proiectu meu

Universitatea din Pitesti

Facultatea de Electronic i Electromecanic

Secia Electronic PROIECT

Baze i Sisteme Achiziie Date

ndrumtor:

Student:Cioc Bogdan Iordache Marian-Eugen E 3.1.2

Capitolul 1 Tema de proiect

S se proiecteze un sistem de achiziie date interfaat cu calculatorul prin portul paralel , destinat achiziiei a 16 semnale analogice, configurabil pe unul din domeniile (0-100mV; 0-1V;0-10V;-100-100mV;-1-1V;-10-10V) cu o rezolutie de 10 biti. PORTUL PARALEL

Generalitati

Portul paralel este cel mai des folosit port pentru a face interfatarea cu placi de achizitie.

Acest port permite utilizatorului accesul la 9 linii de intrare sau la 12 linii de iesire in orice moment, necesitand un minim de circuite externe pentru a implementa proiecte simple.

Portul este compus din 5 linii de stare, 4 linii de control si 8 linii de date. Este localizat de obicei in partea dein spate a PC-ului sub forma unui connector de tip 'D' cu 25 pini.

Versiunile noi de porturi sunt standardizate dupa standardul IEEE 1284, eliberat in 1994. Acest standard defineste 5 moduri de operare:

Compatibility

Nibbl

Byte

EPP (Enhanced Parallel Port).

ECP (Extended Capabilities Port).

Modul "Compatibility" sau "Centronics Mode" poate doar sa trimita date cu o viteza de 50 kbytes pe secunda, dar poate ajunge si la 150+ kbytes pe secunda. Pentru a primi date, utilizatorul va trebui sa comute in modul Nibble sau Byte.

Modul "Nibble" poate primi doar un nibble (4 bits) de la sistemul de achizitie la computer.

Modul "Byte" foloseste facilitatea de bi-directionalitate (disponibil doar pe anumite placi de baza) pentru a primi un byte (8 bits).

Modurile "Extended" si "Enhanced Parallel Ports" folosesc hardware suplimentar pentru a genera si gestiona un protocol de transmisie/receptie (handshaking).

Pentru a trimite un byte la printer (sau un sistem de achizitie) conectat la portul paralel, folosind modul "compatibility", software-ul trebuie sa:

Scrie datele la portul de date.

Verifice daca printer-ul este ocupat. Daca acesta este ocupat, atunci nu va primi datele transmise, astfel incat, datele transmise vor fi pierdute.

Puna "Strobe" (Pin 1) in starea zero logic. Aceasta semnalizeaza printer-ului ca pe liniile de date (pinii 2-9) se afla date corecte.

Dupa 5 microsecunde de la trecerea lui "Strobe" in zero logic , acesta va trebui readus in unu logic, fapt ce specifica terminarea ciclului de scriere.

Toti acesti pasi vor limita viteza de rulare a portului. Modurile EPP si ECP realizeaza toate acestea prin intermediul hardware-ului, ceea ce inseamna ca este nevoie doar de o singura instructiune de I/O, ceea ce mareste viteza. Aceste porturi pot transfera date cu o viteza de 1-2 megabytes pe secunda.

1.2 Considerente hardware

Pin Nr.Nume semnalDirectieRegistru

1nStrobeIn/OutControl

2Data 0OutData

3Data 1OutData

4Data 2OutData

5Data 3OutData

6Data 4OutData

7Data 5OutData

8Data 6OutData

9Data 7OutData

10nAckInStatus

11BusyInStatus

12Paper-OutInStatus

13SelectInStatus

14nAuto-LinefeedIn/OutControl

15nErrorInStatus

16nInitializeIn/OutControl

17nSelect-InIn/OutControl

18 25GroundGnd

Tabel 1 - Pinajul connectorului DB25

Iesirile portului paralel sunt, in mod normal, semnale de nivel logic TTL.

1.3 Adresele portului paralel

Portul paralel are trei adrese des folosite. Adresa de baza 3BCh era folosita inainte de porturile paralele aflate pe placile video mai vechi. Aceasta adresa nu a mai fost folosita dupa ce s-a renuntat la porturile paralele de pe placile video. Aceasta a reaparut ca o optiune pentru porturipe paralele aflate pe placile de baza

Pentru LPT1 este, in mod normal, asignata adresa 378h, iar pentru LPT2, 278h.

La pornirea calculatorului, BIOS-ul va determina numarul de porturi disponibile si le va asocia etichete (LPT1, LPT2 & LPT3), dupa care va verifica pe rand adresele 3BCh, 378h si 278h, iar daca la una din ele va gasi un oprt paralel, acestuia i se va asocia prima eticheta libera, dupa care va continua pana la ultima adresa disponibila.

1.4 Registrii software ai portului paralel.

OffsetNumeRead/WriteBit Nr.Proprietati

Base + 0DataPort Write (Nota)Bit 7Data 7 (Pin 9)

Bit 6Data 6 (Pin 8)

Bit 5 Data 5 (Pin 7)






Tabel 2 - Registrul de date

Nota : Daca portul este unul bidirectional atunci sunt permise operatii atat de citire cat si de scriere a registrului de date!

Adresa de baza, numita uzual "Data Port" sau "Data Register" este folosita pentru trimiterea datelor pe liniile de date ale portului paralel (Pinii 2-9). In mod normal, acest registru este unul "write only". Daca utilizatorul incearca sa citeasca acest registru, el va obtine ultimul byte scris. Daca portul este unul bidirectional, se pot primi date la aceasta adresa.

Base + 1Status PortRead OnlyBit 7Busy

Bit 6Ack

Bit 5Paper Out

Bit 4Select In

Bit 3Error

Bit 2IRQ (Not)

Bit 1Reserved

Bit 0Reserved

Tabel 3 - Rgistrul de stare

Portul de stare (base address + 1) este un port "read only". Orice incercare de scriere la aceasta adresa va fi ignorata.

Portul de stare este compus din 5 linii de intrare (Pinii 10,11,12,13 & 15), un registru de intraruperi si doi biti rezervati.

Base + 2ControlRead/WriteBit 7Unused

Bit 6Unused

Bit 5Enable bi-directional Port

Bit 4Enable IRQ Via Ack Line

Bit 3Select Printer

Bit 2Initialize Printer (Reset)

Bit 1Auto Linefeed

Bit 0Strobe

Tabel 4 - Registrul de control

1.5 Instructiuni de intrare-iesire

Pentru a realiza comunicatia cu un sistem de achizitie conectat la portul paralel este nevoie de un software. Acest software este, de obicei scris intr-un limbaj de programare de nivel inalt precum Pascal sau C/C++. Instructiunile de operare cu porturile, specifice acestor limbaje de programare, vor fi prezentate in tabelul urmator:

Instructiuni de citire a porturilor

Limbaj de programareInstructiuneExplicatii

C/C++outportb(adr,X)In urma acestei instructiuni la adresa adr se va depune continutul variabilei X

Pascalport[$adr]:=X

Instructiuni de citire a porturilor

Limbaj de programareInstructiuneExplicatii

C/C++X=imbortb(adr)In urma acestei instructiuni variabila X ne va da continutul adresei adr

PascalX:=port[$adr]

Tabel 5 - Istructiuni de intrare/iesireIn functie de exigentele sistemului de achizitie (viteza de transfer, securitatea datelor, existenta unui protocol de comunicatie), se poate opta pentru diferite principii de abordare.

Daca se doreste existenta unui protocol de comunicatie (de tip handshaking), atunci este necesar ca portul paralel sa fie configurat pentru a putea lucra in modul EPP sau ECP (in aceste moduri, handshaking-ul este controlat de hardware-ul portului, respectiv al sistemului de achizitie).

Dezavantajul folosirii unuia dintre aceste moduri este necesitatea unui controler specializat care sa genereze semnalele necesare handshaking-ului, si deci, un pret de productie mai ridicat.

Avantajul, in schimb, este viteza mult mai mare (pana la 1-2 Mbits pe secunda) si gradul ridicat de siguranta (transferurile fiind insotite de semnale de tip Strobe).

Daca se doreste ca sistemul de achizitie sa fie unul cu un pret de productie cat mai redus, in detrimentul vitezei de comunicatie, atunci se va opta pentru un port paralel configurat in modul de operare standard, fara protocol de comunicatie.

Dezavantajul este viteza redusa (intre 50 si 150 Kbytes pe secunda).

Pentru realizarea temei de proiectare s-a ales un port paralel configurat in modul standard, fara protocol de transmisie, sistemul de achizitie folosind circuite logice elementare (latch-uri, multiplexoare, demultiplexoare, porti logice, etc), circuite cu un pret cat mai mic.

Capitolul 2 Domeniul de aplicabilitate Proiectarea sistemelor de achizitie de date e imperios necesara in majoritatea domeniilor stiintei, aceste sisteme de achizitie sunt interfatate cu calculatoare performante si au o mare aplicabilitate in industrie fiind foarte utile in procesele de fabricatie ale diferitelor componente, in domeniile cercetarii stiintei si tehnicii ,in domeniul medical,etc. Practic aceste sisteme de achizitie interfateaza legatura dintre anumiti senzori\traductoare ca exemplu traductoare rezistive, capacitive,inductive,cu semiconductoare,piezoelectrice,electromagnetice si calculatoare.

Traductorul a fost realizat sa transforme o marime fizica oarecare intr-o marime electrica ,in cele mai multe situatii. Exista traductoare analogice, digitale, parametrice si de tip generator. Traductoarele furnizeaza semnale in domeniul mV ,semnale greu de prelucrat fara un circuit de conditionare a semnalului.

Circuitul de conditionare este un circuit ce realizeaza operatiunea de prelucrare a semnalelor care trebuie sa intre in operatia de conversie digitala .

Achizitia de date se poate defini intr-un sens mai larg astfel: procesul de obtinere a datelor de la o alta sursa, de obicei una exterioara sistemului. Ea se poate realiza prin detectare electronica - cum ar fi in reglarea proceselor industriale sau in comunicatii, sau prin introducerea datelor de la terminale -cum ar fi cazul procesarii online a tranzactiilor, sau de pe medii magnetice - cum ar fi prelucrarea batch a bazelor de date.

In domeniul tehnic achizitia de date se refera la masurarea unor marimi si prelucrarea rezultatelor acestor masuratori.

Achizitia de date este intalnita in foarte multe din domeniile de activitate din zilele noastre: in industrie - in cadrul calculatoarelor de proces care supravegheaza si regleaza instalatii tehnologice, in cercetarea stiintifica - pentru masurarea si prelucrarea unui spectru extrem de vast de marimi electrice si neelectrice, in comunicatii - pentru supravegherea si masurarea liniilor de comunicatie.

In general un sistem de achizitie de date trebuie sa poata executa trei functii fundamentale:

- convertirea fenomenului fizic intr-un semnal care poate fi masurat;

- masurarea semnalelor generate de senzori sau traductori in scopul extragerii informatiilor;

- analizarea datelor si prezentarea lor intr-o forma utilizabila.

Cele mai multe din sistemele moderne de achizitie de date utilizeaza un calculator personal pe post de controler. Structura tipica a unui sistem de achizitie de date ce are la baza un PC este urmatoarea:

- senzori sau traductori - care convertesc fenomenul fizic intr-un semnal electric ce poate fi masurat;

- circuite de adaptare a semnalului pentru izolarea, convertirea si/sau amplificarea semnalului provenit de la traductor;

- un subsistem de achizitie de date - care poate include multiplexoare si convertoare analog- digitale;

- un sistem de calcul;

- soft pentru achizitie de date;

Ca regula generala nu este necesar ca sistemul de calcul pentru achizitie de date sa fie extrem de puternic. Totusi, daca aplicatia implica o combinare a a achizitiei cu analiza datelor si reprezentarea lor grafica, este posibil ca investitia intr-o platforma puternica sa fie justificata.

Traductoarele si circuitele de adaptare a semnalului

Pentru a putea detecta si masura marimile fizice variabile (cum ar fi temperatura, presiunea, deplasarea, debitul etc) se folosesc traductoare care convertesc marimea fizica intr-un semnal electric pe care il transmit fie unui circuit de adaptare, fie direct placii de achizitie de date.

Din nefericire, marea majoritate a semnalelor electrice provenite de la traductoare nu au caracteristicile necesare pentru a fi conectate direct la convertoarele analog-digitale. Dispozitivele de adaptare a semnalului amplifica si filtreaza semnalul provenit de la traductoare astfel incat el sa poata fi utilizat de placa de achizitie.Multe tipuri de traductoare au nevoie de circuite speciale de adaptare. De exemplu, termocuplele cer compensarea jonctiunii reci, iar marcile tensometrice au nevoie de surse speciale de excitatie. Toate aceste conditii trebuie sa fie satisfacute de sistemul de achizitie date.

O alta forma de adaptare a semnalului care ofera importante avantaje fiind intanlita in foarte multe aplicatii, este izolarea intrarii. In primul rand, se asigura protejarea calculatorului fata de efectele devastatoare ale tensiunilor ridicate ce ar putea aparea accidental pe intrarile de masura. Apoi, se realizeaza protejarea obiectului masurat de eventualele tensiuni periculoase ce ar putea fi produse de catre defectarea computerului sau a sistemului de achizitie. In al treilea rand, izolarea intrarilor este o metoda foarte buna de eliminare a buclelor de masa.

O alta fuctie foarte importanta a circuitelor de adaptare este filtrarea. Scopul unui filtru este acela de a indeparta semnalele nedorite (zgomotul) din semnalul pe care dorim sa-l masuram.

.Sistemul nostru de achizitie date este folosit pentru citirea starilor unui sistem in cadrul unui proces tehnologic, astfel prin intermediul unor traductoare care furnizeaza tensiuni in unul din domeniile (0-100mV;0-1V;0-10V;-100-100mV,-1-1V,-10-10V) se converteste o marime fizica intr-o marime electrica. Tensiunile primite de la cei 16 senzori, variaza in domenii destul de mici de tensiune, de aceea se impune prelucrarea exacta a lor prin intermediul unui sistem de achizitie performant, vom tine cont in proiectarea acestui sistem de alegerea unor componente de precizie si de alegerea unor metode optime de prelucrare a datelor de intrare.

Pentru extinderea domeniului de aplicabilitate se pot folosi orice senzori sau traductoare care furnizeaza o tensiune variabila in cele doua domenii impuse ,cum ar fi senzorii de lumina , de prezenta,etc, sau traductoare pentru deplasari, de nivel, de acceleratie si vibratie, de debit,etc, ceea ce este importatnt este ca sistemul nostru este folosit numai pentru achizitia datelor, deci senzorii nu pot fi comandati sau actionati in nici un fel de catre sistem.

Schema bloc si principiul de functionare

Prezentarea sistemului

Pentru monitorizarea unor procese fizice este necesar extragerea informaiilor despre desfurarea procesului prin utilizarea traductoarelor. Semnalele provenite de la aceste traductoare sunt transformate n tensiuni electrice (semnale analogice) cu circuite de condiionare a semnalelor.

Pentru interfaarea cu un calculator se impune realizarea conversiei semnalelor de intrare n semnale numerice acceptate de ctre calculator, semnalele numerice se obin prin prelevarea la momente de timp date, a valorilor semnalelor analogice i conversia acestora valori sub forma numeric cu sistemele de achiziie de date .

Sistemul nostru de achizitie de date este folosit pentru achizitionarea a 16 semnale analogice de intrare in domeniile de tensiune; (0-100mV; 0-1V;0-10V;-100-100mV;-1-1V;-10-10V) deci vom folosi un sistem de achiziie date cu multiplexarea semnalelor analogice de intrare unde se impune folosirea unor multiplexoare de selectie a tensiunilor de intrare.

Deoarece tensiunile de intrare fac parte din domenii de tensiune de intrare diferite este necesara folosirea a 4 etaje de amplificare, cate unul pe fiecare canal, vom folosi patru circuite de multiplexare analogice, fiecare cu cate 4 intrari si care vor fi comandate sincron de aceiasi logica de comand.

Structura sistemului de achiziie de date cu multiplexarea semnalelor analogice de intrare cuprinde si un ansamblu CEM CAN (circuit esantionare memorare; convertor analogic numeric), la intrarile cruia se conecteaza succesiv semnalele analogice de intrare , prin multiplexare n timp. Convertorul analogic numeric este de tipul celor cu aproximaii succesive i cu ieirea de tip paralel cu rezoluie de 10 bii, astfel la ieirea lui vom avea un cuvnt de 10 bii ce vor fi transmisi ctre interfaa cu calculatorul sub form paralel.

Intre blocul de multiplexare a intrarilor si ansamblul CEM CAN se conecteaz blocul de amplificare si multiplexorul pentru selectare iesirilor (intrrilor n CEM).

Deoarece la intrarea n blocul de eantionare i memorare tensiunea este impus in domeniul 10V 10V , se impune realizarea a dou etaje de deplasare nivel pentru a aduce tensiunea din cele dou domenii de intrare n domeniul necesar intrrii CEM. Folosirea unui amplificator cu aplificare programabil ar fi una din soluile pentru ridicarea nivelului de intrare, ns acest tip de apmlificator, n cazul nostru, complic sistemul prin liniile de comand suplimentare necesare reglrii amplificrii.

Vom folosi amplificatoare operaionale, unul dintre ele n configuraie de sumator inversor i altul n configutaie de inversor cu amplificarea de 1000.

Aadar schema bloc este formata din doua blocuri principale:

1 sistemul de achizitie de date i conversie a acestora prezentat in figura 1;

2 sistemul de prelucrare numerica i transmisie date ctre calculator, prezentat in figura Schema bloc Sistem achiziie date si conversie.

Figura 1. Schema bloc a sistemului de achiziie i conversie a semnalelorPentru achiziia unui semnal analogic se vor avea n vedere urmtorii pai:

se selecteaza prin cuvntul de selecie una din intrrile analogice de la multiplexorul M1

se selecteaz una din cele dou intrri ale intrri ale multiplexorului M2

se d comanda de la logica de control E/M necesar circuitului de esantionare memorare

se d comanda Start Conversion CAN-ului

se scaneaz indicatorul End Conversion al CAN-ului.

Multiplexarea intrrilor Blocul de multiplexare a intrarilor.

Se realizeaz cu ajutorul miltiplexoarelor analogice care preiau semnalele de intrare n SAD i realizeaz selecia acestora pentru direcionarea a cate unui semnal spre circuitul de amplificare.In sistemele de msurare moderne, care ating o rat a msurrilor de 105106s-1, n care mrimile msurate sunt relativ lent variabile (102 103 Hz) i numrul variabilelor de intrare este mare, se poate obine o reducere mare a sistemului, att pentru partea de msurare ct i pentru partea de acionare a sistemului folosind multiplexoarele analogice. Deci prin multiplexarea intrrilor se reduce numrul de circuite folosite n sistem , in loc s se foloseasc 16 amplificatoare, 16 circuite CEM i 16 circuite CAN se vor folosi doar 4 circuite de amplificare si doar cte un circuit CEM i CAN, asadar folosirea tehnicii de multiplexare a intrrilor este foarte avantajoas i util pentru sistemul nostru.

Circuitul multiplexor este un circuit prevzut cu n intrri de selecie, 2n intrri de date i cu o singur ieire, el realizeaz selecia unei linii de intrare , prin intermediul unui cuvnt de cod de n bii ( n cazul nostru 2 bii pentru selecie i 4 intrri de date), i conectarea acesteia la ieire. Funcionarea acestuia poate fi intuitiv asemnat cu cea a unui comutator rotativ cu mai multe poziii de intrare, aa cu se vede n figura 1. care selecteaz cte o intrare i o distribuie la ieire.

In cadrul sistemului nostru de achiziie vom folosi un multiplexor de 2x4 de tipul 74LS153

Cuvntul de selectie a multiplexorului este format din 2 bii i activeaz pe rnd cte o intrare, intrrile de validare a ieirilor sunt pe 0 logic, ceea ce nseamn c acestea vor fi conectate n permanen la mas, astefel ieirile vor fi n permanen validate.

Circuitl 74 LS 153 este un multiplexor analogic ce realizeaz simultan, prin acelai cuvnt de selecie a intrrilor, multiplexarea a doua intrri de cte 4 semnale, intrrile de validare a ieirilor sunt conectate la mas.

Codarea intrrilor se face conform tabelului urmtor:

Intrri selecie Semnificaie

S0S1Out 1Out 2

00Intrarea 1C0intrarea 2C0




Blocul de intrare analogica.

Figura 5 - Blocul de intrare analogica.

Blocul de intrare analogica realizeaza achizitia unui semnal analogic, convertirea acestuia prin intermediul convertorului analog/digital (cu o rezolutie de 10 biti) si in final trimiterea acestuia catre portul paralel in vederea preluarii de catre acesta.

Pentru achizitia unui semnal analogic se au in vedere:

Se comanda de catre logica de control convertorului analog/digital pornirea conversiei (activarea semnalului Start Convercion);

Se scaneaza indicatorul End Convercion in vederea detectarii sfarsitului conversiei;

Se incepe multiplexarea celor 10 biti rezultati in urma conversiei si se achizitioneaza de catre portul paralel in pachete de cate patru biti, lafel ca la blocul de intrare digitala.

1. Logica de comanda si control.

Figura 7 - Logica de comanda si control.

Logica de comanda ci control are rolul de a arbitra executarea comenzilor primite de la portul paralel.

Datorita faptului fa nu sunt disponibile decat patru linii de iesire si una de intrare, iar sistemul de achizitie necesita o linie de intrare (iesirea End Convercion de la convertorul analog/digital) si sapte iesiri (trei pentru semnalele de selectie de la blocul de multiplexare a intrarilor, S0,S1 si S2, doua pentru comanda blocului de iesire digitala, WL si WH, una pentru comanda blocului de iesire analogica WA si una pentru comanda blocului de intrare analogica Start Convercion), se va folosi un Demultiplexor 74HCT138 conectat ca in figura de mai sus.

Astfel, linia de intrare (End Convercion) este conectata direct la linia Busy a portului paralel, liniile de selectie ale blocului de multiplexare a intrarilor sunt conectate la liniile (Strobe, Auto Feed si Init), liniile de comanda ale blocurilor de iesire (WL, WH, WA) si al blocului de intrare analogica (SC) sunt obtinute prin demultiplexarea tot a liniilor portului de comenzi (Strobe, Auto Feed si Init).

Pentru separarea comenzilor blocurilor de intrare/iesire de comenzile de selectie a blocului de multiplexare a intrarilor s-a folosit linia Sel In a portului paralel.

Astfel, operatiile de scriere/citire se vor executa in functie de tabelul urmator:

ECBAComanda executata

0000Activare WL Incarcare Latch 1 de la blocul de iesire digitala

0001Activare WH Incarcare Latch 2 de la blocul de iesire digitala

0010Activare WA Incarcare Latch de la blocul de iesire analogica

0011Activare SC pornire conversie analog/digitala

0100Combinatie nefolosita




1000Selectie nibble 1 de la intrarea digitala pe 16 biti




1100Selectie nibble 1 de la iesirea convertorului analog/digital




Tabel 7 - Cuvantul de comanda a logicii de comanda si control

Achizitia de date se poate defini intr-un sens mai larg astfel: procesul de obtinere a datelor de la o alta sursa, de obicei una exterioara sistemului. Ea se poate realiza prin detectare electronica - cum ar fi in reglarea proceselor industriale sau in comunicatii, sau prin introducerea datelor de la terminale -cum ar fi cazul procesarii online a tranzactiilor, sau de pe medii magnetice - cum ar fi prelucrarea batch a bazelor de date.

In domeniul tehnic achizitia de date se refera la masurarea unor marimi si prelucrarea rezultatelor acestor masuratori.

Achizitia de date este intalnita in foarte multe din domeniile de activitate din zilele noastre: in industrie - in cadrul calculatoarelor de proces care supravegheaza si regleaza instalatii tehnologice, in cercetarea stiintifica - pentru masurarea si prelucrarea unui spectru extrem de vast de marimi electrice si neelectrice, in comunicatii - pentru supravegherea si masurarea liniilor de comunicatie.

In general un sistem de achizitie de date trebuie sa poata executa trei functii fundamentale:

- convertirea fenomenului fizic intr-un semnal care poate fi masurat;

- masurarea semnalelor generate de senzori sau traductori in scopul extragerii informatiilor;

- analizarea datelor si prezentarea lor intr-o forma utilizabila.

Cele mai multe din sistemele moderne de achizitie de date utilizeaza un calculator personal pe post de controler. Structura tipica a unui sistem de achizitie de date ce are la baza un PC este urmatoarea:

- senzori sau traductori - care convertesc fenomenul fizic intr-un semnal electric ce poate fi masurat;

- circuite de adaptare a semnalului pentru izolarea, convertirea si/sau amplificarea semnalului provenit de la traductor;

- un subsistem de achizitie de date - care poate include multiplexoare si convertoare analog- digitale;

- un sistem de calcul;

- soft pentru achizitie de date;

Ca regula generala nu este necesar ca sistemul de calcul pentru achizitie de date sa fie extrem de puternic. Totusi, daca aplicatia implica o combinare a a achizitiei cu analiza datelor si reprezentarea lor grafica, este posibil ca investitia intr-o platforma puternica sa fie justificata.

Traductoarele si circuitele de adaptare a semnalului

Pentru a putea detecta si masura marimile fizice variabile (cum ar fi temperatura, presiunea, deplasarea, debitul etc) se folosesc traductoare care convertesc marimea fizica intr-un semnal electric pe care il transmit fie unui circuit de adaptare, fie direct placii de achizitie de date.

Din nefericire, marea majoritate a semnalelor electrice provenite de la traductoare nu au caracteristicile necesare pentru a fi conectate direct la convertoarele analog-digitale. Dispozitivele de adaptare a semnalului amplifica si filtreaza semnalul provenit de la traductoare astfel incat el sa poata fi utilizat de placa de achizitie.Multe tipuri de traductoare au nevoie de circuite speciale de adaptare. De exemplu, termocuplele cer compensarea jonctiunii reci, iar marcile tensometrice au nevoie de surse speciale de excitatie. Toate aceste conditii trebuie sa fie satisfacute de sistemul de achizitie date.

O alta forma de adaptare a semnalului care ofera importante avantaje fiind intanlita in foarte multe aplicatii, este izolarea intrarii. In primul rand, se asigura protejarea calculatorului fata de efectele devastatoare ale tensiunilor ridicate ce ar putea aparea accidental pe intrarile de masura. Apoi, se realizeaza protejarea obiectului masurat de eventualele tensiuni periculoase ce ar putea fi produse de catre defectarea computerului sau a sistemului de achizitie. In al treilea rand, izolarea intrarilor este o metoda foarte buna de eliminare a buclelor de masa.

O alta fuctie foarte importanta a circuitelor de adaptare este filtrarea. Scopul unui filtru este acela de a indeparta semnalele nedorite (zgomotul) din semnalul pe care dorim sa-l masuram.

Etaj deplasare nivel IDup preluarea tensiunilor de la multiplexor este necesar aducerea acestora n domeniul de tensiune circuitului de eantionare i memorare, acest lucru l vom face cu ajutorul unor amplificatoare operaionale .

Pentru ridicarea nivelului tensiunilor din domeniul 100mV 100mV i aducerea acestora n domeniul 10V 10V vom folosi o structur de sumator inversor ca n figura de mai jos.

Schema bloc etaj deplasare nivel I

Folosim un circuit de tipul TLV2402 produs de firma Texas Instruments care contine doua amplificatoare operationale, pentru a face economie de componente. In cazul acesta folosim AO1.

Am notat:

Vi1 tensiunea de intrare (-100mV 100mV)

Vo1 tensiunea de iesire (-10V 10V)

IN 1 intrarea in circuit

OUT 1 iesirea din circuit

VCC punct alimentare

GND punct de masa .

Caracteristicile TLV2402

Capsula este tipul MSOP cu 8 pini in urmatoarea configuratie:

1- OUT AO 1

2 IN () AO1

3 IN (+) AO1

4 VCC (-)

5 IN (+) AO2

6 IN (-) AO2

7 OUT AO2

8 VCC (+)

VCC 2.5V 16V

VI0 0.390 mV (valoarea tensiunii semnalului de intrare)

ICC/ch((A) 0.880

Banda 0.005MHz

Rata transfer (V/(s) 0.002

Posibilitatea conectarii in serie I/O

Protectie la polarizare inversa pana la 18V

TA 40 C 125 C

Este un amplificator de semnal mic care este avantajos sistemului proiectat si datorita curentului mic absorbit la intrare (cca 0.880(A) . Alimentarea circuitului se face intre pinul 8 (VCC + ) si pinul 4 (VCC - ) .

Stabilim conform catalogului alimentarea circuitului cu o tensiune de +/- 15V

Pentru stabilirea valorilor componentelor folosim relatiile:

EMBED Equation.3 in cazul nostru

V0 = -10V, 10V

VI = -100mV, 100mV (

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3 alegem R2 = 10K

R1 = 100(

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Vx = ? ( luam prima ecuatie:

Alegem Vx =-1.67V ( raportul R2/R3 = 1 ( R3 =10K

R1 =150(R2 = R3 = 10k

Stabilirea tensiunii Vx se face din potentiometrul P a carui valoare este aleasa 25K pentru a putea colecta pe cursor 1.67V, iar tensiunea aplicata pe potentiometru este +/-6.8V.

Tensiunea Vx aplicata pe reactia negativa are rolul de a compensa tensiunea de intrare atunci cand acesta se afla in domeniul 50mV 0V .

3.2.3 Etaj deplasare nivel II

Pentru tensiunile din domeniul 5mV 5mV vom folosi un etaj de amplificare in configuratie de AO inversor necesar aducerii acestor tensiuni in domeniul 5V 5V.

Folosim acelasi circuit ca si pentru etajul I deplasare TLV2402, deoarece acesta dispune de doua AO integrate. Schema electrica a circuitului este foarte simpla si este prezentata in figura 1.5

Am notat:

Vi2 tensiunea de intrare (-5mV 5mV)

IN 2 intrarea in circuit

Vo2 tensiunea de iesire (-5V 5V)

OUT 2 iesirea din circuit.

In acest caz relatiile de calcul a amplificarii sunt simple si rezulta ca amplificarea este de 1000. Astfel:

R2 = 100k si R1 =100(Schema generala a circuitului de amplificare este prezentata in figura 1.6.

Figura 1.6. Schema generala a circuitului de amplificare.

3.2.4 Circuit multiplexare

In sistemele de achizitie de date in generalse preiau semnale de la mai multe intrari. Pentru conversia analogic numerica se foloseste insa un singur CAN , iar semnalele sunt comutate prin intermediul unui multiplexor analogic.

Dupa iesirea din cele doua amplificatoare vom avea doua semnale Out 1 si Out 2(Vo1 si Vo2) care trebuiesc multiplexate din nou pentru alegerea unuia din ele si transmiterea acestuia la CEM.

Vom folosi un multiplexor M2 2/1 din care nu folosim decat doua intrari si o singura intrare de selectie S3.Alegem circuitul 74LS157 , care este un circuit ce include 4 multiplexoare 2/1, avand aceiasi intrare de selectie. Intrarea de validare a iesirilor este activa pe 0 logic asadar va fi legata la masa.

Circuitul este prezentat in figura1.7.

Figura 1.7. Circuit de multiplexare

Pentru selectia uneia din intrari se foloseste intrarea de selectie S3 dupa tabelul:

Selectie S3Semnificatie

0Intrarea O1

1Intrarea O2

3.2.5. Circuitul de esantionare memorare.Un circuit de esnationare si memorare realizeaza prelevarea valorii, de la un moment dat, a unui semnal analogic si memorarea acestei valori.

In stare de esantionare, impusa pe nivel logic 1 al semnalului de comanda E/M, circuitul de esantionare si memorare functioneaza ca repetor. Frontul de coborire al semnalului de comanda E/M determina memorarea valorii tensiunii de intrare uI de la momentul corespunzator frontului. Aceasta valoare a tensiunii de intrare este mentinuta la iesirea circuitului de esantionare si memorare in intervalul corespunzator starii de memorare impusa prin nivelul logic 0 al semnalului de comanda E/M.Circuitele de esantionare memorare se utilizeaza in sistemele de achizitie si distyributie de date. Astfel, intr-un sistem de achizitie de date iesirea CEM este conectata la intrarea CAN. In intervalul corespunzator efectuarii unei conversii analog numerice, circuitul de esantionare si memorare este comandat in starea de memorare pentru a mentine constanta tensiunea la intrarea convertorului analog numeric. Astfel, se obtine marirea valorii limitei superioare a domeniului de frecvente ale semnalului la care CAN este utilizat la rezolutia maxima data de numarul de biti ai acestuia. Se precizeaza ca acest deziderat este atins daca tensiunea de la intrarea CAN nu se modifica in intervalul efectuarii conversiei cu mai mult de +/-1/2LSB.

In sistemele de distributie a datelor, circuitele de esantionare si memorare sunt utilizate pentru reconstituirea semnalelor de multiplexare in timp.

Pentru constructia circuitelor de esantionare si respectiv memorare se utilizeaza amplificatoare operationale, condensatoare, ca elemente de memorare si comutatoare prin care se realizeaza comanda in starile de esantionare si, respectiv memorare. Figura1.7.

Figura 1.7.structura de principiu a unui circuit de esantionare si memorare.

Amplificatorul operaional de intrare AO1, figura 1.7, asigur o impedan mare de intrare a CEM i impedan mic pentru ncrcarea condensatorului C n starea de eantionare, ceea ce conduce la un timp de achiziie redus.

Amplificatorul operaional AO2 este cu tranzistoare cu efect de cmp n circuitul de intrare, ceea ce conduce la descrcarea lent a condensatorului C n starea de memorare i deci la o vitez de alterare redus.

Valoarea capacitii condensatorului C se alege n funcie de caracteristicile aplicaiei n care se utilizeaz circuitul de eantionare memorare. Astfel creterea valorii capacitii condensatorului de memorare conduce la creterea timpului de achiziie al CEM i la scderea vitezei de alterare a tensiunii de ieire n starea de memorare.

Reducerea erorilor de decalaj ale CEM se poate obine prin includerea celor dou amplificatoare operaionale AO1 i AO2 intr-o bucl de reacie global, figura 1.8

Figura 1.8. Structura unui CEM cu bucla de reacie global.

Efectul principal al utilizrii reaciei globale const n eliminarea erorilor de decalaj corespunztoare amplificatorului operaional de ieire AO2. Imbuntairea performanelor circuitului de eantionare i memorare se obine prin dezvoltarea structurii din figura 1.8 conform structurii din figura 1.9. Utilizarea comutatoarelor Kc i Ka conduce la reducerea pronunat a diafoniei n starea de memorare a CEM, diafonia este cu att mai pronunat cu ct raportul Cd/C este mai mare. In cazul acestei structuri, tensiunea de la ieirea AO1 este redus cu divizorul format din capacitile parazite Cd (Kc) i Cp. Diafonia se reduce substanial deoarece n cazurile practice Cd

proiectu meu

Documents