=2;
e:=port[b+6] and 16;
port[b+4] :=О;
if, е=16 then d:=d+exp( .(n-1-f) *ln(2));
end;
d:=(5*d)/(ехр((n)*1n(2))-1);
end;
procedure affiche;
begin
acquisition;
d:=(int.(lOO*d) )/100;
writeln(d);
delay(500);
end;
begin
clrscr;
init;
for g:=l to 20 do
begin
affiche;
end;
end.
( * COPYRIGHT 1997 Patrick GUEULLE *)
Устройство на базе МАХ 1243 требует особого дра{шера
MAXIM10.BAS 11 та1<же предназначено для работы с после­
дователы1ым портом СОМ1 (ЗF811).

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА В i
10 REM ---- МАХIМ10
- ---
20 КЕУ OFF:CLS
30 В=&НЗF8: REM СОМl:
40 N=lO: REM число разрядов
50 OUT В+4, 1
60 FOR Т=О ТО lOO:NEXT Т
70 OUT В+3,64
80 FOR Т=О ТО 500: NEXT Т
90 GOTO 200
100 OUT B+4,0:D=O:REM ACQUISITION
105 OUT B+4,2:0UT В+4,О
110 FOR F=O ТО N-1
120 OUT В+4, 2
130 E=INP(B+6) AND 16
140 OUT В+4, О
150 IF Е=16 THEN D=D+2л (N-1-F)
160 NEXT F
170 0=5*0/(2лN-1)
180 OUT В+4, 1: RETURN
190 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
Его версия на языке TurboPASCAL называется MAXIM10.PAS.
program dixЬits;
uses crt;
var n,f,e:byte;
b,g:integer;
d: real;
procedure init;
begin
b:=$3F8; n:=lO;
port[b+4] :=1;
delay ( 100);
port[b+3] :=64;
delay(500);
end;
procedure acquisition;
begin
port[b+4] :=О; d:=O;
for f:=O to n-1 do
begin
port[b+4) :=2;
e:=port[b+6] and 16;
port[b+4] :=О;
if е=16 then d:=d+exp((n-1 -f)*ln(2));
end;

82
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
d:=(S*d) / (ехр( (n) *ln(2) )-1);
end;
procedure affiche;
begin
acquisition;
d:= (int (lOO*d)) /100;
wri teln (d);
delay ( 500) ;
end;
begin
clrscr;
iпit;
for g:=l to 20 do
begin
affiche;
end;
end.
( * COPYRIGHT 1997 Patrick GUEULLE *)
Драйверы для 12-разрядных АЦП
На сервере W\V\V.dшk.rн содержатся драйверы для четырех 12-раз­
рядных АЦП:
• АЦП ADC 12 компанин PICO Teclшology;
• версия АЦП на базе LTC 1286 11ли ADS 1286 (рис. 4.1, 4.3);
• версия АЦП на базе МАХ 1241 (рис. 4.6);
• версия АЦП на базе LTC 1286 или ADS 1286 (рнс. 4.13, 4.14).
Та1< как АЦП ADC 12 собран на базе LTC 1292, он требует та1сто-
вой частоты не 1\Jенее 100 кГц. В силу этого обстоятельства драйверы
ADC12.BAS и даже ADC12.PAS следует с большой осторожностью
использовать на старых и медленных ПК, посколы(у в таком случае
не всегда удается добиться резу:Льтатов, l(оторые может обеспечнть
АЦП ADC 10 при тех же условиях. Самая нежелательная ситуация
возникает прн исполнешш програмi\1ы в окне Windo,vs, что еще
больше замедляет работу по сравнению с выполнением непосред- ·
ственно в DOS.
Иначе говоря, АЦП ADC 12 будет работать с полноii отдаче!~
толь1<0 со свою~ прогрю.1мным обеспечеш1ем PICOSCOPE 11 PICO-
LOG, причем под DOS лучше, чем под Windo\\'S.
10 REM ---- ADC12
--- -
20 КЕУ OFF:CLS
30 В=&НЗ78:RЕМ LPTl:

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 83
40 N=12: REM число разрядов
500UTB,1
60 FOR Т=О ТО 100: NEXT Т
70 OUT В, 254
80 FOR Т=О ТО 500: NЕХ'Г Т
90 GOTO 200
100 OUT B,252:D=O:REM ACQVISIТION
105 OUT B,254:0UT В,252
106 OUT B,254:0UT В,252
110 FOR F=O ТО N-1
120 OUT В, 254
130 E=INP(B+l) AND 128
140 OUT В, 252
150 IF Е=О THEN О=D+2л (N-1-F)
160 NEXT F
170 0=5*0/(2лN-1)
180 OUT B,253:RETURN
190 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
program adc12;
uses crt;
var n,f,e:byte;
b,g:integer;
d:real;
procedure ini t;
begin
Ь:=$378; n:=12;
port[b] :=1;
delay(lOO);
port[b] :=254;
delay (500);
end;
procedure acquisition;
begin
port[b] :=О; d:=O;
port[b] :=254;port[b] :=252;
port[b] :=254;port[b] :=252;
for f:=O to n-1 do
begin
port[b] :=254;
e:=port[b+l] and 128;
port[b] :=252;
if е=О then d:=d+exp((n-1-f)*ln(2));
end;
d:=(5*d)/(ехр((n) *ln(2))-1);
port[b] :=253;
end;

84
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
procedure affiche;
begin
acquisition;
d:=(int(lOO*d))/100;
writeln (d);
delay (500);
end;
begin
clrscr;
init;
for g:=l to 20 do
begin
affiche;
end;
end.
( * COPYRIGHT 1997 Patrick GUEULLE *)
Описанные в юш1·е устройства, работающие через последова­
тельный порт (рис. 4.3 и 4.6), не пмеют такого ограничения и могут
наилучшим образом использовать точность высококачественных
АЦП. Только версия с оптоизоляцией. (рис. 4.13, 4.14) потребует
определенной аккуратности, так как приl\1ене11не оптронов слегка
ухудшает характеристики устройства в 12-разрядном режиме.
Из сказанного можно сделать вывод, что с АЦП LTC 1286 или
ADS 1286 будут работать програl\шы 12BITS.BAS н 12BIТS.PAS
при условии, что для связи с ПК используется последовательный
порт СОМ1 (адрес 3F8l1 в строке 30).
10 REM ---- 12ВITS
----
20 КЕУ OFF:CLS
3О В=&НЗF8:REM СОМl :
40 N=l2: REM число разрядов
50 OUT В+4, 1
60 FOR Т=О ТО lOO:NEXT Т
70 OUT В+3, 64
80 FOR Т=О ТО 500: NEXT Т
90 GOTO 200
100 OUT В+4, О: D=O: REM ACQUISITION
102 OUT B+4,2:0UT В+4,О
103 OUT B+4,2:0UT В+4,О
104 OUT В+4, 2 :OLJT В+4, О
110 FOR F=O ТО N-1
120 OUT В+4, 2
130 E=INP(B+6) AND 16

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 85
140 OUT В+4, О
150 IF Е=16 THEN D=D+2л (N-1-F)
160 NEXT F
.
170 0=5*0/(2лN-1)
180 OUT В+4, 1: RETURN
190 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
program douzebits;
uses crt;
var n,f,e:by.te;
b,g:integer;
d:real;
procedure ini t;
begin
b:=$3FB; n:=l2;
port [Ь+4] : =1;
delay(lOO);
port [Ь+ЗJ :=64;
delay(500);
end;
procedure acquisition;
begin
port[b+4] :=О; d:=O;
port[b+4] :=2;port[b+4] :=2;
port[b+4] :=2;port[b+4] :=О;
port[b+4] :=2;port[b+4] :=2;
port[b+4]:=2;port[b+4]:=0;
port[b+4) :=2;port[b+4] :=2;
port[b+4) :=2;port[b+4] :=О;
for f:=O to n-1 do
begin
port[b+4] :=2;
e:=port[b+6] and 16;
port [Ь+4] : =О;
if е=16 then d:=d+exp((n-1-f)*ln(2));
end;
d:= (5*d) / (ехр( (n) *ln(2) )-1);
port[b+4] :=l;
end;
procedure affiche;
begin
acquisition;
d:=(int(lOOO*d))/1000;
writeln (d);
delay(500);
end;

86
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
begin
clrscr;
init;
for g:=l to 20 do
begin
affiche;
end;
end.
( * COPYRIGHT 1997 Patrick GUEULLE *)
С АЦП МАХ 1241 (рнс. 4.6) будут работать программы
MAXIM12.BAS на языке BASIC и MAXIM 12.PAS на языке
TurboPASCAL.
10 REM ---- МАХIМ12
-- --
20 КЕУ OFF:CLS
30 В=&НЗF8:RЕМ СОМl:
40 N=12: REM число разрядов
50 оuт 8+4, 1
60 FOR Т=О ТО lOO:NEXT Т
70 оuт 8+3, 64
80 FOR Т=О ТО 500: NEXT Т
90 GOTO 200
100 OUT 8+4,0:0=Q:REM ACQUISITION
105 OUT В+4, 2 :OUT В+4, О
110 FOR F=O ТО N-1
120 OUT В+4,2
130 E=INP (В+6) ANO 16
140 оuт 8+4,0
150 IF Е=16 THEN О=О+У (N-1 -F)
160 NEXT F
170 0=5*0/(YN-1)
180 OUT B+4,l:RETURN
190 REM (с)1997 Patrick GUEULLE
program maxim12;
uses crt;
var n,f ,e:byte;
b,g:integer;
d : real;
procedure init ;
begin
b:=$3F8; n:=l2;
port [Ь+4] : =1;
delay(100);

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 87
port[b+З] :=64;
delay ( 500) ;
end;
procedure acquisition;
begin
port[b+4J :=О; d:=O;
port [Ь+4] : =2; port [Ь+4] : =2;
port[b+4] :=2;port[b+4] :=О;
for f:=O to n-1 do
begin
port[b+4) :=2;
e:=port[b+6] and 16;
port[b+4] :=О;
if е=16 then d:=d+exp((n-1 -f)*ln(2));
end;
d: =(5*d) /(ехр((n) *ln(2))-1) ;
port[b+4] :=1;
end;
procedure affiche;
begin
acquisition;
d:=(int(lOOO*d) )/1000;
writeln (d);
delay(500);
end;
begin
clrscr;
init ;'
for g:=l to 20 do
begin
affiche;
end;
end.
( * COPYRIGHT 1997 Patrick GUEULLE *)
Прикладные программы
В этоl\1 разделе показано, как добавление нескольких строк про­
граммы к вышеописанным драйверам приносит полезные практи­
ческие результаты. Читатели должны будут самостоятельно внос1пь
требуемые нзменення (часто минимальные), которые определяются
конкретными задачам11.
В любоы случае объединение соответствующего драйвера 11 прн­
I<ладноl! программы выпощiяется по команде MERGE (в язьше
BASIC).

88
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
Для использова1шя програl\1!\IЫ VOLTS.BAS совl\lестно с АUП
ADC 10, напрпl\lер, на языке GvVBASIC шш экв11вале1пшш надо
написать следующ11е строю~:
LOAD "ADClO" (загрузка драйвера);
затем
MERGE "VOLTS" (добавлен11е прикладной программы).
По команде RUN запускается полученная программа, которую
можно сохранить целиком по команде:
SAVE "ИМЯ" ,А (если желательно записать файл в текстовом фор­
мате)
или просто:
SAVE "ИМЯ" (еслн желательно сохранить его в наиболее IЮ!\Шакт­
ном виде).
Будет целесообразно про11звест11 полную J<омпиляцию составлен­
ной программы, равно I<ак и программы на языке TurboPASCAL,
в файл ИМЯ.ЕХЕ, исполняемый непосредственно под DOS или
Windows. Для этого надо 11меть в распоряжении какой-нибудь I<ом­
пилятор, например Turbo BASIC или Quick BASIC.
Цифровой вольтметр
Очень короткая программа VOLTS.BAS прекрасно подходит для
первых шагов в изучеюш толы<0 что собранного или купленного
АЦП, .но также r1ригодна 11 для более общих задач.
200 REM ---- VOLTS ----
210 GOSUB 100
220 D=INT ( 100*0) /100
230 LOCATE 1, 1
240 PRINT USING" ##. Н"; О
250 GOTO 210
260 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
Программа выводит в верхнем левом углу экрана величину на­
пряжения (в вольтах), поданного на вход модуля преобразователя.
Эта величина подвергается простеiiшей обработке, поэТО!\IУ данная
программа - одна 11з самых быстродействующих в % б11бл~юте1<е~-,
даже пр11 использоваюш оче11ь.медленных ПК.
Примене1111е KOl\laJIДЫ LOCATE, каждый раз возвращающей кур­
сор в верхний левый угол экрана, нривоюп к замещению старого
значения новыl\1. Прн этоl\1 11нд11кация постоянно обновляется

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 89
со скоростыо, равной частоте взятия выборок, то ссп, совершенно
так же, как в класс11чсском ц11фровом вольт!'\1стрс.
Надо обiJатнть вниl\lаннс на способ, посредством которого 11з!'\1с­
рснная величина округляется до двух знаков после запятой (строка
220), а потоl\! выводится в жестком формате, наиболее соответ­
ствующем выбранно1v1 точности (строка 240). Подобное решсннс
будет часто нспользовап,ся и в дальнейшем.
Эта програмl\lа рассчнтана на работу совместно с 8- 11л11 10-раз­
рядным АЦП (точность 1%), но се можно оптимнзнровать и для
работы с 12-разрядным АЦП, исправив строкн 220 и 240 следу­
ющим образом и обеспечив при этом три индицируемых знака
после запятой (то сеть точность 0,1%):
2 20 O=INT ( 1000*0) /1 ООО
240 PRINT USING" ##.###";О
Нс стоит также упусi<ать из виду, что драйвер нс выполняет
никаких округлений, полностью соблюдая точность преобразова­
теля. Только прикладная программа в соответствии с поставленной
задачей должна так или иначе использовать получасl\lую точносп"
и нс более того. Вывод трех знаков после запятой для 8-разрядного
АЦП будет излишним, так как третий знак при этом нс несет
шшакого сl\lысла.
200 REM ---- BARRE ----
210 LOCATE 6, 1
220FORH=lТО5
230 PRINT" 1 •••• ! .... ";
240 NEXT Н
250 PRINT" 1"
260 LOCATE 7 ,1
270 PRINT"O
1
2
"·
280 PRINT"3
4
5"
290 GOSUB 100
300 O=INT ( 10*0)
310 LOCATE 5,1
320 PRINT SPC (О);" 1 ";
330 PRINT SP~ ( 50-0)
340 GOTO 290
350 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
Программа BARRE.BAS, в свою очередь, 11оказывает, как легко
можно организовать вывод аналоговой штр11хово!i шкалы.
7

90
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
1
1.... !.".1""! .. "1.".1" .. 1
.. "!"..1
.... !""I
о12345
Эта фор111а щ1с1lставлен11я результата, 111енее точная, чеl\1 1щф­
ровая 1шд11каtщя, гораздо более удобна, когда требуется л11шь ~ще-
1ш1ъ направленне 11 скорость 11зменен11й 11л11 отююнеш1й 11зl\1еря­
емой велпч1mы, на11рн111ер, прн ручноi'! ре1·ул11ровке 1ш11 настройке.
В пр1шсденноl\1 прнмере шкала построена i-Ia базе АSСII-снмволов,
но такая же шкала l\ЮЖет быть выполнена 11 в графнческом реж1ше
экра11а.
Усредняющий фильтр
Наиболее распространенный способ по11:авлеш1я быстрых флюкту­
ацнii (часТО'Паразип1ых) в 111едле111ю 1131\lel!ЯIOЩCl\lCЯ сигнале COCTOl!T
в BЫЧl!CЛCIIIlll среюiсго ЗШlЧСllI!Я I!ССКОЛЬК!IХ выбора!(, относящихся
к одному 1iнтервалу юrскрспrзаци11. Конечно, такой способ l\lожет
заl\lсдлшъ работу систеыы, 11оэтому он нр111\1е11е11 в двух програлшах,
выводящих результат ощш ра:з в се1<у11ду (SECONDE.BAS) н однн
раз в l\11шуту (MINUTE.BAS).
200 REM ---- SECONDE
-- --
210 Q=O: S=O :GOSUB 100
220 LOCATE 5,1
2 3 О PRINT" Идет изм'ерение .. . "
240 H$=TIME$
250 IF H$<>TIME$ THEN BEEP:GOTO 290
260 GOSUB 100
270 S=S+D: Q=Q+l
280 GOTO 250
290 D=INT(lOO*S/Q)/100
300 LOCATE 1,1
310 PRINT USING"##.##";D;
320 PRINT"
(среднее за: ";Q;" измерений)"
330 GOTO 210
340 REM (с)1997 Patrick GUEULLE
Поl\11шо выч11сле1шя результата 11з:-.1ере1шй, каждая нз эп1х про­
. грамы
в1,1вощп 11 кол11чество 11зl\1ерею1!i, которое было 11спол1,­
зова110 щш расчете. Это нозволяст точно оцсш1п, реальное быстро­
действ11е с11стеl\1ы в зав11с111110ст11от111mJ\lеняс:-.юго ПК. Так, можно

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 91
получить 3-4 измерения в сеr(унду на ~анпшварно:Ф> ПК 8088/
4,77 МГц, 60- 70 измереннй в секунду на 386SX25 и 700-1000
нзмерсний в секунду на 486DX/133 МГц, что вес же достаточно
далеко от современных скоростей, но весьма почетно для ВАSIС­
шперпретатора.
Стоит обратить внимание на то, ка·к использована зарсзсрви­
роваш1ая цикловая переменная TIME$. Она позволяет при любой
частоте процессора получить достаточно точную шкалу секунд,
минут и даже часов. А сели понадобится осуществлять, например,
одно измерение за несколько дней, то можно использовать пере­
менную DATE$.
200 REM ---- МINUTE
-- --
210 Q=O:S=O:GOSUB 100
220 LOCATE 5, 1
2 3 О PRINT" Идет измерение ... "
240 H$=LEFT$ (TIME$, 5)
250 IF H$<>LEFT$(TIME$;5) THEN BEEP:GOTO 290
260 GOSUB 100 .
270 S=S+D:Q=Q+l
280 GOTO 250
290 D=INT(lOO*S/Q)/100
300 LOCATE 1, 1
310 PRINT USING"## .## ";D;
3 2 О PRINT" (среднее за " ; Q; " измерений) "
330 GOTO 210
340 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
Пиковый регистратор минимумов и максимумов
Достаточно добавить несколько строк на языке BASIC, чтобы полу­
ч1пь режим запомннания минимумов и ма!(симумов измеряемого
напряжения, с возможностью обнуления результатов путем нажа­
п1я на клавишу пробела на клавиатуре ПК.
200 REM ---- МINMAX
----
21 О PRINT" Нажать клавишу пробела для перезапуска"
220 I=5:A=O:Q=O:GOSUB 100
230 FOR G=l ТО 100
240 GOSUB 100 :Q=Q+D
250 NEXT G
260 Q=Q/100
270 IF Q<=I THEN I=Q:S$=TIME$

92
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
280 IF Q>=A THEN A=Q:T$=TIME$
290 LOC ATE 3, 5: PRINT "Mes : ";
300 PRINT USING"## .##";INT(lOO*Q)/100;
310 PRINТ" "+TIME$
320 LOCATE 5, 5: PRINТ "Макс: ";
330 PRINT USING"##.##";INT(lOO*A)/100;
340 PRINТ" "+Т$
350 LOCATE 7, 5: PRINT "Мин : ";
360 PRINT USING"## .## ";INT(l00*:)/100;
370 PRINT" " +S$
380 IF INKEY$=CHR$(32) THEN 220
390 Q=O:GOTO 230
400 REM (с) 1997 Patrici< GUEULLE
Это добавление было сделано в щюграмые MINMAX.BAS; также
н нее был11 н~<лючены операtоры вывода трех значений времени
(в часах, минутах н секундах):
• вреl\!я текущего нзмсрения;
• время регистращ111 максшrуыа;
• премя рсг11страц1ш мнннмума.
Нал.о отметiпь, что ыулыш1етр редко дает подобные возможно­
сти, столь легко реал11зопанныс в виртуальноы приборе.
Регистратор длительных процессов
В эtoJ\1 разделе будет рассказано о тоы, как за несколько десяткоп
долларов досп1чь результатоп, обычно возможных только при ис­
пол ьзовашш ле11точ ных нлн J\ШПIИтных регнстраторов - прнборов,
стоящ11х н сотн11 раз дороже! Вl\1есто того чтобы чертить на буl\lаге
кривую n реалыюJ\1 J\~асштабе врсменн, что тсхш1ческп трудновы­
полш11\10, горюдо Проще накапливать даш1ы,с в фаiiле на ю1ске,
а уже потоl\1 обрабатывать пх.
Програш1а сбора данных (FICHIER.BAS), которую, конечно
же, на;ю до1юлшпь ;1ра(шсроl\1 нспользусl\юrо АЦП прн ПOJ\!OЩII
l(СJ\ШIДЫ l'ЛERGE, llCКJIIO'llIТCЛЫIO нроста.
200 REM -" -- FICНIER
- ---
210 GOSUB 100
220 OPEN "dat .dгt" FOR OUTPUT AS #1
230 РRINТ"Идут измерения ... "
240 FOR G=O ТО 639
250 GOSUB 100
260 PRINТ#l,D

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 93
270 FOR Т=О ТО 2000: NEXT Т
280 NEXT G: CLOSE#l
290 REM (с} 1997 Patrick GUEULLE
В орнпшалыюй версии эта програ;-.ша создает файл DATDAT,
содержащш1640 выборок, которые пронзводятся с частота(~ днскре­
тизацшr, определяемой в строке 270 (простая залержка). Разуме­
ется, число 2000 используется лишь прн первых попытках, а. потом
надо будет подобрать эту велнчшrу в соопзетстшш со скоростью ПК
н конкретной задачеii.
В самых сложных случаях ;-.южно, по примеру SECONDE.BAS
н MINUTE.BAS, пспользовать перемеш~ую ТIМЕ$ для улучшения
ТОЧНОСТ!l Il ЗШlЧJIТелыюго сш1же1шя частоты лнскрст11зацш1.
Чпсло 640, в свою очсрсд1э, соответствует числу точек но гори­
зонтали обычного графпческого экра11а, что iюзволяет вьшесп1 гра­
фш< кршюй неносредствешю на экран, ттерел тем как скопщювать
его на бумагу, есл11 это необходимо.
Графопостроитель
Вывод 11нформац1111 на экран осуществляет щю1·ра1\Ша CGЛVISU.
BAS нлн VGAVIS U.BAS. Вторая 11з ннх пр1шеняется, сслн жела­
телыю воспоm,:юва1ъся болыш1м разрс111е1111см, ~:оответствующш.1
экранам VG А.
500 REM ---- CGAVISU ----
510 OPEN "dat. dat" FOR INPUT AS #1
520 INPUT#l,Y:Y=l99-INT(Y*199/5)
530 PSET(O,Y}
540 FOR X=l то 639
550 INPUT#l,Y:Y=l99-INT(Y*l99/5}
560 LINE - (Х, У}
570 NEXT Х
580 CLOSE
590 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
500 REM ---- VGAVISU ----
510 OPEN "dat.dat" FOR INPUT AS #1
520 INPUT#l,Y:Y=349 -INT(Y*349/5)
530 PSET(O,Y}
540 FOR X=l ТО 639
550 INPUT#l,Y:Y=349 -INT(Y*349/5}
560 LINE - (Х, У}

94
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
570 NEXT Х
580 CLOSE
590 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
Очевндно, каждую нз 11рограl\1м надо объсдпшпь с экранным
драйвером CGA.BAS 11лн VGA.BAS, соответствующш1 11спользус­
моыу оборудоnаншо.
300 REM ---- CGA
----
310 SCREEN 2
320 КЕУ OFF:CLS
330 LINE(0,0)-(0,199)
340 FOR У=О ТО 199 STEP 20
350 LINE(O,Y)-(639,Y}, ,,&НСССС
360 NEXT У
370 FOR Х=О ТО 639 STEP 32
380 LINE(X~O}-(X,199),, ,&НСССС
390 NEXT Х
400 LINE(639,0}-(639,199}
410 LINE(0,199)-(639,199) ,,,&НСССС
420 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE '
300 REM ---- VGA ----
310 SCREEN 9
320 КЕУ OFF: CLS
330 LINE(0,0)-(0,349)
340 FOR У=О ТО 349 STEP 35
350 LINE(O,Y)-(639,Y} ,, ,&НСССС
360 NEXT У
370 FOR Х=О ТО 639 STEP 32
380 LINE(X,0}-(X,349) ,, ,&НСССС
390 NEXT Х
400 LINE(639,0}-(639,349}
410 LINE(0,349)-(639,349),, ,&НСССС
420 REM (с} 1997 Patrick GUEULLE
Это объединсшrе можно сделать следующим образом:
LOAD "CGA" (загрузка драйвера);
затем
MERGE "CGAVISU" (добавленпе программы вывода на экран).
Полученная программа теперь может быть сохранена под какш.1-
лнбо ш1с11см прн помощи обычной ко~~анды SAVE.
На рис. 5.11 показан результат вывода на бумагу с использова­
нием буфера об~1ена Windo\vs кривой разряда конденсатора смко­
стыо 4,7 мкФ через пход~юс сопропшленис АЦП. Эта кривая бы­
ла получена на экране CGA (640Х200 точе1<).

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 95
\
\
\
\
i\.
i'-...
............. ,__
-
~
-- --
Рис. 5.11 . Результат, полученный в режиме CGA
' 11.
\
i\.
' ""~ ~i"-. .......
--
Рис. 5. 12. Резуль тот, полученный в режиме VGA
Рнс. 5.12 nоспронзвоюп ту же :щшсь, перссч11та11ную для вывода
на Jкран VGA.
Обеспечение точной временной развертки
Для прнложеннi'I, требующих точной регнстр;щ1ш параl\!t:тра @рс-
1\!Я», ~южно нспользовать програ~шу TIME.BAS, заш1сыв<1ющую
в фа!1л DAТ.DAT значеннс нереl\!снной TIME$ в~1есте с получешю!I
пслнч1шоН напряжсння.
200 REM ---- TIME
----
210 GOSUB .100
220 OPEN "dat. dat" FOR OUTPUT AS # 1
230 РRINТ"Идут измерения ... "
240 FOR G=O ТО 639
250 GOSUB 100

96
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
260 PRINT#l,D, ,TIME$
270 FOR Т=О ТО 2000 :NEXT Т
280 NEXT G
290 CLOSE#l
300 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
Понятно, что для полно1u1 обработки такого файла потребуются
спецналыrые программы. Можно использовать как большие I<ом­
:-.1ерческнс пакеты, стат11ст11ческие или графичесю1е, тат< и простые
программы TCGA.BAS 11 TVGA.BAS.
5ОО REM ---- TCGA
-
-
-
-
510 OPEN "dat. dat" FOR INPUT AS #1
520 INPUT#l,Y:Y=199 -INT(Y*199/5)
530 INPUT#l,S$:PSET(0,Y)
540' FOR X=l ТО 639
550 INPUT#l,Y:Y=199-INT(Y*199/5)
560 IN PUT#l,T$:LINE -(Х,У)
570 NEXT Х :CLOSE #1
580 LOCATE l, l: PRINT S$
590 LOCATE 1,73:PRINT S$
600 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
500 REM ---- TVG A ~--,--
510 OPEN "dat. dat" FOR H1PUT AS #1
520 INPUT#l,Y:Y=349-INT(Y*349/5)
530 INPUT#l,S$:PSET(0,Y)
540 FOR X=l ТО 639
'
550 INPUT#l,Y:Y=349-INT(Y*349/5)
560 INPUT#l,T$:LINE -(Х,У)
570 NEXT X:CLOSE #1
580 LOCATE. 1, 1: PRINT S$
590 LOC ATE 1, 73: PRINT S$
600 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
Осциллограф
Во l\11юп1х с11туац11ях бывает нужно наблюдать формирование I<ри­
вой н реальном масштабе вреl\Iени прямо на экране ПК. При этом
11.олж11а бын предуслютрена возможность распечатки изображения
на принтере 110сле вывода на экран илн даже в процессе вывода, при
включс111111 ошн111 «11ечап> экрана». Такоl1 результат очень просто
11олуч11ть, совl\Iеспш три программы:

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 97
• драйвер АЦП;
• драйвер экрана;
• прикладную программу.
Первые два модуля уже известны, <i в качестве третьего может
быть использована лнбо программа CDIRECТ.BAS (с экраном
CGA), либо VDIRECТ.BAS (с экраном VGA).
85 GOSUB 300
200 REM ---- CDIRECT
----
210 GOSUB lOO:PSET(0,0}
220 FOR G=l ТО 639
230 GOSUB 100 .
240 Y=D:GOSUB ~00
250 FOR Т=О ТО 2000: NEXT Т: REM развертка
260 NEXT G
270 END
415 Х=О: RETURN
500 Y=199-INT(Y*199/5)
510 LINE' -(X,Y}
520 X=X+l
530 RETURN
540 REM (с} 1997 Patrick GUEULLE
85 GOSUB 300
200 REM ---- VDIRECT
--- -
210 GOSUB lOO:PSET(0,0}
220 FOR G=l ТО 639
230 GOSUB 100
240 Y=D:GOSUB 500
250 FOR Т=О ТО 2000:NEXT T:REM развертка
260 NEXT G
270 END
415 Х=О: RETURN
500 Y=349-INT(Y*349/5}
510 LINE - (Х, У}
520 X=X+l
530 RETURN
540 REM (с}1997 Pa~rick GUEULLE
Потребуются сл~дующне команды:
LOAD "MAXIMlO" (загрузка драйвера для МАХ 1243);
MERGE "VGA" (добавлен11е драйвера для экрана VGA);
MERGE "VDIRECT " (добавление модуля ОСI(JIЛлографа VGA).

98
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС f;IA БАЗЕ /ВМ РС
H<l рнс. 5.13 приведена полученная таким образом осцнллогра:-.1-
J\1а с11нусо11далыюrо сшн<lла с амплнтудоl1 1 В и частотой 4 Гц на
. выхо11.е функцновалыюго генератора, выполненного на базе широко
распростр<шсmю1u1 мнкросхемы МАХ 038. В данноl\1 случае 10-раз­
ряд11ыi1 АЦП работал с ПК J\Юделн 486/133 МГц с экрано:-.r VGA.
-
-
-
~
,
\
,
\
f\
1
'
j
/
'
/1/
1
1\
1
\1
\1\/
\
\V
'.../
\ •..1
'v
Рис. 5. 13 . Осциллограмма, полученная в режиме VGA
Чтобы приспособ1пь осциллограф 1< тоl1 или иной практической
задаче, в пporpal\!J\IY достаточно внести минимальные изменения.
Для получения непрерывной разверткн без очнстю1 экран<l (режим
дтпел1,ного послесвечения) следует исправить строку 270:
270 Х=О : GOTO 220
Для получен11я того же результата, но с очисткой экрана на каж­
дом «обратноl\1 ходе» развертки (режи;-.1 1<0роткого послесвечения),
надо з<lп11сат1,:
270 CLS : GOTO 85
Для получения режю,!а «ждуще1! синхронизации» следует доба­
вить толыю одну строку:
215 IF D:=O THEN 210
Эта коl\lанда позволяет дождаться положительного напряжения 11а
входе АЦП для запуска развертки.-Конечно, можно выбрать н любую
лругую отличную от 11уля нел11ч1111у в диапазоне от О до +5 В, а также
ЩШJ\1с11ять условные операторы «болыпе, чем» нлн «J\1е111>1пе, чеl\!».

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 99
Можно таI<же предусмотреть н вход внешней развертки, исполь­
зуя либо второй АЦП, либо один из цифровых входов (линии/АСК
пли BUSY параллельного порта, игровой порти т.п.).
Возможности многоканальных измерений
Подключение нескольких АЦП к параллельным и последователь­
ным портам позволяет оснастить ПК несколькими аналоговыми
входами, не прибегая к помощи дорогих АЦП с мультиплексными
входами. Возможны любые сочетания как аппаратных, так и про­
граммных средств.
Самый распространенный CJiiyчaй - это создание двухлучевого
виртуального осциллографа, но можно принять в расчет и задачи,
требующие режима работы «Х- У~, а также просто запись в файл
более или менее взаимосвязанных последовательностей данных.
Допускается огромное множество различных комбинаций - все
11х даже не перечислить. Скажем, приобретя один готовый АЦП,
второй можно собрать самостоятельно, чтобы не платить дважды за
одно и то же программное обеспечение. В нскоторьtх случаях может
понадобпться использование двух абсолютно идентичных АЦП.
5 REM ---- ВICOUR8E
----
10 REM ---- МАХIМ12
-- --
20 КЕУ OFF:CLS
30 8=&НЗF8:RЕМ СОМl:
40 N=l2: REM число разрядов
50 OUT 8+4,1
6О FOR Т=О ТО 1ОО:NEXT Т
70 OUT 8+3,64
80 FOR Т=О ТО 500: NEXT Т
84 GOSU8 1000
85 GOSU8 300
90 GOTO 200
100 OUT 8+4, О: р=О: REM ACQUISITION
105 OUT 8+4,2:0UT 8+4,0
110 FOR F=O ТО N-1
120 OUT 8+4,2
130 E=INP (8+6) AND 16
140 OUT 8+4,0
150 IF Е=16 THEN D=D+2л (N-1-F)
160 NEXT F
170 0=5*D/(2лN-l)
180 OUT 8+4,l:RETURN

100
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
200 REM ---- VD IRECT ----
210 GOSUB 100 :GOSUB 1090
220 FOR G=l ТО 639
230 GOSUB 100
240 Y=D:GOSUB 500
241 GOSUB 1090
242 Y=Q:GOSUB 600
250 FOR Т=О ТО 2000: NEXT Т: REM развертка
260 NEXT G
270 END
300 REM ---- VGA ----
310 SCREEN 9
320 КЕУ OFF: CLS
330 LINE(0,0)-(0,349) ,2
340 FOR У=О ТО 349 STEP 35
350 LINE(O,Y)-( 639 ,Y) ,2, ,&НСССС
360 NEXT У
370 FOR Х=О ТО 639 STEP 32
380 LINE(X,0)-(X,349) ,2,,&НСССС
390 NEXT Х
400 LINE(639,0)-(639,349) ,2
410 LINE(0,349)-(639,349) ,2 , ,&НСССС
415 X=O:RETURN
500 Y=349 -INT(Y*349 /5)
502PSET(Х,V)
505 V=Y
510 LINE - (Х, V), 12
520 X=X+l
530 RETURN
600 Y=349 -INT(Y*349/5)
.60 2
PSET(X,W)
605 W=Y
6 10 LINE-(X,W),14
630 RE TURN
1ОООREM ---- 12ВITS
---
-
1010 КЕУ OFF:CLS
1020 C=&H2F8: REM СОМ2:
1030 М=12: REM число разрядов
1040 OUT С+4, 1
1050 FOR Т=О ТО lOO:NEXT Т
10 60 OUT С+3, 64
1070 FOR Т=О ТО 500 :NEXT Т
1080 RETURN
1090 OUT С+4, О: Q=O: REM ACQUISITION
1100 OUT C+4,2:0UT С +4 ,О
1110 OUT С+4, 2: OUT С+4, О

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 1О1
1120 OUT С+4, 2: OUT С+4, О
1130 FOR F=O ТО М-1
1140 OUT С+4, 2
1150 E=INP (С+6} AND 16
1160 OUT С+4, О
1170 IF Е=16 THEN Q=Q+Y (M-1 -F}
1180 NEXT F
1190 Q=5*Q/ (2лМ-1}
1200 OUT C+4,l:RETURN
1210 REM (с} 1997 Patrick GUEULLE
Программа BICOURBE.BAS не должна рассматриваться только
ка1< нллюстрацня того, что можно получить при комбинировании
програl\lмных модуле!~, приведенных в. данной юrиге. Это образец
подхода, называемого англоговорящими программистами quiclг and
diгty («быстро и грязно»): здесь отсутствует всякое стремление
к структурнрованшо и четкост11. Програмl\lа работает, и это главное!
В частности, неоднократно применялась функция RENUM языка
BASIC для псрсопрсделенпя в разных местах той или другой
подпрограммы.
В том виде, в каком она приве;~ена, программа управляет сразу
двумя 12-разрядными АЦП - одним на базе МАХ 1241 и другим
на базе LТС 1286. Для каждого из них определен один ш каналов
днухлучевого осциллографа (рис. 5.14), в котором разные цвета
лучей позволяют без труда отлнчать один АЦП от д.ругого.
i...
---- -
i
1
-
1/.... 1\"
/
.......
~
1
\
J"
\
/
'\.
/"
'
./
""
./
Рис. 5. 14" Пример роботы виртуального двухлучевого осциллографа

102
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ЫА БАЗЕ /ВМ РС
Деilствнтеm,но, язык BASIC легко позволяет задавать атр11буты,
определяющие цвет того пли шюго граф11ческого элемента, лншь бы
el'O поддерживал графический экран. Ниже приведены коды цветон:
о черныi'1
1 CJШllII
2 зеленый
3 голубой
4 красный
5 пурпурньiй
6 коричневый
7 белый (цвет по умолчанию)
8 серый
9 светло-синий
10 с нетло-зеленый
11 светло-голубой
12 св етло-красный
13 светло-пурпурный
14 желтый
15 яр1<0-белый

ГЛАВА
СТРАНИЦА
~-
1
Концепция построения виртуального
измерительного комплекса
1
2
Аналого-цифровое
преобразование сигналов
7
3
Промышленные изделия
33
--
-
4
Сборка измерительного интерфейса
43
5
Программное обеспечение
виртуального комплекса
57
6 ДАТЧИКИ
и
ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
Входной усилитель
104
Датчик температуры
109
Датчик давления
114
Фотометрический датчик
120
Датчик тока
126
'7
Приложения
~

104
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
Аналого-цнфровые преобразонателн, которые расс~1атр11ваются на
страшщах этоi1 книги, способны обработать любое напряжение в д11а­
пазоне от О до +5 В, но онн рассчнтаны 11 на более широкое нсноль­
зоваш1е, так как могут работать с датчнкамн нли устройств а ми
нор:-.шрования снпrалов, зачастую самымн простыми. При это:-.1 с их
по~ющью можно измерять болышшство основных физических вели­
чнн , даже такие напряжеюrя н токи , r<оторые шшаr< не соответствуют
рабочему диапазону АЦП.
ВХОДНОЙ УСИЛИТЕЛЬ
Пр11 поl\lощи небольшого устройства, которое будет описано ниже,
легко с1шма.ются два основных ограничения, присущих простей­
ш1щ АЦП: входной лиапазон от О до +5 В и неспособность работать
с переменнымн напряжениями без постоянной составляющей.
Например, устройство смещения нуля и усилитель с переклю­
чаемыми коэффнциентамн усиления 1, 10 и даже 100 сильно рас­
ширят область прнменення АЦП ADC 1О и того мощного програм­
много обеспечения, которое к нему прилагается. Этот АЦП можно
будет использовать даже для оцифровки звука!
Подача переменного напряження с нулевым средним значением
(иными словамн, без постоянной составляющей) на вход аналого­
цифроного преобразователя с входным днапазоно~r О-~ В прпводит
к эффеr<ту однополупернощюго выпрямления. Результаты нзмере­
ний , выполненных без учета этого обстоятельства, конечно, окажут­
ся неверными . Данная снтуацня аналошчна той, когда луч обычного
осциллографа расположен у нижнего края экрана , а не в середине,
или когда перо регистратора установлено на один из краев бумаги.
В обонх случаях регул11ровка положения луча или установки
нуля позволяет решнть проблему путеы ·добавления регулируемого
постоянного напряжения Сl\rещення к ' входному сигналу.
Хотя нхо1111011 диапазон 0-5 В 11 1юдход1п для решення 1\Шопrх
зад<1ч, при 11 з мерен11ях с по;-.ющыо 8-разрядного АЦП желательно
нспользовать 1\tа1<с11малыю возможное количество из 256 уровнеii ,
то есть нужно уложнться н послелнюю треть шкалы. К пр11ме­
ру, входное тш1н1жен11е, !!:=шеняющееся н 11ределах от О до 500 мВ,
нр11 rrреобразона111111 з ai'r;-.reт всего 25 уровнеi'I, что соответству­
ет точносп1 4%, тогда юш АЦП наверняка 1шеет точность не нн­
жс 1%.
12-разряюrые АЦП решают эту проблему, 110 01ш тоже не рабо­
тают с с11гш1.11а~111 пере;-.1сшюготок;~ .

ДАТЧИКИ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
105
Входное сопротивленне большинства l\ШJ<jIOCXeм АЦП значн­
телыю меньше 1 МОм, н нз-за этого обычный делитель 1/10 будет
сл1шшом силыю подавлять сигналы, амплитуда которых лпшь не­
l\Шогим больше уровня 5 В.
Предварительный ус11литель с коэффиц11ентом усиле1111я 1О 110-
зволит изl\lерять напряження до 500 l\IB с такой же точностью,
с которой сам АЦП оц11фровывает напряження до 5 В. При входном
сопротивлешш 1 МОм предусилптель с единичным усилением по­
зволит работать па пределе из~~ерения «50 В» с использованиеl\1
обычного делителя 1/1 О.
С учетом простоты схем описываемых АЦП был разработан
саl\IЫЙ простой усилитель. Действительно, не нужны ни широкая
полоса (достаточно нескольких килогерц), ни высокая точность
(достаточно 1%), ни смещение нуля на уровне l\ШI<ровольт, по-.
скольку 8-разрядный АЦП с трудом определяет разницу между
величинами О В и 20 мВ.
Постоянное
напряжение($;
(DC)
.l
G=1 :А+С}
G=10 :В+С Перемычки
(G = 100:С)
С12
С2+С1
98/1 мА
I68nF I 10μLo _
,.--,
.-~~..-~~~~А
S Выход
@кАЦП
.l ADC 10
Рис. 6. 1. Принципиальная схема входного усилителя
Не надо расоrатр1шать схел1у, приведенную на рис. 6.1, как обра­
зец высокоточного прибора - это небольшое, но полезное устрой­
ство, предоставляющее немалые возl\южности.
Главный колrпонснт схемы - сдвоенный операционныi'~ уснлитель
LМЗ58, разработанный очень давно 11 пшроко распространенный. Он
может работать с напряжениями, очеш) блнзкlll\ш к нулю, даже без
двухполярного питания. Простой девят11волыовоl1 гальван 1~ческой
батареiiкн вполне хватит для mпаш1я ош1сьшаемого устройства,
I<аторое нотребляет ток 11е более 1 мА (500 часов непрерывной работы
с новой щелочной батареей).

106
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
Из напряжения шпання +9 В м1шросхеl\юii TLE2425 про11з1юд­
ства колшашш Texas Instгuшents форl\!нруется стабнлыюе напряже­
ние 2,5 В. Обычно эта мнкросхема нспользуется в устройствах для
"
u
нолучення «в11ртуаль11011 земли».
Хотя напряжения 2,5 В даже прн единичноl\! уснленни вполне
достаточно для сдвша нуля в середину рабочего диапазона 0-5 В,
прн отсутствни l\Шкросхемы TLE2425 допуспшо пр11ме11ение ип­
тегралыюго стабнлнзатора 78L05. Прн этом парал1етры будут ыенее
стабильны, а потребленпе тока увеличнтся. Расположен11е выводов
обеих микросхеl\! одинаково.
Многооборотный потенциометр R9 с сопротивленнем 10 кОl\!
служит для подачи части выходного напряжения микросхеыы
TLE2425 на резисторный суl\!матор. На этот же суl\шатор поступает
и входное напряжение, которое может подаваться напрялrую (разъ­
ем DC - открытый вход) или через разделительный конденсатор
Ccxt (разъем АС - закрытый вход), как ну обычных осuиллографов.
Использование входа АС позволяет убрать из входного сигнала
· п ост оян ну ю сос тавля ющую (обычно п рис ут ств ую Щую ),,а затем при
помощи потенuиометра R9 подобрать такую ее величину, которая
макснl\Iалыю упростит проведение юмерений. Ьшость неэлектро­
лип1ческого конденсатора ccxt (желательно, чтобы он был рассчитан
на напряжение 400 В) будет зависеть от условий измерений: ве~и­
чина.1 мкФ позволяет работать на очень низких частотах, а величи­
ны О, 1 мкФ достаточно для работы в звуковом диапазоне.
Номиналы резисторов (с точностью 1%) былн рассчитаны таю1l\1
образом, чтобы первыlr каскад имел единичное усиленне, а входное
сопротнвление составляло 1 МОы. Резистор с сопротивлениеl\1
500 кОм ыожно получить, соединив .параллельно два резнстора по
1 МОм каждый.
Второй каскад rшеет переI<лючаелrый коэффициент усиления 1,
10, 100, а многооборотный потенциометр R10 22 кОм позволяет
либо точно откалнбровать усиление при настроlше, либо регу­
лировать его плавно - так же, как это можно проделать при помощи
обычного осциллографа, вращая ручку «Усиление плавно».
Конечно, ничто не l\Iешает использовать иные ноl\!иналы резнс­
торов, чтобы· получ11ть другне коэффнциенты усиления: 2, 5 и т.д.
Для реализащш коэффнцнента усиления 100 п uепи обратноir
связп операщюнного усшштеля используется резнстор с ноl\ш­
налом 1 МОы, для коэффнцнента уснлення 10 - параллельное со­
ещшенне резисторов 100 кОм и 1 MOl\I. Для реалнзацни ещшич­
ного усиления (схема повторителя) применена обычная перел1ычка.

ДАТЧИКИ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
107
Чтобы обеспечнп, высокую точносп, устроi!ства, калнбровку
надо проводить при коэфсjшщ1енте усиле1111я 10, так как режнм
«Х 100» используется редко 11, кроl\!е то1·0, в этом реж11:-.1е операцн-
01шый усилитель LM 358 подвержен илня1111ю эффекта смещеш1я
нуля (которое едва л11 будет скоl\шенснровано полностью).
Следует обратнть вннма1ше 11а то, что, еслн 11е 11сполъзуется вер­
сня с оптрошюй развязкой, общнii провод усишпеля (в часпюстн,
входных разъемов) соединен с общш1 проводом АЦП н, следова­
тельно, с корпусоl\! ПК. Очевидно, что непред11амереI1ная подача
слишком большого напряжения на вход уснлитеJJ:Я IIЛII самого АЦП
может привестн 11 к его понаданшо на ыатерннскую плату ПК.
Описываемое устроikтв_о нельзя
рассматривать как защнтное: 0110 не
предназначено для это!1 цели. Поль­
зователь при проведении НЗl\1ереш1й
сам должен предщшняп, все необхо­
димые меры предосторожноспr н пом­
нить, что ПК более уязвим, нежели
осциллограф или мульпшетр.
Расоютрим конструкцию усили­
теля. На рис. 6.2 приведена тополо­
гическая схе:-.1а печатной платы, на
которой разl\!ещены все элементы
устройства. Монтажная схема пр11-
ведена на рис. 6.3; 11а нei'r показаны
также соедшштельные кололrщ для
Рис. 6.2. Топологическая схема
печатной плоты входного усилителя
подключения проводов входных 11 вы-
ходных сигналов. При необходн:~.10сп1 можно по;(ключ1пь внеш­
нпй нсточшiк шпаш1я вместо гаю,ваническоii батарен 9 В. Это мо­
жет понадобrпься, 11апрнмер, при про:Ведешш очеl!ь дюпелыюго
измерительного процесс~. Внешннii в1щ платы с установленными
элементами показан на рнс. 6.4 .
Вне платы будет Cl\!OHTllpOEaH только ВХОДIIОЙ КОIЩенсатор ccxt'
разl\lеры которого ,\югут быть весьма бош,шшш, еслн uыбран 1101\ш­
нал 1мкФ х 400 В.
Многооборотные подстроечные 11оте1щ1юl\1етры R9 11 R10 нрел­
назначаются как для печатного монтажа, так 11 для монтажа на. па­
нель. Второй подход 11ред11очппеле11, особе11110 ·для регулятора уста-
11овю1 11уля, пользовап,ся 1шторыl\1 нрндется J(ОВолыю часто.
Выбор коэфф1щ11ента ус11ле1шя может осуществляться щш пш.ю­
щв блока пере:~.1ычек (11р11редком11с1юльзона111111) лнбо щш rюl\ющи

108
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
·~~
3"х
\О :21
от
Gnd S
Gnd Е L.....::.J
9V
•:S
С(
:>::со:
:s
о
:s :s
3"
х
:i:: :i::
\Отt;~
о
t>~
:s:
Рис. 6.3 . Монтажная схема
тумблера нли перс1<лючателя (прн ре­
гуляр.ноы 11спользовани11). Но в боль­
шинстве случаев достаточно тумб­
лера с положе1шя1ш1 «Х1» и «Х10».
Размеры платы позволяют размес­
пrть ее вместе с гальва1111чсской бата­
реей в мсталлнчес1<0м корпусе пша
ЕМ 06/03 ESM. Несколько отнерстш1
в корпусе ·позволят установить вес
органы управления, а также, если по­
надобится, две приборные розетки
BNC (CPS0-73).
Схему очень легко настроить, даже
не подавая на нее внешний входной
сигнал. При установке переключате­
ля перемыче1< в положсшrс «ед1шич­
ное усиление» и в режиl\tе «ОП<рытый
вход» (DC) необходи!\10 «закоротить»
вход усrrлвтеля. Простое вращение
ручки регулятора «Установка нуля»
должно привести к нзменен11ям пока­
заний виртуального вольтl\lетра в пре­
делах от О до 2,5 В (показания долж-
входного усилителя
ны увеличиваться в десять раз при
переходе на реж нм «Х 10» ). В такоы случае, естественно, АЦП нс
l\южет обработать входное напряжение выше 5 В н будет форм11-
ровать I<Одовую комбинацию, соответствующую максимуму шкалы.
Рис. 6.4 . Внешний вид платы входного усилителя

ДАТЧИКИ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
109
ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ
Среди всего многообразия датчиков, которые можно подключать
к АЦП для обрабопш с помощью впртуалыюго измерительного
ко;..шлскса, одним из самых полезных будет датчик температуры.
Благодаря широкому рабочему днапазону он может применяться
и для регистрации метеорологических процессов, и для анализа
температурного режима аккуыулятора при быстром заряде, и даже
для проверки работы автоматики холодильных камер.
Широкие возможности масштабирования, закладываемые в ПО
для виртуального измерительного комплекса, позволяют сущест­
венно упросппь предварительную обработку с1_1гнала или даже пол-
1юстью от нее отказаться.
С учетом исключительной простоты схемотехники предлагаемых
АЦП логично использовать такоii же нростой датчиr< температуры.
Не может быть 11 речи о платшювоii проволоке, поскольку се низкая
чувствительность и нелинейность параметров потребуют пр11ме­
нсния нескольких операционных усилителей; не подо.йдут и термо­
пары, так как их компенсатор «Холодного спая» сложен по кон­
струкции и требует очень серьезной настройки.
Терморезисторы с положительным илн отрицательным темпера­
турным коэффициентш.1 сопропшления (ТКС) очень чувствитеш,ны
к изменениям температуры. Они просто подключаются, 110 их харак­
теристики нелинейны, так что их чрезвычайно сложно калнбровать.
В температурном диапазоне от -50 °С до +150 °С большие пре-
1шущсства имеют кре1шшсвые датчики. Достаточно чувствитель­
ные н часто обладающнс хорошей линейностью характериспш, 01ш,
ко всему прочему, дешевы н доступны. Надо ли искать им замену,
если известно, что по точности они сравнимы с АЦП, которые опи­
сываются в этой ю-шге?
Складывается впечатление, что l\IШ<росхема LM 335 (или се ва­
рнанты LM 135 и LM 235) создана специально для решения да11ноi'1
проблс;..1ы. Эта l\ШКросхе;-.1а выпускается ЮЮПI!\Ш производнтслями,
в то;-.1 ч11сле ко:-.ша1шяl\ш Natioпal Scшicoпdнctor н SGS-Tlюшsoп. Она
имеет корпус транзпсторного пша и может рассматриваться как
стабншпрон с температурны:-.1 I<оэффнциентоы напряжен11я (ТКН)
равньш 10 мВ/ 0 К. Рабочнi'1 днапазон температур микросхемы LM 335
лсж1п в границах от -40 °С до +100 °С (для варнанта LM 135 011 со­
ставляет от -50 °С до +150 °С). Прн этом нулевое выходное напряже­
ние соответствует температуре абсолютного пуля О 0 К (-273,15 °С).

110
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМГ]ЩКС НА БАЗЕ /ВМ РС
5 _ . . ,. . .. .________ ______,, ,,
§ 4 23 _____________.
_____________ _, .. --
~ 3:73 ----------, ., --/
~ 2,98
/
о::
/
~ 2,73
/
I 2,23 ,_____ ./
о -----
_,..-- _,..---,
·273 ·с
-50·с
(О01<)
(223 °1<)
25 •с 115о·с
(298 °1<)
(423 °1<)
о·с
100°с
(273 °1<}
(373 °К) .
227°С
(500 'К)
Температура (0
)
Рис. 6.5 . Температурная характеристика микросхемы LM 335
9V
LM
335
ADJ
10kQ
10м8/'К
ADC (10, 12 , 100, и т.п.)
О-5 в (от -273 до +227 °С)
о·с=273·к=2,73в
Рис. 6.6: Принципиальная схема датчика температуры
По характернстнке, пршзеденной на рис. 6.5, в~щнь, что выходное
напряженне ыеняется от 2,23 В при -50 °С (223 °К) до 4,23 В при
+150 °С (423 °К). Этн пара:-.1стры удачно соотносятся с рабочим
диапазоном оппсываеl\IЫХ АЦП - от О до 5 В.
Еслн не ввести в схему элементы калпбровю1, то несоответствие
l\Iсжду температурой 11 выходным напряженнеl\1 в наихудшем случае
может достигать 9 °К. Следовательно, для выполнения задач, рас­
сматриваемых в кннге,' требуется подстроечныi'1 резистор для калп­
бровкн. С учетом этого получается, как н предполагалось, исклю­
ч~пслыю простая схема, нрнведенная на рис. 6.6 .
Надо замет11ть, что д:1я обеспечения нормальной работы этого
датчвка достаточно одного резистора и небольшой гальваническоi'~
батарен 9 В, тогда как для большинства 11зделнii других произво­
д11телеi'1 потребовался бы 11сточш1к стабнльного тока.
После калнбровкн (обычно прн температуре +25 °С) точность
получаемых результатов в ~ависнмостн от группы датчика оказы­
вается лучше, чем±( 1-2) 0 С. Нанлучшеi'! является группа «A'l?. Это

ДАТЧИКИ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
Рис. 6.1 . Топологическая схема пе.чатной платы датчика температуры
Регулировка Adj
К АЦП ADC
Общий Gnd
Источник
+
питания
Рис: 6.8 . Монтажная схема датчика температуры
111
хорошо соотнос1пся с точностью 1% н разрешением 20 мВ (то есть
2 °С) 8-разрядного АЦП.
.
При работе с 10- нли 12.:разряднымн АЦП необходш.ю использо­
вать мш<росхему датчика группы «А» п уделить особое вюrмание
калибровке.
Печатная плата датчика имеет примерно такие же размеры, как
девятивольтовая гальваническая батарея. Топологнческая cxel\[a пе­
чатной платы приведена на рис. 6.7 . ,
При сборке схемы датчика следует руководствоваться монтаж­
ной схемой (рнс. 6.8). Стоит обратить внныанне на то, что на плате
установлены пракпrчесю1 все компоненты, а также разъеl\I гальва­
-
нической батареи н соеднннтельная колодка, подключенне к кото­
рым может осуществляться саыымо разны~ш способаын. Внешний
вид платы датчика с установленными _элементами показан на рис. 6.9.
Через соединительную колодку с помощью одной пары проводов
датчик температуры подключается к АЦП, а с по.мощью другой пары
wmE КАТJflfUll i
1
МШf
.•~1!
Рис. 6. 9. Внешний вид nлаты датчика температуры

112
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ !ВМ РС
на плату i\IOЖHO подать 11апряжен11е питания от 9 до 12 В, заыен11в
гальваническую батарею на вне1шшй источнш<. Эта же соед~11111-
тельная I<олодка позвол~п, при необход11мост11, с поr.ющью трех
проводов дл~шо/1 до одного метра вынести датчик на м11кросхеi\1е
LM 335 на безопасное расстояние, чтобы не подвергать остальные
устройства нзмер1пелыюго КОJ\JПлекса вредному воздеl1ствию.
Для работ, связанных с погружением в ж11д1<11е среды, будет не­
обходшю изолировать датчик, поместив его в чехол нз термореак­
тивного материала, причем достаточно тонкого, чтобы тепловая
инерционность датчика увеличилась не сильно. Идеальный вари­
ант - это чехол, заполненный термоюrеем. Понятно, что места пая­
ных соединений проводов и выводов датчика перед разыещением
в изолирующем чехле для предотвращения замыканий должны
быть изолированы отрезкаыи гибкой пласпшовой трубки.
Так как датчик определяет точность всего изыерителыюго тра1<та,
калибровать его нужно предельно аккуратно. В принципе калибровку
следует проводнть при 25 °С, но ничто не мешает провести ее при дру­
гой теыпературе в пределах от 20° до 30 °С. При этом надо помнить,
что температура в разных частях поi\1ещения может быть неодинако­
вой. Следовательно, эталонный терыометр, как можно более точный,
должен располагаться в непосредственной близости от калибруеыого
датчика на ыикросхеме LM 335, и, кроме того, необходимо выждать
некоторое время, чтобы достичь теплового равновесия.
Напряжение калибровки зависит от температуры окружающей
среды: например, при те.мпературе 20 °С (или 293 °К) выходное
напряжение датчика нужно установить на величину 2,93 В.
Можно рекомендовать и более простой способ калнбровки при
О 0 С, не требуюшнй образцового терi\юметра. Для этого достаточно
проделать в куске льда отверстие (напрнмер, остывающиы паяль­
НJll<ОЫ) и поыестить корпус LM 335 (но не выводы!) в талую воду,
J<оторая начнет быстро заполнять углубление, - это «тающий лед»,
температура которого по определению р~вна О 0 С. Затеl\I надо будет
при помощи многооборотного подстроечного резнстора отрегули­
ровать датчн1< до получения на табло виртуального нолыыетра по­
каза1шя 2,73 В.
Важно выполнять калибровку датч11ка именно с теi\1 АЦП, с ко­
торым этот датчнк будет работать впоследствии, чтобы как l\южно
лучше с1<оыпенсировать его погрешность.
Естественно, допускается комбинирование обоих вышеуказан­
ных методов для получения макси;\tальной точностн, хотя при этом
не сто11т рассчитывать на получение общей точности выше ± 1 ° С.

ДАТЧИКИ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
113
Большинство задач предполагает проведение дпнамической реги­
страции нзменениii температуры за тот или иной период вре:-.rени.
Однократные измерения температуры гораздо удобнее проводrпь
при помощи обычного термометра.
Паr(еТ PICOLOG, работающий со всеми шделиями компании PICO
Technology, позволяет выполнять измерешrя с временными интер­
валаl\Ш от нескольких минут до многих месяцев и даже лет. Помимо
этого, он дает возможность провести масштабирование результатов
измерений, а при использоваюш датчика температуры выполнить
преобразование «Вольты-градусы Цельсия». (Вначале надо скорреrпи­
ровать наклон характеристики преобразования для получения ре­
зультатов в градусах Кельвина, а затем произвести коррекцию смеще­
шrя для перехода к величинам, измеренным в градусах Цельсия.)
Какой бы АЦП ни пспользовался (ADC 10 или ADC 12), необхо­
димая величина коррекции смещения в меню «Настройка линейной
шкалы» для параметра «Температура» равна -273. Коэффициент
коррекции наклона при работе с ADC 10 (8-разрядным) равен
1,9608, а при работе с ADC 12 (12-разрЯдным) равен 0,1221.
Чаще всего будет использоваться шкала, градуированная от
- 50° С до +100 °С или +150 °С и включаюЩая весь рабоч11й диапа­
зон датчика.
Хотя пакет PICOSCOPE в :-.-1еньшей степени, чем PICOLOG, при­
годен для измерения и обработка замеров температур (осциллограф,
частотомер и анализатор спектра здесь не помогут), его вольтметр
постоянного тока можно настроить непосредственно на отображение
измеренной температуры (рис. 6.10).
Для отображения температуры в Градусах Кельвина достаточно
выбрать режим «Переменная шкала», затем установить минималь­
ное значение равным нулю, а маJ(симальное - 500, без знаков Пос­
ле запятой (десятые доли градуса при точности ±1 °С не имеют
значения). Пр11 отображешш результатов в градусах Цельсия мн­
нималыюе и максимальное значения равны соответственно -273
и +227, также без знаков после запятой.
Работая с АЦП, которые изготовлены по приведенным в книге
схемам, на примере прогр;~ммы DEGRES.BAS можно убедиться,
насколько просто превратить виртуальныi'1 волJ>тметр в виртуаль­
ный термоl\1етр.
200 REM ---- DEGRES
-- --
210 GOSUB 100
220 D=INT ( 100*0)
230 LОСАТЕ 1, 1

114
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
Рис. 6. 1О. Вид экрана в режиме измерения температуры·
240 PRINT USING" ### "; D-273;
245 PRINT" 'С
250 GOTO 210
260 REM (с) 1997 Patrick GUEULLE
Метод прнведения шкалы, нспользованныii в этом упрощенном
варианте программы УО LTS .BAS, f\южно при;\1енять во всех других
программах, рассмотренных в главе 5.
ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ
Измерение н рег11страш1я давления шнроко распространены как
в промышленности, так и в повседневной жнзни: :метеорологичес­
кие баро;\1етры показывают атмосферное давление, а медицинские
тонометры - данленне в надуваемо\1 манжете. Не сто1п забывать
и о высото;-.1ерах (альтш1етрах), которые, по сути, представляют
собо\1 те же бароr.1етры, но со специальной шкалой.
Н 11жеоп11санный простой 11 дешевый датчик давления, способ­
ный работать с АЦП, которые рассмотрены в данной книге, может
применяться в саыых разных целях.
В завнс11мосп1 от нснользуе~юй технологии датчик давления без
электрон11оi'1 части может быть и очень дорогим, и относительно

ДАТЧИКИ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
115
Рис. 6.11 . Внешний вид кремниевого датчика доtтения
дешевым. Экономичные датчики, построенные на основе кристалла
кремния, были настолько усовершенствованы, что теперь парамет­
ры профессионалы-юго уровня можно получить, купив изделие при­
мерно за 25 долларов. Такой датчик состоит пз двух основных час­
тей: герметич1iого корпуса, обычно снабженного штуцерами, позво­
ляющими подсоединять гибrшс трубки, и очень необычного полу­
проводникового кристалла. На одн~й и той же I(ремниевой нластине
выполнены в классические электронные компоненты, 11 струнные
датчики натяжения (рис. 6.11).
Революционная идея состоит в том, что именно ca::\Ia пластнна,
определенная часть которой сделана очень тонкой при помоши .чн­
крообработки, играет роль мембраны, деформирующейся под воз-
действием давления.
Первые датчики, изготовленные по такой технологии, д::шали
не слишком хорошие показатели. У них присутствовал ощутимый
температурный дрейф, а также за::\1етньп':'1 сдвиг нуля (наличие выход­
ного напряжения при нулевом давлешш), который сильно менялся
от образца к образцу. Электронные корректнрующне устройства,
I( счастью, могли существенно сгладить эти недостатюr, а на сегод­
няшний день положение значительно улучшнлось.
Выполнение на одноfi пластине, помимо струнных датчиков на­
тяжения, терморезисторов и резисторов с лазерной подгонкой по­
зволяет производителям создавать и выпускать уже калиброванные
и термокомпенсированные датчики. Испол,ьзовать их очень просто:

116
+SB
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
нуля'
(необязательно)
'Усиление'
Выход
Рис. 6. 12 . Схема устройства согласования для датчика давления
достаточно подать постоянное нап~яжение на одну диагональ моста,
состоящего из струнных датчиков натяжения, и снимать с другой
дпагонали этого моста напряжение, пропорциональное приложен­
ному давлению. Так, датчики компании Motorola из серии МРХ
2000 обычi-ю формируют нулевое напряжение в диагонали при ну­
левом давлении и 40 мВ (реально - в пределах от 37,42 до 42,58 мВ)
при давлении, соответстnующем их полной шкале.
Для устройств, рассматриваемых в этой книге, с целью охвата наи­
более шнрокой сферы примен_ен11я был выбран датчик МРХ 2200,
работающ11!1 в диапазоне измен~ния давления до 2 бар (до 200 кПа).
Датчик выпускается в двух вариантах: МРХ 2200 АР, называемшv1
абсолютным, и МРХ 2200 D Р, называемый дпфференциальным. Очень
важно понять пршщипиа.Льную разннцу между ними и выбрать
пменно тот вариант, который соответствует условиям нзмерения.
Деформируемая 1чеl\!брана датчнка может «чувствовать» толь­
ко разницу давления между двумя своими поверхностями, притом
по-разному в разных направлениях. Вследствие особенностей кон­
струкции у нее есть сторона «Высокого давления» и сторона «Низ­
кого давления». Поэтому корпус датчика состоит из двух полосте11,
между которыми и расположена ые~1брана.
Есл11 каждая из полостей снабжена штуцером для присоещшення
трубок, датчик определяет разницу между двумя приложенными
давлениями, то есн является дифференцнальныы. Одно из этпх
давлений может быть атмосферным - для этого одна нз полосте!1
остается открытой (к штуцеру ничего не присоединяется).
В датчиках, называемых абсолютны1ш1 (ил11, более правильно, аб­
сол16пюго 1tавле1111я ), одн;t 11:> полостей пол11остыо rсрмет11зщюuа11а

ДАТЧИКИ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
111
н ~накачана~ до определенного давления (хотя внутри нее может
быть 11 глубою1(1 вакуум). Таким образом, давление, прrшладыва­
емое к сд1шствс1шо;-.1у входу датчика,- будет измерено относительно
этого опорного давления. Датчики подобного пша используются,
в частностн, в барометрах 11 высотоi\fсрах, которые сравнивают
внешнее апюсфернос давление с опорirым. Естественно, такому
датчику для нор;-.~алыюй работы нс нужна сложная электроника.
Схема устройства согласования, приведенная на рис. 6.12, взята
непосредственно из руководства по применению, разработанного
компанией Motorola, и является не самой лучшей из существующих,
но се ТQЧJюсти в шбытr<е хватает для работы с 8-разрядным АЦП.
К этой схе;-.1е был добавлен интегральный стабилизатор 7805,
формирующий напряжение питания 5 В для датчика и для микро­
схемы сдвоенного операционного усилителя LM 358. Каскады
микросхемы решают две задачи: во-первых, воспринимают диффе­
ренциальный сигнал с выхода датчика, во-вторых, усиливают его.
'-
а
о
а
Рис. 6. 13 . Тапологическая схема печатной платы датчика давления
При напряжении источника питания 5 В напряжение на выходе
второго операционного усилителя нс может составлять больше 4 В.
Именно эта велнчина и является напряжешrем полной шкалы устрой­
ства (4 В при давлении 2 бара).
Многооборотный поте1щио:\1е1Р R6 с номиналом 20 кОм служит для
точной установкн этой величrшы или какой-либо другой точки шка­
лы, для которой нмсется воз:\южпость проверить давлешrе с помощью
эталонного мапоi\1етра. Присутствующий в орнпшальной ·схеме, но нс
обязательный подстроечный резистор для коррекции смещения нуля
не был использован ввиду малой велнч~шы этого смещения 11 ограни­
чений точности преобразования 8-разрядных АЦП.
Тополоrнческая схещt печатной платы разработанного устроii­
ства пр11вс;tс11а на р11с. 6.13, моптажная схсыа - 11а р11с. 6.14.

118
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ !ВМ РС
Рис. 6. 14 . Монтажная схема датчика давления
Рис. 6. 15. Внешний вид платы датчика давления
Источник
питания
Выход
Датчик моделн МРХ 2200 (но нс МРХ 2010, который, согласно
руково1Lству коi\111а111111 Motoгol<l, paccчIIТ<lll Ha давление до 100 i\lбap)
креrштся J< плате двуi\1}\ шнпаi\111-сttморезаi\IИ со сред1111i\1 усилием
затяжки 11 фнксацнсil шштов лаком или краскоii.
После закренлсния датчика его ленточные выводы припаиваются
к 11релус!\10тре1шыi\1 для 1шх контактным площадкам. Перед этиi\1
выводы датчика должны быть аккуратно отформованы прн помощи
пннцета нлн пассатнже(1 с круглым11 губкамн. Внешний вrщ смон­
тнрова1111ой печатноii платы показан 11а рве. 6.15.
До тех 110р пока на даРшк 11с 1юд;.ню внешнее давление, подклю­
че1111ый к устройству в11ртуаль11ыii волыметр должен показывать
нулевое на11ряжеш1с, есл11 11спользуется датч11к д11ффере11цналь-
11ого т11па, илн напряжснне, соответстнуюшее атi\lосферному давле­
ншо, ссл11 11спол1>зован датчнк абсолютного пша.
ПI11рочайш11е воз!\ю:ж1юсп1 калибровки 11 нрнведения шкал таких
программ, как PICOSCOPE 11л11 PICOLOG, позволяют выводить
1111форма1{1IЮ 11с11осредствен110 в тех вел11ч1шах, которые интересуют
11олюоватеш1; в част11ост11, дсшлс1111е вьшоднтся в любых соответству­
ющих сд1ш1щах (11а11рш.1ср, сд11111щах высоты), равно юш и любой
дpyroii riapa!\1cтp, которыii для у11uбства 11з!\1срс1шя ыожет быть соот-
11ссе11 с JtaBЛCIНIC!\I.

ДАТЧИКИ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
119
Применяя виртуальныil вольтметр программы PICOSCOPE с от­
сутствуюшнм11 (что важно) знакам11 после запятой, достаточно, нa­
Пplll\Iep, указать нулевую величину для мишrмального и 2500 гПа
( IIЛII ~~бар) ДЛЯ l\lаКСIШаЛЬНОГО значенш\, чтобы Пр И ПOl\IOШII даТ­
ЧIIКа МРХ 2200 АР получrпь прямую инднкацню атl\Iосферного
давлення в стандартных едш-шцах. Кроме того, достаточно уста­
новить максимальную величину равной 1875, чтобы получить ан­
дпкацию атмосферного давления в l\IИллиl\1етрах ртутного столба
(mmHg - мм рт. ст.), единицах внесистемных, но широко распро­
страненных и понятных.
Хотя стандартной единицей давления является паскаль (Па), мож­
но констатировать, что кроl\1е него используется очень много других
единиц - от английсrшх фунтов на квадратный дюйм (PSI) до бар или
кг/сl\~2, в которых тарированы, наприl\1ер, автомобильные манометры.
Точные соотношения различных единиц давления приведены
в табл. 6.1. Эту информацию можно использовать при калибровке
той или иной программы с целью индикации результатов измере-
1шй в каких-лнбо единицах из ряда перечисленных.
В таблице использованы следуюшие обозначения:
PSI
ДIOill\I ВОД. СТ.
ДЮЙl\1 рт. СТ.
кПа
мбар
см вод. ст.
мм рт. ст.
фунт/кв. дюйм
дюilм водяного столба
дюйы ртутного столба
кило паскаль
миллибар
сантиметр водяного столба
миллиметр ртутного столба
Таблица 6.1; Соотношение основных единиц измерения давления
PSI
дюйм
дюйм
кПа
мб ар
вод. ст.
рт. ст.
PSI
1,000
27,680
2,036
6,8947 68,947
дюйм
3,6127 х 10 2 1,000 7,3554 х 10-2 0 ,2491
2,491
вод. ст.
дюйм
0,4912
13,596
1,000
3,3864 33,864
рт. ст.
кПа
0,14504
4,0147
0,2953
1,000
10,000
мбар
0,01450
0,40147
0,02953
О, 100
1,000
СМ ВОД. СТ.
1,4223
0,3937 2, 8958 х 10· 2 0,09806 0 ,9806
мм рт. ст. 1,9337 х 10-2 0,53525 3,9370 х 10-2 О, 13332 1,3332
см
мм
вод. ст. рт. ст
70,308 51,715
2,5400 1,8683
34,532 25,400
10, 1973 7,5006
1,01973 0,75006
1,000 0 ,7355
1,3597 1,000

120
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК
Еще проще, че:\1 датчики температуры 11 давления, изготовляется
фотометр11чес1шй датчик, часто называемый люксметром, 110 на самом
деле выполняющ11l1 гораздо более широкие функции.
Измерение параметров светового излучения является очень
сложной задачей, особенно если отсутствует четкое представление
о ТО:\1, что н каким образом надо измерять. Даже в са:\IЫХ серьезных
лабораториях иногда могут быть получены обескураживающие ре­
зультаты нз-за того, что при ИЗ:\!ерениях пренебрегли оформлением
четкого протокола.
Надо знать, что основной величиной в фотометрии является сила
света источника излучения, измеряемая в I<анделах (кд). Люкс (лк),
более известн,ая единИца, на самом деле является единицей измере­
ния освещенности, а это принципиально разные величины.
Для получения освещенности в один люкс экран площадью один
1шадратный метр должен быть расположен на расстоянии одного
метра от точечного источника излучения, однородно излучающего
свет во всех направлениях (сила света составляет одну канделу).
Строго говоря, экран должен иметь форму сферического сегмента
площадыо один квадратный метр, а не плоского квадрата со сто­
ронами в один метр. В таком случае каждая точка экрана будет рас­
положена на одинаковом расстоянии (1 м) от источника. Это важно,
так как освещенность изменяется обратно пропорционально ква­
драту расстояния от источника. В указанных условиях область
пространства, ограниченная прямьши, которые соединяют источ­
ник с линией, образующей периметр экрана, представляет собой
~телесный угол~ в один стерадиан и заключает световой поток
в один люмен. Следовательно, освещенность в один люкс соот­
ветствует световоl\lу потоку в од1111 люl\lен, падающему на один
квадратный метр площади.
Освещевныil подобным образо:\1 экран будет отражать, по ме)-Iь­
шеil мере, часть падающего на пего света. Таким образО:\1, он обладает
некоторо1';'1 яркостью, выражаемой в канделах ва квадратный метр -
едшшцах, называемых 1шт (нт). Именно эту яркость измеряют экспо­
нометрами в фотографии, тогда как люксметраt\IИ измеряют I<оли­
чество света, падающего на поверхность (напрш1ер, на рабочий стол).
Связь между эт11ми днумя величинами весьма сложна, поскольку
основана на отражающ11х своl1ствах экрана и заш1с1п от его альбедо
(бел11з11ы) - нсличины, характернзующеii с11особносп, тела отражап,

ДАТЧИКИ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
121
Таблица 62 Реперные точки фотометрии
Условия
Средняя освещенность
(лк)
Солнце в полдень
140000
Солнечный день
100000-125000
Ясное небо (зенит)
6250
Ясное небо (горизонт)
3125
диапроектор
1000-1500
(24 В/150 Вт на 1 м2)
Рабочий стол
500
В тени, солнечным днем
435
Полдень
1875
Сумерки
70
Начало ночи
1,5
падающий на него световой поток, - а также от угла наблюдения
экрана. К примеру, в фотографии обычно предполагают, что ~сред­
ний» объект отражает не более 18% падающего на него света. .
Для того чтобы читатели правильно поняли процесс калибровки
нижеописанного прибора, в табл. 6.2 приведены некоторые вели­
чины освещенности, получаемые определенной поверхностью в раз­
личных природных условиях. Можно убедиться, что динамический
диапазон освещенностей достаточно велик.
В табл. 6.3 приводятся соотношения между основными едини­
цами яркости, применяемыми на практике.
Таблица 6.3. Соотношение между основными единицами яркости
ЕДиница
'
Нит::= JД/м2
,.
sb (стильб)
104
кЩкв. фут
10,76
кЩкв. дюйм
1550
аsЬ (апостильб)
0,318
L (ламберт)
3183
ftl (фут ламберт)
3,43
9.

122
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ !ВМ РС
Как с инженер1ю1u1 точкн зрения, так и с точ1<11 зревня практ11-
ческо11 электро1111ю1 нее фотометрические из,,!ерен11я про11зводятся
с помощыо фотоэлектрической ячеi'нш . Однако когда нз результатон
эп1х 11зл1ере1шй, полученных в вольтах, нужно получить вел11чины
силы света, освещсшюстн, светового потока 11л11 яркост11, надо под­
хо·д1пь J( этому с точкн зре1111я фнзика.
Один из самых простых фотометрических датчиков - это фото­
д1юд. Есл11 его включнть как фотовольтаическую ячеfiку, то его ток
короткога зал1ыкания будет почти прялю пропорц1юнале11 освещен­
носп1. Значит, он в полном сыысле является люксметроы. Но вес не
так просто, поскольку след.vет учитывать спектральную чувств11-
тельность фотодиода.
РIN-фотодиод из монокристаллического кремния, напри:-.1ер ши­
роко распростра11е11нь11u1 элемент BPW 34, имеет максимальную чув­
ствительность в красной и инфракрасной областях спектра. Это
значит, что л.ля применения такого типа ячейки в прецизионной фо­
тол1етрии надо предус~ютреть специалт;ный сине-зеленый фильтр .
Фотоэлементы на основе· аморфного кремния, напротив, имеют
спектральную чувствительность, очень близкую к чувствительнос­
ти человеческого глаза (как общепринятого эталона). В таких слу­
чаях rонорят, что датчик и человеческий глю ~:фотоп1ш1ч11ы». Из
пол.обных элементов строятся ячейки солнечных батаре1\ которые
обычно предназначены для использования в системах электрошпа-
1шя малой мощности, но эти фотоэлементы также могут быть отлич­
ными фотометричесюши датчиками.
Несмотря на ощутимую разницу в размерах, фотодиод BPW 34
II самая маленькая из ячсе1< SOLEMS имеют сопоставимую чув­
ствнтельность. Так, при освещенности 1000 ЛI< BPW 34 форщ1рует
ток 1<ороткого ЗШ\IЫКШIИЯ около 65 мкА, а ячейка SOLEMS 05/048/
016 - около 95 ~шА.
Различнс заключается в то~1, что батарея SOLEMS состоит
из пят11 обыtiных щюдов, включенных последовательно, что по­
зволяет увслвчить генерврусмое ею напряжение. При короткоы
замыкании напряжения нет вовсе, тогда как отдавае~1ый ток опре­
деляется элементом батареи с наименьшей площадью (в среднем
ОI<ОЛО 1,2 см 2 ).
Отметим, од11а1<0, что фотодиод BPW 34 имеет гораздо большую
эффе1пинность 11реобразования, так как указанные характеристшш
достигаются при площади чувствительного слоя всего в 7 мм 2.

ДАТЧИКИ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
123
Таким образоы, применяя нестандартную схему 11одстроf'Iкп, в шr­
жеописанном устройстве можно использовать II фотодиод BPvV 34
(производства компании Siemeпs илв Ceпtroпic), II солнечную ба­
тарею SOLEMS. Последний вариант более предпочппелеп при из­
мерениях освещенности, результат которых, выраженный в люксах,
должен быть точным, а BPW 34 - в случаях, когда нужен датчик
очень маленьких размеров (в частности, прн пзмерениях оптичес~
ко.й плотности).
При условии работы с монохроматичесrшм излучением (красный
светодиод, полупроводниковый или иной лазер) люксметр позво­
ляет определять светопередачу любого полупрозрачного обЪекта
(фильтр, пластыассовая пленка, определенная область на фотоне­
гативе и т.п.). Достаточно отрегулировать измерительную цепь так,
чтобы обеспечить индикацию светопередачи равную 1,00 при пря­
мой видимости, и тогда после размещешrя объекта между источ1ш­
ком света и фотодиодом с индикатора можно считывать непосред­
ственно показания уровня светопередачи.
Используя полученный результат, легко рассчитап, оптическую
плотность светового потока: она с точностью 1io знака равна деся­
тичному логарифму величины светопередачи.
Принципиальная схема люксметра, приведенная rra рис. 6.16,
повторяет классическое схемное решение, описанное в различных
руководствах по применению операционных уснлителей.
Разность напряжений на входах дифференциального усилителя
всегда близка к нулю, следовательно, фотодиод работает в режиме
короткого замыкания. При этом нходноf'I ток уснлителя также пмеет
+
01
ВРWЗ4
илиSОLЕМS
05/048/016
2,8В/85мкА
"'
с::;
§
"'
Выше 50000 лк
использовать серый фильтр
Гальваническая
батарея 9V•
+
С1
,-0
22μF
.J...
+ 1----:i_
Рис. 6. 16. Принципиальная схема люксметра

124
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
очень малую величину, что определяется высоким нходным сопро­
тпвлением, а ток через резистор обратно1v1 связи раве н по величине
току фотодиода , но противоположен по направленню.
Выходно е напряжение каскада U в таком случае будет опр еде­
ляться как U = RXI, где R - сопротивление резистора в цеп11 обрат- ·
ной связп, а 1 - фототок, формируемый фотодиодом .
С учетом коэффициента ус11ления второго каскада, регулвру­
емого в пределах от 1 до 11, четыре переключае мых резнстора в це­
пи обратной связи первого каскада позволят успешно пере1<рыть
пределы 50, 500, 5000 и 50000 лк пр~-~ выходном напряжешш 5 В.
Естественно, эти величины могут быть переопределены пользо-
. ва те л ем - путем изменения либо номиналов резисторов, либо коэф­
фициента усилени·я второго каск_ада.
За:\1етим также, что при уровне освещ е нности выше 10000 лк ли­
нейность характеристики фотодиода BPW 34 производителем не га­
рантируется, а параметры ячейки SOLEMS не специфицируются
при осве~μенности выше 100000 лк. Вероятно, это уровень, соответ­
стnующнй началу насыщения. Поэтому при уровнях освещсшюсти
выше 50000 лк рекомендуется прИI\Iенять серый фильтр изнестной
плотности и соответствующим образом программно корректировать
результат измерений.
Рассматриваемое устройство питается от простой гальваничес­
кой батареи 9 В, таr< как ыикросхема LM 358 спе циально рассчIIтана
на работу от однополярного источника.
Рис. 6. 11. Топологическая схема печатной платы фотометрического датчика
На рис. 6.17 показана тополог11чес1<ая схема печатной платы фо­
тометрического датчика. По размерам плата сравнима с указанной
гальванической батареей.
Монтажная схема устройства представлена на рис. 6.18, а его внсш­
ниli IШ/t с установленными эл еме11там11 - на рнс . 6.19.

ДАТЧИКИ И ПРИНАДЛЕ){fНОСТИ
Перемычки
~
п
+rnCJ
820 Q
B,2kQ
62kQ
820kQ
(SOLEMS 05/048/016)
Рис. 6.1 В. Монтажная схема фотометрического датчика
Рис. 6. 19. Внешний вид фотометрического датчика
125
На плате предусмотрено место для установки фотодиода BPW 34.
При установке необходимо соблюдать указанную полярность, ко­
торая на первый взгляд может показаться неправильной, но это
ошибочное мнение. При таких размерах платы н предложенном
способе монтажа батарея SOLEMS на плате разместиться немо­
жет. Если решено использовать в качестве фоточувствительного
элемента эту батарею, то подключать ее надо при по:~.ющи двух
проводов длиной около 10 см, приклеенных специальным прово­
дящим клеем 1( двум металлизированным контактам на задней
стороне ячейки.
Несмотря на рекомендации производителя компонентов, катего­
ричесrш пс советуем использовать пайку оловом!

126
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИзмЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
Для подключен11я датчнка t< АЦП и t< вы~одам гальван11чес1<0Н
батареи 11редус;\tотрена сосдннительная ~солодка, но провода :.южно
11 припаять. Блок перемычек, удобныi'1 при нечастой cl\1e11e пределов,
пр11 11еобход111\юстн заменяется на галеп-1ыi'1 переключатель.
Перед выполненнеы серьезных IIЗJ\Iерений устройство должно
быть откалибровано методом сравнен11я с показа1ШЯ1\Ш люксметра
высокого класса точности. Но есть множество ннтересных задач,
котрые не требуют строгой кал116ровки, однако предполагают нали­
чне у датчика высокой линейностн преобразования, которой как раз
обладает рассмотренное устройство. Сюда относятся, например, из­
мерения оптической плотности илн контраста, а также регистрация
из1\rенений освещенности за определенные проыежутки вреыени.
ДАТЧИК ТОКА
Среди различных приставок, которьши желательно оснастить вир­
туальный измерительный ком11ле1<с, устройство для нзмерения тока
будет одним из самых полезных. Гораздо более удобный и гибкий
в использованюr, чем обычныr1 резистивный шунт, предлаг~емый
датчик в наименьшей степени повлияет на работу схемы, в которую
будет вюпочен; прв этом 011 прекрасно подходит для работы с из­
мерителыrыми приборами, имеющи.l\ш самые разные входные пара­
метры и пределы.
Иэвеспю, что самые простые АЦП могут осуществлять преоб­
разование только положительных входных напряж е ний в 'диапа­
зоне от О до 5 В. Чтобы осуществить при помощи такнх устро1u1ств
измерение силы то1<а с полной шкалой, прсдположшr, 5 А, надо
подключить параллельно их входу резистор с номиналом 1 Ом.
Эта величина на1\!ного больше сопротивления 0,064 Ом, которое
BHOCllTCЯ В Jl\)ОВеряемую CXei\/)' ХОрОШШI СТреЛОЧllЬ!l\1 ПpIIбopOJ\I
на TOl\1 же пределе ~s А~ . Подключение · подобного устройства
ыожет серьезно повлиять на проверяемую схему, не говоря уже
о ТО;\1, что прн силе тока 5 А рассенваемая на резисторе мощность
достигнет 25 Вт!
Лучшие результаты 1\lогут получиться, если нспользовать резис­
тор с сопроп~нлепнем О, 1 Ом . Но пр11 силе тока 5 А падение напря­
жения на нем составило бы 500 мВ, а этого недостаточно л:ля работы
АЦП (особенно 8-разрядного) со шкалоii 5 В, когда требуется высо­
ю1я TOЧllOClЪ llЗl\!Cpe11иii .

ДАТЧИКИ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
127
Оптимальное решение состоит в использовании резистивного
шунта минимальной величины а в последующе.м усилении полу­
ченного на нем напряжения до величины, необходимой для нор­
мальной работы АЦП.
Микросхема МАХ471 компании MAXIM, созданная для контро­
ля изменений силы тока в автоно~шых источниках шпашrя мобиль­
ного оборудования, содержит в одном корпусе резнстор с сопропш­
лением около 0,035 Ом и несколько операционных усилителей
с малой потребляемой мощностью, ВI(Люченных по оригинальной
схеме. Эта микросхема имеет рабочий диапазон напряжений пита­
ния от 3 В до 36 В (при потребляемом токе меньше 100 мкА)
и формирует на выходе измерительный ток, составляюЩий 1/2000
от тока, протекающего через внутренний шунт. На сопротивлении
2 кОм измерительный ток создает напряжение 1 В при силе тока
в измеряемой цепи 1 А. Эти параметры как нельзя лучше подходят
для измерения любым виртуальным прибором.
Конечно, данный коэффициент преобразования можно изменить,
использовав другой резистор соответствующего номинала. Микро­
схема МАХ471 имеет верхний предел измеряемой силы тока 3 А
(10 А пикового значения в течение не более 10 мс). Кроме того,
можно отрегулировать схему для получения на выходе напряження
5 В при силе тока 3 А. Прп этQм в программу необходимо добавить
корректирующий множитель.
В любом случае рекомендуется откалибровать устройство акку­
рапю, так как точность внутреннего измерительного резистора за­
метно ниже, чем у хорошего шунта. Но благодаря очень высокой
температурной стабильности полная погрешность коэффициента
\
преобразования составляет менее 2%, что соответствует возмож-
ностям 8-разрядного АЦП.
Принципиальная схема датчика тока, приведенная на рис. 6.20,
содержит подстроечньпl резистор 10 кОм, позволяющий регулиро~
вать ее коэффициент передачи в широких пределах относ11тельно
величины 1 В/А.
Заметим, что направление измеряемого электрического тока (его
знак) может быть произвольным. Микросхема МАХ471 в неrюто­
ром смысле ~выпрямляет» напряжение, падающее на шунте, с тем
чтобы выходное напряжение всегда оставалось положительным.
Это очень важно при.работе с любым виртуальным измерrпельным
пр~~бором, нечувствительным к отрицательному напряжению.

128
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС.
1+
01
+
Источник R1
питания 560 Q
от3до36В
Батарея 9 В
-1
Измеряемый
ток
(максимум ЗА)
ОТ 0,035 ДО 0,070 Q
2,3 ~"
RS+
RS-
С11 ·
МАХ 471
оuт
SIGN
SHDN GND
4
1-
6,7
Рис. 6.20 . Принципиальная схема датчика тока
Батарея +
9В-
Шунт
+
i+
i-
s+
Выход к АЦП ADC 10/12
Нагрузка
Источник
тока
Рис. 6. 21 . Схема питания устройство от гальванической батареи
1
-
Св етодиод D1 служнт для индикации знака изм е ряемого тока,
что может оказаться полезным в некоторых случаях (например , в ре­
жиме з аряда или разряда аккумулятора).
Вообще говоря, устройство должно питаться от гальванической
батаре и 9 В (рис. 6.21 ), но в ряле с11туаций (например, при дли­
тельных из~1ереннях) напряж е ние питания ~южно получать непо­
средствешю от источника, фор~1ирующего измеi)яемый ток. Для
этого достаточно использовать сх е ~1у, приведенi1ую на рпс. 6.22, по
крайней мере, при напряжениях от 3 до 36 В .
Как 11 все устройства, описанные в этой главе-, датчик тока собран
на 11ечат11оii плате, блнзко1v1 но размерам к гальванrrч еской батарее
9 В, от которо\1 осуществля е тся его питание. После 11 з готовле1шя
платы в соотвстстшш с рис. 6.23 на нее надо установить элементы
так, как показано на монтажной схеме (рис. 6.24).

ДАТЧИКИ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
129
Шунт
от3до36 В
Нагрузка
Выход к АЦП ADC 10/12
Рис. 6.22 . Схема питания устройства от измеряе~ой цепи
Рис. 6.23 . Топологическая схема печатной платы датчика тока
+
Вы.ход
Рис. 6.24. Монтажная схема датчика тока
Внешний вид устройства представлен на рис. 6.25.
Две соединительные колодки, установленные на плате, позво­
ляют подключить измерительную цепь и 11сточнrlк питания с одной
стороны, а с другой стороны снять выходное 11апряжен11е. К послед­
Нlll\1 клеммам двумя проводами с соблюдею1ем полярности подклю­
чается аналого-цифровой преобразователь.
Калпбровка устройства осуществляется подстроечным резис­
тором R2 с использованием, например, источнщ<а стабильного

130
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
Рис. 6.25. Внешний вид датчика тока
образцового тока величшюй 3 А. Можно установить и другие диа­
пазоны измеряемой силы тока при диапазоне выходного напря­
жения от О до 5 В. Для этого необходимо изменить коэффициент
преобразования, то есть сделать его отличным от единицы ( 1 В/А).
Новое установленное значение следует запомнить и ввести в ка­
честве параметра в программную часть виртуального измеритель-
ного прибора.

·,.t
ГЛАВА
СТРАНИЦА
1
Концепция построения виртуального
измерительного комплекса
1
2
Аналого-цифрово~
преобразование сигналов
7
3
Промышленные изделия
33
4
Сборка измерительного интерфейса
43
5
Программное обеспечение
виртуального комплекса
57
6
Датчики и принадлежности
103
.7
ПРИЛОЖЕНИЯ

132
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
Ншке прннодятся сведения о фаiiлах, которые являются дополне­
ннеl\t к этой юшге. Найти нх вы 1\южете по адресу http://\V\V\v.dшk.ru.
Даны также коорд111:1аты фи1)1\\-поставщиков и торговых предприятий,
1< которыl\i читатели могут обраппься по 1штересующ~ш вопросам.
ФАЙЛЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ НА СЕРВЕРЕ
К програ~шному обеспеченшо, дополняющему книгу, относятся
следующие файлы 11 директорин:
DEM04_00.PIN
329 720
15/08/96
12:47
INSTALL.EXE
93 534
22/05/96
1:15
WINSTALL.EXE
45 934
20/05/96
18:44
WINSTALL.HLP
15 098
09/05/96
8:47
README.DOC
2 513
04/11/95
3:07
BASIC
<DIR>
25/11/97
13:42
PASCAL
<DIR>
25/11/97
13:42
РСВ <DIR>
25/11/97
13:43
ЕХЕ <DIR>
25/11/97
13: 53
Файлы, находящиеся в корневой директории, позволяют уста­
новить демонстрационнь1е версии программ, обычно поставляемых
с АЦП ADC 10 и ADC 12 коl\lпании PICO Technology.
Для установки версии DOS надо запустить пporpal\11\IY INSTALL.EXE,
а для версии WINDO\VS - про1рамму WINSTALLEXE из меню «Вы­
полнить... ». Процедура установю1 позволяет выбрать язык, на которо~1
должны работать пporpal\IMЫ.
Деl\lонстрацнонные версин дают возможность Сl\lоделировать
большинство предлагаемых реЖИl\ЮВ, но только для сигналов,
пмип1русмых самшш програмl\lами. Аналого-цифровой преобразо­
ватель, подключенный к ПК, будет в этом случае про11пюрщюва11.
Директория BASIC включает все программы и драйверы, л11с­
пшп1 которых приведены в I<ниге, за исключением тех, которые на­
писаны на языке TuгboPASCAL. Последние находятся в директории
PASCAL (псходпые тексты) и ЕХЕ (исполняемые 1\юдули) .
Наконец, n директорин РСВ содержатся топологические схемы
всех печатных плат, рассl\ютренных в этой книге, в виде файлов с рас­
ширением .рсЬ, сгенерированных пакетоl\1 BOARDMAKER.
ПОЛЕЗНЫЕ АДРЕСА
Здесь приведены координаты фирм-поставщиков и торговых пред­
пр~1ятий, упоминаеl\tЫХ в книге, к которым чнтателн могут обратиться
от 1шен11 издателя для приобретения комплектующих, программ,
1<01\пюнентов, а также получить всю необходимую дополнительную
информацию по интересующим вопросам.

132
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ /ВМ РС
Ниже пр1шодятся сведения о фаiiлах, которые являются дополне­
ннеl\t к этой юшге. Найти нх вы 1\Южете по адресу http://\v\v\v.dшk.гu.
Даны также коорд11наты фщш-поставщиков и торговых предприятий,
к которыl\i читатели могут обраппься по 1штересующ1ш вопросам.
ФАЙЛЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ НА СЕРВЕРЕ
К програ~1мному обеспечению, дополняющему книгу, относятся
следующие файлы 11 директорин:
DEM04_00.PIN
329 720
INSTALL.EXE
93 534
WINSTALL.EXE
45 934
WINSTALL.HLP
15 098
README. DOC
2 513
BASIC
PASCAL
РСВ <DIR>
ЕХЕ <DIR>
<DIR>
<DIR>
15/08/96
22/05/96
20/05/96
09/05/96
04/11/95
25/11/97
25/11/97
25/11/97
25/11/97
12:47
1:15
18:44
8:47
3:07
13:42
13:42
13:43
13:53
Файлы, находящиеся в корневой директории, позволяют уста­
новить демонстрационнь1е версии программ, обычно поставляеl\tЫХ
с АЦП ADC 10 и ADC 12 компании PICO Technology.
Для установки версии DOS надо запустить пporpal\11\IY INSTALLEXE,
а для версии WINDO\:VS - программу WINSTALL.EXE из меню «Вы­
полнить... ». Процедура установки позволяет выбрать язык, на 1юторо~1
должны работать пporpal\Il\IЫ.
Демонстрацнонные версии дают возможность Сl\юделировать
большинство предлагаемых реЖИl\ЮВ, но толыю для сигналов,
имитируемых самшш пpoгpal\11\tal\IИ. Аналого-цифровой преобразо­
ватель, подключенный к ПК, будет в этом случае про11пюрщюва11.
Директория BASIC включает все программы и драйверы, л11с­
тинп1 которых приведены в книге, за исключением тех, которые на­
писаны на языке TuгboPASCAL. Последние находятся в директории
PASCAL (псходпые тексты) и ЕХЕ (исполняемые 1\юдули).
Наконец, в директории РСВ содержатся топологические схемы
всех печатных плат, рассl\ютренных в этой книге, в виде файлов с рас­
ширениеl\1 .рсЬ, сгенерированных пакетоl\1 BOARDMAKER.
ПОЛЕЗНЫЕ АДРЕСА
Здесь приведены координаты фир~t-поставщиков и торговых пред­
приятий, упоминаеl\IЫХ в книге, к которым чптателн могут обратиться
от 1шен11 издателя для приобретения комплектующих, программ,
1<01\11юнентов, а также получить всю необходимую дополнительную
информацию по интересующим вопросам.

134
ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ IBM РС
• Autex
(095) 334 77 41, (095) 3348729, info@aнtex.гн
• Чип и Д11п (095) 2819917, (095) 2813368, cl1ipdip@al1a.п1
ИМПОРТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
И ИХ ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ АНАЛОГИ
Элемент
Аналог
Примечание
Разъемы
BNC
СР50-73
Стабилизаторы
КР142ЕН5А;
78L05
любые интегральные стабилизаторы
в корпусе КТ-26 (ТО-92)
Любой интегральный стабилизатор типа Прямого аналога не имеет; особенность
LМ2931
ШО (Low Drop Out- малое падение
состоит в применении регулирующего pnp-
напряжения на регулируемом элементе) транзистора
Операционные усилители
LМЗ58
КР1040УД1
Лучше использовать импортные усилители,
особенно в схеме люксметра
Диоды
1N4148
кд 510, кд 522
и другие импульсные диоды
Фотодиоды и фотоэлементы
Любой фотодиод для приемников систе1у1
Прямого аналога не имеет; наилучший
BPv\'34
ИКДУ
результат в схеме люксметра можно
получить, применив ФД-ЗА
Прямого аналога нет; можно использовать
SOLEMS Любые солнечные батареи
любые солнечные батареи или, еще
проще, часть большой батареи
Оптроны
АОТ127 ;
4NЗЗ
любой оптрон с составным
фототранзистором (фотодар-линГ1он)
в корпусе DIPб
Примечание. Можно при.менять любые подходящие по раз.мерам
резисторы. Особое вuи,нание следует обратшпь на входтtые блоки
и каскады описанных устройста. В иих необходилtо и спользовать
только ,н етшuю11ле1ю1шые резисторы, например типов МЛТ, ОМЛТ,
а также из группы С2 (папри,нер, С2-21 или С2-23). В осmальных
слу11аях допустилю при.мепять любые подходящие конденсаторы .