MFB 51 MAI 95. Industrie-Datenerfassung mit dem PC

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1 MFB 51 MAI 95 Industrie-Datenerfassung mit dem PC

2 Inhalt Allgemeins... 3 Der Einbau in Ihren PC... 4 Inbetriebnahme Meßgenauigkeit... 7 Technische Daten I/O - Adressen Blckschaltbild Grundeinstellungen auf der Karte, Jumper Einstellungen der Kartenadresse Steckerbelegung Anschlussbeispiele Temperaturberechnungsplynm nach DIN PT100-Sensr und 4-Leiter-Betrieb Filterkurve UAF Prgrammierung Anhang, IC-Datenblätter... ab 24 REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 2

3 Allgemeines Hardware Diese universelle Multifunktinskarte mit insgesamt 5 Grundfunktinen dient zur Erfassung und Steuerung vn analgen und digitalen Signalen in der industriellen Mess- und Prüftechnik. Die eingesetzten Wandlerbausteine repräsentieren swhl im Typ als auch in der Ausführung den aktuellen Stand der Technik und zählen zum Besten, was renmierte IC-Hersteller heutzutage liefern können. Die hhe Flexibilität der MFB51-Karte trägt zur einfachen Lösung jeder Meßaufgabe bei und bietet darüber hinaus nch eine Reihe vn zusätzlichen herausragenden Leistungsmerkmalen, wie zum Beispiel einen DMS-, PT100- der Thermelement-Eingang und ein prgrammgesteuert schaltbares Antialiasingfilter. Mit 16 asymmetrischen beziehungsweise 8 symmetrischen A/D-Kanälen, 4 D/A-Kanälen, 24 TTL-Ein-/Ausgängen und einem freien 16 bit Interrupt-Timerkanal stellen auch kmplexe Meßaufgaben kein Prblem dar. Fast alle Funktinen lassen sich über die Sftware steuern; Lediglich für die Einstellungen, die man in der Praxis nur einmal vrnehmen muß - wie etwa die Adressierung - sind DIL- Schalter der Steckbrücken vrgesehen. Sftware Zum Lieferumfang der MFB51 gehören verschiedene Prgramme, die den sfrtigen Einsatz der Karte ermöglichen: ADMess, das unter Windws 3.x läuft, bedient die Funktinen der Karte und liefert eine grafische der tabellarische Darstellung auf Bildschirm der Drucker. Das Prgramm MFB51 ist ein mit Turb-Pascal für Windws erstelltes Prgramm, das speziell für die MFB-Karte entwickelt wrden ist. Der Funktinsumfang ist geringer als bei ADMess (keine Dateiperatinen), dafür wird der kmplette Surce-Cde auf Diskette mitgeliefert. IRQAT ermöglicht die Echtzeitverarbeitung der analgen Meßwerte mit den beiden prgrammierbaren 16-bit-Timern auf der MFB51-Karte. Dieses Prgramm ist ebenfalls als Surce auf Diskette vrhanden. Weitere im Lieferumfang enthaltenen Treiber liegen als Surce-Cde vr und können individuell für Ihre Prgrammierung benutzt werden. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 3

4 Der Einbau in Ihren PC 1. Schalten Sie zuerst den Rechner und alle daran angeschlssenen Geräte aus. Bitte beachten Sie: Statische Aufladung kann Ihren Cmputer und die Karte zerstören! Entladen Sie sich daher vr dem Installieren, indem Sie eine Wasserleitung, ein Heizungsrhr der ein anderes Metallteil mit Erdverbindung berühren. 2. Öffnen Sie den PC. Im Allgemeinen müssen dazu auf der Rückseite des Gerätes vier Sicherungsschrauben mit einem Kreuzschlitzschraubendreher gelöst werden, anschließend können Sie das Gehäuse nach vrne hin wegziehen. Eventuell müssen Sie einige behindernde Kabel entfernen, merken Sie sich jedch unbedingt die zugehörigen Buchsen swie Richtungsmarkierungen! 3. Die Einsteckplätze (a1) befinden sich am hinteren Ende Ihres Rechners. Die Rückwand nicht benutzter Plätze wird vn einem Schutzblech verdeckt. Suchen Sie einen freien Einsteckplatz und entfernen Sie das dazugehörige Schutzblech (b1), indem Sie seine Halterungsschraube (c1) lösen. Figur 1 4. Stecken Sie die MFB51 Erweiterungskarte in den freien Steckplatz (a). Achten Sie auf festen Sitz und darauf, daß Sie die Karte beim Einstecken senkrecht halten. 5. Befestigen Sie das Halterungsblech der Karte (b1) mit der Schraube (c1) des Schutzbleches. 6. Schließen Sie das Gehäuse Ihres Rechners und befestigen Sie es mit den Sicherungsschrauben. Kabel, die Sie während des Einbaus gelöst haben, sllten Sie nun wieder einstecken. 7. Stecken Sie die/das Anschlußkabel der Karte in die vrgesehene Buchse (c2) und achten Sie auf Richtungsmarkierung (b2) bzw. geraden Sitz. Figur 2 REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 4

5 Inbetriebnahme der MFB51 Spannung Vr der ersten Analgmessung müssen die Anschlüsse Pull DN. 1 GND, Pull Dn. 2 GND und AD-GND miteinander verbunden werden (siehe Skizze unten). Diese Verbindung stellt den Masseanschluß für die Spannungsmessung mit unsymmetrischem Eingang dar. Die zu messende Spannung wird zwischen diesen Masseanschluß und einen der Eingänge AD0 bis AD15 angeschlssen. Die Karte ist werkseitig auf den Meßbereich ±10 V eingestellt. Alle Analgeingänge sind mit einem Widerstand nach Masse beschaltet. Diese Abschlußwiderstände sind in in zwei Widerstandsarrays untergebracht, der Widerstandswert beträgt werksseitig 100 kohm. Da die Widerstandsarrays gesckelt sind, kann man hne weiteres auch abweichende Werte bestücken. Zur Spannungsmessung mit symmetrischem Eingang müssen die beiden 100-k- Widerstandsarrays entfernt werden (die beiden unmittelbar neben dem Anschlußstecker). Die unten dargestellte Verbindung zwischen Pull DN. 1 GND, Pull Dn. 2 GND und AD-GND ist nicht erfrderlich. Die zu messende Spannung muß zwischen AD0 und AD8, AD1 und AD9 der AD2/AD10 und s weiter angeschlssen werden. DA-GND DAC 2 DAC 4 Frei AD 0 AD 2 AD 4 AD 6 AD 8 AD 10 AD 12 AD 14 AD-GND Pull Dn. 1 GND Pull Dn. 2 GND Frei ISO-Out +T in Bezugsmasse DAC 1 DAC 3 DA-GND AD-GND AD 1 AD 3 AD 5 AD 7 AD 9 AD 11 AD 13 AD 15 AD-GND Pull Dn. 1 GND Pull Dn. 2 GND AGND (ISO-Out) +10V REF Out -T in REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 5

6 Inbetriebnahme der MFB51 Strm Zur Strmmessung mit asymmetrischen Eingang müssen anstelle der beiden unmittelbar neben dem Sub-D-Stecker mntierten 100-k-Widerstandsarrays die mitgelieferten 100-Ohm-Arrays eingesetzt werden. Die Anschlüsse Pull Dn. 1 GND und AD-GND müssen mit einer (Löt-) Brücke am Stecker verbunden werden. Hier ist der erste Anschluß für den zu messenden Strm. Den zweiten Anschluß bildet einer der Eingänge AD0 bis AD7. Auf diese Weise kann man Ströme messen, die auf das selbe Masseptential bezgen sein müssen. Wenn man mit den Eingängen AD8 bis AD15 messen will, muß man die Anschlüsse Pull Dn. 2 GND und AD-GND verbinden und als Meßanschluß verwenden. Der Meßstrm verursacht über dem als Shunt geschalteten 100-Ohm-Widerstand einen Spannungsabfall. Daraus kann dann mit I = U/R die Größe des Strms berechnet werden. Die Eingänge sind für Ströme bis maximal ±50 ma ausgelegt, übliche Meßstellenumfrmer können als direkt angeschlssen werden. Ist die Strmquelle räumlich weit entfernt (zum Beispiel > 100 m), sllte man die Signalleitung über 2-adriges abgeschirmtes Kabel anschließen. Die Abschirmung darf nur an einer Seite angeschlssen werden, üblicherweise am Anschluß AD-GND der MFB51- Karte. Messwandler Abschirmung MFB51 - Karte AD0 Strmquelle Mux Pull Dn.1 AGND Strm und Spannung Da jedes der beiden Widerstandsarray vr den Analgeingängen eine getrennte Masseleitung besitzt (Pull Dn. 1 GND und Pull Dn. 2 GND), können beispielsweise die Kanäle AD0...AD7 für Spannungsmessung und AD8...AD15 zur Strmmessung knfiguriert werden. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 6

7 Meßgenauigkeit Meßmethde Im unten skizzierten Meßaubau durchläuft das zu messende Analgsignal alle wesentlichen analgen Baugruppen. Das Meßergebnis schwankte bei den Langzeitmessung mit Karten aus der aktuellen Prduktin lediglich um ±0,5 Digit, bwhl die vn den IC-Herstellern angegebenen Fehlertleranzen der Halbleiter eine höhere Ungenauigkeit erwarten ließ. Bei der Messung der Temperaturdrift in der Klimakammer ergaben sich Abweichungen im Bereich vn +0,5/-1 Digit im Temperaturbereich vn º C. Umgebungstemperatur º C, kein Ausfall bis 65º C Meßwertdrift über den ges. Bereich +0,5 / -1 Digit, Prgrammierte Verstärkung = 1, Filterfunktin hne Einfluß auf das Meßergebnis, ungemittelte Messung (wrst-case) Warm Up Time 4 min. ( -1 Digit) 1 Digit entspricht 1/4096 des gewählten Meßbereichs. Im ±10-V-Bereich ist 1 Digit demnach gleichbedeutend mit 4,88 mv. Der Messaufbau Klimakammer Temp.-Fühler QUELLE Vlt Keithley prg. Spannungsreferenz KONTROLLE Vlt HP Präz. Vltmeter 6 1/2 stellig Extender PC/AT 386/486 & Pentium PC-Mnitr MFB51 9,005 Vlt 9,000 Vlt 8,095 Vlt 8,090 Vlt 9,000 Vlt + 45C Temperatur- Messgerät Dieser Meßaufbau spiegelt die Stabilität flgender Bauteile auf der Karte wieder: MPC800, PGA203**, UAF42, OPA627, ADS7810. Indirekt betrffen sind u.a. REF102 und ADG201. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 7

8 Technische Daten A/D-Wandler Auflösung Ausführung Cnversatin Time Full scale Errr Integral Linearity Errr Differential Linearity Errr Biplar Zer Errr Biplar Zer Errr Drift AC Accuracy Dynamic Range Full Pwer Bandwidth Sampling Aperture Delay Meßspannung A/D-Wandler Referenzspannung 12 Bit C-Netzwerk mit sample & hld 985 ns (1,25µs cmplete) ±3 ppm/ºc ± 0,5 LSB ± 1 LSB ± 4 LSB (adjustable by pt. OFFSET) ± 0,5 LSB min. 77 db (f IN = 250 khz) 1 MHz 20 ns ±10 Vlt uniplar 2,5 Vlt intern (adjustable by pt. GAIN) D/A-Wandler Auflösung D/A-Wandler 12 Bit Anzahl der Analgausgänge 4, single-ended Ausgangsspannungen je ±10 Vlt Plarität Uniplar Ausgangsstrm mit Buffer max. 20 ma per Kanal Settling Time typ. 3,5 µs, max. 10 µs Genauigkeit D/A-Wandler 12 Bit Integral Linearity Errr ± 0,5 LSB Differential Linearity Errr ± 1 LSB Biplar Zer Errr ± 1 LSB Biplar Zer Drift ±8 ppm / C Referenz Drift ±20 ppm / C Slew Rate 10 V/µs. Small Signal Bandwidth 3 MHz Referenzspannung -10 Vlt intern (Laser-trim.) REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 8

9 Technische Daten Multiplexer Anzahl der Analgeingänge 16 single- 8 differential-ended (per Jumper) Plarität Uniplar der Biplar (per Jumper) Eingangswiderstand Pwer On: 100 kω, Pwer On Pwer Off: 100 Ω, Pwer Off (über Widerstandsarray veränderbar) Maximum Overvltage -Vcc -2 V / +Vcc +2 V (Vcc = 15 Vlt) GAIN Errr < 0,0003 % T-pen Break befre make delay 20 ns Settling Time t 0,1% (20 mv) 250 ns Settling Time t 0,01% (2 mv) 800 ns Cmmn Mde Rejectin (Diff.) >125 db (DC) PGA Verstärkungen 1-, 2-, 4-, 8-fach, prgrammierbar per Sw. Fast Settling Time t 0,01% 2 µs. Slew Rate typ. 20 V/µs. OFFSET Vltage Errr ±(1+12/G) mv GAIN Errr typ. 0,05% Nnlinearity typ. 0,002% Cmmn Mde Rejectin Rati 100 db Analgfilter Grenzfrequenz 30 khz Frequency Accuracy f=1khz 1% Slew Rate 10 V/µs. Gain-Bandwidth Prduct 4 MHz Ttal Harmnic Distrtin 0,0004% Standardcharakteristik Tiefpass, inv. Chebyschev AV-20dB 30 khz -3 db / 10 khz 0 db ADG201 High speed switch T-pen T-n delay T-ff delay OFF-Islatin 30 ns max. 300 ns max. 250 ns 80 db (Vs=10Vp-p, f=100 khz) REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 9

10 Technische Daten INA110 DMS / Thermfühler INPUT Analgeingang, Plarität 1 (±) differential-ended 500 VDC galv. getrennt über sep. DC/DC und ISO122 Islatinsverstärker s.u. Verstärkungen, per Jumper wählbar 10-,100-, 200-, 500-fach Settling Time typ. 4 µs. t 0,01% Initial Offset Errr typ. ±( /G) µv CMRR besser 112 db Slew Rate typ. 17 V/µs. Eingangswiderstand, Impedanz diff. 5x10 12 Ohm R-Shunt BIAS, n bard (1 ma lp) 1 MΩ Ausführung 4 pl. / 2 pl., beliebig, sep. Grund Referenz +10-V-Output, z.b. für DMS-Geber ISO122 Islatinsverstärker Analgausgang bis ±10 V, biplar Initial Offset Errr ±20 mv, typ. 5 mv Gain Errr ±0,05% FSR Current Drive ±15 ma Slew Rate 2 V/µs. Settling Time 50 µs. bei 0,1% der 350 µs. bei 0,01% OPA627 Analg-Buffer ADC Fast Settling Time 550 ns t 0,01% Lw Offset Vltage 40 µv High Slew Rate 55 V/µs. Very Lw Nise 4,5nV! Hz at 10kHz Bandwidth Prduct G=1 16 MHz Ttal Harmnic Distrtin 0,00003 % REF102 Präzisin-Spannungsreferenz Spannung Very Lw Drift Stability Line Regulatin +10 V, ±0,0025 V 2,5 ppm/c max. 5 ppm/100 Ω 1 ppm/v max. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 10

11 I/O-Adressen Beispiel: BASIS = 310 Hex ( Werkseitige Standardadresse ) RD WR D0 A3 A2 A1 A0 I/O-Adresse Fuktin 1 0 x Hex ADC write R/C cnvert data 0 1 x Hex ADC read LSB (lwer 8 bit) 0 1 x Hex ADC read MSB (higher 8 bit) 1 0 x Hex write LS373 latch, parameter PGA x Hex write DAC latch, Werte übernehmen Hex write DAC-switch 1 und Hex write DAC-switch 3 und x Hex write DAC 1/3 LSB 1 0 x Hex write DAC 1/3 MSB 1 0 x Hex write DAC 2/4 LSB 1 0 x Hex write DAC 2/4 MSB x x x Hex read/write 8255 PPI, PA0-7 x x x Hex read/write 8255 PPI, PB0-7 x x x A Hex read/write 8255 PPI, PC x B Hex write 8255 PPI, STATUS x x x C Hex read/write 8253 Timer1 x x x D Hex read/write 8253 Timer2 x x x E Hex read/write 8253 Timer3 1 0 x F Hex write 8253 Timer STATUS A/D-Wandler Bevr die Wandlung mit write 0310,0 gestartet wird, muß zuerst mit write 0311,x das Parameter-Byte für A/ D-Kanal (MUX), PGA, Filter-Switch und IRQ-Enable beschrieben werden. Nach dem Starten kann mit read 0311 (higher byte ADC) auf Bit7 das EOC-Signal für Wandlungsende abgefragt weden. Da der A/D-Wandler mit 1,2 µs Wandlungszeit meistens schneller als der Rechner ist, kann eventuell auf die EOC-Abfrage verzichtet werden. (Ausprbieren) D/A-Wandler Bevr die Werte in den DAC geschrieben werden können, muß zunächst mit dem DAC-Switch die gewünschte DAC-Gruppe (1 und 2 bzw. 3 und 4) eingestellt werden. Anschließend können die Werte auf die DAC-Adressen BASIS+4 bis BASIS+7 geschrieben werden. Der Befehl write BASIS+2 setzt dann alle DAC s gleichzeitig. PPI 8255 Alle 24 TTL-Leitungen können frei verwendet werden. Um die Prts PA, PB der PC zu Setzen der zu Lesen, muß zuerst das Kmandwrt (STATUS) auf die Adresse BASIS+B geschrieben werden. TIMER siehe Anhang Timer Parameter mit LS373-Latch, MUX, PGA, FILTER, INTERRUPT Der A/D-Multiplexkanal wird durch write BASIS+1, Bit0-3 gesetzt. Der prgrammierbare Verstärker wird mit write BASIS+1, Bit4-5 gesetzt. Die Interrupt-Freigabe (IRQ-enable) erflgt mit write BASIS+1, Bit7 = 0. Ist Bit7=1 dann kann kein IRQ durch den Timerbaustein 8253 bzw. ext. IRQ-Input erflgen. Der ext. Interrupteingang ist TTL-kmpatibel und mit einem Pull-Up Widerstand versehen, s daß auch beispielsweise ein Taster (Schließer) einen Interrupt erzeugen kann. Die Interruptdauer ist durch einen Interruptgeneratr (74121) auf ca. 500 ns festgelegt. Eine fallende Flanke am Eingang löst den Interrupt sfrt aus. Mit dem IRQ-Jumper muß man den gewünschten Interruptkanal vrgeben. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 11

12 Blckschaltbild MFB51 POTI-Einstellungen auf der Karte (vn ben) ADC-Gain Pti ADC-Offset Pti 74LS373 Latch für Parameter Filter-Offset Pti Filter-Gain Pti PGA-Gain Pti D0-D3 D4-D5 Multiplexer 16 S.E. der 8 D.E. Eingänge MPC800 bzw. HI3-516 R-Reihe 8x R-Reihe 8x Pull-Dwn I-Shunt 8x I-Shunt 8x 16/8 Analg-Eingänge OP OP OP Analg-Masse 4 DAC-Ausgänge EMV-Ausgangsfilter L-C-L EMV-Ausgangsfilter L-C-L EMV-Ausgangsfilter L-C-L 16 2x AGND (I-) brücken für Nrmalbetrieb DAC1 DAC2 DAC3 D7 D6 Jumper-Mde S.E. / D.E. OP EMV-Ausgangsfilter L-C-L EMV-Ausgangsfilter L-C-L DAC4 DMS-Out PGA fach Aktives 30kHz Filter UAF 42 Instrumenten-Vrverstärker fach IN INA110 ± 24 TTL I/O ext. Timer I/O Präzisin REF +10Vlt unip./bip TTL Input / Output Timer 1 Timer 2 Timer 3 REF ext. Interrupt-Eingang Jumper OP-Amp. ADG201 Switch sample & hld C-Netzwerk AD-Wandler 12Bit 4MHz TTL Oszillatr IRQ-Enable-LED Interruptgeneratr Interrupt-Zuweisung CS CS 4.-fach DAC DAC4815BP Spannungsfilter und Stabilisierung Adressdecder ISO122 Islatinsverstärker $0310 HEX ON REF +10Vlt REF DC/DC Wandler Jumper GAIN DC/DC Wandler ±15 Vlt / 200mA OUT Gnd 1M galv. getrennt 3x Data-Buffer zu den Chips AD/DA PC - BUS 16Bit ISA-Slt REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 12

13 Grundeinstellungen DC/DC Wandler Stabi+Filter ADC DAC-4 Wandler High-Speed-Switch Aktiv-Filter PGA Multiplexer Shunt DAC-Buffer P1 DIGITAL I/O ±15Vlt / 200mA DC/DC LED JP2 JP8 JP4/3 JP1 ANALOG I/O 24TTL I/O Timer Oszillatr S-PAL IRQ-Interrupt Adress-Switch Decder DC/DC Therm.-Wandler REF JP2 Interrupt - Einstellung IRQ O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O Die LED zeigt an, b der Interrupt zum PC weitergeleitet werden kann (IRQ-EN). JP8 O O O O Einstellung ADC-Mde ±10-V-Betrieb (biplar) V-Betrieb (uniplar) JP1 O O O O O O O O JP3 / JP4 O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O x fache Verst. Single / Diff. Ended Eingang S.E. Mde D.E. Mde Instrumentenverstärker für DMS und Thermelemente Bei der Verwendung des differential-mde sind jeweils die ersten 8 Eingänge zu den zweiten 8 AD- Eingängen geschaltet. Smit sind 8 D.E. Kanäle insgesamt möglich. = Jumper gesetzt! Beim Wechsel vm biplaren auf den uniplaren Betrieb und umgekehrt kann ein Neuabgleich des ADC-Offsets erfrderlich sein. Die Justage wird mit einem nach AD-GND kurzgeschlssenen A/D- Kanal vrgenmmen. Mit dem ADC-Offset-Pti P1 wird der angezeigte Wert auf exakt 0 V abgeglichen. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 13

14 Einstellung der Kartenadresse I/O Decdierung der BASIS-Adresse xxx0... xxxf DIP-Sw. 4 ON DIP-Sw. 4 ON ON $01D0 HEX ON $03B0 HEX ON $0300 HEX ON $03E0 HEX ON ON $0310 HEX * $0330 HEX Schalter 4 ist für spätere Decdier-Erweiterungen vrgesehen. * = Werkseitige Standardeinstellung Flgende Baugruppen belegen Adressen im I/O-Bereich: A/D-Wandler LS373 Latch D/A-Wandler BASIS+0...BASIS+1 BASIS+1 BASIS+2...BASIS PPI BASIS+8...BASIS+B 8253 Timer BASIS+C...BASIS+F BASIS - I/O Adresse in Hex. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 14

15 GND PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 PC0 PC1 PC2 PC3 Anschlüsse und Signalbelegung Pinbelegung der SUB-D- Buchse DA-GND DAC 2 DAC 4 Frei AD 0 AD 2 AD 4 AD 6 AD 8 AD 10 AD 12 AD 14 AD-GND Pull Dn. 1 GND Pull Dn. 2 GND Frei ISO-Out +T in Bezugsmasse TTL-Prt 1OO PB0 OO PB1 OO PB2 OO PB3 OO PB4 OO PB5 OO PB6 OO PB7 OO PC4 OO PC5 OO PC6 OO PC7 OO frei JP6 1 GND +5V +12V -12V Digital-I/O über Pfstenfeldverbinder: Sicht auf das PC-Blech ADx = Analgeingang (Kanal) DACx = DA-Ausgang Timer & IRQ I/O 1OO OO OO OO JP5 DAC 1 DAC 3 DA-GND AD-GND AD 1 AD 3 AD 5 AD 7 AD 9 AD 11 AD 13 AD 15 AD-GND Pull Dn. 1 GND Pull Dn. 2 GND AGND (ISO-Out) +10V REF Out -T in Interrupt ext. Timer Clck-Input Timer Gate-Input Timer Output Der Zähleingang wird über das Gate gesteuert. Ist Gate = High, dann ist der Zähler freigegeben. Gate ist auf der Karte bereits mit einem Pull-Up-Widerstand auf High gelegt. Eine ext. Brükke nach GND verhindert smit das Zählen weiterer Impulse auf den Timer- Clck. Die einzelnen Zähl-Mdi können Sie aus den allgemeinen Unterlagen des 8253/4 im Anhang entnehmen. Gleiches gilt für die Prgrammierung des 8255 PPI-Bausteins. DMS / Thermelement / PT100 Die Bezugsmasse an Pin 19 gilt nur in Verbindung mit ±Tin und +10V REF, da diese galvanisch vn den restlichen Signalen getrennt sind. Shunt mit -I Rückführung Die nebenstehenden Pull Dwn (1,2) Leitungen sind jeweils die Rückführungen der I-Shunt Widerstandarrays und müssen auf AD-GND swie bei der Strmquelle (Beispiel ext. Meßverstärker) auf -I angeschlssen werden. Die Pull Dn. Leitung Nr.1 gilt für die ersten 8 AD-Eingänge AD0...AD7, die Pull Dn. Leitung Nr.2 gilt für die zweiten 8 Analg-Eingänge AD8...AD15. Falls kein Strm gemessen werden sll, ist ein hchhmiges 10-kΩ bis 1MΩ Array als Abschlußwiderstand einzusetzen und an der DSub-Buchse gegen AD-GND zu schalten. Die Verbindung der Pull Dn. Leitungen zu AD-GND (13 mit 14+15, 32 mit ) kann im Steckergehäuse erflgen. Ein Analgabschluß ist fast immer empfehlenswert. Ist ein Abschlusswiderstand nicht erwünscht, können dir beiden Arrays und Brücken am Sub-D 37 entfallen. AD und DA-GND Die Leitungen AD-GND und DA- GND sind zwar intern verbunden, sllten aber aus Genauigkeitsgründen nicht vertauscht der extern gebrückt werden, da der DA-GND mit bis zu 80 ma über die DAC Buffer belastet sein kann. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 15

16 Anschlußbeispiele Lampe 6V / 10mA Servmtr-Steuerung M Batterie DA-GND DAC 2 DAC 4 Frei AD 0 AD 2 AD 4 AD 6 AD 8 AD 10 AD 12 AD 14 AD-GND Pull Dn. 1 GND Pull Dn. 2 GND Frei ISO-Out +T in Bezugsmasse hier wird der Ausgang vm Thermelemetverstärker auf kanal 0 gebrückt! 1 + DAC 1 DAC 3 DA-GND AD-GND AD 1 AD 3 AD 5 AD 7 AD 9 AD 11 AD 13 AD 15 AD-GND Pull Dn. 1 GND Pull Dn. 2 GND AGND (ISO-Out) +10V REF Out -T in Piez-Sensr galv. getrennt (Beispiel) Thermelement-Typen: J -200 bis +750C K -200 bis +1250C E -200 bis +1000C T -200 bis +400C R 0 bis 1768C S 0 bis 1450C B +400 bis 1700C Schirm falls vrhanden - + Drucksensr Thermelement Die Verstärkung des Thermelementverstärkers INA110 (10-, 100-, 200-, 500-fach) richtet sich nach dem verwendeten Temperatursensr. Mit Hilfe der Plynmberechnung nach DIN IEC584, Teil1, kann die Temperatur auf min. 1º C genau berechnet werden. Ein Beispiel zur Berechnung eines J-Sensrs, vn Vlt (nach dem INA) in Grad-Celsius, finden Sie auf der im Lieferumfang enthaltenen Beispieldiskette. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 16

17 Plynmberechnung für J-Thermelement Beispiel in GWBasic µv am INA110-Eingang in ºC 100 REM File: MFBTEMP.BAS / Umrechnung uv/grad für J-Thermelemente 110 CLS 120 PRINT Umrechnung der Spannung in Grad C vn C 130 PRINT 140 INPUT Spannung in uv:,e 150 PRINT Bitte warten EOK = FOR T= -200 TO 700 STEP GOSUB IF ABS(E-Z) > ABS(EOK-Z) GOTO EOK=Z : TOK=T 210 NEXT T 220 PRINT Gesuchte Temp. ;TOK 230 END 240 A(1) = A(2) = A(3) = E A(4) = 1.334E A(5) = E A(6) = 1.941E A(7) = E Z=0 320 FOR I=1 TO Z=Z+A(I) *T^I 340 NEXT 350 REM Z ist berechnet x = 10/100/200/ RETURN x- fache Verstärkung per Jumper O O O O O O O O Ausgang auf Sub-D- Buchse Pin. 17 ISO122 Islatinsverstärker INA110 Instrumentenvrverstärker - + J-Thermelement DC/DC Wandler REF01 Referenz-Quelle 1M (intern) +10V REF-Out Bezugsmasse Beispiel: Die Thermelementspannung beträgt an den Sensrenden: 4186µV = 4,186mV Nach 200-facher Verstärkung durch den INA110 liegt an Pin 17 der 37-pligen Sub-D-Buchse 200 x 4,186 mv = 0,8372 Vlt. Da der J-Sensr laut DIN-Tabelle 0,0537 mv/ºc erzeugt, erechnet sich die Temperatur aus: 0,8372 / 200 / 0, mit 78º C Genauer wird es jedch mit der Plynmberechnung im ben abgedruckten Prgrammbeispiel. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 17

18 Temperaturerfassung mit PT V x = 10/100/200/500 x- fache Verstärkung per Jumper O O O O O O O O RL1 Ausgang auf Sub-D- Buchse Pin. 17 ISO122 Islatinsverstärker INA110 Instrumentenvrverstärker + - PT-100 Sensr DC/DC REF 01 1M (intern unterbrechen) +10 V REF-Out RL2 Bezugsmasse 0V Die Umrechnung richtet sich nach der Temperaturkurve des PT100 und den Vrwiderständen RL1 / RL2. Der Bezugswiderstand (1M für Thermelemente) kann bei der Beschaltung durch den PT100 mit RL2 entfallen. Gleiches gilt für den Aufbau mit DMS-Meßstreifen s.u. im 4-Leiter-Betrieb. Die Verstärkung am INA110 mit 10,100,200 und 500-facher Verstärkung wird per Jumper vrgenmmen und ist vm verwendeten Sensr abhängig. Beispiel für DMS-Meßbrücke.a. im 4-Leiter-Betrieb: Imax. = 10 ma x = 10/100/200/500 x- fache Verstärkung per Jumper O O O O O O O O R1 +10V R2 INA110 Instrumentenvrverstärker + - R3 R4 REF01 Referenz-Quelle +10V Out 1M (ggf. intern unterbrechen) Bezugsmasse 0V REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 18

19 Aktives Filter UAF42 (Quasi-Antialiasingfilter) Filter-Bit Durch Prgrammierung des LS373-Latchs mit Bit 6 = High, kann ein Tiefpaß-Filter unmittelbar vr den A/D-Wandler in den Meßsignalweg eingeschleift werden. Die daraus resultierende Unterdrückung vn unerwünschten Rauschanteilen der Transienten im Meßsignal führt zu wesentlich geringeren Anzeigeschwankungen. Gerade bei Einzelmessungen erzielt man mit dem Filter eine wesentlich geringere Störanfälligkeit des Meßaufbaus. Durchlasskurve des Filters U in Vlt ,4kHz -3dB 7,07V hne Filter ,3kHz -6dB 5,0V ,2kHz -10dB 3,16V khz Analgfilter UAF Die Filterfunktin kann durch externe Beschaltung (am UAF42) in weiten Grenzen verändert werden. Zur Berechnung der Bauteile für die gewünschte Filtercharakteristik gibt es vm IC-Hersteller Burr Brwn ein Berechnungsprgramm, das auf PCs läuft. Auf der MFB51 hat sich die Schaltung als invertierten Chebyschev-Tiefpaß 2. Ordnung mit einer Flankensteilheit vn -20 db als ptimal erwiesen. Die Bandbergrenze wurde im Berechnungsprgramm mit 50 khz, 30 khz (-3dB) eingegeben. Die gestrichelte Linie im Diagramm zeigt den rechnerisch ermittelten Frequenzgang, die durchgezgene Linie die gemessenen Werte. Der Bereich vn 0 bis 10 khz ist linear. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 19

20 Prgrammierung der Karte ; Beispiel zur A/D-Wandlung hne EOC-Abfrage in Turb-Pascal uses crt,ds; cnst S = $0310; { Kartenadresse F Hex } ADL = S+0; { Read lw-byte } ADH = S+1; { Read high-byte } RC = S+0; { Write für RC=lw } PARAM = S+1; { Parameter setzen } FI = 0; { Filter OFF=0 Filter ON=64 } PGA = 0; { 0=V1 16=V2 32=V4 48=V8 } IRQ = 128; { 0=enable 128=disable Interrupt } var KANAL,LB,HB,DIGIT,WERT : integer; UNI_VOLT_SE : lngint; Prcedure INIT; { Initialisieren der Karte } begin prt [S+1] := IRQ; { disable Interrupt / LED geht aus!!! } prt [S+11] := 155; { setze alle 8255-Prts auf Eingabe } end; Prcedure ADC; begin Repeat Fr KANAL := 0 t 15 d begin Prt [S+1] := KANAL + FI + PGA + IRQ; { Kanal einstellen... } Delay (10); { min. jedch 1us warten!!!! } Prt [RC] := 0; { AD-wandeln } LB := Prt[ADL]; { lese lw-byte } HB := Prt[ADH]; { lese high-byte / hne EOC (end f cnversatin) } { wenn Bit7 vn HB = 1 dann war EOC nichtfertig } WERT := (256 * HB) + LB; { High & Lw-Byte } DIGIT := WERT; If (WERT >= 2048) then DIGIT := WERT ; { Bit-Frmat richtigstellen } If (WERT <= 2047) then DIGIT := WERT ; UNI_VOLT_SE := ROUND((DIGIT * )-10000); { umrechnen der Digits in Vlt } GOTOXY(1,KANAL+4); { Anzeigen der berechneten Werte } Write (KANAL, ); GOTOXY(10,KANAL+4); Write (DIGIT, ); GOTOXY(20,KANAL+4); Write (UNI_VOLT_SE, ); end; until keypressed; end; begin { HAUPTPROGRAMM } clrscr; writeln( Start ); writeln( KANAL DIGIT mvlt bei S.E. +-10V Uniplar ); INIT; ADC; end. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 20

21 Prgrammierung der Karte ; Beispiel zur D/A-Wandlung in Turb-Pascal uses crt,ds; cnst S = $0310; { Kartenadresse F Hex } DAC1L = S+4; { lw-byte } DAC1H = S+5; { high-byte } DAC2L = S+6; DAC2H = S+7; DAC3L = S+4; DAC3H = S+5; DAC4L = S+6; DAC4H = S+7; DACLE = S+2; DACWAHL = S+3; var A : Byte; Prcedure INIT; { Initialisieren der Karte } begin prt [S+1] := 0; { enable Interrupt / LED geht an!!! } prt [S+11] := 128; { setze alle 8255-Prts auf Ausgabe } end; Prcedure DAC; begin Prt [DACWAHL] := 1; { Zeiger auf DAC1 & DAC2 } Prt [DAC1L] := 255; { Vlt Out = +10V } Prt [DAC1H] := 15; Prt [DAC2L] := 0; { Vlt Out = - 7,5V } Prt [DAC2H] := 2; Prt [DACWAHL] := 0; { Zeiger auf DAC3 & DAC4 } Prt [DAC3L] := 255; { Vlt Out = +5V } Prt [DAC3H] := 11; Prt [DAC4L] := 0; { Vlt Out = - 2,5V } Prt [DAC4H] := 6; A:= Prt[DACLE]; { Werte ins LATCH schreiben } end; begin { HAUPTPROGRAMM } clrscr; writeln( Start ); INIT; DAC; writeln( Set DAC s... DAC1= +10V DAC2= -7,5V DAC3= +5V DAV4= -2,5V ); end. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 21

22 Prgrammierung der Karte ; Beispiel in GWBasic zur Prgrammierung des Timers ; In den Variablen TEILA und TEILB stehen die Teilfaktren für Zähler 0 und 1. ; fout = 1kHz am Interrupt-Jumper RUN 1120 PRINT Timer 0 und 1 in Kette prgrammieren =32Bit Zähler 1130 PRINT Jeder Timer kann Teiler durch 2... bis sein!!! 1140 S=&H310 : REM Kartenadresse, standard 1150 FIN= ! : REM Frequenz-Input = MHz Quarz 1160 TEILA=40 : REM Teilerfaktr für Timer TEILB=100 : REM Teilerfaktr für Timer OUT S+1,0 : REM enable Interrupt PARAM Bit7=lw 1190 OUT S+15,(&H36) : REM Init Status-Timer0 auf Basis OUT S+12,(TEILA AND 255) : REM write lw-byte auf Timer OUT S+12,(TEILA / 256) : REM write high-byte auf Timer OUT S+15,(&H36)+(&H40) : REM Init Status-Timer1 wie ben 1230 OUT S+13,(TEILB AND 255) : REM write lw-byte auf Timer OUT S+13,(TEILB / 256) : REM write high-byte auf Timer1 END ; Fertig Prinzip der IRQ-Timer Steuerung: Oszillatr 4, MHz Timer Teiler durch 16 Bit = Timer Teiler durch 16 Bit = IRQ-Lgik IRQ-Auswahl Jumper IRQ PC-Bus REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 22

23 Prgrammierung der Karte ; Beispiel zur Anzeige vn Analgsignalen mit/hne Filter 100 CLS 110 REM MFB-Karte Testprgramm 140 S=&H310 : REM Basisadresse vn Karte F Hex 150 OUT S+1,0 : REM enable Interrupt Bit7 = lw / LED geht an 160 OUT S+11,128 : REM init 8255 auf PA,PB,PC auf Ausgabe 170 OUT S+ 8,1 : REM set Bit0 vn PA (TTL-Prt µpd8255) 180 OUT S+ 9,2 : REM set Bit1 vn PB 190 OUT S+10,4 : REM set Bit2 vn PC 210 REM ADC lesen / hne Filter 220 PRINT Teste AD-Kanal 0 einmal hne & einmal mit Antialyzingfilter 230 PRINT Testweise an Kanal Vlt anlegen. 240 PRINT Bei GAIN-Abgleich beide Werte mit Pti: Filter-Gain auf Deckung bringen PRINT 260 PRINT LOW-BYTE HIGH-BYTE DIGITS VOLT (+-10V) 270 OUT S+1,0+128 : REM init AD-Kanal 0 hne Filter 280 OUT S,0 : REM R/C ADC starten 290 LB = INP(S) 300 HB = INP(S+1) 310 IF (HB >= 128) THEN GOTO 300 : REM Bit7 = LOW EOC 320 WERT = (256 * HB) + LB 330 DIGIT = WERT 340 IF WERT >= 2048 THEN DIGIT = WERT IF WERT <= 2047 THEN DIGIT = WERT VOLT=(DIGIT* ) LOCATE 6,1 380 PRINT LB,HB,DIGIT, hne, :PRINT USING ###.### ;VOLT 390 REM 400 REM ADC lesen / mit Filter 410 OUT S+1, : REM init AD-Kanal 0 mit Filter 420 OUT S,0 : REM R/C ADC starten 430 LB = INP(S) 440 HB = INP(S+1) 450 IF (HB >= 128) THEN GOTO 300 : REM Bit7 = LOW EOC 460 WERT = (256 * HB) + LB 470 DIGIT = WERT 480 IF WERT >= 2048 THEN DIGIT = WERT IF WERT <= 2047 THEN DIGIT = WERT VOLT=(DIGIT* ) LOCATE 8,1 520 PRINT LB,HB,DIGIT, mit,: PRINT USING ###.### ;VOLT 530 A$=INKEY$ : IF A$= THEN GOTO 270 REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 23

24 Anhang-Übersicht Schaltplan der A/D-D/A-Karte Klter Prgrammierung par. Schnittstelle 8255 Siemens / Klter Prgrammierung des Timers Siemens / Klter Datenblätter über den A/D-Wandler ADS-7810 Burr Brwn Datenblätter über den Vrverstärker OPA-627 Burr Brwn Datenblätter über den DA-Wandler DAC4815 Burr Brwn Datenblätter über den DAC-Buffer OPA602/OPA27 Burr Brwn Datenblätter über den Multiplexer HI3-516 / MPC800 Harris / BB Datenblätter über die Referenzspannung REF102 Burr Brwn Datenblätter über die Referenzspannung ISO 122 Burr Brwn Datenblätter über den Prg. Gain Amplif. PGA 203 Burr Brwn Datenblätter über den Filterbaustein UAF42 Burr Brwn Datenblätter über den Therm VV. INA110 Burr Brwn Datenblätter über den High-Speed Switch ADG201 Analg Device Alle gesckelten IC s können als Ersatzteil bezgen werden. REV 1.0 MAI 1995 KOLTER ELECTRONIC MFB51-12Bit A/D-D/A-Multifunktinskarte für PC Seite 24