|
Среди моделей,
предлагаемых в виде внешних интерфейсов, миниатюрные аналого-цифровые
преобразователи ADC 10 и ADC 12 компании PICO Technology пользуются
большой популярностью. Причиной тому служит исключительная простота их
применения и доступная цена. ADC 10 и ADC 12 представляют замечательную
возможность добавления одного или нескольких аналоговых входов к любому
ПК.
Программное обеспечение, поставляемое в комплекте с данными АЦП,
сразу превращает компьютер в цифровой мультиметр, запоминающий
осциллограф, анализатор спектра и даже в ленточный регистратор
(самописец), причем все эти виртуальные приборы работают с сигналами в
полосе частот от нуля (постоянный ток) до нескольких килогерц. Подобное оборудование при
наличии соответствующих датчиков и устройств нормирования отлично
подходит и соответствующих датчиков и устройств нормирования отлично
подходит для измерения и регистрации самых разных физических параметров.
Конкретные технические решения подробно рассматриваются в главе 6.
Концепция, разработанная
британской компанией PICO Technology, весьма оригинальна: АЦП ADC 10 и ADC
12 выполнены в виде простого разъема DB25 (рис. 3.2). Подключение
аналогового сигнала осуществляется с помощью кабеля через разъем типа BNC
(СР50-73). Достаточно вставить один из
этих приборов в разъем параллельного порта (LPT1 или LPT2), чтобы
превратить последний в аналоговый вход с диапазоном напряжений от 0 до 5
В. Не нужно ни батарей, ни другого внешнего источника питания, так как сам
АЦП и его источник опорного напряжения потребляют столь мало энергии, что
питаются от тех цепей передачи данных, которые не задействованы для связи
с ПК. Надо лишь запустить программу PICOSCOPE, поставляемую вместе с АЦП,
чтобы сразу же получить цифровой вольтметр, запоминающий осциллограф и
анализатор спектра. Предлагаемый отдельно пакет
PICOLOG позволяет, в свою очередь, проводить регистрацию динамики
медленных процессов. Он обладает также многими другими возможностями,
которые будут подробно рассмотрены в главе 5. Конечно, не следует
рассчитывать на то, что за несколько десятков долларов можно получить
эквивалент прибора, стоящего в тысячи раз дороже. Основные ограничения на
применение рассматриваемых устройств накладывают максимальная частота
дискретизации (до 25 кГц) и единственный диапазон входных напряжений (0-5
В). Правда, следует отметить, что вход защищен от перегрузок до ±30 В.
Таким образом, для
большинства практических приложений этого прибора понадобится добавить
устройство нормирования сигнала, в качестве которого может выступить
простая гальваническая батарейка, резисторный делитель напряжения,
конденсатор или операционный усилитель с несколькими резисторами. Ниже приведены драйверы,
которые позволят легко писать программы для решения любой конкретной
задачи и на языке BASIC, и на языке PASCAL, и на языке С. Эти вопросы
подробно освещаются в главе 5. На рис. 3.3 приведена
упрощенная принципиальная схема АЦП ADC 10 и ADC 12, а на рис. 3.4
показана конструкция этих изделий. При очевидной простоте технического
решения возможности измерительной системы в значительной мере определяются
ее программным обеспечением. Эта схема является хорошим
примером применения миниатюрных аналого-цифровых преобразователей с
выводом информации в последовательном коде, рассмотренных в главе 2.
Оригинальность
схемы в том, что опорное напряжение в ней составляет 2,5 В, а входное напряжение делится на 2 для получения полной шкалы устройства в 0-5 В. Подобная хитрость позволяет, кроме того, весьма эффективно и с малыми затратами защитить вход АЦП от перегрузок, а также обойтись для питания устройства напряжением около- 5 В, получаемым от цепей информационных данных параллельного порта. Для этого на соответствующих выходах порта программно устанавливаются напряжения высокого логического уровня. Аналого-цифровые преобразователи ADC 10 и ADC 12 различаются между собой разрядностью (соответственно 8 и 12 разрядов) и входным сопротивлением (соответственно 200 кОм и 66 кОм). Кроме этого, модели можно различить по цвету корпуса. На практике следует учитывать указанные величины входных сопротивлений, если планируется использовать стандартные щупы с делителями. Возникает соблазн сразу предпочесть ADC 12, а не ADC 10, и получить разрешение в 4096 точек по приемлемой цене. Но не все так просто! Прежде всего, надо отметить, что передача 12 бит в последовательном коде занимает как минимум на 50% больше времени, чем передача 8 бит. От этого сильно зависит верхний предел частоты дискретизации, а он должен быть как можно большим... Кроме того, следует учесть, что точность других компонентов (хотя бы входного делителя) составляет 1%. Это соответствует разрешению в 256 точек (8 разрядов), но недостаточно для точности 0,025%, соответствующей разрешению в 4096 точек (12 разрядов). Большинство осциллографов с цифровой памятью имеют точность лишь от 2% до 4% и разрешение на уровне 8 разрядов, зато они работают при частотах входных сигналов до десятков мегагерц. Главный аргумент в пользу ADC 12 состоит в том, что его точность 1% обеспечивается даже для входного напряжения, существенно меньшего пяти вольт. Действительно, шаг квантования этого АЦП составляет 1,2 мВ, в то время как у ADC 10 он равен 20 мВ (теоретическое обоснование данного факта приведено в главе 2). Следовательно, в диапазоне входных напряжений 0 В - 300 мВ аналого-цифровой преобразователь ADC 12 будет таким же точным, как ADC 10 в диапазоне от 0 В до 5 В. Заметим, что можно достичь того лее результата и с помощью ADC 10, снабдив его регулируемым усилителем. Этот способ будет рассмотрен в главе 6.
|
