Измерение электродных потенциалов и тока поляризации с использованием ЦАП, подключенного к параллельному порту компьютера

Горелкин И.И.; Горелкин С.И.

УДК 663.551

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ И ТОКА ПОЛЯРИЗАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦАП, ПОДКЛЮЧЕННОГО К ПАРАЛЛЕЛЬНОМУ

ПОРТУ КОМПЬЮТЕРА

Gorelkin I.I., Gorelkin S.I. DAC-based simple device for measuring the electrode potential and polarization current in electrochemical investigations. The operation of the device is based on the comparison of the measured potential with a reference voltage formed by a 12-bit DAC driven by the suggested program.

Современная электронно-вычислительная техника позволяет полностью автоматизировать процессы, связанные с измерением электрических параметров. В частности, при исследовании электродных процессов распространенным методом является измерение зависимости потенциала исследуемого электрода от величины тока поляризации. Для преобразования измеряемых параметров в цифровой сигнал необходимы аналого-цифровые преобразователи (АЦП), которые по стоимости зачастую недоступны для учебных заведений. В связи с этим нами разработано простое и недорогое устройство, а также составлена компьютерная программа, позволяющие задавать любой разумный режим измерения электродных потенциалов и поляризующего тока. Устройство работает на основе простой по эксплуатационным характеристикам микросхемы АБ7390, представляющей собой 12-разрядный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) с монополярным экономичным питанием (рис. 1).

CL

_1

2

ш

А

со

га

CL

ю о

11 о

12 О

13 о

15 О

2 о 14о 1 о 160 180

}

тформационные входы

SDI з

CLK 2

LD

CLR 4

6 ив

AD7390

8 U,

7 LU

'опорн

1

2,7-5,5 в

Рис. 1. Схема подсоединения AD7390 к порту LPT

В процессе измерения на выходе AD7390 (ножка 6) программно формируется эталонное напряжение t/3T, которое на компараторах D3 и D4 (рис. 2) сравнивается с измеряемым UmM. Если {/эт > UmM, то с выхода компаратора на один из пяти информационных входов порта LPT подается логическая единица, в противном случае - логический нуль.

Рис. 2. Схема прибора для измерения потенциала и тока поляризации

На рис. 3 представлена блок-схема алгоритма процедуры измерения, а на рис. 4 - фрагмент программы, реализующей данный алгоритм по каналу потенциалов. По каналу тока данная программа повторяется с тем различием, что в команде 22 вместо числа 1 следует использовать бинарные числа 10b, ЮОЬ и т. п. в соответствии с номером того контакта разъема LPT, который соединен с микросхемой D1. В команде 39 число 16 (ЮОООЬ) также меняется на 8 (ЮООЬ).

Переменные ta, т и te принимают значения соответственно текущих начала, середины и конца интервала сравнения; s - счетчик цикла, sum - сумматор. В программе предполагается, что считывание информации происходит с разъема 15 порта LPT (бит 3 информационного порта 379 или ему подобного).

Операционные усилители D5 и D6 как по каналу потенциалов, так и по каналу тока обеспечивают высокое входное сопротивление схемы (порядка Ю10 ом). D6 одновременно преобразует интервал измеряемых напряжений из (-2 н- +2 В) в интервал (0 + +4 В).

Время, затрачиваемое на единичное измерение, в основном лимитируется скоростью переключения компаратора, в связи с чем в программе необходима задержка перед считыванием информационного входа (команды 34-36).

Единичное измерение на компьютере с тактовой частотой 830 Мгц происходит за ~5 мс. Так как для поддержания состояния электрода близким к равновесному требуется медленное изменение его потенциала (обычно используемая скорость развертки составляет величину порядка 10-15 мВ/мин), мы не стремились обеспечить максимальное быстродействие АЦП. Время переключения используемых нами компараторов

v а г tn,te, m ,sum ,s:integer; 19. m о v edx, $3 7 8 3 9 . and a 1, 16

asm 20 . m о v eax, e b x 40 . jz @ 2

1 . m о v su m , 0 2 1 . role ax,l 4 1 . m о v e a x,m

2. m о v te, 4095 22 . and eax, 1 42. sub eax,tn

3 . m о v tn, 0 23 . out d x, a 1 43 . add su m , eax

4. m о v s, 1 2 24. sh 1 e b x, 1 44 . m о v eax, m

5 . @ 4: 25 . m о v edx, $3 7 A 45 . m о v tn ,eax

6 . m о v eax, tn 26 . m о v eax, 11 0 b 46 . sub s, 1

7 . add eax, te 27 . out dx, al 47. jz @ 3

8 . sh г е ax, 1 28. m о v eax, 1 00 b 48. jm p @ 4

9. m о v m , eax 29. out dx, al 49. @ 2:

1 0 . push eb x 30. lo о p @ 1 5 0 . m о v eax, m

1 1 . m о v edx, $3 7A 3 1 . m о v eax, 1 0 1 b 5 1 . m о v te, eax

1 2 . m о v eb x, eax 32. out dx, al 5 2 . sub s, 1

13 . sh 1 е b x, 2 0 33 . pop eb x 53 . jz @ 3

1 4 . in а 1, d x 34. m о v ecx, 3 00 0 54. jmp @4

1 5 . and al, 11111100 b 3 5 . @ 5 : nop 5 5 . @ 3:

1 6 . о u t d x, al 36. lo о p @ 5 5 6 . mov eax, sum

1 7 . m о v ecx, 12 3 7 . m о v edx, $3 7 9 5 7 . end;

1 8 . @ 1: 3 8 . in a 1 , d x

Рис. 4. Программа для измерения потенциала и тока поляризации с помощью ЦАП и компаратора, присоединенных к ЬРТ-порту компьютера

Поступила в редакцию 14 января 2003 г.

К554САЗ составляет 0,3 мкс. При необходимости увеличить быстродействие достаточно заменить 03 и 134 на микросхемы другого типа и уменьшить соответствующую задержку в программе до минимальной величины, обеспечивающей безошибочность считывания.

Рис. 3. Алгоритм измерения величины и путем сравнения с эталонной величиной

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Горелкин И. И., Горелкин С. И.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Горелкин И. И., Горелкин С. И.

DAC BASED SIMPLE DEVICE FOR MEASURING THE ELECTRODE POTENTIAL AND POLARIZATION CURRENT IN ELECTROCHEMICAL INVESTIGATIONS

Текст научной работы на тему «Измерение электродных потенциалов и тока поляризации с использованием ЦАП, подключенного к параллельному порту компьютера»