Автоматизация эксперимента
Методическое пособие к курсу лабораторных работ
Ульяновск 2008
Содержание
Лабораторная работа №1. Изучение интерфейса «канал общего пользования» (КОП)
Лабораторная работа №2. Изучение универсального цифрового вольтметра В7-40/1
Лабораторная работа №3. Изучение программно управляемого источника питания PPS-1022
Лабораторная работа №4. Изучение шагового двигателя
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. ИЗУЧЕНИЕ ИНТЕРФЕЙСА «КАНАЛ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ» (КОП).
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить методы организации взаимодействия ЭВМ и современных средств измерения на основе интерфейса «канал общего пользования» (КОП). ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
1. Компьютер, совместимый с IBM PC, с установленной картой интерфейса
КОП;
2. Имитатор устройства с интерфейсом КОП;
3. Кабель интерфейса КОП.
Все современные измерительные приборы строятся исключительно на принципах цифрового представления информации и цифрового управления. В попытке стандартизировать средства обмена данными между лабораторными приборами фирма Hewlett-Packard (США) создала систему управления и взаимосвязи, получившую название HP-IB (Hewlett-Packard Interface Bus - шина сопряжения фирмы Hewlett-Packard). И через некоторое время американский институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике разработал стандарт, описывающий эту систему обмена данными. Стандарт получил название IEEE-488. В дальнейшем он был принят международной электротехнической комиссией как IEC625. Аналогичный стандарт был введен в СССР в 1981 г. с наименованием. ГОСТ 26.003-80 Интерфейс с байт последовательной бит параллельной передачей информации. У разработчиков измерительной аппаратуры и информационно-измерительных систем чаще используется название "Канал общего пользования" (КОП). Приборный интерфейс широко применяется как в отечественной промышленности, так и зарубежными фирмами при построении информационных измерительных систем для автоматизации эксперимента.
Применение стандартной шины позволяет одному устройству, например компьютеру, управлять 15 различными приборами через один интерфейс. Подключенное к шине КОП устройство может передавать команды или данные 14 другим устройствам. В связи с тем, что в шине КОП используется асинхронная система сигналов квитирования связи, данные можно передавать с той скоростью, которая возможна при работе с тем или иным устройством -источником или приемником.
В состав шины КОП входят 16 линий. Через восемь линий передаются байты данных (или команд), остальные восемь обеспечивают передачу управляющих сигналов. Из восьми линий управления три выделены для обмена
сигналами квитирования, необходимыми для координации передачи данных, а остальные пять - для выполнения других функций управления шиной.
Любое устройстве», подключенное к шине КОП, может передавать данные (источник), принимать данные (приемник и по крайней мере одно устройство должно управлять шиной (контроллер, функции которого выполняет компьютер). Некоторое устройство может выполнять и комбинацию перечисленных функций. В качестве примеров устройств, являющихся только источниками, можно назвать некоторые цифровые вольтметры и счетчики. Устройствами, служащими только в качестве приемников, могут быть генераторы, блоки питания. Устройствами, которым требуется передавать и принимать данные, - это современные вольтметры с возможностью изменения режимов работы по шине КОП.
По всем линиям шины КОП передаются сигналы с уровнями ТТЛ, но в связи с тем, что этой шиной управляют формирователи с открытыми коллекторами, в ней используется инверсная логика. Это означает, что напряжение 0.8 В соответствует логической 1, а выше 2.5 В - логическому 0. Приборный интерфейс имеет следующие ограничения :
Адресное пространство приборов - 0..30 (0 - адрес контроллера шины);
Количество одновременно подключенных приборов не более 15;
Максимальная допустимая длина кабеля связи - 20 м;
Максимальная скорость передачи по шине -1 Мбайт/с.
ШИНА ДАННЫХ
Биты информации и команд от одного устройства - передатчика пересылаются на все подключенные к шине устройства-приемники через восемь линий данных шины КОП (ЛДО - ЛД7).
ШИНА УПРАВЛЕНИЯ
Шина КОП содержит восемь независимых линий управляющих сигналов, составляющих шину управления:
| Отечествен ное обозначени е | Расшифровка | Английская аббревиатура | Расшифровка |
| СД | Сопровождение данных | DAV | Data valid |
| ГП | Готовность приемника | NRFD | Not ready for data |
| ДП | Данные приняты | NDAC | Not data accepted |
| УП | Управление | ATN | Attention |
| ОИ | Очистить интерфейс | IEC | Interface clear |
| ЗО | Запрос обслуживания | SRQ | Service request |
| ДУ | Дистанционное управление | REN | Remote enable |
| КП | Конец передачи | EOI | End or identify |
Во многих случаях для нормальной работы шины требуется, чтобы несколько устройств использовало для передачи информации одну и ту же линию. Если данные посылаются на два устройства сразу, об успешном приеме должны просигнализировать оба этих устройства; для этой цели используется линия ДП, причем подтверждающий сигнал на ней должен появиться не ранее, чем информация будет успешно принята обоими устройствами - адресатами. Для организации управляющих линий такого типа используются шинные формирователи с открытым коллекторами.
В случае линии ДП, когда приема дынных ожидают два устройства, они оба приводят указанную линию в активное состояние, т.е. устанавливают на ней низкие электрический потенциал. Как только одно из устройств успешно примет данные, он "отпускает" линию ДП, но сигнал на линии по-прежнему будет иметь низкий уровень до тех пор, пока последнее из подключенных устройств не освободит линию ДП. Тем самым передающее устройство "ставится в известность" о том, что данные необходимо удерживать на шине до тех по, пока о своей готовности не просигнализирует последнее из подключенных устройств.
Рассмотрим назначение каждой управляющей линии подробнее.
1. DAV("Сопровождение данных"). Этот сигнал - один из трех,
используемых для организации процедуры квитирования,
обеспечивающей обмен данными через шину КОП . Уровень логической
1 (напряжение менее 0.8 В) на этой линии указывает, что информация на
линиях данных доступна для считывания.
2. NRFD("Готовность приемника"). Сигнал NRFD тоже используется для
организации процедуры квитирования при обмене данными.
Устройства-приемники используют эту линию для сигнализации о своей
готовности к приему. Когда все эти устройства переходят в состояние
готовности, они отключают свой формирователи линии NRFD, в
результате чего электрический уровень сигнала на этой линии
становится равным +5 В. Логический 0 на этой линии означает, что все устройства готовы к приему данных.
3. NDAC("Данные приняты"). Третий и последний из сигналов
квитирования обмена данными. Устройства-приемники используют эту
линию для сигнализации устройству - передатчику о том, что данные
успешно считаны. Когда все устройства примут данные они
деактивизируют линию NDAC, на которой в результате этого
установится уровень логического О (+5В). Тем самым устройство-
передатчик оповещается о том, что все приемники восприняли
информацию только после приема этой информации самым
"медленным" устройством.
4. ATN("Внимание"). Этот сигнал используется контроллером КОП, для
оповещения о том, что по восьми линиям данных происходит передача
команды.
5. IFC("Очистить интерфейс"). Через эту линию контроллер приводит в
исходное состояние все подключенные к шине устройства.
6. SRQ("Запрос обслуживания"). Линию SRQ подключенные устройства
используют для сигнализации контроллеру шины о необходимости
"обратить на них внимание". Причины для передачи данного сигнала
могут быть самыми разнообразными : завершение выполнения
устройством некоторой процедуры, обнаружение ошибки при его
работе, наличие данных для передачи и т. д. Обнаружив уровень лог. 1
на линии SRQ контроллер шины должен опросить все подключенные
устройства, чтобы выяснить какое из них нуждается в обслуживании.
После этого выполняются необходимые действия.
7. REN("Дистанционное управление"). Сигнал на эту линию выдается
контроллером шины для того, чтобы разрешить всем устройствам на
шине принимать команды или данные через КОП. Иначе устройства
управляются со своих приборных панелей.
8. EOI("Конец или идентификация"). Этот сигнал используется для двух
целей. Во-первых, любое из устройств - передатчиков может
использовать эту линию для сигнализации об окончании передачи
данных. Во-вторых, с помощью данного сигнала контроллер шины
организует параллельный опрос . Но так как в отечественных приборах
функции параллельного опроса присутствуют крайне редко, то здесь
этот аспект работы КОП рассмотрен не будет. Дополнительную
информацию можно найти в ГОСТ 26.003-80.
ПРОТОКОЛ СИГНАЛОВ КВИТИРОВАНИЯ СВЯЗИ ПО ШИНЕ КОП
Информация передается по шине КОП байт за байтом. Процедура обмена сигналами, квитирующими установление связи через линии DAV, NRFD и NDAC, дает гарантию того, что байт будет подан на шину только при условии, что все устройства-приемники готовы считать его, что считывание не будет начато ранее, чем байт будет действительно подан, и что байт будет оставаться на шине, пока его успешно не примут все устройства-приемники. Процесс обмена квитирующими сигналами показан на рисунке.
Один байт информации передается по шине КОП следующим образом :
Прежде чем подать байт на шину, источник должен дождаться, пока сигнал NRFD не перейдет на высокий логический уровень. В связи с тем, что для формирования этого сигнала используется схемы с открытым коллектором, переход на высокий электрический уровень свидетельствует о том, что все подключенные к шине устройства действительно готовы к приему данных. После этого устройство - источник может подать на шину байт данных. О готовности данных для приема источник сигнализирует по линии DAV (устанавливая на ней сигнал логической 1).
Устройства-приемники, обнаружив сигнал логической 1 на линии DAV, приступают к считыванию данных с шины. По окончании" считывания каждое из этих устройств "освобождает" линию NDAC, появление на которой сигнала логического 0 свидетельствует о том, что последнее из устройств - приемников завершило считывание данных. Устройство-передатчик интерпретирует такое состояние как признак окончания приема данных. После этого устройство -источник может прекратить вывод данных на шину и перевести в неактивное состояние линию DAV.
РАБОТА ШИНЫ КОП
Подключенные к шине КОП устройства могут обеспечивать передачу и прием данных через шину, управление шиной либо любую комбинацию из этих функций. Обычно управление шиной, берет на себя контроллер а измерительные приборы только передают и принимают информацию. Перед любым обменом данными контроллер должен указать, какие устройства будут источниками, а какие - приемниками. Для реализации этих функций используются передаваемые через шину команды.
Команды передаются в точности так же как и данные, с той лишь разницей, что во время передачи команды на линии ATN устанавливается сигнал лог. 1. Команды считываются всеми подключенными к шине устройствами.
КОМАНДЫ ШИНЫ.
Контроллер может вырабатывать и передавать подключенным к шине устройствам команды четырех типов : адресуемые, приема, передачи и универсальные. Для реализации команд используются только первые семь разрядов шины данных, поэтому для представления команд вполне можно использовать коды ASCII.
Тип команды определяется значениями разрядов 7,6 и 5 байта данных (нумерация разрядов справа налево, начиная с 1).
| b7 | b6Ь6 | b5 | Тип команды |
| Адресуемая | |||
| Универсальная | |||
| X | Прием | ||
| X | Передача | ||
| X | Вторичная |
Команды приема и передачи задают какое из подключенных устройств будет принимать или передавать данные. Каждое устройство имеет свой уникальный номер (адрес) обычно задаваемый с помощью переключателей на задней панели прибора. Адрес может быть в пределах 1-30. Последние пять разрядов команды приема или передачи содержат адрес устройства, которое должно принимать или передавать данные. Когда устройство получает команду приема, пять адресных разрядов которой совпадают с его адресом, оно переходит в режим приема. Аналогично происходит адресация устройства на передачу. После того как контроллер окончит передачу команд, устройство-передатчик может переходить к передаче данных.
Естественно, что после обмена информацией может возникнуть необходимость адресовать другое устройство и отключить уже адресованное. Для этой цели используется команда приема или передачи с пятью младшими разрядами в единичном состоянии (т.е. адресом 11111 = 31). Если это команда передачи, то все устройства-передатчики переключаются в неактивное состояние, в случае команды приема - отключаются все устройства-приемники.
Например для передачи данных устройству с адресом 5 возможен следующий алгоритм действий :
| Действия | Передаваемый байт | Состояние линии |
| команды | ATN | |
| Адресация устройства на | 00100101 (00101=5) | ATN + |
| прием при помощи | ||
| команды приема с | ||
| адресом 5 | ||
| Передача блока данных | ATN- | |
| Снятие адресации | 00111111 (11111 = | ATN + |
| устройства на прием при | 31) | |
| помощи команды приема | ||
| с адресом 31 |
Универсальные команды относятся ко всем устройствам шины, независимо от того какое устройство адресовано в данный момент. Некоторые универсальные команды:
1. LLO (блокировка автономного управления). Команде LLO соответствует
ASCII-код 17. Данная команда используется для блокировки органов
управления (на лицевой панели прибора) всех подключенных к шине
устройств.
2. DCL (сброс устройств). Этой команде соответствует ASCII - код 20.
Передача этой команды влечет за собой сброс в исходное состояние всех
устройств на шине.
На адресуемые команды реагируют только устройства, которым
непосредственно перед этим была передана команда приема (т.е. оно
адресовано).
Некоторые адресуемые команды :
1. GTL (перейти в автономный режим). ASCII - код 1. В результате выполнения данной команды все адресованные для приема устройства переходят в автономный режим. .Тем самым для них отменяется команда LLO.
2. SDC (сброс всех выбранных устройств). ASCII - код 4. Тоже, что и
команда DCL, но только для адресованных на прием в данный момент
устройств.
Полный список команд й информацию о них можно найти в ГОСТ 26.003.80.
Устройства не обязательно должны реализовывать все возможные команды. Каждое конкретное устройство выполняет свое подмножество команд КОП, достаточное для его функционирования. Список выполняемых команд приведен в техническом описании устройства.
ПЛАТА ИНТЕРФЕЙСА КОП
Применяемые в настоящее время контроллеры интерфейса КОП отличаются различным уровнем сложности и способами реализации функций интерфейса. Имеются контроллеры, содержащие буфер данных, в которых функции управления интерфейсом, синхронизации возложены на специализированный микропроцессор.
Используемая в данной лабораторной работе плата интерфейса КОП относится к одной из простейших. В ней все функции управления возложены на работающее с ней программное обеспечение.
С точки зрения программиста в данной реализации интерфейс представляет собой два двунаправленных (т.е. доступных для записи и чтения) порта. Один из портов соответствует шине данных, другой - шине управления. Каждому из битов портов соответствует бит шины КОП. Структура шины данных полностью соответствует структуре байта (ЫЮ - ЛДО; ..., bit7 - ЛД7). Соответствие битов порта и шины управления показано в таблице.
| Шина управления | |
| Бит байта управления | Сигнал шины |
| ВО | УП |
| В1 | ЗО |
| В2 | ОИ |
| ВЗ | ДП |
| В4 | ГП |
| В5 | СД |
| В6 | КП |
| В7 | ДУ |
Адрес порта данных в шестнадцатеричной форме ЗЕОЬ, порта управления 3E2h.
Передав в порт байт информации, пользователь может установить соответствующие линии шины КОП в состояние логического нуля или единицы. Прочитав байт из соответствующего порта байт можно узнать о том, в каком состоянии находятся линии интерфейса. Причем состояние линий определяется не только подключенными к интерфейсу внешними устройствами, но и самим контроллером. Поэтому, если предстоит операция ввода данных от одного из источников, следует обнулить шину данных, так как выставленные на ней контроллером данные могут мешать правильному приему.
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
1. Изучить организацию интерфейса КОП;
2. Изучить методы управления платой интерфейса КОП;
3. Написать программу для передачи байта информации из компьютера в
устройство - приемник;
4. Написать программу для приема байта информации из устройства -
источника в компьютер;
5. Опробовать написанные программы с имитатором устройства КОП.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каким количеством приборов можно управлять по КОП?
2. Сколько линий содержит шина КОП? Поясните их назначение.
3. Назовите основные технические данные шины КОП.
4. Назовите универсальные команды и для чего они предназначены.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 26.003-80 Интерфейс с байт последовательной бит параллельной
передачей информации.
2. А.Епанщиков, В.Епанщиков. Программирование в среде Turbo Paskal 7.0 -
М. "Диалог МИФИ", 1995 г.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
ИЗУЧЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО ЦИФРОВОГО ВОЛЬТМЕТРА В7-40/1
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить методы организации взаимодействия ЭВМ и современных средств измерения на примере универсального цифрового вольтметра В7-40/1.
ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
1. Компьютер, совместимый с IBM PC, с установленной картой интерфейса КОП;
2. Вольтметр В7-40/1;
3. Кабель интерфейса КОП.
Вольтметр универсальный цифровой В7-40/1 предназначен для измерения постоянного и переменного напряжений, силы постоянного и переменного токов и электрического сопротивления. Вольтметр применяется для обеспечения измерений при настройке, проверке и эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры и допускает использование как автономно, так и в составе информационно-измерительных систем.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ВОЛЬТМЕТРА В7-40/1
1. Вольтметр обеспечивает измерение постоянного напряжения положительной и отрицательной полярностей значением от 0,01 mV до 1000 V и имеет пределы измерений: 200 mV, 2 V, 20 V, 200 V, 2000 V.
Пределы допускаемых значений основной погрешности вольтметра при измерении постоянного напряжения в процентах равны:
±[0,05+0,02(UK/U-1)] на пределах 200 mV, 2 V;
±[0,1+0,02(UK/U-1)] на пределах 20 V, 200 V, 2000 V,
где UK – конечное значение установленного предела измерений;
U – значение измеряемого напряжения на входе.
Входное сопротивление вольтметра при измерении постоянного напряжения равно (10±0,1) МW на всех пределах измерений.
2. Вольтметр обеспечивает измерение среднего квадратического значения переменного напряжения произвольной формы от 2 mV до 200 V в диапазоне частот от 20 Нz до 100 kНz, свыше 200 V до 500 V в диапазоне частот от 20 Нz до 5 kНz и имеет пределы измерений: 200 mV, 2 V, 20 V, 200 V, 2000 V.
Пределы допускаемых значений основной погрешности вольтметра при измерении переменного напряжения произвольной формы в процентах равны, при значениях переменного напряжения от 0,01 UK до UK равны:
±[1+0,1(UK/U-1)] в диапазоне частот от 20 Нz до 40 Нz;
±[0,6+0,1(UK/U-1)] в диапазоне частот от 40 Нz до 10 kНz;
±[1+0,1(UK/U-1)] в диапазоне частот от 10 kНz до 20 kНz;
±[5+0,15(UK/U-1)] в диапазоне частот от 20 kНz до 50 kНz;
±[10+0,4(UK/U-1)] в диапазоне частот от 50 kНz до 100 kНz;
на пределах 200 mV, 2 V, 20 V, 200 V;
±[1+0,1(UK/U-1)] в диапазоне частот от 20 Нz до 40 Нz и от 1 kНz до 5 kНz ;
±[0,6+0,1(UK/U-1)] в диапазоне частот от 40 Нz до 1 kНz;
на пределе 2000 V,
где UK – конечное значение установленного предела измерений;
U – значение измеряемого напряжения на входе.
Входное сопротивление вольтметра при измерении переменного напряжения равно (1±0,1) МW на всех пределах измерений. Входная шунтирующая емкость не более 50 pF.
3. Вольтметр обеспечивает измерение силы постоянного тока положительной и отрицательной полярностей значением от 0,01 mА до 2000 mA и имеет пределы измерений: 200 mА, 2 mA, 20 mA, 200 mA, 2000 mA.
Пределы допускаемых значений основной погрешности вольтметра при измерении постоянного напряжения в процентах равны:
±[0,2+0,02(IK/I-1)] на всех пределах измерений;
где IK – конечное значение установленного предела измерений;
I – значение силы измеряемого тока на входе.
4. Вольтметр обеспечивает измерение среднего квадратического значения силы переменного тока произвольной формы от 2 mА до 200 mA в диапазоне частот от 20 Нz до 20 kНz, свыше 200 mA до 2000 mA в диапазоне частот от 40 Нz до 2 kНz и имеет пределы измерений: 200 mА, 2 mA, 20 mA, 200 mA, 2000 mA.
Пределы допускаемых значений основной погрешности вольтметра при измерении силы переменного тока произвольной формы в процентах равны, при значениях переменного напряжения от 0,01 IK до IK равны:
±[1+0,1(IK/I-1)] в диапазоне частот от 40 Нz до 10 kНz;
±[2+0,1(IK/I-1)] в диапазоне частот от 10 kНz до 20 kНz;
на пределах 200 mА, 2 mA, 20 mA, 200 mA;
±[1+0,1(IK/I-1)] в диапазоне частот от 40 Нz до 2 kНz;
на пределе 2000 mA;
где IK – конечное значение установленного предела измерений;
I – значение силы измеряемого тока на входе.
5. Вольтметр обеспечивает измерение электрического сопротивления от 0,01 W до 20 МW и имеет пределы измерений: 200 W, 2 kW, 20 kW, 200 kW, 2000 kW, 20 МW.
Пределы допускаемых значений основной погрешности вольтметра при измерении электрического сопротивления в процентах равны:
±[0,15+0,05(RK/R-1)] на пределах измерений 200 W, 2 kW, 20 kW, 200 kW, 2000 kW;
±[0,5+0,1(RK/R-1)] на пределе 20 MW;
где RK – конечное значение установленного предела измерений;
R – значение измеряемого сопротивления на входе.
6. Вольтметр обеспечивает автоматический и ручной выбор пределов при всех видах измерений.
7. Вольтметр обеспечивает 4½ разрядную индикацию результата измерения при всех видах измерений
8. Вольтметр обеспечивает автоматическую установку нуля, автоматическое определение полярности, автоматическую индикацию размерностей mV или V при измерении постоянного и переменного напряжений, mА или mA – при измерении силы постоянного и переменного токов, W, kW или МW - при измерении электрического сопротивления и индикацию перегрузки.
9. Вольтметр В7-40/1 соответствует ГОСТ 26.003-80 и обеспечивает интерфейсные функции в соответствии с таблицей:
| Обозначение функции | Наименование функции | Функциональные возможности |
| СИ1 | Синхронизация передачи источника | В соответствии с ГОСТ 26.003-80 |
| СП1 | Синхронизация приема | |
| И7 | Источник | |
| П4 | Приемник | |
| ДМ3 | Дистанционно-местное управление | |
| СБ1 | Очистить устройство | |
| ЗП1 | Запуск устройства |
10. Вольтметр обеспечивает программирование буквенно-цифровым кодом всех органов управления, расположенных на передней панели, кроме переключателя СЕТЬ, согласно таблице:
| Программируемый параметр | Программный идентификатор |
| Род работы Измерение постоянного тока Измерение сопротивления Измерение переменного тока Измерение постоянного напряжения Измерение переменного напряжения | F |
| Предел 20 МW 2000 V, mA, kW 200 V, mA, kW 20 V, mA, kW 2 V, mA, kW 200 mV, mA, W АВП | B |
| Вид запуска Периодический запуск (внутренний) Внешний запуск | D |
| Конец программы | E |
Программа вольтметра должна состоять из строки в кодах ASCII, состоящей из пар: буква и цифра согласно таблице и заканчиваться символом конца программы «Е». Например, программа «F4B3E» предусматривает измерение вольтметром постоянного напряжения на пределе 20 V.
11. Вольтметр обеспечивает выдачу информации в канал общего пользования (КОП).
Формат выдаваемой последовательно по байтам информации соответствует ГОСТ 26.003-80 и таблице:
| Номер байта | |||||||
| 4,5,6,7,8 | |||||||
| Измеряемая функция | Пробел, перегрузка | Знак мантиссы, пробел | Мантисса | Символ порядка | Знак порядка | Порядок | Перевод строки |
| U V R I | Пробел Р | ± Пробел | ХХХХХ | Е | - | Х | ПС |
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
1.Изучить методы организации управления и получения результатов измерения посредством интерфейса КОП.
2.Написать программу для управления вольтметром и получения результатов измерений.
3.С помощью компьютера запрограммировать вольтметр на режим измерения, заданный преподавателем.
4.Организовать циклические измерения с получением результатов в ЭВМ.
ЛИТЕРАТУРА
1.Вольтметр универсальный цифровой. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Часть 1. Тг2.710.016 ТО
2.ГОСТ 26.003-80. Интерфейс с байт последовательной бит параллельной передачей информации.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ИЗУЧЕНИЕ ПРОГРАММНО УПРАВЛЯЕМОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ PPS-1022
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить методы организации взаимодействия ЭВМ и современных средств измерения на примере программно управляемого источника питания PPS-1022
ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
4. Компьютер, совместимый с IBM PC, с установленной картой интерфейса КОП;
5. Источник питания PPS-1022;
6. Кабель интерфейса КОП.
PPS-1022 является универсальным профессиональным программно управляемым источником питания. Он предназначен для использования в автоматизированных контрольно-измерительных системах для испытаний промышленной продукции и научных исследований. С его помощью достаточно просто могут быть организованы такие стандартные процедуры исследования полупроводниковых приборов, как измерение вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ PPS-1022
Прибор может работать в режиме ручного и автоматического управления.
Для управления прибором от компьютера в его конструкции предусмотрен интерфейс GPIB (general purpose interface bus) – отечественный аналог «канал общего пользования».
Прибор обеспечивает выполнение функций интерфейса в соответствии со стандартом IEEE 488.1.
Источник питания имеет два диапазона выходных напряжений и токов:
| Диапазон | Диапазон напряжения, V | Разрешение по напряжению, mV | Максимальный ток, А | Разрешение по току, mA |
| Low | 0 ¸ 30 | 0 ¸ 3 | ||
| High | 0 ¸ 60 | 0 ¸ 1,5 |
Прибор обеспечивает работу в режимах стабилизации напряжения и тока.
Предусмотрен режим защиты нагрузки от превышения заранее заданных значений напряжения и тока.
Источник питания обеспечивает управление по интерфейсу GPIB в соответствии с системой команд, приведенной в таблице:
Система команд КОП источника питания
| Команда | Тип данных | Вход/Выход |
| CALCHNL | Integer | Input |
| OCP | Integer | Input |
| OUT | Integer | Input |
| OVP | Integer | Input |
| Команды управления | ||
| VSET | Real | Input |
| ISET | Real | Input |
| OVSET | Real | Input |
| ADDRESS | Integer | Input |
| Команды опроса | ||
| VOUT? | Real | Output |
| IOUT? | Real | Output |
| VSET? | Real | Output |
| ISET? | Real | Output |
| OVSET? | Real | Output |
| STATUS? | ASCII | Output |
| ERROR? | ASCII | Output |
| Команды калибровки | ||
| VOFF | Real | Input |
| VFS | Real | Input |
| IOFF | Real | Input |
Примечания: 1. Input – входные данные по отношению к источнику питания;
Output – выходные данные по отношению к источнику питания.
Сообщение о статусе
В приборе имеется регистр статуса (состояния) для отчета о рабочих условиях источника питания. Регистр состояния состоит из восьми бит, каждый из которых может принимать состояния «правда» - «1» и «ложь» - «0». Опрос регистра состояния возможен в любой момент в течение работы источника.
Для получения от источника питания регистра состояния необходимо передать ему команду «STATUS?»
Регистр состояния передается в ASCII формате и требует преобразования в бинарный код. Каждый бит связан с соответствующим параметром источника питания. Источник питания передает в КОП два байта в ASCII формате и два байта окончания передачи: «перевод строки» и «возврат каретки».
Структура слова состояния
| Биты регистра состояния | ||||||||
| b7 | b6 | b5 | b4 | b3 | b2 | B1 | b0 | |
| BEEP OFF | HIGH RNG | CV MODE | OCP OFF | OUT ON | No Error | |||
| BEEP ON | LOW RNG | CC MODE | OV | OC | OCP ON | OUT OFF | Error |
Пояснение к таблице
Бит 7 – Звуковой сигнал выключен (0) или включен (1);
Бит 6 – Означает, что включен высокий диапазон (0) или низкий (1);
Бит 5 – Показывает в каком режиме работает источник питания стабилизации напряжения (0) или стабилизации тока (1);
Бит 4 – Включилась защита по перенапряжению (1);
Бит 3 – Включилась защита по току (1);
Бит 2 – Включен (1) или выключен (0) режим защиты по току;
Бит 1 – Выход включен (1) или выключен (0);
Бит 0 – Была ошибка.
ПРОГРАММИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ
1. Включение выхода
После включения выход источника питания находится в состоянии «выключено». Для включения выхода необходимо подать команду OUT1, для выключения OUT0.
Для проверки включен выход или нет используйте команду опроса регистра состояния.
2. Установка напряжения
Для установки выходного напряжения необходимо подать команду VSET. Величина выходного напряжения задается в вольтах. Выходное напряжение будет равно запрограммированному, если выходной ток не превышает заданной величины ограничения тока. Установленное напряжение будет также округлено к ближайшему…
Например, для программирования источника питания на 16,23 вольта необходимо подать команду:
VSET 16.23
Для чтения запрограммированной величины напряжения из источника питания следует подать запрос:
VSET?
Затем адресовать источник питания как «источник» и принять строку с величиной напряжения.
Для чтения установившейся величины напряжения из источника питания следует подать запрос:
VOUT?
Затем адресовать прибор как «источник» и принять строку с величиной напряжения.
3. Программирование защиты по напряжению
В некоторых случаях бывает необходимо защитить нагрузку от высокого напряжения. Для этого в источнике предусмотрен режим защиты от перенапряжения. Когда напряжение превышает заранее заданную величину, выход источника питания отключается.
Для того, чтобы запрограммировать величину перенапряжения, необходимо подать команду OVSET.
Например, для программирования максимальной величины напряжения 18 вольт, отсылаем в прибор команду:
OVSET 18
Для чтения запрограммированной величины ограничения напряжения из источника питания следует подать запрос:
OVSET?
Затем адресовать источник питания как «источник» и принять строку с величиной напряжения ограничения.
4. Установка тока
Величина выходного тока источника питания устанавливается командой ISET. Величина тока задается в амперах. Например, для программирования тока величиной 1,6 ампера необходимо подать команду:
ISET 1.6
Операция выполняется в случае работы источника в режиме стабилизации тока. Когда источник работает в режиме стабилизации тока, реальный ток соответствует запрограммированному.
Для того, чтобы прочитать запрограммированную величину тока из прибора, необходимо подать запрос:
ISET?
и адресовать прибор как «источник».
Для чтения установившейся величины тока из источника питания следует подать запрос:
IOUT?
Затем адресовать прибор как «источник» и принять строку с величиной тока.
5. Программирование защиты по току
Программирование защиты по току позволяет защитить нагрузку от избыточного тока. Защита по току не может быть использована в случае работы источника в режиме стабилизации тока, так как защита отключит выход. Для включения защиты необходимо подать команду:
OCP 1
Для выключения:
OCP 0
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
5.Изучить методы организации управления источником питания посредством интерфейса КОП.
6.Написать программу для управления источником питания и контроля его режимов работы.
7.С помощью компьютера запрограммировать источник на режим измерения, заданный преподавателем.
8.Организовать циклическое управление источником питания с изменением напряжения (или тока) по закону, заданному преподавателем.
ЛИТЕРАТУРА
3. PPS Series. Linear Programmable Power Supply. User’s Manual. Motech.
4. ГОСТ 26.003-80. Интерфейс с байт последовательной бит параллельной передачей информации.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 ИЗУЧЕНИЕ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить шаговые двигатели, и методы управления ими.
ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
1. Компьютер, совместимый с IBM PC;
2. Шаговый двигатель со схемой управления.
ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Шаговые двигатели служат для преобразования электрических импульсов напряжения в дискретные (скачкообразные) угловые или линейные перемещения — шаги. Они широко применяются в системах программного управления электроприводами.
Роторы шаговых -двигателей имеют явнополюсное исполнение. Они подразделяются на активные (имеющие обмотку возбуждения или постоянные магниты) и пассивные (реактивные). При активном роторе можно получить относительно большие моменты, а при роторе с постоянными магнитами можно обеспечить его фиксацию при обесточенных обмотках.
На статоре шагового двигателя располагаются одна или несколько обмоток — обмоток управления. Эти обмотки могут быть сосредоточенными или распределенными. Они поочередно в определенной последовательности получают сигнал от электронного коммутатора.
Существует большое разнообразие шаговых двигателей. Принцип их работы рассмотрим на примере реактивного шагового двигателя с сосредоточенной обмоткой -на статоре (рис. 39.10). На статоре этого двигателя располагаются
Рис. 1. Реактивный шаговый двигатель с сосредоточенной обмоткой на статоре и двухполюсным ротором
три обмотки, каждая из которых состоит из двух катушек, размещенных на диаметрально противоположных выступах (полюсах). Ротор имеет только два
полюса, выполненных из магнитомягкого материала. При подаче сигнала от электронного коммутатора на первую обмотку ротор займет положение, совпадающее с осью этой обмотки (рис. 1). Если затем, не отключая первую обмотку, подключить еще вторую обмотку, так чтобы соседние выступы, статора имели противоположную полярность, то ротор повернется на 30° и займет положение, показанное на рис. 1,6. После этого отключается первая обмотка и ротор поворачивается еще на 30°, занимая положение, совпадающее с осью второй обмотки (рис. 1в). Далее подключится третья обмотка, и ротор повернется еще на 30° и т.д. У такого двигателя за один оборот ротор может сделать 12 шагов.
Если ротор двигателя выполнить четырехполюсным, то при рассмотренной выше очередности включения обмотки шаги будут равны 15° (рис. 2), н за один оборот их будет сделано 24.
Рис. 2. К принципу действия реактивного шагового двигателя с сосредоточенной обмоткой на статоре н четырехполюсным ротором
Дальнейшее увеличение числа шагов двигателя за один оборот можно получить увеличением числа полюсов ротора. Для этой же цели иногда статоры выполняют из не скольких смещенных в пространстве пакетов, располагаемых в одном корпусе. Роторы для всех пакетов размещаются на одном валу и пространственного сдвига не имеют.
Рабочие свойства шаговых двигателей характеризуются следующими величинами:
1) отрабатываемым шагом;
2) предельной частотой импульсов", при которой к началу следующего шага
переходный процесс от предыдущего шага успевает закончиться;
3) частотой приемистости, т.е. максимальной частотой импульсов, при
которой возможен пуск без выпадания ротора из синхронизма (без потери
шагов);
Полюса ротора при работе ШД ориентируются вдоль осей возбужденных
зубцов статора.
При возбуждении фаз ШД токами полярности, указанной в табл. 1, ротор,
следуя за осью и. с. статора, совершает шаги, каждый из которых равен одному
зубцовому делению статора.
| Номер фазы ШД | Порядковый номер управляющего импульса | |||||
| + | + | — | — | + | + | |
| — | + | + | — | — | + |
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
Использованный в лабораторной работе шаговый двигатель является активным двухполюсным двигателем.
Он имеет ротор с постоянным магнитом и две обмотки возбуждения. Фотография его внутренней конструкции приведена на рис.3.
Рис. 3 Конструкция шагового двигателя
Управление двигателем осуществляется от компьютера с помощью специальной схемы. Схема позволяет программно включать и выключать каждую из обмоток двигателя, а также изменять полярность их включения. Управление схемой осуществляется выводом в порт принтера (378h) управляющего слова. Структура управляющего слова приведена в таблице:
| Биты управляющего слова | ||||||||
| Логический уровень | b0 | b1 | b2 | b3 | b4 | b5 | b6 | b7 |
| Полюс 1, выключен | Полярность полюса 1 — | Полюс 2 выключен | Полярность полюса 2 — | X | X | X | X | |
| Полюс 1 включен | Полярность полюса 1 + | Полюс 2 включен | Полярность полюса 2 + | X | X | X | X |
Примечание: X - произвольное состояние. ЗАДАНИЕ
1. Разработать алгоритм управления шаговым двигателем.
2. Разработать программу, позволяющую управлять двигателем с различными
скоростями и направлениями вращения.
3. Определить основные параметры шагового двигателя: шаг, предельную
частоту импульсов, максимальную скорость вращения.
4. Разработать программу, осуществляющую вращение двигателя по закону,
заданному преподавателем.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назовите известные вам типы шаговых двигателей.
2. К какому типу двигателей относится изучаемый в работе?
3. Объясните принцип действия шагового двигателя.
4. Объясните алгоритм управления шаговым двигателем. *
ЛИТЕРАТУРА
1. Шаговые электродвигатели для систем автоматики (Обзор). М. 1971.
2. А.Епанщиков, В.Епанщиков. Программирование в среде Turbo Pascal 7.0 -М:
"Диалог-МИФИ", 1995.