Рис. 3.Информационный обмен с АЦП

Микросхема выдает описанным выше образом последовательность из 16 бит, однако первые 4 бита всегда имеют нулевое значение. Затем идут 12 значащих бит начиная со старшего.

Подробно характеристики и описания режимов работы АЦП приведены в [14] и [15].

Процессорная часть прибора.

Основу процессорной части прибора составляет микроконтроллер AT89C51 (D1). Шина данных микропроцессора 8и битная, коммутируемая т.е. адрес и данные передаются по одной шине. Для выделения младшего байта адреса используется регистр D2. Программа работы прибора храниться в ПЗУ программ D5. Регистр D2 фиксирует состояние шины адрес-данные по переходу сигнала ALE из высокого в низкий логический уровень. Считывание из ПЗУ слова программы происходит по переходу сигнала PSEN из высокого в низкий логический уровень. Отсутствие конфликтов на шине обеспечивается задержкой сигнала PSEN по отношению к сигналу ALE. Обмен с ОЗУ D6 происходит полностью аналогично, но чтение происходит не по сигналу PSEN, а по сигналу RD. Обмен с ОЗУ и ПЗУ происходит только тогда, когда сигнал А15 находиться в низком уровне. Схематично процесс обмена показан на рис 4.

Для обращения ко внешним устройствам используется дешифратор адреса D4. Дешифратор проверяет состояние шины A15 и если она находиться в высоком логическом уровне, то адрес А12-А14 трактуется как адрес внешнего устройства. При этом на соответствующее устройство (дисплей, ПЗУ данных, регистр страниц и т.д.) дешифратор подает сигнал “Выбор”.

Для хранения эталонных термограмм применяется ПЗУ большой емкости ( 512 Кбайт ) D7. Адресное пространство процессора позволяет непосредственно адресовать не более 64 Кбайт внешней памяти. С учетом особенностей построения прибора этот лимит снижается до 32 Кбайт. Таким образом необходима страничная адресация ПЗУ данных. ПЗУ Данных разбито на 64 страницы по 8 Кбайт каждая. Таким образом каждая страница содержит одну эталонную термограмму. Для переключения между страницами используется регистр страниц D3. Для прочтения данных из ПЗУ данных необходимо проделать следующие операции:

1. Произвести запись номера страницы в регистр страниц.

2. Произвести чтение ПЗУ данных на установленной в п 1 странице.

Для последующего чтения данных с той же страницы повторного обращения к регистру страниц не требуется.

Для работы с измерительной частью используется порт 1 микроконтроллера. Весь необходимый протокол обмена реализован программно.

При работе в автономном режиме для отображения результатов измерений используется жидкокристаллический дисплей HD44780 со встроенными схемами управления. Благодаря наличию в дисплее схем формирования символов и управления стало возможным включить его непосредственно в шину данных- адреса.

Блок питания.

В качестве блока питания прибора используется внешний источник питания напряжением 9В. Ток, обеспечиваемый источником составляет 0,7 А. Напряжение питания, поступающее в прибор фильтруется цепочкой С5 С105 L4 С107 С106 , стабилизируется интегральным стабилизатором D50 . Напряжение со стабилизатора поступает в цепи питания электронных компонент прибора.

Отсутствие в приборе автономного блока питания ( аккумуляторов ) объясняется большим энергопотреблением прибора, которое, в свою очередь, обусловлено большим током в цепи нагревателя газового датчика.

Устройство отображения информации.

Для отображения результатов измерений используется матричный жидкокристаллический модуль семейства LM44780. Устройство отображения информации позволяет отображать цифровую и текстовую информацию, а так же некоторые служебные символы. В опытном экземпляре прибора установлен модуль, позволяющий отображать 2 строки информации по 20 символов каждая. В других экземплярах прибора допускается использование других модулей семейства LM44780 без каких-либо изменений в схеме и алгоритме работы прибора. Жидкокристаллический модуль отображения информации включает в свой состав схемы управления и знакогенератора, что избавляет от необходимости тратить ресурсы микроконтроллера на реализацию пользовательского интерфейса.

Модуль состоит из входного регистра, знакогенератора, четырех сдвиговых регистров для обеспечения динамической индикации, и жидкокристаллического дисплея. Обмен информацией между модулем и внешними устройствами происходит посредством входного регистра. Работа модуля возможна как в режиме 8 битового интерфейса, так и в режиме 4-х битового интерфейса. В приборе реализован первый вариант работы этого устройства.

Модуль имеет следующие входные сигналы

· E-тактовые импульсы. При переходе этого сигнала из высокого логического уровня в низкий происходит исполнение поступившей команды или захват данных.

· R/W-запись/чтение. Используется для указания направления обмена данными с модулем. Низкий логический уровень соответствует записи данных в модуль. Режим чтения используется для определения текущего состояния модуля.

· RS-команда/данные. Состояние этого сигнала определяет характер поступающей в модуль информации. Высокий уровень соответствует команде, низкий- данным (код отображаемого символа).

· DB0…DB7-шина данных. Используется для обмена данными с модулем.

Для записи информации в ЖК-модуль необходимо выставить сигнал RS в состояние, соответствующее характеру обмена; сигнал R/W установить в низкий логический уровень, выставить на шине данных передаваемую информацию, изменить уровень сигнала Е с низкого на высокий и обратно.

После проведения записи информации модуль временно блокируется для ее обработки и не отвечает на внешние запросы. Характерным признаком такого состояния является высокий логический уровень во всех разрядах шины данных. После завершения внутренней операции шина данных будет выставлена в низкий логический уровень.

Работа с модулем отображения информацией должна начинаться со специальной инициализирующей последовательности данных. Далее следуют команды очистки индикатора, управления курсором, определения произвольных символов (если необходимо) и коды выводимых символов. Подробно протоколы информационного обмена с ЖК модулями семейства LM44780 описаны в [6] и [10]

Результаты испытаний прибора (термограммы некоторых веществ и смесей)

Настройка и калибровка анализатора.

Процесс настройки прибора сводится к отладке процессорной части и программы работы, а так же к проверке работы измерительного блока. Подготовка измерительной части к работе заключается в проверке напряжений на нагревателе чувствительно элемента, и проверке длительности интервалов прогрева и охлаждения сенсора. Кроме того, необходимо проведение проверки длительности и равномерности интервалов между измерениями при снятии термограммы.

Процесс калибровки проводиться путем снятия термограмм эталонных смесей на сенсоре, который затем будет установлен в приборе. Эталонные термограммы снимаются сенсором, подключенным к ПЭВМ IBM PC и записываются в файл. В дальнейшем такие файлы можно использовать либо для проверки взаимозаменяемости сенсоров, либо для их метрологической проверки. Содержимое эталонных файлов зашивается в ПЗУ данных прибора.