AMIGOWE MIARKOWANIE Czas na kolejny odcinek serii o wykorzystaniu Amig w technikach pomiarowych. Dziô teû kolejne przystawki pomiarowe dla elektroników! Stanisîaw Szczygieî (Stanley) W poprzednim odcinku zaznajomiliômy sië z formami przedstawiania danych: w postaci zapisu analogowego i cyfrowego. Zaprezentowaîem takûe sztuczkë, jak za pomocâ sygnaîów cyfrowych przekazywaê wartoôci analogowe. Skoro teorië mamy za sobâ, najwyûszy czas powróciê do praktyki: choê tak naprawdë technologia pomiarów nie zawsze moûe sië bez niej obejôê. Analogowo czy cyfrowo? Powiâzanie czasu trwania impulsu z wartoôciâ mierzonego parametru daje po prostu sygnaî zmienny o okreôlonej czëstotliwoôci. Wynika to z wzoru fizycznego: czëstotliwoôê jest odwrotnoôciâ okresu zmiennoôci sygnaîu. Inaczej mówiâc, jeôli chcemy wartoôê (np. napiëcie) zmierzyê, stosowna przystawka musi zamieniê owo napiëcie na czëstotliwoôê! Aby takâ zamianë uproôciê, zostaîy zaprojektowane specjalne ukîady scalone, nazywane powszechnie przetwornikami napiëcie-czëstotliwoôê. Ich zadaniem jest odzwierciedlenie, podanego na wejôcie, napiëcia na sygnaî zmienny o okreôlonej -- w sposób liniowy -- czëstotliwoôci. Liniowo, to znaczy na przykîad, ûe dwukrotnie wiëkszemu napiëciu towarzyszy dwukrotnie wyûsza czëstotliwoôê, trzykrotnie wiëkszemu -- trzykrotnie wyûsza czëstotliwoôê itd. Czy jednak zawsze czëstotliwoôê bëdzie tak proporcjonalna do sygnaîu wejôciowego? Wszystko zaleûy od sposobu dokonywnia owej przemiany. Najczëôciej jednak odbywa sië ona na drodze kwantyzacji napiëcia wejôciowego, a wówczas charakterystyka takiego przetwornika wyglâda nieco inaczej: wystarczy zresztâ spojrzeê na rysunek. Oczywiôcie wpîywa to na dokîadnoôê pomiarów -- o tym rozmawialiômy w poprzednim odcinku. Zapewnienie odpowiedniej precyzji pomiarów umoûliwia duûa liczba poziomów kwantyzacji, a co za tym idzie, liczba bitów przetwornika. Jest jeszcze inny minus takiego przetwarzania: musi ono pewien czas trwaê. Moûna wiëc zapytaê: dlaczego nie stosuje sië w peîni analogowych przetworników i nie operuje stricte analogowymi wartoôciami? Bo takie "kwantujâce" przetworniki sâ znacznie taïsze i îatwiejsza jest ich produkcja, a poza tym ukîady liniowe sâ znacznie wraûliwsze na zakîócenia. Kwantowanie wartoôci pomiarowej nie jest zresztâ wcale takie zîe. Przy pomiarach bowiem nigdy nie unikniemy pewnego bîëdu. Jeôli bîâd kwantyzacji bëdzie sië mieôciî w zaîoûonej dokîadnoôci pomiaru, to czort z nim. Tak samo z czasem pomiaru -- skoro mamy na wyjôciu sygnaî o okreôlonej czëstotliwoôci, to mniejsza z tym, jak do tego dochodzi, byle tylko wszystko dziaîaîo poprawnie, czyli w granicach zaîoûonych bîëdów pomiaru. Nie zawsze jest tak dobrze. Gdy z czasem dobrniemy do pomiarów w peîni cyfrowych i cyfrowego interfejsu do komputera, sprawa ta nabierze nieco wiëkszego znaczenia. Póki co, nie musimy sië tym przejmowaê. Do zaprezentowania dwu sposobów uzyskiwania sygnaîu pomiarowego do naszego interfejsu posîuûâ dwa ukîady. Pierwszy z nich to miernik pojemnoôci kondensatorów, bëdâcy w peîni konstrukcjâ analogowâ. Miernik pojemnoôci Jak widaê ze schematu, jest on zbliûony konstrukcjâ do niedawno prezentowanego ukîadu miernika rezystancji. Wynika to ze sposobu pracy ukîadu. Jest to po prostu sterowany mierzonâ wielkoôciâ (pojemnoôciâ) generator! Pozostaîe elementy elektroniczne umoûliwiajâ nam jedynie matematyczne powiâzanie uzyskiwanej czëstotliwoôci sygnaîu z wartoôciâ mierzonâ. Ukîad jest w peîni analogowy -- najmniejsze nawet wahniëcie pojemnoôci wpîywa natychmiast i bezpoôrednio na sygnaî wyjôciowy. A oto wzory: czas rozîadowania = 0.69 x R2 x C czas îadowania = 0.69 x (R1 + R2) x C Jak widaê, zarówno czas îadowania, jak i rozîadowania tak samo (liniowo) zaleûâ od pojemnoôci, nie pojawia sië wiëc wâtpliwoôê, który mierzyê interfejsem. Dla uîatwienia podam, ûe dla wartoôci elementów: R1 = 1 k R2 = 440 kondensator o pojemnoôci 1uF bëdzie sië îadowaî dokîadnie jednâ milisekundë. Precyzja pomiarów na ukîadzie NE555 oscyluje okoîo 5--10% przy stabilnoôci temperaturowej 90 ppm/stopieï Celsjusza, lub ok. 50 ppm dla tego ukîadu w wersji CMOS (nie polecam nie zaawansowanym -- bardzo îatwo uszkodziê!). Jeôli chcemy zmieniê zakres pomiarowy na np. nanofarady -- rezystory powinny mieê odpowiednio wartoôê 1 M i 440 k. Sygnaî z generatora moûna podaê bezpiecznie do pomiarów nawet bezpoôrednio na komputer (choê ja doradzam raczej przedstawiony wczeôniej interfejs). Woltomierz Drugim przykîadem jest przystawka woltomierza: najprostsza, jakâ moûna wymyôliê, czyli po prostu ukîad przetwornika napiëcie-czëstotliwoôê. Zastosowany zostaî ukîad scalony LM-331 (Natinal Semiconductor). Dla parametrów dobranych na rysunku napiëciu 1 V odpowiada czëstotliwoôê 1 kHz. Analogicznie napiëciu 1 mV odpowiada czëstotliwoôê 1 Hz... Taka teû jest dokîadnoôê mierzenia naszego przetwornika. Ukîad jest zasilany îatwo dla nas osiâgalnym z komputera napiëciem 5 V. Za pomocâ opisanego ukîadu moûemy z powodzeniem mierzyê napiëcie rzëdu kilku woltów. Ukîad scalony pracuje na zasadzie zbliûonej do caîkujâcego przetwornika analogowo-cyfrowego. Kwantowanie osiâga sië przez impulsowe doprowadzanie napiëcia odniesienia. Szczegóîy pracy konwertera -- w odpowiedniej literaturze. Ten drugi ukîad jest dla nas szczególnie ciekawy. Istnieje bowiem wiele elementów elektronicznych, których parametry sâ bezpoôrenio zaleûne od róûnego rodzaju czynników zewnëtrznych: temperatury, jasnoôci oôwietlenia itp. Sâ to fototranzystory, termistory, fotooporniki... Tworzâc w oparciu o nie ukîady wejôciowe dla opisanej przystawki, przy staîym napiëciu wejôciowym z îatwoôciâ moûna mierzyê wielkoôci inne od elektrycznych! Przykîady rozwiâzaï przedstawië za miesiâc w kolejnym odcinku serii.