Вольтметр на компьютере программа

Вольтметр на компьютере программа

USB логарифмический вольтметр – измеритель АЧХ

Автор: El-Eng
Опубликовано 14.04.2015
Создано при помощи КотоРед.

Идею разработки этого прибора подсказали участники форума сайта “РадиоКот”, которых заинтересовала моя статья USB DDS Функциональный генератор. В процессе обсуждения этого устройства, было высказано пожелание дополнить его приспособлением для автоматического измерения амплитудно-частотных характеристик. Идея показалась мне интересной и, в поиске вариантов ее реализации, я обратил внимание на микросхему AD8310 фирмы “Analog Devices”, которая представляет собой широкополосный логарифмический детектор, идеально подходящий для решения поставленной задачи: достаточно добавить АЦП и обеспечить передачу данных в компьютер. Получившийся широкополосный логарифмический вольтметр может быть использован и как самостоятельный прибор.

Краткие технические характеристики логарифмического вольтметра:

  • Диапазон частот выходного сигнала (по уровню 3дБ): 35Гц – 100МГц*
  • Максимальное напряжение входного сигнала: 1.13 В (действ.)*
  • Входное сопротивление: 1 МОм
  • Входная емкость: 10 пФ
  • Максимальная ошибка измерения уровня в полном частотном диапазоне: 3дБ*
  • Максимальная ошибка измерения уровня известной частоты: 0.4дБ*
  • Уровень шума: не более 200мкВ (действ.)
  • Форма измеряемого сигнала: синусоида, треугольник, меандр
  • Питание вольтметра осуществляется от шины USB
  • Обеспечивается гальваническая развязка измеряемой цепи

*В соответствии со справочными данными примененных микросхем.

Примечание: Максимальное напряжение входного сигнала и входное сопротивление прибора могут быть увеличены применением стандартного пассивного осциллографического щупа 10:1.

Принципиальная схема вольтметра приведена на Рис.1. Входной сигнал поступает через разделительные конденсаторы C4, C7 на вход повторителя U1, обеспечивающего высокое входное сопротивление вольтметра. Интегратор U4 компенсирует напряжение смещения входного повторителя, обеспечивая максимально возможный размах его выходного напряжения. Это напряжение поступает на вход логарифмического детектора. Сигнал с выхода детектора, через RC-фильтр нижних частот (нужный для уменьшения шума наложения) подается на вход АЦП, управляемого микроконтроллером через узел гальванической развязки. Питание входного узла также гальванически развязано от шины питания компьютера. Микроконтроллер обеспечивает сбор данных от АЦП и их передачу по шине USB. Для поддержки протокола обмена данными по шине USB использована программная библиотека V-USB, позволяющая обойтись без применения дополнительных микросхем.

Печатная плата разработана для размещения в стандартном корпусе G431 фирмы Gainta. Корпус необходимо доработать – проделать отверстия для входного разъема и разъема типа B шины USB.
Рисунки печатной платы для позитивного и негативного процессов (слой Top дан в зеркальном отображении) находятся в файле 01.zip приложения. Там же содержатся список компонентов, принципиальная и монтажная схемы. В этом файле также находятся прошивка для микроконтроллера и картинка для пояснения правильной установки FUSE-битов.
На печатной плате, в фильтре напряжения питания измерительной цепи, предусмотрена установка как керамического чип-конденсатора (С21), так и выводного электролитического конденсатора (С29). Его номинал следует выбрать в районе 47.0 мкФ. Устанавливать оба конденсатора необходимости нет.
После проверки работоспособности устройства, на его входную часть нужно установить экран. Рисунок экрана дан в приложении. Экран можно изготовить из тонкого одностороннего фольгированного текстолита или (как сделано у меня) из куска медной луженой фольги с прокладкой из диэлектрика. В этом случае удобно распечатать рисунок экрана на листе плотной писчей бумаги, наклеить его клеящим карандашом на кусок фольги и обрезать по контуру. Экран монтируется пайкой на четыре штыря, установленные в переходные отверстия, отмеченные кружками на монтажной схеме (см. Рис.2, 3).

Следует отметить, что принципиальная схема вольтметра была изменена в процессе первичной отладки экземпляра устройства, соответственно была изменена и печатная плата. Однако экземпляр устройства с использованием модифицированной печатной платы не изготавливался.

Внимание! Считаю необходимым предупредить, что манипуляции с шиной USB вы производите на свой страх и риск. Хотя шина USB достаточно хорошо защищена от повреждений, а устройство не содержит узлов, способных вывести используемый компьютер из строя, вероятность такого исхода все же существует. Автор не несет никакой ответственности за последствия, наступившие в результате манипуляций, связанных с отладкой и использованием устройства.

Вольтметр не содержит каких-либо узлов, требующих настройки и регулировки. При условии исправных компонентов и правильного монтажа он сразу начинает работать. После подключения питания рекомендуется убедиться в наличии питания измерительной цепи (около 5В), а также проконтролировать опорное напряжение АЦП (

Читайте также:  Какую нагрузку выдерживает бетонная плита перекрытия

4.1В) и напряжение на выходе ОУ U1 (половина напряжения питания).
Перед первым подключением к шине USB рекомендуется запрограммировать микроконтроллер и FUSE-биты (будьте внимательны, микроконтроллер использует внутренний тактовый генератор!).
Если все сделано правильно, то после подключения к шине USB должна произойти стандартная процедура установки USB HID устройства TorLGV, при этом операционная система определяет его как USB устройство ввода.

Для работы с вольтметром в приложении 02.zip находится программа TorLGV.exe, окно которой приведено на Рис.6.

Эта программа позволяет отображать измеренные значения напряжения в виде действующего значения (Vrms), децибел-милливатт на нагрузке 50 ом (dBm), децибел-милливатт на нагрузке 600 ом (dBu) и децибел-вольт (dBV) с учетом форм-фактора для синусоидального, треугольного и прямоугольного (меандр) сигнала. Кроме того, обеспечивается возможность использования пассивного осциллографического щупа 10:1, для которого предусмотрена отдельная калибровка.

Если калибровка вольтметра не была произведена, то программа выдаст об этом сообщение. Калибровка вольтметра производится по двум значениям синусоидального напряжения, которые рекомендуется выбирать отстоящими как можно далее друг от друга. Калибровка выполняется раздельно для режима x1 (кнопка [x10] отпущена) и для режима x10 (кнопка [x10] нажата). При калибровке входное напряжение не должно превышать 1В (действ.) режиме x1 и 10В (действ.) в режиме x10. Рекомендуемое значение частоты входного напряжения – около 1КГц, форма, как уже говорилось, синусоидальная.
Для калибровки вольтметра нужно нажать (при подключенном приборе) кнопку [C] и ввести значения входного напряжения в появляющиеся последовательно диалоговые окна. В режиме калибровки программа отображает в основном окне значения АЦП в шестнадцатеричном коде. Данные калибровки сохраняются в памяти вольтметра. Правильность сохраненных данных контролируется CRC-кодом.
Следует заметить, что калибровка вольтметра производится автоматически при подготовке к работе с программой измерения АЧХ.

Частотная компенсация щупа 10:1.

Использование пассивного осциллографического щупа10:1 рекомендуется для работы с логарифмическим вольтметром. Наиболее удобен щуп, имеющий переключатель x1 – x10. Перед использованием щупа 10:1 необходимо провести процедуру его частотной компенсации. Для этого на вход предварительно откалиброванного вольтметра необходимо подать меандр известной амплитуды с частотой около 1 КГц. Выбрав форм-фактор “меандр” необходимо при помощи компенсационного конденсатора переменной емкости щупа установить показания вольтметра, равные амплитуде меандра.
Примечание. Т.к. генератор TorDDS формирует однополярные (положительные) прямоугольные импульсы, а вольтметр TorLGV отсекает постоянную составляющую входного сигнала, показания вольтметра при правильно скомпенсированном щупе будут равны половине значения амплитуды, установленной в программе TorDDS.

Программа измерения АЧХ.

Основной целью разработки USB логарифмического вольтметра было его совместное использование с USB DSS функциональным генератором в составе комплекса для измерения амплитудно-частотных характеристик. В приложении 03.zip представлена предназначенная для этого программа TorFRA.exe. Для ее нормального функционирования необходимо наличие двух подключенных устройств TorDDS и TorLGV. При отсутствии какого-либо устройства программа перейдет в демо-режим.
Главное окно программы показано на Рис.7. Функциональное назначение органов управления, в основном, интуитивно понятно (надеюсь), остановлюсь лишь на некоторых особенностях.

Органы управления в нижней части окна управляют разверткой по частоте и величиной выходного напряжения генератора. Диапазон развертки может быть задан как кнопками [Start] и [Stop], так и при помощи мыши. Кнопка [Lock] позволяет зафиксировать заданный диапазон от случайного изменения. Развертка может быть как непрерывная, так и однократная (задается кнопками [Auto] и [Single]), при обеих отпущенных кнопках генератор работает в режиме фиксированной частоты.
Органы управления в правой части окна предназначены для управления сбором данных и отображения результатов измерения. Группа органов Input управляет логарифмическим вольтметром. Кнопки Freq comp позволяют запомнить значение текущего измерения в специальный буфер, данные которого вычитаются из результатов последующих измерений. Действие отменяется автоматически при изменении частотного диапазона или времени развертки. При помощи кнопок Overlay значение текущего измерения можно запомнить в другом буфере, который будет отображаться на экране независимо от текущего измерения, если нажата кнопка [On]. Расположение буферов на оси частот индицируется цветом отрезка тонкой линии, разделяющей на экране график и установочную шкалу. Группа Cursors позволяет производить курсорные измерения полученной кривой АЧХ.
При помощи пункта меню — можно сохранить изображение экрана программы в виде .bmp или .png файла, размер которого повторяет текущий размер экрана. Пункты меню — и — управляют калибровкой прибора (о них подробнее рассказано ниже), а при помощи — можно отменить действие частотной компенсации, выполняемой в процессе калибровки. В этом случае для всех частот будут использоваться данные калибровки для частоты 1КГц. Этот режим может быть полезен для контроля АЧХ вольтметра, влияния соединительных кабелей и частотной компенсации щупа 10:1.

Читайте также:  Проекты одноэтажных домов со стоимостью строительства

Подготовка к работе.

Перед началом использования прибора необходимо произвести его калибровку. Предварительно рекомендуется откалибровать функциональный генератор и при необходимости занести параметры канала синуса генератора и актуальное значение тактовой частоты в конфигурационный файл TorFRA.cfg, который должен располагаться в той же папке, что и файл программы TorFRA.exe. (см. файлы Readme.txt в соответствующих архивах). Для удобства, последняя на данный момент версия программы TorDDS.exe находится в приложении 04.zip.
Для калибровки прибора необходимо подключить вольтметр к выходу канала синуса генератора, установив требуемый коэффициент деления щупа и соответственно нажав/отпустив кнопку [Probe 10:1]. Выбрав пункт меню — и нажав кнопку [OK], следует дождаться окончания калибровки. Данные, полученные в результате калибровки необходимо сохранить в памяти логарифмического вольтметра. Это действие можно выполнить и позже, выбрав пункт меню — . Сохраняются только вновь полученные данные. Калибровку необходимо произвести раздельно для щупа 1:1 и для щупа 10:1.

Пример измерения АЧХ.

В заключение приведу пример измерения АЧХ лампового усилителя из статьи Современный ламповый ….

Рубрика: Информационные технологии

Дата публикации: 23.03.2014 2014-03-23

Статья просмотрена: 1261 раз

Библиографическое описание:

Данилов, О. Е. Программное обеспечение цифрового вольтметра на базе микросхемы TLC1549 / О. Е. Данилов. — Текст : непосредственный, электронный // Молодой ученый. — 2014. — № 4 (63). — С. 97-103. — URL: https://moluch.ru/archive/63/9914/ (дата обращения: 22.04.2020).

В статье представлена компьютерная программа для цифрового вольтметра на базе микросхемы TLC1549. Рассмотренный в статье виртуальный прибор может быть использован для проведения учебных измерений электрического напряжения на уроках физики.

Ключевые слова:аналого-цифровой преобразователь, цифровые измерения, цифровой вольтметр, виртуальный прибор, программирование, COM-порт, Lazarus.

В книге Патрика Гёлля [1, с. 17-22] приводится описание 10-разряднго аналого-цифрового преобразователя (АЦП), принципиальная схема которого с несущественными изменениями может выглядеть так, как это показано на рис. 1 [2; 6]. Предполагается, что АЦП подключается к COM-порту. Он фактически представляет собой цифровой вольтметр, способный измерять постоянные электрические напряжения в интервале от 0 до 5 В [2; 4]. Также в книге приводится описание программного обеспечения этого прибора на языке Паскаль, функционирование которого возможно лишь в операционной системе MS-DOS.

Для считывания данных с выхода этого АЦП, мы предлагаем простую компьютерную программу, написанную в среде программирования Lazarus и позволяющую использовать этот прибор, подключая его к современным компьютерам с операционными системами семейства Windows (Windows XP, Windows Vista, Windows 7) [7]. Если на компьютере отсутствует физический COM-порт, то этот АЦП также можно использовать с этим компьютером, подключая его через специальный адаптер USB-COM [2; 6]. Для этого на компьютере предварительно должен быть установлен драйвер виртуального COM-порта. Никаких изменений в предлагаемом программном обеспечении в этом случае производить не требуется. Программа представляет собой минимальный набор операторов, необходимых для проведения цифровых измерений напряжения [5], который может быть легко трансформирован опытным пользователем компьютерной техники в код, реализующий виртуальный цифровой осциллограф, с возможностью вывода визуальной информации в виде осциллограмм на экран в режиме реального времени [3].

Читайте также:  Телевизоры с питанием 220 и 12 вольт

Рис. 1. Принципиальная схема АЦП

Кратко опишем состав программы. В проект типа «Приложение», создаваемый с помощью Lazarus, должны быть включены следующие стандартные модули: Windows, Messages, Classes, SysUtils, FileUtil, Forms, Controls, Graphics, Dialogs, StdCtrls, ExtCtrls. В тексте программы размещены описания констант Bit = 10 (разрядность АЦП) и Denominator = 1024 (разрешение АЦП или максимальное количество значений измеряемой величины) в блоке const, а также описания переменных hCom типа THandle, InitCOM типа PAnsiChar и Value типа Real (измеряемая величина) – в блоке public.

Приложение содержит элемент ComboBox1. В инспекторе событий ему сопоставлено событие OnChange, вызывающее процедуру TForm1.ComboBox1Change, текст которой приведен ниже:

procedure TForm1.ComboBox1Change(Sender: TObject);

Кроме того, программа содержит процедуру TForm1.Beginning:

for i := 1 to 9 do

hCOM := CreateFile(PChar(‘COM’ + IntToStr(i)),

Кол-во закачек: 1939
freeware | russian | Размер: 8929Кб

Разрядка Аккумулятора с подсчётом А/ч и фиксацией процесса с подчей тока разряда на Лин вход Звуковой карты и подачей сигнала отключения нагрузки от Вых звуковой карты (наушники). Питание схемы от USB — разъёма. Реально испытовалось на аккумуляторах Uакк = 1 В — 12 В. Программа писалась в LabViev 8.0 и испытывалась в ОС WindowsXP . подробнее »

Кол-во закачек: 12213
freeware | russian | Размер: 6713Кб

Программа "Электрик" предназначена в помощь электрикам всех уровней в быту. Программа позволяет: -рассчитать мощность по 1ф/3ф току. -рассчитать ток по 1ф/3ф мощности. -по заданному сечению и условиям прокладки определить ток и мощность. -рассчитать потери напряжения -рассчитать токи короткого замыкания -определить диаметр провода,кабеля. подробнее »

Кол-во закачек: 17066
freeware | russian | Размер: 481Кб

программа для изучения знаков и наращивания скорости приема на слух сигналов телеграфной азбукиподробнее »

Кол-во закачек: 25570
freeware | russian | Размер: 215Кб

Измеритель емкости с использованием звуковой карты оценивает электрическую емкость в пределах от нескольких пикофарад до 1 микрофарады.подробнее »

Кол-во закачек: 29912
freeware | russian | Размер: 206Кб

Виртуальный звуковой генератор "РадиоМастер" позволяет получать электрические сигналы в звуковом диапазоне частот: от 20 Гц до 15..20 Кгц с амплиту. подробнее »

Кол-во закачек: 54910
freeware | russian | Размер: 241Кб

Виртуальный осциллограф "РадиоМастер" позволяет исследовать переменные напряжения в звуковом диапазоне частот : от 30..50 Гц до 10..20 Кгц по двум. подробнее »

Кол-во закачек: 13352
freeware | russian | Размер: 367Кб

LPT 3D HARD ANALYZER 1.6. Программа для снятия цифровых сигналов и протоколов работающих устройств, использующих или подключенных к параллельному (. подробнее »

Кол-во закачек: 7590
freeware | russian | Размер: 248Кб

Программа Tune V0.05 — настройщик музыкальных инструментовподробнее »

Кол-во закачек: 11488
shareware | english | Размер: 725Кб

Новая версия программы. Данная программа превращает PC в полнофункциональный генератор для испытания или демонстрации, настройки звука, обучения, д. подробнее »

Кол-во закачек: 14978
shareware | english | Размер: 319Кб

Неплохой инструмент для радиолюбителя — анализатор спектра, ГНЧ, осциллограф. Программа работает с звуковой картой вашего компьютераподробнее »

Ссылка на основную публикацию
Внешняя штукатурка для газобетона
Наружная штукатурка газобетона не является обязательным этапом, так как газоблок может без проблемно эксплуатироваться и без защиты фасада. Внешняя штукатурка...
Виды угловых кухонь фото
Ваш репост изменит интернет :) В интернете тьма-тьмущая фотографий угловых кухонь, но. многие из них либо не подходят для интерьеров...
Виды фартуков для кухни фото
Золотой стандарт кухонного фартука – пространства между напольными шкафами и навесными, – это, конечно, керамическая плитка во всем ее многообразии....
Внимание на технические характеристики
Подпишитесь на автора Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах....
Adblock detector