K.T.A.1-Gent "De Lindenlei" Lindenlei 38 9000 Gent Tel: 09.225.33.04 en 09.225.43.42 Fax: 09.225.52.88 Geïntegreerde proef Inductiemeter via de parallelle poort Naam: Michaël Clinckspoor Richting: Industriële Computertechnieken Schooljaar: 2004/2005 Klas: 7IC Michaël Clinckspoor Inductiemeter via de parallelle poort 1
Projectomschrijving Mijn project bestaat erin een didactische opstelling te maken voor het meten van een spoel. De te meten spoel wordt opgenomen in een timerschakeling. De timer genereert een uitgangssignaal (frequentie) evenredig met de spoel in de kring. Deze frequentie wordt met een counter (deler) op het frequentieniveau (snelheid) gebracht van de parallelle poort. De uitgangen van de counter worden aangesloten op een multiplexer. De juiste uitgang van de counter wordt geselecteerd door het invoeren van het corresponderende adres in het programma. Uit de ingelezen frequentie wordt dan door berekening de waarde van de spoel bepaald. Het sturen, inlezen en visualiseren van de meting wordt geprogrammeerd in LabVIEW (grafische programmeeromgeving) 1. Blokschema Michaël Clinckspoor Inductiemeter via de parallelle poort 2
2. Hardware 2.1. Schema Interface Michaël Clinckspoor Inductiemeter via de parallelle poort 3
2.2. Werking Via de timer IC 555 gaan we een frequentie opwekken die afhankelijk is van de waarde van de spoel. De timer is geschakeld als monostabiele multivibrator (MMV). Een AMV geeft een puls als de ingangsspanning hoger is dan 2/3U. Door de werking van de spoel zal deze de drempelwaarde overschrijden en een puls geven op de uitgang. Door de ingebouwde transistor in de 555 zal deze dan weer ontladen via de weerstand R1. Hierdoor gaat dan weer de spoel opladen en zo dan weer boven de drempelwaarde gaan. Zo krijgen we dan een frequentie op de uitgang van de 555. Bij het aanleggen van de voedingsspanning zal de spoel langzaamaan de spanning opnemen. Hierdoor zal de spanning aan de inverterende ingang van comparator 2 lager zijn dan die van de niet-inverterende. Dit resulteert in het setten van de FF waardoor de uitgangsspanning hoog wordt. De transistor is nog altijd niet in geleiding. De spoel zal verder de spanning opnemen via de weerstanden RA en RB. Als de spoelspanning groter wordt dan 1/3 van de voedingspanning, geeft comparator 2 geen hoog niveau meer af en komt in geheugen toestand. Dit wil zeggen dat de uitgang niet veranderd. Wanneer de spoelspanning de waarde van 2/3 van de voeding heeft zal de niet-inverterende ingang van comparator 1 hoog zijn en daardoor zal de FF resetten. Dit heeft ook als gevolg dat de transistor zal geleiden en de spoel zich zal ontladen via de weerstand RB en de transistor. De spanning over de spoel zal zakken tot 1/3 van de voeding. Dit komt omdat de inverterende ingang van comparator 2 hoog zal worden en de FF zal setten. Dit herhaalt zich elke keer weer tot je de schakeling onderbreekt door de voeding af te zetten. Door deze werking krijgen we een blokgolf die afhankelijk is van de waarde van de spoel. Michaël Clinckspoor Inductiemeter via de parallelle poort 4
Deze frequentie gaan we aansluiten aan de counter IC 4060. Deze gaat de frequentie verlagen naargelang we de uitgang selecteren. De frequentie verlagen is met vooraf bepaalde stappen voorzien. Uitgang Deler Hexadecimale code 1 16 0 2 32 1 3 64 2 4 128 3 5 256 4 6 512 5 7 1024 6 8 4096 7 9 8192 8 10 16384 9 Om de uitgang te selecteren sluiten we alle uitgangen van de counter aan op de multiplexer. Deze IC gaan we via de computer sturen op de S1-S4 (A - D) ingangen. Als we hier dan een code (Hexadecimale code) aanhangen gaan we de ingang van de counter doorverbinden met de uitgang van de multiplexer. Zo gaan we de deler selecteren. Om de deler te selecteren hangen we de pinnen 11, 13, 14, 15 van de multiplexer aan de pinnen 2, 3, 4, 5 (Do D3) van de parallelle poort. De uitgang van de multiplexer sluiten we aan op pin 15 (error) van de parallelle poort van de computer. Pin 15 zit in het statusregister en is bit 3. De andere ingangspinnen van de parallelle poort zijn verbonden met de massa. Timer 555 wekt een frequentie op. Afhankelijk van de spoel. De deler deelt deze frequentie naar een lagere. Via de parallelle poort gaan we de mux aansturen om het deeltal te kiezen. De multiplexer is omde verschillende uitgangen van de deler te selecteren en te verbinden met de PC (parallelle poort) Michaël Clinckspoor Inductiemeter via de parallelle poort 5
Dit is het time diagram van de timer (555) De clock is de ingangsfrequentie die we gaan delen door de verschillende getallen. 01 tot 014 zijn de uitgangen van de counter. Hij gaat een puls geven op de uitgang naargelang de uitgang die geselecteerd is. De pulsduur is dezelfde behalve de tijd wanneer de puls wordt doorgestuurd. Vb. uitgang 03: gaat pas een puls geven na 4 ingangspulsen. uitgang 04: gaat pas een puls geven na 8 ingangspulsen. Michaël Clinckspoor Inductiemeter via de parallelle poort 6
2.3. Implementatie hardware 2.3.1. Bedradingschema 2.3.2. PC-poort Ik maak gebruik van de parallelle poort van computer. De printerpoorten 25-PINS naam 36-PINS I/O? adres bit hex dec 2 D0,,, 2 data BA 0,,, 1,,, 1,,, 9,,,D7 9 data BA,,,7,,,80,,,128 15 Error 32 in BA + 1 3 8 8 13 Select 13 in BA + 1 4 10 16 12 PE 12 in BA + 1 5 20 32 10 ACK 10 in BA + 1 6 40 64 11 Busy 11 NIET in BA + 1 7 80 128 1 Strobe 1 NIET I/O BA+2 0 1 1 14 Auto Feed 14 NIET I/O BA+2 1 2 2 16 INIT 31 I/O BA+2 2 4 4 17 SLCT IN 36 NIET I/O BA+2 3 8 8 18,,,25 GND 19,,,30 Ik gebruik de pinnen 2 tot 5 om de keuze van de counter te selecteren via de PC. Pin 15 gebruik ik om de frequentie in te lezen. De pinnen 10 tot 13 zijn verbonden met de massa van de voeding en de massa van de poort (pin 18). basisadressen PARALLEL HEX DEC LPT1 378 888 LPT2 278 632 maximale belasting = 30mA Om met de printerpoort in te lezen moet ik het basisadres + 1 doen. Dit is dan 379. Michaël Clinckspoor Inductiemeter via de parallelle poort 7
3. Software 3.1. Front Panel 3.2. Block Diagram Michaël Clinckspoor Inductiemeter via de parallelle poort 8
3.3. Analyse programma Ik maak gebruik van een while loop. Het eerste dat gebeurd is het selecteren van de counter. Hiervoor moet ik wegschrijven naar de parallelle poort (lpt). Deze heeft als adres 378. De selectie gebeurt via een draaiknop op het front panel. Als dit gebeurd is moet ik de frequente inlezen. Aangezien dat ik inlees met de ERROR (pin 15) en dit het basis adres + 1 is heb ik het adres 379. De ingang is number en moet omgevormd worden naar boolean. Via een index array ga ik alleen bit 3 doorlaten. Dit moet dan weer omgevormd worden naar boolean naar 0 of 1. Dit wordt dan omgevormd naar dynamische data. Dit wordt dan uiteindelijk ingelezen door Timing and Transition Measurements. Op deze uitgang heb ik de frequentie die ik zichtbaar maak. De timer is er omdat voor het programma uit te voeren dit een bepaalde tijd nodig heeft. Deze is 1 ms. Ik stel ook een tijd in om de frequentie in te lezen. Deze is 5 sec. Deze tijd moet hoger zijn omdat ik dan een preciezere inlezing zal doen. Hij gaat een langere periode inlezen en daardoor gaat hij een stabielere frequentie geven. 3.4. Handleiding Via de draaiknop kan je de deler instellen. Deze is best op 8 of 9 voor de lagere spoelen (hogere frequenties kunnen ingelezen worden). Daaronder kan je de frequentie aflezen. Deze staat in KHz. 4. Test opstelling en resultaten Voeding Oscilloscoop Functiegenerator Frequentiemeter : Dual-power supply eo18-060 : Philips PM3055 : HM8030 : Universal counter 175MHz escort EUC-2200 20 mh 15 mh 10 mh 5 mh Uitgang counter (Hex) Labview Meter Labview Meter Labview Meter Labview Meter 9 0,00885 0,0089 0,0118 0,0118 0,0139 0,0114 0,0196 0,0199 8 0,0175 0,0176 0,0238 0,0235 0,0278 0,0275 0,04 0,0397 7 0,0357 0,0353 0,0476 0,047 0,0556 0,0552 0,0769 0,0793 6 0,142 0,141 //// 0,189 ////// 0,1391 ////// 0,318 5 ///// 0,283 /// 0,377 ////// 0,4409 ////// 0,635 1,58mH 0,341mH Uitgang counter (Hex) Labview Meter Labview Meter 9 0,0294 0,0293 0,0588 0,0573 8 0,0588 0,0583 0,111111 0,1144 7 0,11111 0,1167 ////// 0,2286 6 ////// 0,466 ////// 0,913 5 ////// 0,932 ////// 1,824 ////// = Geen meting De deelgetallen heb ik besproken bij de werking. De frequenties die ik heb opgemeten zijn de frequenties achter de counter en achter de mux met de PC. Om de frequentie te weten achter de timer moet je de frequentie maal het deelgetal doen. Vb. uitgang 9 = deelgetal 16384. bij de spoel van 20mH is dit dan een frequentie van 0,00885 * 16384 =144,9984 KHz. bij de spoel van 15mH is dit dan een frequentie van 0,0118 * 16384 = 193,3312 KHz. Michaël Clinckspoor Inductiemeter via de parallelle poort 9
5. Besluit Mijn doelstelling was om de waarde weer te geven van de spoel op het scherm. Dit is jammer genoeg niet gelukt maar ik kan wel de frequentie laten weergeven en aan de hand daarvan de waarde berekenen. De opstelling kan nog worden uitgebreid voor het meten van condensatoren en mogelijk ook weerstanden. Voor ik tot dit uiteindelijke schema ben gekomen heb ik verschillende schema s getest. Door het grote aantal schema die niet geschikt waren voor mij heb ik veel tijd verloren maar heb daardoor meer bijgeleerd omdat ik meer schema s heb uitgetest en bestudeerd. 6. Bibliografie Internetadressen. Datasheets: http://www.fairchildsemi.com/ds/mm/mm74hc4060.pdf http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/ti/sn74150.html http://www.fairchildsemi.com/ds/ne/ne555.pdf http://www.circuitsonline.net/artikelen/view/26/2 Boeken: AD-/DA-omzetter: basiskennis, experimenten, toepassingen. ISBN 90-5381-014-5 Elektuur bvba Elektronica: kunst en kunde : deel1: analoge technieken Elektuur bvba Michaël Clinckspoor Inductiemeter via de parallelle poort 10