Jednoduchý voltmetr provedný jako přídavné zařízení k počítači PC. Využívá počítač PC pro zpracování a zobrazení naměřených hodnot. Naměřené hodnoty je možno průběžně ukládat na pevný disk a později zpracovat dalšími programy do grafů, případně vytisknout.
Voltmetr je založen na AD558. Obvod AD558 je DA převodník, to znamená, že převádí vstupní číslo na výstupní napětí. Pro fukci voltmetru stačí DA převodník doplnit o komparátor. Velmi zjednodušeně lze říci, že komparátor porovnává výstupní napětí AD558 s měřeným napětím a při dosažení shody vyšle signál, který zastaví převod a zároveň se od tohoto signálu odvodí pokyn ke zobrazení naměřené hodnoty. Ovládací program musí dodávat na vstup DA převodníku čísla ve vhodném pořadí, aby porovnání měřeného napětí s výstupem AD558 bylo možno vyhodnotit snadno a co nejrychleji.
Voltmetr je připojen k paralelnímu portu PC. Obslužný program nastavuje na špičkách 2 až 9 konektoru LPT binární číslo, které pak převodník DA převede na napětí. Pro urychlení postupného převodu je v programu použita metoda dělení intervalu. Vezměme příkad, kdy je měřené napětí 2,01 V. Převodník je osmibitový, a proto nejdříve program nastaví číslo 128 (tj. dva na sedmou). AD558 toto převede na výstupní napětí 1,28 V. Komparátor TLC393 porovná tuto hodnotu se vstupním napětím. Program přečte výstup komparátoru a zjistí, že 128 je málo. Hodnotu 128 uloží do proměnné w. V dalším kroku zkusí přidat polovic, to je 64. Tato hodnota se přičte do proměnné w, kde je pak 64 + 128 = 192. Komparátor opět signalizuje málo a tak program přidá 32 ke 192. To je 224 neboli 2,24 V. Komparátor hlásí moc, a proto se tato hodnota se přeskočí (t.j. nepřičte do w) a program pokračuje číslem 16. Toje stále moc, 16 tedy přeskočí a program zkusí 8. To je málo, načte 8 do w a pak program popsaným způsobem zkusí 4, 2 a 1. Jedničku přičte a skončí převod, protože se vyčerpaly všechny možnosti. V proměnné w je načtena hodnota 128 + 64 + 8 + 1, to je 201 a program může zobrazit výsledek 2,01 V. Tak je dosaženo výsledku v osmi krocích. Při postupném zvyšování po jedné by se ke stejnému výsledku dospělo až po 201 krocích. Z toho je patrná efektivnost metody půlení intervalu.
Pokud by vstupní napětí nebylo přesně 2,01 V, ale vlivem rušení nebo šumu kolísalo kolem této hodnoty, pak by údaj napětí nustále přeskakoval mezi 2,00 a 2,01 případně mezi 2,01 a 2,02. Protože převodník je velmi rychlý, údaj na posledním místě by se měnil tak rychle, že číslo by bylo nečitelné. Proto byla do komparátoru zavedena hystereze pomocí kladné zpětné vazby odporem R2. Napětí na vstupu komparátoru se musí změnit o několik mV, aby překlopil. Tato úprava má vliv pouze na nezobrazovaném řádu hodnoty napětí, proto nemá vliv na přesnost, ale jen na stabilitu viditelného údaje.
Program pro ovládání převodníku je napsán v Turbo Pascalu a funguje dokonce i pod staršími verzemi DOSu. Tak je možno pro měření využít i staré počítače. Bez problému byl používán muzeální notebook 286 na 12 MHz a DOS 5. Pod Windows 95/98 program sice běží, ale není zaručena přesnost časování, neboť pod povrchem Windows probíhající neustálý kvas prodlužuje nepravidelně kroky programu. Při nastavení delších intervalů (>1s) se to sice již moc nepozná, ale program stejně úplně obsadí počítač a žádná další činnost na tomto počítači stejně není možná.
Aby bylo možné naměřené hodnoty dále zpracovávat, umožňuje program naměřené hodnoty ukládat, spolu s údajem času. Ukládá do textového souboru a tak je možno zobrazit průběh naměřených hodnot pomocí grafických funkcí některého vhodného tabulkovém programu. Interval mezi jednotlivými měřeními je volitelný od 1 ms až do 1000 sekund. Po úpravě je možno docílit přes 100 000 měření za sekundu, ale program se tím komplikuje a stane se mémě srozumitelný. Popis časování by pak přesáhl rozsah tohoto článku. Návod lze nalézt např. v [1]. Interval mezi měřeními je třeba volit s ohledem na nejnutnější rozlišení případných podrobností výsledné křivky, protože jinak objem ukládaných dat může narůstat do neúnosných rozměrů. Je třeba si uvědomit, že při intevalu měření 1 ms a době měření půl hodiny je zapsáno 1,8 miliónu naměřených hodnot. Takový objem dat odmítne Excel zpracovat. Potom nezbývá než ručně data rozdělit, případně ke zpracování vybrat zajímavý kratší úsek a ostatní data smazat.
| © Jaroslav Skalník - 10.1.2010 |
|