Реферат: Сопряжение спектрометра с персональным компьютером

Постановказадачи.

Дляпроведения физических экспериментов на кафедре радиофизики и электроники СыктывкарскогоГосударственного Университета потребовался спектрометр с электромагнитом обеспечивающеммагнитное поле с индукцией от 0 до 700 мТл и управляемый с компьютера. Дляэтого был предоставлен спектрометр ЯМР фирмы TESLAмодели BS467. Так как электромагнитэтого спектрометра предназначен для работы на постоянном поле с индукцией 1.4Тл, то возникла необходимость доработать блок питания и систему стабилизациитаким образом, чтобы обеспечить установку при помощи персонального компьютерамагнитного поля в пределах от 0 до 700 мТл с дискретностью не более 0.2 мТл исо стабильностью не хуже 0.01 мТл. Эту задачу решил МижгородскийБ. В. в своей дипломной работе, т.е. он

1.

переработал блок питанияэлектромагнита для установки необходимых пределов изменения магнитного поля

2.

разработал системустабилизации поля

3.

разработал устройствосопряжения с компьютером, состоящее из двух блоков: порт ввода-вывода и блокЦАП.

Моязадача сводится к тому, чтобы разработать устройство считывания данных для того, чтобы можно было контролировать изменение поля при управлении электромагнитомс компьютера, т.е. послав некий сигнал на электромагнит мы должны получить откликкоторый впоследствии можно будет обработать на компьютере.

Нижеприведена структурная схема будущего устройства сопряжения.1-Компьютер, 2-портввода-вывода,3-ЦАП,4-усилитель,5-Электромагнит,6-измеритель магнитной индукцииШ1-9,7-усилитель,8-АЦП,9-порт ввода-вывода.

ЯМР BS457

<img src="/cache/referats/1030/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1038"><img src="/cache/referats/1030/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1043"><img src="/cache/referats/1030/image007.gif" v:shapes="_x0000_s1041"><img src="/cache/referats/1030/image008.gif" v:shapes="_x0000_s1040"><img src="/cache/referats/1030/image009.gif" v:shapes="_x0000_s1039"> 9 8 7

<img src="/cache/referats/1030/image012.gif" v:shapes="_x0000_s1034"> 1

<img src="/cache/referats/1030/image015.gif" v:shapes="_x0000_s1035"> 2 3 4 5

Принцип действия спектрографа

Спектрометр BS467Aработает на фиксированной частоте 60 Мгц и с постоянным магнитным полем с индукцией14092 Гаусс. Все необходимые частоты для записи спектра, протонной стабилизациии многократного резонанса создаются с помощью модуляции магнитного полясигналами низкой частоты. Снятие

спектра осуществляется в верхней боковоймодуляционной полосе по методу непрерывной развертки модуляционной частоты.

Спектрометр оснащен системой трехкаскадной стабилизации условийрезонанса. Первый каскад стабилизации -

это стабилизатор тока, с которым сопряжен второйкаскад -стабилизатор магнитногопотока, так называемый суперстабилизатор. Третийкаскад стабилизации — это система

внешней и внутренней протонной стабилизации.

Спектрометр имеет два независимых канала -внутренний канал для снятия спетра и внутренней протонной стабилизации и внешний каналдля внешней протонной стабилизации. Частью внутреннего канала являетсясигнальный канал, который включает в себя все цепииих элементы управления, необходимые

для обработки сигнала спектра. Оба канала работают соднокатушечной системой снятия сигнала ядерногорезонанса, причем на внутреннем канале сигнал передатчика компенсируется во входном предварительном усилителе .

Приемники обоих каналов — это приемники прямогоусиления с детектированием на частоте 60 Мгц.

Спектрометр оснащен автоматической коррекцией однородности поля по осиУ. Автоматика работает по принципу

проходного дифференциального снятия кривойзависимости амплитуды резонансной линии от тока коррекции У.Рабочая частотаавтоматической коррекции составляет 1 Гц.

Нарисунке дана блок-схема спектрометра. Измеряемый образец установлен в зонде1, находящемся в однородном магнитном поле. Поле создается в воздушном зазоремежду полюсными наконечниками электромагнита 29, обмотка возбуждения 30которого питается от стабилизированного источника питания 26.

Измеряемый образец облучается радиочастотным полем, создаваемом вкатушке, питаемой сигналом ВЧ частотой 60 Мгц,снимаемой с генератора 4. Сигнал ядерного резонанса снимается той -же катушкойи усиливается в предварительном усилителе ВЧ 2. Катушка образца находится вголовке 1. Сильный сигнал генератора в предварительном усилителе компенсируетсядля того, чтобы он не проходил в последующие цепи внутреннего канала.Компенсация устанавливается с помощью элементов управления «Настройка».

Резонансный сигнал далее обрабатывается в приемнике внутреннего канала,который образован усилителем ВЧ 3 и синхронным детектором 6.Детекторуправляется опорным сигналов 60 Мгц от генератора 4,причем фаза сигнала устанавливается в регуляторе фазы 5.

Сигналпосле детектирования содержит частотные составляющие, частота которых равначастотам модуляции. Сигнал усиливается вусилителе НЧ 7 и подается через НЧ синхронные детекторы 8,14 и 15. Детектор 8управляется частотой генератора качающейся частоты 11 или частотой от генератораНЧ 13. Сигнал после детектирования подается на вход усилителя постоянного тока9, коэффициент усиления которого регулируется ручкой на панели. Усилитель можнопереключить в режим интегрирования. Выход соединен с самописцем 10.

Генераторкачающейся частоты 11 работает в диапазане частоты 2-3.6кГц. Его частота управляется положением каретки по оси Х самописца 10 с помощьюлинейного стержневого потенциометра 18, движок которого механически сопряжен скареткой самописца. Генератор 13 работает работает врежиме декаплера(высокостабильный генератормодуляционной частоты, плавно регулируемой в пределах 2-3 кГц) и его частотаустанавливается вручную.

Детектор15 работает в цепи внутренней протонной стабилизации и управляется частотой 2кГц генератора 16. Фаза опорного сигнала установлена по сигналу дисперсии.Напряжение ошибкидетектора 15 подается на входусилителя суперстабилизатора 25 и на катушкивнутренней протонной стабилизации 31 установленные на головке, которыеобеспечивают компенсацию быстрых помех в магнитном поле.

Суперстабилизатор образован приемными катушками 32 сбольшим количеством витков, расположенными на полюсах электромагнита,усилителем сигнала отклонения 25, ко входу которого подключены приемные катушкии компенсационными катушками 33, расположенными так-жена полюсах магнита и подключенными к выходу усилителя отклонения. Изменениямагнитного потока индуцируют напряжение в приемных катушках, котороеусиливается и подается в компенсирующие катушки с такой фазой, чтобы поле,вызываемое компенсационными катушками действовало против первичного изменениямагнитного поля. Выходное напряжение суперстабилизатораподается на вход стабилизатора тока в источнике 26, в результате чегозначительно уменьшается нагрузка суперстабилизатора иувеличивается его динамический диапазон.

Детектор14 дает сигнал для автоматической коррекции У. Он так-жеуправляется сигналом генератора 13, фаза которого установлена по поглощению.Сигнал детектора 14 подается в блок управления коррекций однородности поля 28,где он обрабатывается цепями автоматической коррекции У. Токи отдельныхкоррекций из блока 28 подаются в систему корректирующих катушек 19,расположенных на торцах полюсных наконечников.

Модуляциямагнитного поля обеспечивается с помощью модуляционных катушек 34 на зонде,которые питаются сигналом от модулятора 12. На вход модулятора поступаютсигналы от генератора качающейся частоты 11, от декаплера13 и от генератора внутренней протонной стабилизации 16. В головке 1 установленвнешний образец, который возбуждается сигналом 60.019 Мгцот генератора 4. Резонансный сигнал одновременно с сигналом генератораобрабатывается во внешнем канале спектрометра, который образованпредварительным усилителем ВЧ 17, усилителем ВЧ 20 и детектором 21.Низкочастотная составляющая сигнала усиленная усилителем 22, обрабатываетядетектором 23. Детектор управляется сигналом от генератора 24, частота которого17544 Гц.

Сигнал сгенератора 24 одновременно подается в зонд на модуляционную катушку внешнегообразца. На эту катушку одновременно подается корректирующий ток постоянногонапряжения, величина которого устанавливается ручкой «Сопряжение».Внешняястабилизация работает с нижней боковой полосой. Изменением тока корректируетсяразность напряженности магнитного поля внешнего образца по отношению к полюстандарта в измеряемом образце. Этой коррекцией обеспечивается одновременновыполнение резонанса внешнего и внутреннего стандартов и, следовательно,возможность совместной работы обеих систем стабилизации. Напряжение ошибки навыходе синхронного детектора 23 подается на вход суперстабилизатора25. Для обеспечения частотной стабильности генераторов внутренней 16 и внешней24 протонной стабилизации оба генератора синхронизированы с помощью частотногоделителя 35 от кварцевого генератора 4.

Воздушнаятурбинка, которая обеспечивает вращение образца,приводится в движение сжатым воздухом от источника 27.

Панельуправления температурным зондом 36 поддерживает температуру измеряемогообъекта, равную установленному значению.

Блок-схемаспектрометра.

1.

Зонд.

2.

Предварительный усилитель ВЧвнутреннего канала.

3.

Усилитель ВЧ внутреннегоканала.

4.

Генератор ВЧ.

5.

Регулятор фазы.

6.

Синхронный детектор ВЧ.

7.

Усилитель НЧ.

8.

Синхронный детектор НЧ.

9.

Усилитель постоянного тока иинтегратор.

10.Самописец.

11.Генератор качающейсячастоты.

12.Модулятор.

13.Генератор НЧ.

14.Синхронный детектор НЧ дляавтоматической коррекции У.

15.Синхронный детектор НЧ длявнутренней стабилизации.

16.Генератор 2 кГц.

17.Предварительный усилитель ВЧвнешнего канала.

18.Стержневой потенциометр.

19.Система корректирующихкатушек.

20.Усилитель ВЧ внешнегоканала.

21.Детектор ВЧ внешнего канала.

22.Усилитель НЧ.

23.Синхронный детектор НЧ.

24.Генератор 17544 Гц.

25.Усилитель суперстабилизатора.

26.Стабилизированный источникпитания электромагнита.

27.Источник сжатого воздуха дляпривода турбинки.

28.Управление коррекциейоднородности.

29.Электромагнит.

30.Обмотка возбужденияэлектромагнита.

31.Катушки внутренней протоннойстабилизации.

32.Приемные катушки суперстабилизатора.

33.Компенсирующие катушки суперстабилизатора.

34.Модуляционные катушки.

35.Делитель частоты.

36.Панель температурного зонда.

Порт ввода-вывода.

Портввода-вывода предназначен для передачи цифрового кода с компьютера в ЦАП. Наэлементах D1.1-4,D2.1-3,D3 выполнен дешифратор адресаиспользующий старшие 6 бит адресного пространства ввода-вывода компьютера,сигнал AEN(AddressEnable — разрешение адреса) -привводе — выводе должен иметь низкий уровень, стробы:-IOR(I/ORead)-строб чтения данных изустройства ввода — вывода (устройствоввода- вывода должно выставлять свои данные при активизации сигнала -IORи снимать их при снятии -IOR.Этот сигнал вырабатываетустройство занимающее магистраль.);-IOW(I/OWrite)-строб записи данных в устройство ввода-вывода (устройствоввода-вывода должно принимать данные по положительному фронту сигнала -IOW. Этот сигнал так — же вырабатывает устройство занимающее магистраль.)

Для избежания конфликтов с другими устройствами, используется используется настраиваемый перемычками адрес (возможенвыбор 5 битов адреса с А4 по А8, А9 постоянно равен 1). На элементах «приравенстве двух» происходит настройка адреса. На один из входов каждого из этихэлементов подается адресный сигнал, а на другой подается высокий или низкийуровень в зависимости от положения перемычки, т.е. от выбранного адреса. Притаком способе дешифрации возможно свободное изменение адреса в диапазоне от200Н до 3F0H(с шагом 10Н).

С выходамикросхемы D3 сигнал выбора поступает наэлемент D2.4, включенного в режимеинвертора, и дальше, на коллекторе транзистора VT1 вырабатывается сигнал отрицательной полярности -I/OCS16(I/OCycleSelect — выбор цикла для устройства ввода вывода), служащий для сообщениякомпьютеру о необходимости работы в шестнадцатиразрядном режиме.(при егоотсутствии — восьмиразрядный обмен) Этот же сигнал используется для разрешениявключения выходов трехстабильных двунаправленныхбуферов D5, D6, а так — же смешивается состроб — сигналами IORи IOWна элементах D4.1-2. Сигнал с элемента D4.1 поступает на вход выбора направления передачи микросхем D5, D6. Трехстабильныедвунаправленные буфера (элементы D5, D6) предназначены длябуферизации шины данных компьютера. Микросхема D7 служит для передачи управляющих сигналов чтения и записи и младших 4бит адреса, которые предназначаются для дальнейшей дешифрации при подключениидополнительных устройств.

Построение селектора адреса.

Одной изфункций выполняемых устройством сопряжения (УС), является селектированиеили дешифрация адреса. Эту функцию выполняет узел, называемый селекторомадреса, который должен выработать сигналы, соответствующие выставлению на шинеадреса магистрали кода адреса, принадлежащего данному УС, или одного из зоныадресов данного УС. Обобщенная схема селектора адреса для УС, работающего какустройство ввода-вывода приведена ниже:

Здесьшина А -шина адреса магистрали, шина AS-внутренняя шина УС, накоторой присутствует код, сравниваемый с адресом магистрали(можетотсутствовать), ADR-выходные сигналы селектораадреса, формируемые при обращении по магистрали к данному УС.

Совсем необязательно дешифровать все линии адресной шины магистрали. Часто для упрощениясхемы УС удобно часть этих линий отбросить, не заводить на селектор адреса.При этом важно, чтобы адреса проектируемого УС не перекрывались с адресами,занятыми другими устройствамикомпьютера. Наиболее часто отбрасывают младшие разряды адреса. По стандарту ISA , устройства ввода-выводаадресуются 16 разрядами адресной шины А0… А15, но большинство плат расширенияработают только с А0… А9, поэтому обычно нет смысла обрабатывать разрядыА10… А15.

Кромесигналов приведенных выше, на рисунке, на селектор адреса часто подают сигнал AEN, который при этом используется для запрещения выработки выходныхсигналов. То есть если по магистрали идет прямой доступ к памяти, тоустройство ввода — вывода должно быть обязательно отключено от магистрали и недолжно реагировать на выставляемые на шине адреса коды.

Заключение.

Врезультате выполнения данной курсовой работы было проделано следущее:

1. Ознакомление с принципомработы схемы ЦАП из дипломной работы МижгородскогоБ.В.

2. Разработка общей структурной схемы устройствасопряжения на АЦП.

3.Изучение двоично-десятичной и двоично-шестнадцатиричной системы перевода чисел.

еще рефераты

Еще работы по компьютерам и переферийным устройствам

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Микропроцессоры

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Устройство ввода и отображения информации на базе БИС КР580ВВ79