Stand Experimental Pentru Actionari Electrice

Capitolul 1 Mașina de curent continuu

1.1 Motorul de curent continuu

Mașina de curent continuu este o mașină electrică rotativă, reversibilă, care realizează conversia energiei electrice în energie mecanică – la funcționarea în regim de motor electric – sau a energiei electrice în energie mecanică – la funcționarea în regim de generator. Conversia energiei se realizează în regim electrocinetic staționar (de curent continuu, cu ; constant; constant).

Mașinile de curent continuu sunt cele mai vechi mașini electrice rotative, construindu-se și în prezent pentru puteri nominale de la zeci de wați până la mii de kilowați, într-o gamă largă de turații de tensiuni.

Utilizarea acestuia în regim de motor se recomandă în sistemele de acționare electrică în care regimul dinamic (porniri, opriri, frânări, inversări de sens, modificări ale vitezei de rotație) sunt frecvente. Astfel, motoarele de curent continuu se folosesc în tracțiunea electrică, metalurgie, instalații de foraj cu acționare electrică, în acționările reglabile ale mașinilor unelte etc.

Ca generatoare, mașinile de curent continuu se folosesc la alimentarea înfășurărilor de excitație ale generatoarelor sincrone din centralele electrice și din cadrul grupurilor electrogene, la sudarea cu arc electric de curent continuu (generatoare de sudură), generatoare auto (dinamuri) etc.

Câmpul magnetic inductor este în cele mai multe cazuri produs de curentul electric de conducție care străbate înfășurarea de excitație (inductoare) plasată pe stator (unele mașini speciale, de putere redusă au câmpul magnetic determinat de magneți permanenți).

Tensiunile electromotoare induse în înfășurarea rotorică (conform legii inducției electromagnetice) sunt redresate prin intermediul colectorului (solidar cu arborele rotorului) și al periilor colectoare (solidare cu statorul) care „calcă” pe colector. Ansamblul perii-colector permite transformarea energiei din exterior în rotor sau invers, în cazul funcționării în regim de generator.

Ca orice altă mașină electrică rotativă, mașina de curent continuu este alcătuită din cele două subansambluri fundamentale: statorul și rotorul.

Statorul, partea fixă a mașinii, are rolul de inductor și cuprinde: carcasa, circuitul magnetic statoric, circuitul electric statoric, scuturile, dispozitivul portperii și portperiile

Rotorul, are rolul de inductor și se compune din: arborele mașinii, circuitul magnetic rotoric, înfășurarea rotorică, colectorul și ventilatorul mașinii.

După modul în care se alimentează înfășurarea de excitație mașinile de curent continuu se clasifică în:

mașini de curent continuu cu excitație separată sau independentă, la care înfășurarea de excitație se alimentează de la o sursă separată;

mașini de curent continuu cu autoexcitație, la care înfășurarea de excitație se alimentează de la bornele indusului. Din această categorie fac parte:

mașinile de curent continuu cu excitație derivație (înfășurarea de excitație în paralel cu înfășurarea indusului);

mașini de curent continuu cu excitație serie (înfășurarea de excitație conectată în serie cu înfășurarea indusului);

mașinile de curent continuu cu excitație mixtă (cu două înfășurări de excitație, una conectată în serie cu indusul și una conectată în paralel cu acesta).

1.1.1 Principiul de funcționare al motorului de curent continuu cu excitație separată

Considerăm o mașină de curent continuu cu excitație independentă pe care dorim să o utilizăm în regim de motor la antrenarea unei mașini de lucru ML. În acest scop, înfășurarea de excitație (de pe armătura statorică) având spire de rezistențe și rezistența (eventual inserată cu un reostat de câmp de rezistență RC) se alimentează de la o sursă de tensiune continuă cu tensiunea . Solenația a înfășurării de excitație parcurse de curentul , va determina un câmp magnetic de inducție , constant în timp dar cu o distribuție spațială sinusoidală și un flux magnetic inductor , ale cărui linii se închid prin întrefier, circuitul magnetic rotoric, polii și circuitul magnetic statoric.

Concomitent, înfășurarea rotorică având rezistența și un număr total de conductoare (eventual inserată cu un reostat de pornire de rezistență ) se alimentează, prin contactul alunecării perii-colector, de la o sursă de tensiune continuă de valoare . Asupra conduc-toarelor rotorice parcurse de curentul și aflate în câmpul magnetic determinat de

înfășurarea de excitație vor acționa forțe de tip Laplace, proporționale cu fluxul magnetic inductor și curentul prin indus . Asupra fiecărei spire rotorice vor acționa forțe perechi, egale și de sensuri contrare, determinând astfel cupluri elementare, iar asupra celor N spire rotorice se va exercita un cuplu electromagnetic rezultant:

, (1)

care este un cuplu activ (motor) ce pune în mișcare rotorul dacă este îndeplinită condiția:

,

unde este cuplul rezistent.

Viteza de rotație a rotorului va crește continuu atâta timp cât cuplul de accelerare:

, (2)

este diferit de zero și se va stabiliza în momentul în care:

, adică .

În acest mod, mașina de curent continuu cu excitație separată a realizat conversia energiei electrice, primite pe la bornele celor două înfășurări, în energie mecanică, antrenând mașina de lucru ML.

Schema de principiu a motorului de curent continuu cu excitație separată este prezentată în fig. 2.

După cum rezultă din relația (1), inversarea sensului de rotație se poate realiza fie prin inversarea sensului curentului prin indus , fie prin schimbarea sensului curentului de excitație (respectiv a fluxului ).

În înfășurarea rotorică aflată în mișcare de rotație în câmpul magnetic inductor se va induce și o tensiune contraelectromotoare , proporțională cu viteza de rotație și fluxul magnetic inductor:

. (3)

Prin aplicarea teoremei a II-a a lui Kirchhoff circuitului indusului se obține modelul matematic al acestuia care stabilește legătura dintre tensiunea contraelectromotoare , curentul prin indus și tensiunea la bornele acestuia:

. (4)

Ansamblul relațiilor (1) – (4) la care se adaugă modelul înfășurării de excitație:

(5)

și ecuația implicită: , reprezintă modelul matematic în regim staționar al motorului de curent continuu cu excitație separată.

În procesul conversiei electromecanice a energiei, în motor au loc pierderi de putere și energie care sunt evidențiate în mod sugestiv de diagrama bilanțului de puteri prezentată în figura 5.

Bilanțul de puteri al motorului de curent continuu cu excitație independentă se obține din modelul matematic în regim staționar al acestuia. Astfel, prin înmulțirea relației (5) cu se obține:

(6)

Membrul stâng al relației (6) reprezintă puterea electrică absorbită de motor pe la bornele înfășurării de excitație (), iar membrul drept reprezintă pierderile de putere prin efect Joule în înfășurarea de excitație:

.

Amplificând relația (4) cu IA și considerând , se obține:

(7)

în care: , reprezintă puterea electromagnetică; este puterea absorbită de indusul motorului de curent continuu; sunt pierderile de putere prin efect Joule în înfășurarea indusului.

În afara pierderilor de putere prin efect Joule, în rotorul motorului de curent continuu mai apar următoarele pierderi:

– pierderile mecanice prin frecare și ventilație;

– pierderile în miezul feromagnetic (în fier) prin curenți turbionari și histerezis.

Cuplurile care apar în diagrama de bilanț au următoarele semnificații:

– este momentul cuplului electromagnetic; – momentul cuplului util; – momentul cuplului de frecări în lagăre și ventilație; – cuplul corespunzător pierderilor în fier (), iar suma cuplurilor , reprezintă cuplul corespunzător funcționării în gol.

Randamentul al motorului se poate defini cu relația:

(8)

în care: – este puterea utilă (la arborele motorului) transmisă ML; – este puterea absorbită de motor pe la bornele celor două înfășurări.

Diferența: , reprezintă pierderile totale de putere ce au loc în motor în procesul conversiei electromecanice a energiei.

1.1.2 Caracteristicile de funcționare în sarcină ale motorului de curent continuu cu excitație independență și derivație

Dacă în relația (4) considerăm și înlocuim tensiunea electromotoare indusă cu valoarea dată de ecuația (3), vom obține:

, (9)

de unde rezultă:

. (10)

Notând: , viteza de mers în gol ideal și , curentul absorbit de indus la pornirea prin conectare directă, relația (10) devine:

. (11)

Dependența : , la constant; = constant, reprezintă caracteristica vitezei de rotație la mersul în sarcină al motorului de curent continuu evidențiază modul în care se modifică viteza de rotație la modificarea încărcării motorului (curentului de sarcină ) în condițiile precizate.

Ea este o dreaptă cu parte negată (), a cărei alură este prezentată în figura 4.

Caracteristica obținută în condițiile constant; constant și se numește caracteristica naturală, iar cele determinate pentru alte valori constante ale parametrilor , sau se numesc caracteristicile artificiale (de tensiune, de câmp sau reostatice).

Caracteristica naturală este o caracteristică dură (puțin căzătoare), la variații mari ale curentului de sarcină , corespunzând variații mici ale vitezei de rotație . Panta caracteristicii crește odată cu creșterea rezistenței echivalente a circuitului rotoric ().

Deoarece: , vom avea și:

,

în care: – este momentul cuplului de pornire; – curentul la pornire absorbit de indus.

Împărțind membru cu membru relațiile de mai sus se poate scrie:

, (12)

și înlocuind (12) în (11) rezultă:

. (13)

Relația (13) reprezintă modelul matematic al caracteristicii mecanice a motorului de curent continuu cu excitație separată (derivație).

Prin urmare, caracteristica mecanică exprimă dependența:

,

în condițiile: constant; =constant; și arată cum se modifică viteza de rotație n la modificarea cuplului electromagnetic, modificare deter-minată evident, de modificarea cuplului rezistent (al mașinii de lucru ML).

Graficul calitativ al caracteristicii (obținute pentru: ; ; și graficele caracteristici-lor mecanice artificiale reostatice sunt prezentate în figura 5 fiind asemănătoare celor prezentate în figura 4. Caracteristica mecanică naturală a motorului de curent continuu cu excitație independentă (derivație) este o caracteristică dură și poate fi ridicată analitic sau experimental.

1.1.3 Pornirea motorului de curent continuu

Procesul de pornire al motorului de curent continuu se caracterizează prin valori mari ale curentului de indus cu efecte negative asupra izolației înfășurării rotorice, asupra aparatelor de conectare, măsură și comandă inserate în amonte, asupra comutației (există posibilitatea apariției focului circular la colector), periilor, conductoarelor de alimentare și nu în ultimul rând asupra mașinii de lucru acționate, prin șocurile mari de cuplu care apar pe durata pornirii.

Valoarea mare a curentului rotoric absorbit la pornire se poate explica prin analiza relațiilor:

.

Cum la pornire , rezultă și . (- rezistența înfășurării rotorice având o valoare foarte mică). Cu creșterea vitezei de rotație tensiunea electromotoare E crește, iar curentul prin indus, , scade.

Din punctul de vedere al valorii cuplului rezistent se poate aprecia că pornirea poate avea loc în gol, cu sarcină redusa, cu sarcină nominală sau în condiții de suprasarcină.

Procedeele de pornire utilizate de mașinile de curent continuu sunt:

pornirea prin conectare directă;

pornirea reostatică (cu rezistențe înseriate în circuitul indusului);

pornire (derivație) este o caracteristică dură și poate fi ridicată analitic sau experimental.

1.1.3 Pornirea motorului de curent continuu

Procesul de pornire al motorului de curent continuu se caracterizează prin valori mari ale curentului de indus cu efecte negative asupra izolației înfășurării rotorice, asupra aparatelor de conectare, măsură și comandă inserate în amonte, asupra comutației (există posibilitatea apariției focului circular la colector), periilor, conductoarelor de alimentare și nu în ultimul rând asupra mașinii de lucru acționate, prin șocurile mari de cuplu care apar pe durata pornirii.

Valoarea mare a curentului rotoric absorbit la pornire se poate explica prin analiza relațiilor:

.

Cum la pornire , rezultă și . (- rezistența înfășurării rotorice având o valoare foarte mică). Cu creșterea vitezei de rotație tensiunea electromotoare E crește, iar curentul prin indus, , scade.

Din punctul de vedere al valorii cuplului rezistent se poate aprecia că pornirea poate avea loc în gol, cu sarcină redusa, cu sarcină nominală sau în condiții de suprasarcină.

Procedeele de pornire utilizate de mașinile de curent continuu sunt:

pornirea prin conectare directă;

pornirea reostatică (cu rezistențe înseriate în circuitul indusului);

pornirea prin alimentarea indusului cu tensiune redusă.

`Pornirea prin conectare directă este cea mai simplă metodă de pornire și constă în alimentarea indusului motorului de rezistență , fără alte rezistențe înseriate la sursa de tensiune continuă de valoare nominală (). Valoarea maximă a curentului de pornire (șocul de curent) este foarte mare, variația în timp a curentului și a vitezei de rotație

Timpul de pornire este timpul scurs din momentul conectării mașinii la rețea până la atingerea unei viteze de circa 95% din viteza de regim staționar și depinde de momentul de inerție al maselor aflate în mișcare.

Curentul de pornire crește foarte repede până la o valoare maximă (dependentă și ea de momentul de inerție ) după care începe să scadă odată cu creșterea vitezei de rotație, tinzând aperiodic sau oscilatoriu amortizat către o valoare de regim stabilizat:

. (14)

Dacă momentul de inerție al maselor aflate în mișcare de rotație (raportat la arborele motorului) are o valoare ridicată, pornirea este lentă, iar se apropie de valoarea extremă . Cu cât momentul de inerție J este mai redus, pornirea este mai rapidă, iar se îndepărtează mai mult de valoarea extremă.

Curentul de șoc depinde și de tipul excitației motorului . Astfel, la motoarele cu excitație separată și derivație pornirea are loc într-un interval de timp mai îndelungat, circuitul indusului se conectează după alimentarea înfășurării de excitație iar curentul de pornire este mai mare din cauza constantei de timp a înfășurării de excitație. Cele mai rapid pornesc motoarele cu excitație serie deoarece curentul prin indus crește concomitent cu fluxul magnetic inductor, motorul fiind foarte solicitat în acest interval de timp.

Datorită dezavantajelor pe care le prezintă, metoda de pornire prin conectare directă se aplică destul de rar în practică pentru motoarele de puteri reduse (sub 6kW).

1.1.4 Modificarea vitezei de rotatie a motoarelor de curent continuu

Motorul de curent continuu: se poate modifica viteza de rotație în limite foarte largi și prin mijloace relativ simple. Acesta este unul din principalele avantaje ale motorului de curent continuu pe care (pe lângă alte avantaje) îl recomandă în acționările electrice reglabile.

Metodele de modificare a vitezei de rotație a motoarelor de curent continuu rezultă din analiza relațiilor:

(15)

și sunt următoarele:

modificarea rezistenței echivalente a circuitului rotoric cu ajutorul unui reostat de rezistență variabilă (reglajul reostatic);

modificarea tensiunii la bornele indusului;

modificarea curentului de excitație (slăbire de câmp)

Prin modificarea tensiunii de alimentare a indusului motorului de curent continuu cu excitație independentă, panta caracteristicii mecanice liniare nu este afectată, modificându-se însă viteza de mers în gol ideal, . În figura 9 sunt prezentate caracteristica mecanică naturală la constant; constant; și câteva caracteristici artificiale de tensiune obținute pentru diferite valori

constante ale tensiunii în condițiile precizate mai sus.

În principiu, modificarea tensiunii de indus față de se poate realiza în ambele sensuri: sau , dar prima variantă nu se recomandă din motive ușor de înțeles.

La reducerea tensiunii de alimentare a indusului, viteza de rotație scade, observându-se deplasarea punctului static de funcționare de pe caracteristica mecanică naturală pe caracteristicile artificiale de tensiune.

Eficiența reglajului vitezei de rotație nu este influențată de valoarea sarcinii.

Metoda este economică, dar presupune utilizarea unor surse de tensiune continuă cu tensiunea variabilă despre care vom vorbi în subcapitolul 1.2

1.1.5 Inversarea sensului de rotație

În anumite sisteme de acționare electrică cu motoare de curent continuu se impune inversarea sensului de rotație a arborelui mașinii de lucru. Acest lucru poate fi realizat fie cu ajutorul unor sisteme mecanice, fie mai simplu și mai eficient prin inversarea sensului de rotație a motorului electric de acționare.

Procesul de trecere de la un regim de funcționare cu o viteză de rotație în regim staționar , la funcționarea cu aceeași viteză dar în sens invers, cu trecere prin starea de repaus se numește reversare. Din considerente de productivitate este necesar ca procesul de reversare să se realizeze într-un timp cât mai redus, fără insă a depăși solicitările mecanice admise de organele de transmisie sau de mașina de lucru sau solicitările termice ale motorului de acționare.

Schimbarea sensului de rotație la motoarele de curent continuu presupun schimbarea semnului momentului cuplului electromagnetic , care se poate realiza în două moduri:

inversarea sensului fluxului magnetic inductor, ;

inversarea sensului curentului prin indus, .

Inversarea sensului fluxului inductor presupune inversarea sensului curentului de excitație care se poate obține prin modificarea polarității tensiunii aplicate înfășurării de excitație (). Această metodă insă se aplică destul de rar datorită valorii mari a inductivității circuitului de excitație care conduce la un timp mare de reversare și poate determina apariția unor tensiuni autoinduse periculoase.

Se preferă – prin urmare – cea de-a două metodă, respectiv inversarea sensului curentului prin indus, care se realizează prin inversarea polarității tensiunii de alimentare a indusului ().

1.1.6 Servomotoare de curent continuu

Servomotoarele de curent continuu sunt frecvent utilizate în sistemele automate datorită posibilității reglării continue a vitezei în limite foarte largi (1÷10000 rot. /min). Limitarea domeniului lor de utilizare este determinată de prezența colectorului, a fenomenelor de comutație și scânteilor la colector care produc paraziți radiofonici și eventual chiar semnale false în circuitele de comandă.

Utilizarea acestor servomotoare se recomandă acolo unde se impune un reglaj continuu de viteză, când sarcina are un caracter variabil cu șocuri frecvente, în medii fără pericol de explozie.

Din punct de vedere al construcției, servomotoarele de curent continuu sunt asemănătoare mașinilor de curent continuu clasice, particularitățile constructive fiind legate de gabaritele mici, momentele de inerție reduse și gama variată de viteze la care trebuie să funcționeze.

După forma constructivă a rotorului servomotoarele de curent continuu se împart în trei categorii:

cu rotor cilindric;

cu rotor disc (sau cu întrefier axial);

cu rotor pahar (cu bobină mobilă).

Servomotoarele cu rotorul cilindric sunt cele mai apropiate de mașinile electrice clasice și pot fi cu excitație electromagnetică, cu magneți permanenți sau cu ambele tipuri de excitație, așa cum rezultă din figura 6.9.

Servomotoarele cu excitație electromagnetică au circuitul magnetic

realizat din tole de oțel electrotehnic și este avantajoasă în unele aplicații în care reglarea vitezei de rotație se face prin comanda curentului de excitație.

Performanțe mai ridicate se obțin în cazul utilizării servomotoarelor de curent continuu cu magneți permanenți. În funcție de materialul magnetic folosit, acestea se construiesc în două variante:

cu inducție remanentă mare și câmp coercitiv redus;

cu inducție remanentă redusă și câmpuri coercitive ridicate.

Reglarea vitezei de rotație se poate face fie prin variația tensiunii de indus UA, fie prin variația curentului de excitație Ie. Deși reglajul prin excitație necesită o putere de comandă mai redusă decât reglajul prin indus, acest procedeu este mai puțin utilizat deoarece conduce la caracteristici de reglaj neliniare. Din acest motiv se utilizează tot mai frecvent servomotoare de curent continuu cu excitație prin magneți permanenți și comandă prin indus.

În figura 9 sunt prezentate caracteristicile mecanice M = f(Ω) ale servomotoarelor de curent continuu cu comandă prin indus iar în figura 10, caracteristicile de reglare M = f(UA) ale acestora.

1.2. Modularea PWM

Pentru a controla viteza unui motor de curent continuu avem nevoie de o sursă de curent continuu de putere variabilă. Dacă avem un motor de cc și ii aplicăm la borne un impuls de tensiune, motorul va începe să prindă viteză. Totuși motorul nu răspunde imediat, el are nevoie de o mică perioadă de timp să atingă viteza maximă, deci dacă vom comuta tensiunea la bornele lui înainte ca acesta să atingă viteza maximă, motorul va încetini. Dacă comutația tensiunii este destul de rapidă motorul va funcționa la o viteză oarecare între 0 și viteza maximă. Acesta este exact principiul de funcționare al variatoarelor de tensiune continuă.

Variatorul de tensiune continuă este un convertor care transformă o tensiune continuă aplicată la intrare în impulsuri dreptunghiulare de tensiune la ieșire. Valoarea medie a tensiunii de ieșire se poate modifica între 0 și valoarea tensiunii de alimentare dând posibilitatea să se efectueze astfel reglajul prin tensiune al motoarelor de curent continuu.

În principiu, un variator de tensiune continuă reprezintă un întreruptor la care se poate comanda timpul de conectare și deconectare. În general aceste variatoare se realizează cu tiristoare, dar datorită evoluției electronicii de putere mai nou se folosesc tranzistoare MOS.

Schema de principiu a variatorului de tensiune continuă pentru alimentarea unui motor de curent continuu este prezentată în figura 11.

Când contactorul static CS este închis motorul este alimentat la tensiunea de alimentare Ua și absoarbe curentul im egal ia. Când CS este deschis motorul este deconectat de la tensiunea de alimentare iar curentul prin motor se închide prin dioda D datorită tensiunii de autoinducție deci

Fig. 11 Schema de principiu a variatorului de

cc cu diagrama curenților și tensiunilor

Pentru a asigura continuitatea curentului prin motor este necesar ca perioada de comandă a contactorului static T să fie mult mai mică decât constanta de timp electromagnetică a motorului Te. În acest fel motorul de cc este alimentat cu tensiunea medie (16)

în care Tc este durata de conectare a comutatorului static CS, iar T este perioada de comandă. Raportul Tc/T=τ se numește durată relativă de conectare și este un parametru care reprezintă mărimea de comandă a variatorului. Există două posibilități de comandă a variatorului:

variind durata de conectare Tc și menținând durata de comandă T constantă;

variind perioada de comandă a contactorului static și menținând durata de conectare Tc constantă.

Putem aborda variatorul de tensiune este un convertor de energie la care mărimea de intrare este Ua, mărimea de ieșire este Um, iar mărimea de comandă este τ.

Metodele de comandă ale variatoarelor se bazează pe posibilitatea de a regla durata relativă de conducție între valoarea 0 și 1. Din punct de vedere al contactorului static aceasta înseamnă reglarea momentului decuplării față de momentul cuplării contactorului. Pentru simplificare se va considera contactorul static ideal, iar timpul de comutare neglijabil. În acest fel relația care leagă mărimea de ieșire de mărimea de comandă și de intrare este: (17)

Tensiunea de ieșire va avea o formă dreptunghiulară iar curentul prin sarcină va avea o formă practic netedă datorită filtrajului și a diodei de descărcare. Curentul debitat de sursă va avea însă o formă dreptunghiulară. Puterea absorbită este: (18)

iar puterea utilă a variatorului va fi: (19)

Variatorul fiind considerat element ideal Pa=Pm, ceea ce conduce la relația între curenți: (20)

În concluzie, se poate spune că variatorul de tensiune continuă reprezintă un transformator de energie de curent continuu. Există trei metode de principiu pentru comanda variatorului:

modularea impulsurilor în durată (P.W.M.)

comanda în frecvență a impulsurilor;

comanda bipozițională;

Comanda în durată a impulsului înseamnă comanda la frecvență constantă (T=constant) și durata de conectare variabilă (Tc=variabil). Acest mod de comandă este avantajos datorită frecvenței constante în special când e vorba de sisteme de acționări în circuit închis.

În figura 12 sunt prezentate câteva forme de undă caracteristice P.W.M.

Fig.12 Forme de unda P.W.M.

A:impulsuri cu durată mare-viteză mare

B:impulsuri cu raport 50%-viteză medie

C:impulsuri cu durată foarte mică-viteză scăzută

Capitolul 2. Moduri de comunicare proces–calculator

2.1. Comunicarea paralelă

O magistrală paralelă permite transferul simultan al mai multor biți (8, 16, 32), folosind în acest scop mai multe linii de date.De exemplu, la un sistem ce are cuvântul de date de 8 biți, transmisia paralela a datelor înseamna transmiterea simultană a datelor prin intermediul unui cablu format din 8 conductori, fiecare conductor purtind un bit

Fig.13 Linie de transmisie paralela pe 8biti

Avantajul acestei metode de transmisie este viteza mare de transfer. Dezavantajul este că transmiterea datelor între două echipamente nu se poate face pe distanțe mai mari de câțiva metri în paralel. Motivele sunt legate de ecranarea acestor cabluri, prețul de cost ridicat. Cu alte cuvinte, nu se pot realiza "magistrale" de date care să permită transferul simultan al tuturor biților cuvintelor de date între două asemenea echipamente.

Este consacrată comunicarea paralelă între calculator și imprimantă. Datorită acestui fapt majoritatea calculatoarelor actuale au în dotare câte un port paralel. Ceea ce îl face interesant pentru noi, este că portul paralel nu foloseste nici un algoritm de prelucrare a datelor , cele 8 linii de date (un byte) putând fi controlate direct și integral prin soft. Asta ne ușurează munca atât pe partea de programare cât și pe partea de electronică.

2.1.1 Portul paralel

Portul paralel a fost proiectat în vederea conectarii la calculator a imprimantelor, dar poate fi folosit și ca un port de intrare/ieșire de uz general, pentru cuplarea la calculator a oricarui dispozitiv extern (care se potriveste caracteristicilor de intrare/ieșire ale portului).

Figura 14

Din punct de vedere logic, interfața paralelă standard este formată din două registre și un buffer de intrare, ocupând trei adrese consecutive din spațiul adreselor de porturi al procesorului. Portul paralel standard conține un registru de date pe 8 biți unidirectional (la portul paralel standard bidirecțional acest registru este bidirecțional), un registru de control bidirecțional pe 6 biți dintre care doar 4 linii sunt legate la connector-ul interfeței paralele și un buffer de intrare pe 8 biți din care sunt folosiți doar 5 pentru liniile de stare de la periferie. Interfața paralelă permite citirea în paralel a pâna la 9 biti (17 la portul paralel bidirecțional) și scrierea a pâna la 12 biti, la orice moment de timp.

Ieșirile interfeței paralele folosesc nivelele logice TTL, curentul însă diferă de la o interfață la alta. Majoritatea porturilor paralele, însă pot duce pâna la 12 mA. Pentru a evita însă, supraîncărcarea portului paralel ar fi bine ca la intrările dispozitivului periferic să se pună tampoane. La calculatoarele mai vechi interfața paralelă era implementată cu circuite logice TTL/LS, în schimb la calculatoarele actuale porturile sunt implementate într-un circuit specializat (ASIC – Application-Specific Integrated Circuit), care însă, este compatibil cu porturile mai vechi.

2.1.2 Adresarea interfeței paralele

O intefață paralelă este identificată prin adresa ei de bază și printr-un identificator atribuit de BIOS: LPT1, LPT2, LPT3, …

Interfața paralelă are alocate trei adrese de bază:

Tabelul 1

La pornirea calculatorului, BIOS-ul (Basic Input/Output System) va determina numarul porturilor din sistem și la va atribui denumirile LPT1, LPT2 și LPT3. BIOS-ul verifica, prima dată, dacă există un port la adresa 3BCh, dacă există îi atribuie numele LPT1; apoi verifică adresa de port 378h, dacă găsește un port aici îi atribuie următoarea denumire liberă; și în final verifică adresa 278h și dacă există un port la această adresă îi atribuie și acestuia următoarea denumire nefolosită. Pentru a determina ulterior care sunt adresele alocate pentru LPT1, LPT2 și LPT3 se pot consulta următoarele adrese din zona de date BIOS, unde există tabelul portrilor LPT:

Tabelul 2

Acest tabel conține trei cuvinte pe 16 biți (patru la unele BIOS-uri) fiecare intrare continând adresa I/O de bază a portului paralel, dacă acesta există, sau 0 dacă acesta nu există.

Prezentăm în tabelul doi pinii corespunzatori conectorului standard pentru portul paralel din dotarea calculatoarelor personale.

Tabelul 3

2.2. Comunicarea serială

2.2.1.Magistrale seriale de comunicație

Magistralele seriale se utilizează ca suport pentru transferul de informații între calculatoare sau între componentele autonome ale unui sistem de calcul. Caracteristica principală a oricărei magistrale seriale este transmisia secvențială, bit cu bit, a informațiilor, folosindu-se un număr redus de semnale (linii de comunicație). În contrast, o magistrală paralelă permite transferul simultan al mai multor biți (8, 16, 32), folosind în acest scop mai multe linii de date. În principiu transmisia seriala asigură o viteză de transfer mai redusă, în comparație cu transmisia paralelă, însă este mai economică (număr redus de linii de transmisie), iar distanța maximă de transfer este semnificativ mai mare.

Magistralele seriale pot fi clasificate după mai multe criterii :

după modul de sincronizare :

transfer sincron – se utilizează un semnal explicit de ceas (de sincronizare) pentru specificarea momentului în care un bit de dată este valid

transfer asincron – nu se utilizează semnal de ceas, sincronizarea între unitatea emitentă și cea receptoare se face în mod implicit pe baza structurii specifice a datei transmise ( a se vedea standardul RS 232)

după lungimea blocului de date transmis :

transfer pe octet

transfer pe bloc (număr mai mare de octeți)

după numărul de unitatea comunicante

transfer serial de tip punct-la-punct : legătura se realizează între două echipamente

transfer serial multipunct : legătura se realizează simultan între mai multe echipamente, din care la un moment dat unul transmite și restul ascultă

după direcția de transfer

transfer unidirecțional (într-un singur sens)

transfer bidirecțional sau « full duplex » (simultan în două sensuri)

transfer bidirecțional pe o singură linie sau « half duplex » (se transmite pe rând în cele două direcții)

după domeniul de utilizare

magistrale de sistem – folosite pentru interconectarea componentelor unui microsistem (ex : microcontrolor, memorii, convertoare A/D și D/A etc.)

canale de comunicație serială – folosite pentru interconectarea unor echipamente inteligente (ex : calculatoare, imprimantă , consolă ) prin legătura punc-la-punct

rețea de comunicație – folosită pentru asigurarea comunicației multipunct între un set de echipamente de calcul (observație : într-o accepțiune mai restrânsă rețelele de comunicație nu fac parte din clasa magistralelor seriale)

Transferul serial se realizează pe baza unui set de reguli care alcătuiesc protocolul de comunicație. Două echipamente care comunică pe o magistrală serială (canal serial) trebuie să respecte același protocol și aceiași parametrii de transmisie (ex : viteza de transfer, mod de sincronizare, lungimea blocului de date, etc.).

Pentru a asigura interoperabilitatea între diferite echipamente realizate de diverși producători, s-au definit o serie de standarde internaționale, care specifică :

modul de transmisie a datelor (sincron/asincron),

modul de structurare a datelor transmise (octet, bloc),

viteza de transmisie,

mecanismele de detecție și corecție a eventualelor erori

tipul semnalelor folosite pentru transmisie (tensiune, curent, tensiune diferențială, etc.)

mecanismele de sincronizare a echipamentelor comunicante (ex : protocol XON/XOFF, sincronizare prin semnale explicite, etc.)

tipul de conectori folosiți

natura și parametri fizici ai mediului de transmisie (ex : cablu bifilar torsadat, cablu coaxial, fibră optică, etc.)

Cele mai cunoscute standarde folosite pentru comunicația serială sunt : RS 232 (V24), RS 485, I2C și HDLC/SDLC. În continuare se prezintă câteva caracteristici mai importante ale acestor standarde.

2.2.2 Standardul RS232

Este cel mai cunoscut și utilizat standard de comunicație serială asincronă. El a fost definit de mai multe organisme internaționale de standardizare sub diferite nume : IEC232, CCITT-V24, RS232C. Inițial standardul a fost conceput cu scopul de a permite conectarea unui terminal inteligent la un calculator central printr-o legătură telefonică. Standardul precizează interfața dintre un echipament de calcul (DTE- Data Terminal Equipment) și adaptorul său la linia telefonica (DCE- Data Circuit-terminating Equipment), cunoscut și sub numele de modem (Modulator/Demodulator). Interfața permite comunicația serială bidirecțională între cele două echipamente, și este simetrică la cele două capete ale liniei. Ulterior specificațiile acestei interfețe s-au folosit pentru a realiza legături seriale între diverse echipamente fără a se mai folosi un modem.

Principalele precizări ale standardului RS232 se referă la :

– modul de transmisie : serial asincron, bidirecțional (pe două linii de date separate)

codificarea informațiilor binare : prin nivele de tensiune sau curent (buclă de curent) :

1 logic – (-3V … -15V)

0 logic – (+3V…-15V)

structura informației elementare transmise :

un bit de start (0 logic)

5-8 biți de date

0-1 bit de paritate (paritate pară sau impară)

1-2 biți de stop (1 logic)

semnale utilizate pentru transmisia de date și pentru controlul fluxului de date (vezi tabelul 1):

tipul de conectori folosiți (RK 25, mufă și soclu) și poziția semnalelor pe pinii conectorilor

modul de interconectare a semnalelor la cele două capete ale unui cablu de transmisie

viteza de transmisie (110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 bauds)

reguli de control al fluxului de date (control hardware – protocolul DTR/DSR sau software – protocolul XON/XOFF)

În tabelul de mai jos s-au indicat numele și semnificația celor mai importante semnale definite de standardul RS232. De asemenea s-a indicat poziția acestor semnale pe un conector de 25 pini și pe unul de 9 pini. Direcția este indicată între calculator (DTE) și modem (DCE).

Tabelul 4

În cazul transmisiei seriale asincrone, sincronizarea între unitatea emitentă și cea receptoare se realizează la începutul fiecărui caracter prin bitul de start (0 logic). De precizat că în repaus linia este în 1 logic. Citirea datelor se face secvențial, la jumătatea intervalelor de bit care urmează bitului de start. Protocolul asigură citirea corectă a datelor chiar și în cazul în care există mici diferențe (sub 2%) între frecvența de emisie și cea de citire a datelor. Această sincronizare nu s-ar păstra în cazul în care lungimea datelor utile ar fi mai mare. Pentru controlul fluxului de date transmise se poate utiliza un protocol hardware sau unul software. În primul caz se utilizează semnale explicite (grupul de semnale DTR/DSR sau RTS/CTS) prin care unitatea receptoare poate să oprească temporar fluxul de date transmis. În acest fel se poate sincroniza frecvența de emisie a datelor la viteza de prelucrare a unității receptoare. A două metodă nu utilizează semnale de control ; în schimb folosește un set de coduri speciale prin care poate să oprească (codul XOFF) sau să repornească (codul XON) fluxul de date. Aceasta metodă se poate utiliza numai la transmiterea unor date în codificare ASCII. La transmisia binară codurile de control ar putea să fie prezente în datele de transmis.

În cazul în care se conectează două echipamente aflate la distanță mică (ex : în interiorul unei încăperi) se pot utiliza numai o parte din semnalele precizate în interfața RS232. În acest fel cablul de legătură devine mai ieftin și mai ușor de manipulat. În continuare se amintesc câteva configurații tipice de interconectare: transmisie unidirecțională, fără controlul fluxului de date, transmisie bidirecțională folosind protocolul XON/XOFF, transmisie bidirecțională folosind protocolul DTR/DSR , transmisie bidirecțională folosind interfața completă RS232.

Majoritatea calculatoarelor actuale dispun de cel puțin o interfață serială. La calculatoarele de tip PC una din interfețele seriale este utilizată de obicei pentru a asigura legătura cu dispozitivul de indicare de tip mouse.

2.2.3 Standardul RS485

Acest standard a fost conceput cu scopul de a extinde și îmbunătăți posibilitățile de comunicație pe o linie serială. Dintre îmbunătățirile avute în vedere se pot aminti :

creșterea distantei maxime de comunicație ( aprox. 1 Km)

creșterea imunizării la zgomot

posibilitatea realizării unei comunicații multipunct (comunicație în rețea)

utilizarea unui mediu ieftin de comunicație

Acest protocol specifică următoarele :

– se utilizează un tronson de cablu bifilar torsadat, care are la cele două capete terminatoare (rezistențe) ; ambele linii se utilizează pentru transmisie, neexistând fir de masă.

codificarea datelor binare se face prin tensiuni diferențiale pozitive și negative măsurate pe cele două linii ale tronsonului ; tensiunea diferențială minimă considerată o dată validă este de ±200 mV.

circuitele de emisie conectate pe același tronson au ieșiri de tip tri-state, pentru a permite accesul multiplu, al mai multor echipamente, la același tronson de comunicație ; accesul se face multiplexat în timp.

Protocolul nu precizează structura datelor transmise, mecanismele de control al fluxului de date sau mecanismele de detecție a erorilor. Acestea pot fi preluate din alte standarde seriale de comunicație (ex :RS232 sau SDLC/HDLC) sau pot fi definite de utilizator. Acest protocol se utilizează ca suport pentru o serie de protocoale pentru rețele industriale ( ex : CAN, Profibus).

2.2.4 Protocoalele SDLC/HDLC (Serial Data Link Control/High- speed Data Link Control) 

Cele două standarde utilizează o metodă de transfer bazată pe cadre (frames). Un cadru conține date utile și câmpuri de control. Câmpurile conținute într-un cadru au următoarele semnificații :

-antet – folosit pentru sincronizare

-adresa – specifică destinația cadrului

-control – specifică tipul de cadru (cadru de date, cadru pentru controlul accesului, cadru de interogare, cadru de răspuns)

-date – conține datele utile transmise prin cadru

-FCS (Frame Control Sequence) – secvența pentru detecția erorilor

-delimitator – pentru verificarea sincronizării și terminarea cadrului

Protocoalele SDLC/HDLC permit transferul de date între calculatoare conectate punct-la-punct sau în rețea. Serviciile definite în cadrul celor două protocoale corespund nivelului doi (nivelul legăturii de date) în accepțiunea modelului de referință OSI (Open System Interconection). Acest model a fost definit de ISO (International Standard Organisation) și specifică modul de organizare ierarhică a serviciilor de comunicație în cadrul unui protocol de rețea.

Transmisia serială pe cadre oferă o serie de avantaje în comparație cu transmisia serială pe octet :

transferul este mai eficient – raportul dintre biții de date și cei de control este mai bun la transmisia pe cadre

sincronizarea unităților comunicante este mai fermă și permite mici variații ale frecventei de emisie ; unitatea receptoare utilizează un circuit cu calare pe fază (PLL Phase Lock Loop) care permite urmărirea frecventei unității emitente.

mecanismul de detecție a erorilor prin cod ciclic redondant (CRC) asigură o probabilitate foarte ridicată de detecție a erorilor de transmisie ; la transmisia pe caracter bitul de paritate detectează numai erorile în care sunt implicați un număr impar de biți.

există posibilitatea adresării mesajelor, facilitate necesară în sistemele de comunicație multipunct.

Comunicația pe cadre necesită o interfață mai complexă atât la nivelul componentelor hardware cât și la nivelul rutinelor de comunicație. Transmisia pe cadre este utilizată mai ales în cazul în care trebuie să se asigure o calitate mai ridicată a serviciilor de comunicație. În schimb transmisia serială pe caracter se utilizează în aplicații cu cerințe mai modeste de calitate, dar la care costul trebuie să fie minim ; se utilizează mai ales în cazul realizării unor legături temporare între diverse echipamente de calcul.

2.2.5 Standardul I2C (Inter-Integrated Circuit Bus)

O magistrală serială de tip I2C permite interconectarea componentelor unui microsistem : microcontrolor (ex : 80C552), memorie de program (EPROM), memorie de date (SRAM), convertoare A/D și D/A și alte dispozitive periferice. Această magistrală înlocuiește o magistrală clasică de sistem, care are un număr relativ mare de linii de adresa, date și control. Utilizarea unei magistrale seriale reduce semnificativ costurile de cablaj, și timpul de realizare a unor prototipuri. Este soluția ideală pentru realizarea unor sisteme încapsulate bazate pe microcontroloare. Dezavantajul utilizării unei astfel de magistrale este reducerea semnificativă a vitezei de comunicație între componentele sistemului. Acest dezavantaj este diminuat în cazul microcontroloarelor la care majoritatea componentelor sunt în același circuit integrat (unitate centrală, memorie ROM, memorie RAM, porturi de intrare/ieșire, etc.) și numai anumite componente specifice aplicației (ex :convertoare) trebuie să comunice pe magistrala serială.

Pe magistrala I2C transmisia este serială sincronă ; se utilizează un semnal separat de ceas alături de semnalul de date. Circuitele de emisie sunt cu colector în gol, ceea ce permite conectarea pe același semnal a mai multor ieșiri de circuit. Astfel se realizează un « ȘI-cablat » între ieșirile de circuite.

Pe magistrală se pot conecta module master ( care au drept de inițiativă în transferul de date) și module slave (care pot fi interogate de modulele master). Un modul master poate să inițieze un transfer dacă magistrala este liberă. În cazul în care două unități master inițiază simultan un transfer de mesaj, atunci va avea câștig de cauza mesajul care conține valoarea zero pe primul bit diferit între cele doua mesaje. Aceasta se datorează faptului că la un « ȘI cablat » valoarea zero este dominantă.

Capitolul 3 Conversia semnalelor

3.1. Conversia magistrală paralelă/magistrala I2C

În mod uzual la un sistem cu microprocesor apare necesitatea schimbului de informații între sistem și utilizator, sau chiar între două sisteme distincte. În mod natural informația schimbată reprezintă cuvinte de date. O soluție simplă ar putea-o constitui așa-numita transmitere în paralel a datelor. De exemplu, la un sistem ce are cuvintul de date de 8 biti, transmisia paralelă a datelor înseamnă transmiterea simultană a datelor prin intermediul unui cablu format din 8 conductori, fiecare conductor purtind un bit.

Fig.14

Problema este că transmiterea datelor între două calculatoare sau între un calculator și o consolă nu se poate face pe distanțe mai mari de câțiva metri în paralel. Motivele ar fi: problemele deosebite legate de ecranarea acestor cabluri,pretul de cost ridicat. Cu alte cuvinte, nu se pot – sau nu este convenabil – realiza "magistrale" de date care să permită transferul simultan al tuturor biților cuvintelor de date între două asemenea echipamente. Se utilizează în mod frecvent interfețe speciale care transformă informația paralelă – cuvântul de date – într-o succesiune de impulsuri, transmise pe un singur fir de legatură (vezi Fig. 15) în mod serial.

Fig.15

Evident, la celălalt echipament, un circuit similar, cu functionare complementară va recepționa informația serială transformând-o într-o reprezentare paralelă. Deci transmisia în acest mod se face cu viteză mai mică decât transmisia paralelă, nu mai apar probleme de zgomot, iar prețul echipamentelor este mult mai scazut. Trebuie remarcat că transmisia serială se va face prin emiterea unor impulsuri de tensiune, cu două nivele, corespunzătoare valorilor logice "0" sau "1" ale biților ce se transmit. Deasemenea, durata acestor pulsuri este fixă, fiind fixată de semnalul de "ceas", care va impune viteza de serializare a datelor. Este evident că pentru o functionare corectă va fi necesar ca ambele circuite, atât cel emitator (transmițător) cât și receptorul, să funcționeze cu aceeasi frecvență a ceasului.

3.1.1Protocolul I2C

Protocolul I2C a fost dezvoltat la începutul anilor ’80 de către firma olandeză Philips. Scopul său era să ofere o modalitate facilă de a conecta un microcomputer la cipurile periferice din echipamentele de televiziune.

Folosirea a două linii pentru comunicație duce la simplificarea cablajelor imprimate, eliminarea logicii de decodificare adresa și reducerea influențelor parazite între trasee (« crosstalk »). Standardul a fost adoptat de către firme puternice din industrie depășind domeniul AV, componente de tip I2C găsindu-se în majoritatea perifericelor de calculator moderne.

Fig. 15 Configurația de bază pentru magistrala I2C

Magistrala constă din două linii bidirecționale : una pentru semnalul de date (SDA) și una pentru semnalul de ceas (SCL). La aceste linii se conectează unul sau mai multe dispozitive MASTER și SLAVE, protocolul dând posibilitatea comunicației în ambele sensuri între cele două tipuri de componente.

În mod normal driverele pentru ambele tipuri de linii sunt de tip «open drain» de unde necesitatea conectării prin rezistoare la sursa de tensiune pozitivă.

Caracteristicile magistralei

Urmatorul protocol a fost definit:

Transferul de date se poate iniția doar dacă magistrala nu este ocupată.

În timpul transferului de date, linia de date trebuie să rămână stabilă cât timp linia de ceas este HIGH. Schimbările liniei de date în timp ce semnalul de ceas este HIGH vor fi interpretate ca semnale de control.

Pornind de la acestea fost definite urmatoarele stări ale magistralei.

Magistrala liberă: atât linia de date cât și linia de ceas sunt HIGH.

START (se începe transferul de date): schimbarea stării liniei de date, din HIGH în LOW în timp ce semnalul de ceas este HIGH ,definește condiția de START.

Stop ( se încetează transferul de date ): schimbarea stării liniei de date, din LOW în HIGH în timp ce semnalul de ceas este HIGH ,definește condiția de STOP.

Data validă: starea liniei de date reprezintă informație validă când, după semanalul de START, linia de date rămâne stabilă pe durata perioadei de timp cât semnalul de ceas este HIGH (perioada 2-4 din figura 18). Există un puls de ceas pentru fiecare bit de date. Linia de date poate să se schimbe în perioada cât semnalul de ceas este LOW.

Transferul de date

Pentru dispozitivele conectate la magistrală este definită următoarea terminologie:

Tabel 5. Terminologia asociată dispozitivelor de pe magistrală I2C

Pe magistrală se transmit octeți (=8 biti), cel mai semnificativ bit fiind primul transmis. După transferul unui octet urmează obligatoriu un puls de ceas asociat bitului de confirmare (« acknowledge »), puls de ceas generat de către MASTER. Receptorul trebuie să pună un nivel logic LOW pe linia de date pe perioada acestui puls de ceas semnalând în acest fel recepția corectă a octetului transmis și posibilitatea de a continua transmisia.

În cazul în care un dispozitiv receptor de tip SLAVE nu confirmă recepția unui octet acesta lasă linia SDA liberă astfel încât dispozitivul MASTER să poată genera STOP pentru a încheia tranzacția sau START pentru a reîncerca transmisia.

Un receptor MASTER nu confirmă recepția ultimului octet primit pentru a semnala dispozitivului transmițător SLAVE încheierea tranzacției. Dispozitivul SLAVE nu mai controlează linia de date astfel încât dispozitivul MASTER să poată genera STOP.

În cazul nostru computerul este MASTER, iar integratele de pe placa de achizitie (PCF8574,PCF8591,TDA8444) sunt dispozitive SLAVE. Fiecare dispozitiv SLAVE ce se conectează la magistrala I2C are asociată o adresă ce îl identifică în mod unic (« SLAVE ADDRESS »). Semnificația acestei adrese depinde de tipul dispozitivului.

Circuitul integrat PCF8583 reprezintă dispozitivul responsabil cu conversia informației seriale în informație paralelă în cazul plăcii de achiziție folosite. El oferă posibilitatea extinderii numarului de ieșiri/intrări de uz general pentru un microcomputer folosind posibilitatile de comunicație bidirecțională cu un numar de doar două linii ale magistralei I2C.

Realizat în tehnologie CMOS și având prin urmare un consum redus are iesiri ce suportă curentul necesar pentru a comanda direct LED-uri. Această caracteristică este utilizată în aplicația de față prin conectarea ieșirilor PCF8574 optocuploarele din seria 4N33 necesare izolării galvanice între placa de achizitie și placa de relee.

Circuitul integrat oferă un semnal de întrerupere care poate semnala schimbarea stării intrărilor.

Formatul octetului de control este cel din figura urmatoare.

Înscrierea unei valori în registrul de ieșire al PCF8574 se face după următorul alogoritm :

Computerul generează condiția de START ;

Computerul trimite pe magistrală octetul de control ;

PCF8574 confirmă recepția octetului de control prin comanda în zero a liniei SDA pe durata impulsului de ceas de acknowledge ;

Computerul trimite octetul de comanda pentru registrul de ieșire ale PCF8574 ;

PCF8574 confirmă recepția octetului de comandă, înscrierea în registrul de ieșire se face pe frontul ascendent al pulsului de ceas de acknowledge ;

Computerul MASTER generează STOP.

În loc să genereze STOP computerul MASTER ar fi putut continua transmisia, registrul de ieșire din PCF8574 fiind reactualizat la fiecare impuls de ceas de confirmare.

Semnalele analogice pot depăși limitele de intrare ale unui ADC. Acest lucru poate duce la stricarea convertorului. Pentru a proteja intrarea sunt conectate două diode, după cum se observa în schemă. Acestea vor proteja de tensiuni de peste 5V și sub 0V.

3.2. Convertorul Analog-Numeric

Deoarece totul în lumea calculatoarelor este reprezentat cu 0 și 1, ce facem cu un semnal care este 0.5 sau 0.77? Aproape toată lumea exterioară unui calculator constă din semnale analogice. În afară de vorbire și muzică, sunt multe cantități care trebuie cuantificate într-un calculator. Umiditatea, temperatura, presiunea aerului, culoarea,concentrația metanului sunt doar o parte. Răspunsul este să luăm un număr de linii digitale pe care să le combinăm astfel încât ele să exprime o valoare analogică. O valoare analogică este orice valoare dintre 0 și 1. O puteți numi „valoare facțională”. Toate cantitățile de mai sus trebuie să fie convertite la o valoare cuprinsă între 0 și 1 astfel să fie utilizata într-un calculator. Acesta este conceptul cel mai răspândit. El devine ceva mai puțin complex în aplicații.

Semnalele analogice pot depăși limitele de intrare ale unui CAN, fapt ce poate duce la stricarea convertorului. Pentru a evita acest fenomen sunt conectate două diode, după cum se observă în schemă. Acestea vor proteja de tensiuni de peste 5V și sub 0V.

Convertoare Analog-Numerice. CAN realizează conversia unui semnal din formă analogică în formă numerică în vederea prelucrării ulterioare prin metode numerice.

Procesul prin care are loc această transformare constituie o clasificare a mărimii de intrare (uzual semnal în tensiune) într-un număr de clase sau canale distincte. Rezultatul conversiei este practic reprezentat de numărul canalului căruia îi este repartizată valoarea respectivă.

Marimea de intrare Ui este repartizată canalului k daca ea satisface relația de apartenență la acest canal:Lk ≥Ui >Lk-1 în care Lk și Lk.1 sunt limitele superioare ale canalelor k, respectiv k-1. Diferența celor două limite

ΔU = Lk-Lk.1 constituie lățimea canalului.

Din cele prezentate, rezultă că oricărei valori Ui, care satisface relația de apartenență i se atașează același număr de canal. Apare de aici ideea existenței unei erori inerente de cuantificare egală cu latimea unui canal .

Determinarea numarului canalului N se face în baza relației:

N = Ui/UR , în care UR reprezintă o tensiune de referință. Uzual N se exprimă în număr de cuante sau număr de unități CAN (ucan).

Indiferent de tipul CAN, rezultatul conversiei este un cuvânt binar în structura căruia se evidențiază:

• LSB – bitul de semnificație minimă amplasat în extrema dreaptă a cuvântului binar;

• MSB – bitul de semnificație maximă amplasat în extrema stângă a numărului binar. Ca ponderi MSB reprezintă 1/2 din domeniul de variație (diapazon) al mărimii U, iar LSB reprezintă l/2n din același diapazon.

Dacă n reprezintă lungimea în biți a cuvântului convertit (rezoluția), atunci numărul maxim de cuante (canale) va fi Nmax=2n-l, iar valoarea unui canal se va obține:

.

Cunoscând valoarea tensiunii de referință UR și lungimea cuvântului convertit n se poate determina limita maximă a domeniului tensiunii de intrare Uimax=(2n-1)*UR.

Considerând un canal identificat prin valoarea sa medie, rezultă eroarea inerentă de cuantificare ca fiind ±ΔU/2, respectiv ±1/2 LSB.

În afara erorii inerente de cuantificare, procesul de conversie mai poate fi însoțit de următoarele tipuri de erori:

– eroarea de decalaj a nulului (offset);

– eroarea de amplificare;

– eroarea de neliniaritate.

Deteminarea biților cuvântului convertit se poate face simultan sau succesiv. Pentru prima metodă sunt semnificative CAN de tip paralel iar pentru a două metodă CAN cu reacție.

CAN paralel determină toți biții reprezentării numerice ca urmare a comparării cu niveluri prestabilite de tensiune.

În cazul general, pentru o rezoluție a CAN de n biți sunt necesare 2n-1 comparatoare. CAN paralel prezintă avantajul rapidității conversiei, dar odată cu creșterea rezoluției crește exponential numărul de codificatoare și se complică logica de codificare.

CAN cu reacție asigură un compromis între viteza de conversie și simplitate constructivă. La aceste CAN determinarea structurii cuvântului.

Fig. 20

convertit se face prin comparații succesive. Unul din cele mai răspândite CAN din această categorie este cel cu aproximatii succesive, a cărui schemă bloc se afla în fig.20.

Pentru conversia completă a unui semnal analogic într-un număr de n biți sunt necesare n comparări ale semnalului de intrare cu semnalul de reacție. Aceste n comparări împreună cu ajustarea semnalului de reacție necesită n perioade de tact. Ajustarea semnalului de reacție presupune admiterea bitului k, numai dacă semnalul de reacție până la bitul k este mai mare decât semnalul de intrare și respingerea lui în caz contrar. În afara celor n perioade de tact menționate mai este necesară încă una pentru inițializarea registrului de deplasare la începutul conversiei.

La sfârșitul conversiei tensiunea de reacție Ur care reprezintă cea mai bună aproximație a semnalului de intrare realizată cu n biți este :

Având în vedere rolul deosebit al CAN în realizarea performanțelor globale ale sistemelor de achiziție, la alegerea CAN trebuie avute în vedere:

– domeniul semnalului de intrare;

– natura semnalului de intrare;

– durata admisibilă a conversiei;

– rezolutia necesară; .

– erorile admisibile maxime;

– tipul transmisiei semnalelor convertite (serie sau paralel).

O cerință importantă care se impune CAN este rezoluția. Referitor la acest parametru trebuie avută în vedere implicarea CAN într-un sistem de măsurat a cărui clasă de precizie este dictată de elementul cu precizia cea mai scăzută. Pornind de la aceste considerente se poate aprecia că o rezoluție de 12 biti este pe deplin satisfăcătoare pentru sistemele de achiziție industriale și o rezoluție de 8 biți este suficientă pentru standul nostru experimental.

În cadrul aplicației noastre vom folosi pentru conversia Analog-Numerică integratul PCF8591 al firmei Philips. Acesta este un convertor pentru achiziții pe 8 biți realizat în tehnologie CMOS care are patru intrări și o ieșire analogice și o interfață serială I2C. Prin intermediul a trei pini de adresă hardware se pot conecta până la opt astfel de dispozitive la magistrala I2C fără a fi necesară utilizarea altor componente externe.

Fig. 21 Schema bloc a PCF8591

Pentru conversiile Analog-Numeric și Numeric-Analog este nevoie de o tensiune de referință stabilă care poate fi obținută și din tensiunea de alimentare aplicată pinilor VREF și AGND. Acest pin trebuie conectat la masa analogică a montajului și poate avea o diferență de potențial față de VSS. Un oscilator intern generează semnalul de ceas necesar ciclului de conversie analog numeric și reîmprospătării bufferelor. În cazul folosirii acestui oscilator pinul EXT (pentru oscilatorul extern) trebuie conectat la VSS. Dacă se dorește utilizarea unui semnal extern este necesară conectarea acestui pin la VDD.

Converorul Analog-Numeric este cu aproximații succesive și utilizează temporar convertorul Numeric-Analog și un etaj comparator cu câștig mare din integrat. Un ciclu de conversie Analog-Numeric începe, întotdeauna, după citirea de către PCF8591 a unei adrese valide de comunicare, fiind inițiat de frontul descrescător al impulsului de ceas și fiind executat concomitent cu transmiterea rezultatului conversiei anterioare (vezi fig. 22). Viteza maximă de conversie este dată de viteza magistralei I2C.

Fig.22 Ciclul de conversie

3.3.Convertorul Numeric-Analog

Convertoare Numeric-Analogice. CNA transformă o mărime de intrare, având formă numerică într-o mărime de ieșire cu variație analogică.

Semnalul numeric aplicat la intrarea unui CNA reprezintă o succesiune de variabile binare a1,a2,…,an, pentru care la ieșire se obține mărimea Uc= Ur[a1*2-1+a2*2-2+…+an*2-n], unde aj aparține mulțimii {0,1} iar Ur reprezintă o referință analogică.

Din punct de vedere constructiv printre cele mai răspândite CNA sunt cele cu rețea rezistivă cărora li se poate asocia o schemă principială de tipul celei din fig. 23.

Fig. 23 Schema bloc CNA

Circuitele de adpatare asigură compatibilizarea intrărilor numerice cu nivelurile de tensiune admise de comutatoarele electronice, care impreună cu reteaua rezistiva produc tensiuni sau curenți proporționali cu ponderile binare din cuvântul ce urmează a fi convertit.

Rețeaua de comutatoare este constituită dintr-un număr de comutatoare (egal cu numărul de ranguri binare) care permit (blochează) accesul spre rețeaua de rezistoare de precizie, a mărimii analogice de referință. Comutatoarele pot fi de curent sau de tensiune realizate cu rețea de tranzistoare bipolare, FET, MOSFET etc.

Reteaua rezistivă poate fi realizată cu rezistențe ponderate binar sau cu rezistențe R-2R. În afara CNA cu rețea rezistivă mai există: CNA cu comprimare, CNA cu multiplicare, CNA cu modulație, CNA stochastice etc.

Principalul integrat responsabil cu conversia Numeric-Analogică, folosit în lucrarea noastră este TDA8444. Acesta conține opt ieșiri CNA programabile pe 6 biți, un receptor I2C slave cu trei biți de adresă programabili și o intrare Vmax pentru setarea nivelului maxim de ieșire. În figura 24 este prezentată schema bloc a circuitului.

Fig. 24 Schema bloc TDA8444

Fiecare convertor poate fi programat separat cu ajutorul unui cuvânt de 6 biți să aibă 64 de valori, dar Vmax determină voltajul maxim de ieșire pentru toate convertoarele. Rezoluția va fi aproximativ 1/64 din Vmax. La pornire toate convertoarele sunt setate la cea mai mică valoare.

Fiecare convertor Numeric-Analog este constituit dintr-un latch pe 6 biți, comutatoare comandate în curent și un amplificator operațional. Sursele de curent conectate la întrerupătoare au valori cu echivalențe între 20 și 25. Suma curenților este convertită de amplificatorul operațional într-un voltaj cuprins între aproximativ 0.5V și 10.5V când Vmax=VCC=12V. Ieșirile CNA sunt protejate la scurt-circuit cu tensiunea pozitivă de alimentare și cu masa montajului.

Capitolul 4 Proiectarea unor blocuri funcționale

4.1.Schema bloc a standului

4.2. Modulul P.W.M.

Etajul de putere al standului experimental este un variator de tensiune continuă care folosește drept comutator tranzistorul MOS de putere BUK555. Am ales un variator care folosește tranzistoare MOS de putere datorită avantajelor pe care aceste dispozitive le au față de soluțiile constructive cu tiristoare care se folosesc de obicei.În figura 25 este prezentat modul clasic de conectare al tranzistoarelor MOS în astfel de aplicații.Din motive de cost, tranzistorul B a fost înlocuit cu dioda de putere 6A2.

Fig. 25

Unul dintre aceste avantaje este ușurința cu care se pot comanda tranzistoarele MOS precum și compatibilitatea cu drivere integrate ca de exemplu cele din seria SG3525A ale firmei STMicroelectronics.

Aceste circuite sunt proiectate pentru maxim de performanță folosind un număr minim de componente externe. Ele includ și o tensiune de referință cu valoarea +5.1 V (±1%) care ne scutește de nevoia unei tensiuni de referință externe costisitor de obținut. O intrare de sincronizare a oscilatorului permite setarea mai multor unități slave sau sincronizarea unei singure unități cu ceasul unui sistem extern. Un singur rezistor plasat între condensatorul de temporizare și pinii de descărcare permite reglarea în limite largi a timpului mort. Deasemenea aceste integrate au incluse circuite “soft-start” care mai au nevoie doar de un condensator extern. Un pin de oprire controlează atât circuitele „soft-start” cât și etajul de ieșire asigurând o comutare instantanee a ciclului PWM sau una temporizată cu timpi de oprire mai lungi.

Aceste funcții sunt controlate și de un „lacăt” de tensiune care nu permite inițializarea ciclului de comandă pentru tensiuni de alimentare mai mici decât tensiunea nominală de 8V. Acest circuit asigură și o marjă de 500mV a tensiunii de comandă ceea ce duce la o funcționare fără salturi. O altă caracteristică a acestor modulatoare PWM este existența unui circuit latch după etajul comparator. Odată ce un impuls PWM a fost oprit indiferent de motiv, ieșirile vor rămâne închise. Circuitul latch este resetat cu fiecare impuls al ceasului.

Etajele de ieșire sunt proiectate în contratimp fiind capabile să comute peste 200mA. Ele folosesc logica SAU-NEGAT oferind o ieșire de impedanță joasă pentru starea închis. Mai multe despre acest inegrat în anexa 2.

4.3.Modulul de achizitie

Plăcile de achiziție de date utilizate în sistemele de măsurare computerizate pot îndeplini mai multe dintre următoarele funcțiuni:

*intrare analogică (măsurarea unui semnal, sub forma unei tensiuni electrice, provenită de la un traductor aflat în sistemul studiat);

*ieșire analogică (generarea unui semnal, sub forma unei tensiuni electrice care să comande un element de acționare din sistemul monitorizat);

*comunicații numerice (primirea și emiterea de valori în formă binară, reprezentând date sau coduri ale unor comenzi, transmise sub forma unor impulsuri TTL între placa de achiziție de date și alte componente ale sistemului computerizat). Comunicațiile numerice pot fi utilizate și pentru măsurări sau generări de semnale în cazul în care traductorul sau elementul de acționare au o funcționare descrisă de o stare logică binară (comutatoare cu două poziții, întrerupătoare, relee, diode electroluminiscente etc);

*numărare / cronometrare (primirea și emiterea de semnale sub formă de serii de impulsuri TTL în care informația este conținută în numărul de impulsuri din serie sau în frecvența acestora).

Toate tipurile de plăci de achiziție de date pot îndeplini ultimele două funcțiuni enumerate mai sus: comunicații numerice și numărare/cronometrare. Majoritatea tipurilor posedă toate cele patru funcțiuni (plăci multifuncționale). O serie de plăci de achiziție de date cu cost redus nu posedă funcțiunea de ieșire analogică iar o altă categorie (plăcile dedicate ieșirilor analogice) nu posedă funcțiunea de intrare analogică.

Printre parametrii care descriu performanțele cu care o placă de achiziție de date îndeplinește funcția de intrare analogică se pot enumera: numărul de canale de intrare analogică, rata maximă de eșantionare, intervalul de măsurare și rezoluția.

Numărul de canale de intrare analogică poate fi specificat (pentru plăcile care dispun de ambele tipuri) atât pentru configurația unipolară cât și pentru cea diferențială. Intrările analogice în configurație unipolară se referă la tensiuni electrice (de pe canale diferite) măsurate în raport cu un potențial de referință comun, aflat pe legătura la masă a plăcii de achiziție de date. Acest tip de intrări analogice este utilizat de obicei pentru semnale cu amplitudini relativ mari (peste 1 V), în situația în care firele de legătură dintre sursa de semnal și placa de achiziție de date au lungimi mai mici de 5 m. În celelalte situații se utilizează configurația diferențială, în care fiecare tensiune electrică ce corespunde unui canal de intrare analogică este măsurată în raport cu un potențial de referință propriu. În configurație diferențială are loc reducerea erorilor datorate influențelor perturbațiilor electromagnetice din mediul exterior asupra firelor de legătură.

Rata maximă de eșantionare reprezintă numărul maxim de conversii analog – numerice (măsurări) pe care placa de achiziție de date le poate efectua în unitatea de timp (o secundă). Obținerea unui număr mai mare de valori ale semnalului măsurat în unitatea de timp permite descrierea mai precisă a acestuia și efectuarea unor prelucrări statistice mai complexe. De exemplu, semnalele măsurate în timpul studiului emisiilor acustice, utilizând un microfon, au frecvențe de până la 20 kHz. Prelucrarea adecvată a unor astfel de semnale necesită (conform teoremei lui Nyquist) o rată de eșantionare cel puțin dublă față de frecvența maximă a componentei ce se dorește a fi detectată în cadrul semnalului.

Unitatea de măsură pentru rata de eșantionare se notează S/s (samples/second, eșantioane pe secundă) și reprezintă efectuarea unei singure conversii analog – numerice într-o secundă.

Majoritatea tipurilor de plăci de achiziție de date, deși posedă mai multe canale de intrare analogică, utilizează un singur convertor analog – numeric. Măsurarea semnalelor de pe mai multe canale este realizată prin multiplexarea acestora la intrarea convertorului. Astfel, rata de eșantionare corespunzătoare unui anumit canal este invers proporțională cu numărul de canale pe care se efectuează măsurări la un moment dat. De exemplu, în cazul unei plăci de achiziție de date cu rata maximă de eșantionare de 1 MS/s cu ajutorul căreia se măsoară 10 semnale, rata de eșantionare efectivă pe fiecare canal de măsurare nu poate depăși 100 kS/s.

Intervalul de măsurare este determinat de valorile minimă și maximă ale tensiunii electrice pe care convertorul analog – numeric o poate cuantifica. Majoritatea plăcilor de achiziție de date au la dispoziție mai multe intervale de măsurare, unul dintre acestea putând fi selectat la un moment dat.

Rezoluția unei plăci de achiziție de date reprezintă numărul de biți utilizați de către convertorul analog – numeric al acesteia pentru reprezentarea valorii măsurate a semnalului analogic. Dacă se notează valoarea rezoluției cu n, convertorul analog – numeric va putea reprezenta numere întregi cuprinse între 0 și 2n-1, fapt ce este echivalent cu aproximarea infinității de valori din intervalul de măsurare printr-o mulțime discretă de 2n valori. Intervalul de măsurare este astfel partiționat în 2n subintervale. Toate valorile semnalului măsurat aflate într-un același subinterval vor putea fi reprezentate doar printr-un singur număr, deci vor fi toate aproximate la o aceeași valoare comună. Cu cât rezoluția este mai mare, cu atât crește numărul de subintervale în care este partiționat intervalul de măsurare, deci crește precizia de reprezentare (măsurare) a semnalului real.

În figura 26 este reprezentat un semnal sinusoidal, împreună cu reprezentarea acestuia oferită de către un convertor analog – numeric cu rezoluția de 3 biți care împarte intervalul de măsurare în 23 = 8 subintervale. Este evidentă precizia scăzută a măsurării, echivalentă unei pierderi de informație. Utilizarea, de exemplu, a unui convertor cu rezoluția de 16 biți ar conduce la o reprezentare mult mai fidelă a semnalului original, intervalul de măsurare fiind partiționat în acest caz în 216 = 65536 subintervale.

Posibilitatea de selectare a intervalului de măsurare al unei plăci de achiziție de date permite alegerea unor limite ale acestuia cât mai apropiate de valorile extreme ale semnalului măsurat, astfel încât rezoluția disponibilă a convertorului analog – numeric să conducă la o precizie cât mai bună a măsurării.

Valoarea preciziei de măsurare, echivalentă cu variația minimă detectabilă a semnalului măsurat, este denumită și lățime de cod și corespunde variației bitului cel mai puțin semnificativ (LSB) din numărul binar generat de către convertorul analog – numeric în urma măsurării.

Figura 26 Semnal sinusoidal discretizat de un convertor pe 3 biți

Precizia de măsurare a unei plăci de achiziție de date, calculată în funcție de parametrii constructivi descriși anterior, nu este întotdeauna respectată atunci când măsurarea se efectuează cu valori mari ale ratei de eșantionare. Există situații în care plăci cu rezoluția de 16 biți reușesc, la rate de eșantionare de 100 kS/s, să redea semnalul măsurat cu o precizie corespunzătoare unei măsurări cu rezoluția de doar 12 biți.

Caracterizarea completă a performanțelor unei plăci de achiziție de date aflate într-un regim de lucru solicitant nu poate fi efectuată fără luarea în considerare a unor parametri auxiliari ca: neliniaritatea convertorului analog – numeric, precizia relativă, timpul de stabilizare și zgomotul.

Într-un caz ideal, valoarea numerică generată de către convertorul analog – numeric variază liniar cu valoarea tensiunii electrice aplicate la intrarea acestuia. Deviația de la o astfel de dependență poartă numele de neliniaritate. Parametrul care cuantifică neliniaritatea unui convertor analog – numeric este notat DNL, și reprezintă diferența dintre valoarea lățimii de cod și valoarea corespunzătoare variației bitului cel mai puțin semnificativ. Parametrul DNL se exprimă în raport cu această a doua valoare (LSB), având, în cazul unor plăci de achiziție de date performante, valoarea de ±0,5 LSB.

Precizia relativă, exprimată în LSB, reprezintă valoarea maximă a deviației de la forma liniară a funcției de transfer a plăcii de achiziție de date. La o variație liniară a semnalului pe tot intervalul de măsurare, valorile numerice binare generate de către convertorul analog – numeric depind aparent liniar de tensiunea electrică măsurată (figura 27). Scăderea valorilor reale ale tensiunii măsurate din valorile numerice binare generate de către convertor (operație echivalentă cu o mărire a imaginii) nu conduce însă la obținerea unui segment de dreaptă suprapus peste abscisă (situație corespunzătoare identității celor două seturi de valori) ci la un grafic reprezentând variația abaterii valorii măsurate în raport cu cea reală. Precizia relativă a plăcii de achiziție de date este egală cu valoarea maximă a acestei abateri.

Deoarece transformarea în volți a valorilor binare se efectuează prin înmulțirea acestora cu o constantă, erorile datorate deviației de la forma liniară a funcției de transfer se păstrează.

La majoritatea tipurilor de plăci de achiziție de date, semnalul de măsurat parcurge inițial circuitele unui multiplexor, apoi este amplificat înainte de a fi introdus la intrarea în convertorul analog – numeric. Construcția circuitului de amplificare face ca acesta să necesite un anumit interval de timp, numit timp de stabilizare, pentru a efectua amplificarea semnalului ce a fost aplicat la intrarea sa.

Figura 27: Determinarea preciziei relative a unui convertor analog – numeric

Dacă valoarea timpului de stabilizare este mai mare decât intervalul de timp dintre două conversii efectuate de convertorul analog – numeric, acesta din urmă va prelua de la ieșirea amplificatorului un semnal a cărei amplificare nu a fost încă încheiată și va genera o valoare binară diferită de valoarea reală a semnalului măsurat.

Erorile generate de valoarea prea mare a timpului de stabilizare cresc odată cu micșorarea intervalului de măsurare și cu creșterea ratei de eșantionare. Aceste erori, uneori însemnate, au loc în zona de circuite electrice analogice ale plăcii de achiziție de date, fapt ce le face indetectabile și nu conduce la generarea de către placă a unui mesaj de eroare.

Riscul de preluare de către convertor a unui semnal insuficient amplificat crește atunci când multiplexorul baleiază un număr mare de canale. Tensiunea de la intrarea amplificatorului are în acest caz variații accentuate (figura 28) la care amplificatorul se poate adapta cu dificultate.

Pentru majoritatea soluțiilor constructive de circuite amplificatoare utilizate în practică, în situația în care intervalul de măsurare este ales, de exemplu, la o sutime din intervalul maxim disponibil al plăcii de achiziție de date, o stabilizare a semnalului care să asigure o precizie corespunzătoare unei rezoluții de 12 biți nu se poate efectua într-un timp mai scurt de 2 µs. Cum intervalul de 2 µs între două conversii corespunde unei rate de eșantionare de 500 kS/s și cum această rată de eșantionare este întâlnită la multe plăci de achiziție de date cu rezoluția de 12 biți, este evident că aceste tipuri de plăci nu vor putea respecta parametrii declarați de precizie atunci când lucrează pe intervale de măsurare relativ reduse.

Figura 28: Tensiunea la intrarea amplificatorului în cazul baleierii multicanal

Utilizarea în construcția unei plăci de achiziție de date a unor amplificatoare și convertoare analog – numerice foarte performante nu satisface de la sine toate condițiile pentru asigurarea unei precizii ridicate. Interiorul calculatorului în care este montată placa de achiziție fiind un mediu cu extrem de numeroase surse de perturbații electromagnetice, transmiterea semnalelor în circuitele plăcii trebuie efectuată prin căi ecranate care să elimine influența perturbațiilor externe.

În figura 29 se prezintă graficele obținute în urma măsurării zgomotului în circuitele a două plăci de achiziție de date dotate cu același tip de convertor analog – numeric. Dacă în cazul plăcii cu măsuri adecvate de ecranare distribuția zgomotului este gaussiană și restrânsă, conducând la erori de ±3 LSB, în cazul plăcii neecranate perturbațiile externe generează erori de ordinul 20 LSB echivalente (pentru un interval de măsurare de ±1 V) cu o tensiune de 620 µV.

Utilizate pentru generarea de semnale de comandă sau acționare către sistemul la care este conectată placa de achiziție de date (atât în mod uni-polar cât și în mod diferențial), ieșirile analogice au performanțe determinate în principal de intervalul de generare, timpul de stabilizare al convertorului numeric – numeric, rata maximă de generare și rezoluție.

Figura 29: Zgomotul în circuitele a două plăci de achiziție, cu respectiv fără ecranare

Utilizate pentru generarea de semnale de comandă sau acționare către sistemul la care este conectată placa de achiziție de date (atât în mod uni-polar cât și în mod diferențial), ieșirile analogice au performanțe determinate în principal de intervalul de generare, timpul de stabilizare al convertorului numeric – analog, rata maximă de generare și rezoluție.

Intervalul de generare conține valorile posibile ale tensiunii electrice de la ieșirea convertorului numeric – analog. Timpul de stabilizare și rata de generare determină împreună viteza cu care convertorul numeric – analog poate modifica valoarea tensiunii electrice generate.

Timpul de stabilizare specificat pentru un convertor analog – numeric este de obicei determinat în situația cea mai dezavantajoasă, în care modificarea tensiunii generate este egală în amplitudine cu intervalul de generare. Este evident că generarea unor semnale cu frecvențe înalte, de genul semnalelor audio, poate fi efectuată doar de către convertoare numeric – analogice cu timpi de stabilizare reduși și rate mari de generare.

Având o definiție similară celei din cazul intrărilor analogice, rezoluția convertoarelor numeric – analogice determină finețea cu care semnalele de ieșire pot fi generate.

O apreciere foarte precisă a performanțelor cu care o placă de achiziție de date îndeplinește funcțiunea de ieșire analogică trebuie să aibă în vedere, în special în cazul regimurilor de lucru solicitante, și aspectele legate de neliniaritatea convertorului numeric – analog, parametru definit în mod similar cu cazul intrărilor analogice.

Comunicațiile numerice ale unei plăci de achiziție de date, servind controlului procesului monitorizat sau comunicării cu diverse echipamente periferice, au performanțe caracterizate în principal prin numărul de linii numerice disponibile, rata cu care datele pot fi recepționate sau emise prin intermediul liniilor respective precum și capacitatea acestor linii de a transmite semnale de o anumită intensitate electrică.

Valorile necesare ale caracteristicilor enumerate anterior sunt determinate în primul rând de caracteristicile echipamentelor din proces cu care placa de achiziție de date urmează să comunice: număr de semnale numerice ce trebuiesc recepționate sau emise, timpul de răspuns al unui anumit echipament sau al unei mărimi din proces, puterea electrică necesară pentru comanda sau acționarea unor echipamente.

În situația în care placa de achiziție de date comunică, prin intermediul liniilor numerice, cu un echipament periferic (înregistrator, procesor de date, imprimantă), este necesară posibilitatea de a grupa din punct de vedere logic mai multe linii numerice într-un port de comunicație. Protocolul de comunicație numerică poate de asemenea necesita derularea unor operațiuni de sincronizare între emițător și receptor, în scopul reducerii riscului de transmitere eronată a informației.

În cazul generării unor semnale numerice de comandă sau acționare, sunt rare situațiile în care componentele din proces (motoare, valve, relee etc) acceptă direct semnalele TTL ale plăcii de achiziție de date. Majoritatea componentelor respective necesită prezența intermediară a unor condiționatoare de semnale numerice care să realizeze amplificările corespunzătoare ale valorilor tensiunii sau intensității electrice.

Circuitele de numărare și cronometrare ale unei plăci de achiziție de date pot fi utilizate atât pentru sesizarea și numărarea unor evenimente numerice (semnale sub formă de impulsuri primite de la traductoare incrementale de deplasare) cât și pentru generarea unor astfel de evenimente (de exemplu, pentru acționarea motoarelor electrice pas cu pas).

Parametrii cei mai importanți pentru aprecierea performanțelor acestor circuite sunt rezoluția și frecvența maximă. Având, ca și în cazurile anterioare, semnificația numărului de biți utilizați, rezoluția determină direct numărul maxim de evenimente pe care un astfel de circuit le poate număra. Frecvența maximă a unui numărător determină atât gama de semnale pe care acesta le poate măsura corect cât și frecvența maximă a semnalelor pe care numărătorul respectiv le poate genera. Plăcile de achiziție de date din categoriile cele mai evoluate utilizează numărătoare cu rezoluții de 16 sau 24 de biți, lucrând la frecvențe maxime de 20 MHz.

Pe lângă căile de comunicație propriu-zise, prin intermediul cărora primesc sau generează semnalele corespunzătoare, majoritatea numărătoarelor posedă căi suplimentare de intrare prin intermediul cărora poate fi comandată activarea sau dezactivarea funcției principale de numărare.

Circuitele de numărare performante dispun de facilități de numărare crescătoare sau descrescătoare (în funcție de o comandă primită pe o cale separată), de buffere de memorie pentru generarea trenurilor de impulsuri precum și de posibilitatea modificării instantanee a frecvenței de lucru.

4.4.1.Schema bloc a placii de achizitie

Din multitudinea de posibilități existente prezentate succint anterior, am ales pentru standul experimental o placă de achiziție relativ simplă. Sunt 2 moduri de conectare a unei interfețe la un sistem de calcul: prin intermediul unui canal de comunicație standard (de tip serial sau paralel) sau direct pe magistrala sistemului. În primul caz interfața se poate instala (fizic) lângã procesul de interes, și necesitã sursă proprie de alimentare. În cel de-al doilea caz ca avantaje se pot cita: o rată mult mai mare de transfer a informațiilor între sistemul de calcul și interfață, dimensiuni și preț de cost reduse.

Am considerat mai importantă versabilitatea și ușurința în exploatare (atât la nivel hardware cât și software) decât performanța extremă. Interfața se constituie din 16 intrări/ieșiri numerice izolate optic, 8 ieșiri analogice pe 6 biți, o ieșire analogică de precizie pe 8 biți, și 4 intrări analogice pe 8 biți.

După cum se vede și din schema bloc de mai jos comunicarea cu calculatorul se asigură prin portul paralel.

În mod “ieșiri” cele 16 I/O furnizează un curent maxim de 50 mA/canal, la o tensiune ce nu poate depăși 30V. În mod “intrări”, 1 logic corespunde unui nivel superior de 5V/5mA.

Figura 30. Schema bloc a plăcii de achiziție

Cele 8 ieșiri analogice sunt în măsură să furnizeze un curent maxim de 6mA pentru un palier de tensiune cuprins între +0.1V și +11.5V modificabil în 64 de pași fiecărui pas corespunzându-i o treaptă de 160mV, pe când ieșirea de precizie oferă un curent de 2mA pentru gama de tensiuni 0…4.5V modificabil în 256 de pași cu o rezoluție îmbunătățită la 17.5 mV.

Cele 4 intrări analogice admit la intrare minim 0V și maxim 5V. Tensiunea este achiziționată pe 8 biti cu o rezoluție de 19.5mV/pas.

Ceea ce scoate în evidență această placă de achiziție este modul în care realizează comunicarea cu calculatorul. Deși se conectează pe portul paralel comunicația este de tip serial asigurată de o magistrală I2C. Acest lucru conferă posibilitatea plasării plăcii în echipamente aflate la o distanță relativ mare față de calculator, de ordinul zecilor de metri, nelimitat decât de specificațiile standardului I2C (capacitatea maximă a cablului de comunicare nu trebuie să depășească 400 pF). Tot datorită utilizării acestui standard de comunicare este posibilă conectarea a maxim patru astfel de interfețe în mod master-slave.

Ca un ultim amănunt este de mentionat că imprimanta poate fi optional conectată la calculator printr-un conector suplimentar pentru care există suport pe placa de achiziție.

Capitolul 5 Scheme electronice

5.1.Sursa de alimentare

Toate sistemele electrice și electronice au nevoie pentru a funcționa de diverse tensiuni de alimentare. În cazul nostru aceste tensiuni sunt: +24V pentru alimentarea motorului, +12V pentru comanda releelor, +12V și +5V pentru alimentarea plăcii de achiziție, +5V pentru alimentarea senzorului de turație.

În dorința realizării unor module compacte și flexibile alimentarea plăcii de achiziție este inclusă în același montaj. Ea constă din două transformatoare capsulate unul de 6V și unul de 15V a căror tensiune este aplicată unor redresoare în punte, filtrată cu condensatoare și stabilizată cu câte un integrat din seria 78XX (7805 și 7812).

Această soluție este aleasă și pentru placa de relee și senzorul de turație, dar acestea sunt în același montaj cu redresorul de putere necesar alimentării motorului de curent continuu.

Pornind de la caracteristicile electrice ale motorului și ale etajului de putere a fost ales pentru alimentarea acestuia un transformator cu o înfășurare de 18V, una de 12V și un curent total de 8A. Schema mai conține o punte redresoare de 10A și un condensator de 4700μF/63V conectate la înfășurarea de 18V. Acestea asigură o la ieșire o tensiune de aproximativ 24V pentru curenți sub 6A. Bara pozitivă a fost prevazută cu o siguranță fuzibilă de 6 amperi. Pentru partea de curent mic am folosit o punte separată de 2A conectată la înfășurarea de 12V, un condensator de 1000μF/25V și câte un integrat stabilizator 7812 și 7805.

În figura de mai jos prezentăm schema electrică și cablajul sursei de alimentare.

Fig.31 Schema electrică și cablajul sursei de alimentare

5.2.Modulatorul PWM

Modulatorul P.W.M. este realizat utilizând un tranzistor MOS de putere. Pentru o operare sigură acesta este prevăzut obligatoriu cu un radiator de aluminiu. Este foarte importantă montarea corectă a diodei de putere. În cazul unei montări incorecte, tranzistorul va fi distrus, iar montajul compromis. De asemenea, trebuie montate cu atentie cele trei rezistențe de putere. Datorită curentilor relativ mari comutați, acestea se pot încălzi. La montaj este necesară asigurarea unei distanțe de câțiva milimetri între plăcuța de cablaj și acestea.

Lista pieselor folosite este:

R1,2=220Ω ; R3,4=2K2 ; R5=10K ; R6=100K ; R7=220K ; RV1,2=10K RV2=250K ; R8,9,10=0.22Ω ; D1,2=1N4148 ; D3=1N4007 ; D4=6A2 ; C1,2,3,4=100nF; C5,6=10μF; C7=100μF/min40V; T1=BC547; IC=SG3525.

Fig.31 Schema electrică a modulatorului PWM

Fig. 32 Dispunerea pieselor pe cablaj

Fig. 33 Schema cablajului modulatorului PWM

5.3.Placa de achiziție

Alimentarea plăcii se face direct de la rețeaua electrică, fiind echipată cu transformatoare de rețea proprii. Două regulatore integrate cu 3 terminale oferă tensiunile stabilizate ( +5V și +12V ) necesare funcționării interfeței și reglării referințelor de tensiune pentru convertoarele N/A (din RV1 și RV2). Unul din transformatoare alimentează, printr-un stabilizator parametric cu diodă Zener (R49 – ZD1) optocuploarele de interfață cu portul LPT al PC-ului.

Pentru comunicație cu PC-ul se utilizează numai pinii 13,14 și 17 (plus masa 18..25). În particular, comunicația se face pe bus I2C: pe pinul 17 (Select In) se vehiculează semnalul de sincronizare (ceas), SCL. Pinul 14 (Auto Feed) este utilizat ca semnal de date, SDA de la PC către interfață, iar pinul 13 ca semnal SDA de la interfață la PC, comutat cu releul RY1. Trei optocuploare, IC22..IC24, realizează izolarea galvanică a portului LPT de interfață. Liniile SDA și SCL sunt separate de circuitele I/O de trei buffere neinversoare.

Cele 16 intrări/ieșiri digitale sunt gestionate de un „microcontroler” pentru magistrală de telecomunicații de 8 biți- PCF8754, în esență un port bidirecțional pentru 8 linii. Izolarea optică se realizează cu optocuploare 4N33.

TDA844 conține 8 convertoare D/A programabile pe 6 biți, valoare maximă a tensiunii de ieșire fiind dată de valoarea tensiunii de la pinul 2. Pentru a programa cele 6 convertoare D/A se utilizează conexiunile bus-ului I2C: pinii 4-SCL și 3 intrări și o ieșire. Modul de comunicare și adresare este similar. Pentru fiecare intrare analogică sunt disponibile rețele RAx/RBx/Cax pentru filtrarea semnalelor. Pentru RB = 100 kΩ, RA scurt-circuit CA nemontat, nu există atenuare sau filtrare pe semnal. Dacă A= =10kΩ, fără RB și cu CA = 330nF se realizează o filtrare cu -3 db la 50 Hz. Valoarea condensatorului CA pentru a realiza filtrarea unei secvențe f este :

CA = 1: (6,28 * f * RA )

Pentru RA = 18kΩ, RB=2kΩ și fără CA se obține o atenuare cu 10 a semnalului aplicat pe intrarea analogică Adx. Valoarea acestei atenuări se modifică conform formulei următoare :

A = RB: (RA+RB)

În sfârșit, cu RA scurt-circuit, RB = 220 Ω și fără CA se obține un convertor curent/tensiune, transformând o intensitate de curent de 4..20mA într-o tensiune de 0,8..4V.

Adresarea circuitelor integrate se realizează de la dip-switch-ul cu 2 poli, notat SW1.

Piese utilizate

Componentele prezentate în schemă au valorile:

R1..R18 = 100,

R19 = 47, R20 = 150,

R21..R36 = 220,

R37..R38 = 1k,

R39..R47 = 4k7, R49 = 10,

R50..R65 = 470 / 1W,

R66 = 220,

RV1..RV2 = 10 k semireglabil,

C1..C9 = 100n,

C10..C19 = 100u / 25 V,

C20..C21 = 470u / 25 V,

D1..D16 = 1N4148,

D17..D24 = 1N4007, DZ1 = 4V7,

LD1..LD19 = LED-uri roșii,

IC1..IC16 = 4N33,

IC17..IC18 = PCF8574A,

IC19 = TDA8444,

IC20 = PCF8591,

IC21 = 74LS125,

IC22..IC24 = 6N136,

VR1 = 7812.

VR2 = 7805,

RY1 = releu miniatură,

F1 = fuzibil 250 mA,

T1 = 230/15V 5VA,

T2=230/6V 1,2 VA,

SW1 = dip-switch 2 poli.

Toate rezistoarele, cu excepția celor unde s-a subliniat, sunt de 0,25W și toleranță 5%. VR2 se va monta pe un mic radiator de aluminiu.

Fig. 34 Schema electrică a plăcii de achiziție

Fig. 35 Dispunerea pieselor pe placă

5.4.Placa de relee

Cel mai simplu mod de pornire al motoarelor de curent continuu de mică putere este conectarea directă a acestora la tensiunea de alimentare. Deasemenea cel mai simplu mod de schimbare a sensului motoarelor comandate prin indus este inversarea sensului curentului care străbate indusul.

Soluția aleasă pentru realizarea acestor deziderate se bazează pe folosirea a patru relee. Două dintre ele sunt responsabile de pornirea și oprirea motorului iar celelalte două de schimbarea sensului. Comanda lor cade în sarcina a patru ieșiri numerice de pe placa de achiziție. Pentru protejarea acestor ieșiri fiecare releu are dispus în paralel pe bobina de comandă câte o diodă. Luând în considerare tensiunea și curentul de lucru am ales patru relee de 10A cu tensiunea de comandă 12V. Prezentăm mai jos schema electrică, cablajul și lista pieselor utilizate.

Fig. 36 Schema electrică a plăcii de relee

Fig.37 Cablajul plăcii de relee

Piesele utilizate pentru realizarea plăcii de relee:

REL1…4= releu 12V/10A

D1…4= 1N4148

5.5 Module de adaptare

Pentru compatibilizarea semnalelor electrice din circuit, cu semnalul necesar intrărilor analogice ale plăcii de achiziție, au fost introduse în montaj trei module adaptoare.

Cel mai simplu dintre ele face conversia de la tensiunea de alimentare la o tensiune în domeniul 0…5V.În figura 39 este prezentat etajul de intrare cu care este dispus fiecare CAN. Pentru o intrare nefiltrată cu impedanța de 100kΩ vom pune un strap în locul lui RA și un rezistor de 100kΩ în locul lui RB. În cazul nostru avem o tensiune între 0 și maxim 25.5V deci va trebui să introducem un atenuator.

Fig.38 Etajul de atenuare-filtrare-conversie

Folosind formula de calcul putem calcula rapid elementele necesare unui atenuator cu factor 10, adică RA=18kΩ și RB=2 kΩ. Dacă dorim să putem folosi acest atenuator și pentru tensiuni relativ mari mari (40-50V) este necesar să luăm în calcul și o impedanță mai mare de intrare. În cazul anterior, impedanța de intrare este 20kΩ. Pastrând raportul rezistențelor dar amplificându-le cu 10, vom obține pentru RA 180 kΩ pentru RB 20 kΩ și pentru impedanță 200 kΩ. În ambele cazuri variația de tensiune va fi adusă în plaja 0…2.55V deci în posibilitățile de achiziție ale plăcii.

Un alt modul este necesar pentru conversia curent-tensiune.Pentru calculul rezistenței care realizează această conversie vom folosi formula, în care ΔUmax este domeniul tensiunii la intrarea CAN și ΔImax domeniul curentului de tradus. În cazul nostru ΔUmax=5V și ΔImax=5A deci R=1Ω. Această valoare prezintă și inconveniențe. Știm că puterea are formula P=R*I2 , adică P=25W o valoare apreciabilă pentru care valoarea de1Ω nu este standard. Există în schimb valoarea de 0.22Ω la 5W. Înseriind patru astfel de rezistente obținem 0.88 Ω la 20W. Vom avea o tensiune maximă de intrare cu valoarea 5A*0.88 Ω =4.4V. Aceasta ne oferă și o marjă de siguranță în cazul depășirii accidentale a valorii maxime a curentului cu până la 0.68A.

Ultimul modul de adaptare transformă o mărime mecanică (turația) într-un interval de tensiune. Pentru aceasta, pe axul motorului este fixat un disc, fie prevăzut cu fante (care întrerup fluxul luminos între un emițător și un receptor de infraroșu), fie cu un mic magnet care excită la fiecare revoluție un sesizor cu efect Hall.

Chiar dacă senzorii pot diferi, montajul electronic este același constând într-un amplificator, un redresor și un filtru de mediere (rețea de integrare). Frecvența semnalului obținut este f=z*n unde n este turația și z este numărul de fante de pe disc.

Fig. 40 Scema electrică a modulului adaptor pentru turație

Capitolul 6 Manualul de utilizare al

standului experimental

Dorința autorului acestui proiect a fost realizarea unui sistem flexibil de interfațare a calculatorului personal cu diverse procese. Pentru realizarea acestui deziderat era nevoie de un dispozitiv care să compatibilizeze interconecatrea unor subsisteme cu caracteristici complet diferite. Practic este necesar un sistem de interfață proces-calculator.

În cadrul acestei interfețe sunt prezente subsistemul de achiziție a datelor analogice (convertoarele Analog-Numeric) și numerice (intrări numerice); subsistemul de distribuție al comenzilor analogice (convertoare Numeric-Analog) și numerice (ieșirile numerice).

Aplicațiile care se pot realiza cu un astfel de sistem sunt numeroase. Amintim aici comanda motoarelor de curent continuu și alternativ, realizarea unor sisteme de supraveghere și reglare automată, achiziționarea de date experimental, etc. Pentru demonstrarea funcționalității standului am ales acționarea reversibilă a unui motor de curent continuu comandat pe indus (pe rotor).

Utilizarea standului pentru acționarea unui motor de curent continuu

Primul pas în utilizarea standului experimental este stabilirea obiectivelor propuse. Acest lucru este necesar pentru stabilirea numărului și tipurilor de intrări și ieșiri folosite. Odată acest pas înfăptuit se poate trece la reglarea standului. Reglarea standului implică în funcție de lucrarea propusă setări ale plăcii de achiziție, ale modulului PWM și posibil ale altor module. Este bine ca, pe cât posibil, reglajele să se facă în absența tensiunii de alimentare.

Placa de achiziție dispune de 16 canale de intrare sau ieșire numerică. Selectarea rolului fiecărui canal se face fizic prin schimbarea poziției a câte unui optocuplor pe placa de achiziție. În afară de aceste canale numerice, placa dispune și de canale analogice. Celor 8 ieșiri pe 6 biți le este rezervat semireglabilul RV1. De aici se poate modifica tensiunea de referință și deci tensiunea de ieșire a tuturor CNA pe 6 biți, aceasta putând varia intre 0.1V și 11.5V .

Semireglabilul RV2 reglează tensiunea de referință a CNA de precizie pe 8 biți. Valoarea tensiunii pe care acesta o poate debita este între 0 și 4.5V. Acest CNA este integrat în același circuit cu cele patru CAN care formează sistemul de intrări analogice a modulului de achiziție. În cazul acestor canale un eventual reglaj este legat de modificarea modulelor adaptoare care nu trebuie să permită aplicarea la intrări a unei tensiuni mai mari de +5V sau mai mica de 0V.

Pentru o mai bună cunoaștere a posibilităților standului prezentăm alăturat datele tehnice ale plăcii de achiziție:

Ieșiri Numerice: IO1…IO16

Protecție galvanica cu optocuplor

Ieșiri tip colector deschis 50mA, max 30V

Timp minim de conversie pentru setarea tuturor ieșirilor: 800μs

Intrări Numerice:IO1…IO16

Protecție galvanică cu optocuplor

Semnal minim de intrare: 5V/5mA

Semnal maxim de intrare: 20V/40mA

Timp minim de conversie pentru citirea tuturor intrărilor: 800μs

Ieșiri Analogice pe 6 biți: DAC1…DAC8

Rezoluție: 64de pași

Rezoluție pe pas (0.1 la 11.5): 160mV±90mV

Semnal minim de ieșire (2mA): 0.1V

Semnal maxim de ieșire (2mA): 11.5V(reglabilă)

Timp minim de conversie pentru setarea unei ieșiri: 600μs

Timp minim de conversie pentru setarea tuturor ieșirilor: 2ms

Curent maxim: 6mA

Ieșiri Analogice pe 8 biți:DA1

Rezoluție: 256 de pași

Rezoluție pe pas (0.1 la 11.5): 17.5mV

Semnal minim de ieșire: 0V

Semnal maxim de ieșire (0.5mA): 4.5V(reglabilă)

Timp minim de conversie pentru setarea ieșirii: 600μs

Curent maxim: 2mA

Intrări Analogice

Rezoluție: 256 de pași

Rezoluție pe pas: 19.5mV

Deviație maximă: 30 mV

Semnal minim de intrare: 0V

Semnal maxim de intrare: 5V

Timp minim de conversie pentru citirea unei intrări: 1ms

Timp minim de conversie pentru citirea tuturor intrărilor: 1.6ms

Impedanța de intrare: 50MΩ(modificabilă)

Protocol de comunicare

Utilizează standardul I2C

Indicatoare luminoase pentru: fiecare intrare/ieșire numerică și pentru busul I2C

Se conectează la portul paralel al calculatorului printr-un conector izolat cu optoculoare

Opțional există posibilitatea conectării unei imprimante pe același port paralel.

De asemenea, pentru evitarea unor posibile greșeli de interconectare vom exemplifica câteva tipuri de conexiuni în figura următoare:

Fig.39 Ieșire digitală conectate la releu și la linie TTL

Există o secvență de test a plăcii de achiziție înainte de conectarea

acesteia la calculator. Placa se alimentează. Nici unul din LED-urile care indică comunicarea nu trebuie să se aprindă! Se măsoară tensiunea de alimentare principală (5V) la pinii de test disponibili. Apoi se scurtcircuitează pinii 1…16, corespunzători fiecărui optocuplor, cu masa. LED-urile de pe canalele respective ar trebui să se aprindă. Înainte de conectarea la calculator este bine să se verifice cablul de legătură. În cazul unei legături la distanță mai mare (10m) se poate realiza un cablu după

schema următoare:

Fig. 40 Schema cablului de comunicare

Și modulul PWM necesită unele mici reglaje. Acestea stabilesc plaja tensiunii de ieșire. Cu ajutorul semireglabilului RV1 se reglează valoarea minimă iar cu RV2 cea maximă. Mai există și RV3 care e responsabil de frecvența de ieșire. Această posibilitate este utilă și în cazul apariției unor zgomote în motorul comandat. Se va regla RV3 astfel încât zgomotul să dispară sau să fie cât mai mic posibil.

Enumerăm în continuare caracteristicile principale ale modulatorului P.W.M.:

*Plaja P.W.M.: 0…100% *Frecvența: 100…5000Hz reglabil

*Offset: 0…20% reglabil *Tensiune de comandă: 2.5V…35V

*Protecție la scurtcircuit *Protecție la supracurent: 6.5A

*Randament: >90% *Tensiune de alimentare: 8V…35V

În afară de echipamentul electronic, mai avem nevoie de o aplicație software care odată rulată de microcalculator să permită controlul standului de la consola operatorului de sistem.

Datorită faptului că cele mai des întâlnite sisteme de operare sunt diversele variante de Windows am ales pentru aplicația software un mediu de dezvoltare compatibil, Visual Basic. Alte avantaje ale acestui mediu sunt ușurința accesării porturilor calculatorului și în realizarea interfețelor grafice. Visual Basic este un mediu de programare modern orientat spre obiecte și condus de evenimente. Conține o mare varietate de funcții predefinite permițând în același timp crearea și accesarea unor funcții proprii.

Modul de lucru

Fig.41 Schema de montaj

Secvența de lucru actuală a standului este:

*Se alimentează standul, prin acționarea întrerupătorului principal de rețea. În această fază sunt alimentate placa de achiziție și senzorul de turație. Acum se pot realiza reglajele necesare bunei funcționări a modulului de achiziție.

*Se acționează întrerupătorul de alimentare al motorului

*Se conectează standul la calculator

*Se lansează aplicația software (anexa 3 și CD) De aici se poate porni și opri motorul prin intermediul butoanelor corespunzătoare, i se poate schimba sensul și viteza de rotație, și se pot achiziționa parametrii funcționali ai motorului