Простой АЦП

Краткое описание прибора

Цифровой вольтметр предназначен для измерения постоянного напряжения и передачи данных в компьютер. Для передачи данных и питания используется последовательный порт. Собранная схема свободно помещается внутри корпуса разъема DB25. В отличии от других подобных схем собранных на дорогих импортных АЦП с последовательным интерфейсом [2], эта состоит из более распостраненых и дешевых элементов, а по качеству работы примерно соответствует 10 разрядному АЦП.

Схема

Схема АЦП на COM порт

Схема вольтметра состоит из двух операционных усилителей. На первом (D1.1) собран генератор пилообразного напряжения с частотой около 10 герц и амплитудой около 1 вольта. Второй (D1.2) включен по схеме компаратора и сравнивает входное напряжение с напряжением приходящим с генератора. На его выходе в рабочем режиме присутствует прямоугольное напряжение с частотой генератора и скважностью прямо пропорциональной измеряемому напряжению. Для подачи измеряемого напряжения на плату желательно использовать экранированный кабель. Вольтметр имеет общую с компьютером землю, это необходимо учитывать при выполнении измерения. Это наверное самый серьезный недостаток схемы, у меня есть идея как его устранить, но схема пока не проверена, возможно она появится на этой же страничке через некоторое время.

Программа

Для работы со схемой необходимо использовать специальную программу. Программа написана для MS DOS в виде резидентного COM файла. После запуска она остается в памяти компьютера и работает параллельно с другими программами, при этом на экране постоянно будет присутствовать показание вольтметра. При запуске программы можно настроить ее параметры - номер используемого порта и положение показания вольтметра на экране. Для этого предназначены параметры командной строки C и P сразу за которыми должны идти десятичные цифры. Если Вы немного разбираетесь в программировании и хотите изменить другие настройки программы или использовать вольтметр в составе какого то своего изделия, загружайте исходный текст программы на ассемблере.

Программа занимает минимальный объем памяти (меньше 1,5 Кб), но так как она постоянно опрашивает порт, ей необходимо относительно много процессорного времени, поэтому, я думаю, с 386 процессором а возможно и с некоторыми 486 она работать не будет. При работе из окна DOS, Windows перехватывает все обращения к порту, благодаря чему скорость значительно уменьшается и необходим более мощный процессор. Кроме того, при использовании Windows XP/NT/2000 возникают дополнительные проблемы при обращении к портам ввода-вывода.

Технические характеристики


Характеристики схемы.
Измеряемое напряжение 1 В *
Максимально допустимое на входе напряжение 25 В
Дискретность измерения около 1000 единиц*
Входное сопротивление не менее 150 КОм
Время измерения 100 мс

*) Если необходимо измерять другое напряжение то просто замените резистор R1, или используйте переключатель диапазонов.
*) Типовое значение.

Полярность входного напряжения определяется автоматически. Прибор защищен от перегрузки. При входном напряжении до 25 вольт прибор входит в режим насыщения о чем можно узнать по отображаемым на экране четырем девяткам и знаку (положительное или отрицательное перенапряжение). В этом режиме он может находиться сколько угодно долго без опасности повреждения схемы. При снижении напряжения до допустимого уровня продолжается нормальная работа прибора.

Возможные замены элементов

Микросхему D1 (КР140УД20) можно заменить на импортный аналог LM747, или любой другой операционный усилитель, желательно сдвоенный, имеющий низкий ток потребления. Емкость сглаживающих конденсаторов можно уменьшить до 1 мкФ, хотя точность измерения это не увеличит. Резистор подключенный к линии TXD можно вообще не ставить, существует масса схем берущих питание напрямую с этой линии, при этом увеличится напряжение питания микросхемы, но так же увеличится вероятность выхода из строя последовательного порта. Для улучшения стабильности нуля можно добавить в схему стандартные для микросхемы цепи коррекции, хотя такого же результата можно добиться использованием программной корректировки.

Скачать (4 KБ).