| 68,14 → 68,25 |
|---|
| \vsp{5} |
| |
| \pagebreak |
| |
| \tableofcontents |
| \pagebreak |
| |
| \section{Zadání práce} |
| |
| \begin{abstract} |
| Předmětem této práce je návrh konstrukce přístroje určeného k měření krátkých časových intervalů vázaných na elektrické impulzní signály. |
| Krátkým časovým intervalem se v tomto případě rozumí řádově desítky piko sekund až jednotky mikrosekund. Od přístroje tohoto typu je obvykle vyžadováno velké časové rozlišení (65ps). Přístroj pak má široké uplatnění v medicíně průmyslu, kosmickém výzkumu a v experimentálních přístrojích fyziky vysokých energií. |
| \end{abstract} |
| |
| \section{Zadání práce} |
| |
| Vytvořte přístroj měřící časové intervaly využívající čip TDC-GP2 od firmy Acam. Navrhněte a osaďte tištěný spoj. Hotové a odladěné zařízení otestujte ve Vámi zvolených a navržených experimentech. |
| |
| \begin{enumerate} |
| \item Seznamte se s funkcí mikrokontrolérů PIC. |
| \item Seznamte se s funkcí TDC-GP2. |
| \item Realizujte prototyp zařízení. |
| \item Ověřte jeho funkci. |
| \end{enumerate} |
| |
| \subsection{Časově digitální převodník (TDC)} |
| |
| Nejjednodušším způsobem elektronického měření časových intervalů je použití čítače a oscilátoru. Čítač pak počítá počet period oscilátoru mezi příchozími pulzy pro start a stop signál. Toto řešení ale začíná být se zkracujícími se intervaly velmi nepraktické, jelikož pro získání velkého časového rozlišení je třeba vysoká frekvence velice přesného oscilátoru. |
| 108,6 → 119,8 |
|---|
| |
| \section{Realizace} |
| |
| \subsection{Architektura zařízení} |
| |
| Pro konstrukci přístroje byl zvolen jako hlavní měřící prvek čip TDC-GP2 od firmy Acam. Tento integrovaný obvod využívá k měření krátkých časových intervalů výše popsané metody řetězově zapojených hradel. Blokové schéma vnitřní architektury čipu je znázorněno na obrázku \ref{GP2_chip_block}. |
| Čip obsahuje mnoho dalších podpůrných obvodů, které zjednodušují jeho použití a také přidávají další funkce (generování spouštěcího pulzu například pro výstřel LASERu, blok umožňující měření teploty atd.). |
| |
| 130,9 → 143,16 |
|---|
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| \subsection{Konstrukční platforma} |
| |
| Vzhledem k nepříliš kvalitní technické dokumentaci ke zvolenému čipu by nebylo časově ani ekonomicky výhodné pro přístroj navrhovat okamžitě jednoúčelový plošný spoj. Pro vývoj zařízení byla proto zvolena prototypovací platforma MLAB \cite{MLAB}, která díky své variabilní modulární konstrukci umožňuje snadno a rychle měnit zapojení i fyzické rozložení. |
| |
| Tím je umožněno velmi efektivně procházet nejrůznější provozní stavy a upravovat konstrukci podle aktuálních potřeb programu nebo externího měřícího přístroje. |
| |
| |
| \subsection{Testovací prototypy} |
| |
| Pro otestování funkčnosti zvoleného čipu byly sestaveny dva testovací prototypy, které se liší, především komunikační architekturou a způsobem generování testovacích impulzů. |
| Pro otestování funkčnosti zvoleného čipu byly sestaveny dva testovací prototypy, které se liší, především komunikačním rozhraním a způsobem generování testovacích impulzů. |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| \begin{center} |
| 229,7 → 249,7 |
|---|
| |
| \subsubsection{Fire generator - generování spouštěcího signálu} |
| |
| Oba měřící módy čipu umí využít takzvaný "Fire generator", který slouží k vygenerování spouštěcího signálu pro začátek měření. (Například výstřel LASERu). K tomu v knihovně opět existují potřebné prostředky. |
| Oba měřící módy čipu umí využít takzvaný "Fire generator", který slouží k vygenerování spouštěcího signálu pro začátek měření (Například výstřel LASERu). |
| |
| |
| \subsubsection{Měření teploty} |
| 242,11 → 262,42 |
|---|
| |
| \subsubsection{Datový výstup} |
| |
| Datový výstup je podobný známému GPS textovému formátu NMEA. Zde je příklad výstupních dat: |
| Datový výstup je inspirován textovým formátem GPS NMEA. |
| |
| Příklad datového výstupu je následující. |
| |
| Výstupní data jsou odesílána na sérový port s parametry 9800 8N1. A ke sběru dat lze použít libovolný textový terminál. |
| \begin{verbatim} |
| # TDC0.2 (C) 2011 Jakub Kakona |
| $TDC0.2->TM |
| $TDC0.2 TMP 0007506076 0007519380 0008204130 4294967295 291.90 |
| $TDC0.2->M2 1 |
| $TDC0.2 M2 0.7005860 |
| \end{verbatim} |
| |
| Po resetu se přístroj ohlásí jako TDC a přidá verzi firmwaru. Na následující řádek je vypsán prompt |
| |
| \begin{verbatim} |
| $TDC0.2-> |
| \end{verbatim} |
| |
| Prompt opět pokaždé obsahuje verzi firmwaru, aby bylo možné v nadřazeném počítači rozlišit více přístrojů v různých stádiích vývoje. |
| |
| Příkaz |
| \begin{verbatim} |
| TM |
| \end{verbatim} |
| Spouští měření teploty, výstupem jsou 4 relativní hodnoty + teplota naměřená čidlem DS18B20 udávaná v kelvinech. |
| |
| |
| Příkaz |
| \begin{verbatim} |
| M2 1 |
| \end{verbatim} |
| Spouští časové měření v módu 2 příkaz má jeden jednociferný parametr - počet předpokládaných zásahů měřícího kanálu 1 (V příkladu má hodnotu 1). Výstupem je změřený čas počítaný od hrany START pulzu v us. |
| |
| Výstupní data jsou odesílána na sérový port s parametry 9800 8N1. A ke sběru dat lze použít libovolný textový terminál. Firmware zpracovává pouze prvních 20 příchozích znaků v každé řádce (řádka musí být ukončena ASCII znakem 13), všechny přečtené příchozí znaky jsou echovány zpět na výstup, je tak umožněna kontrola správnosti přenosu a implementace vlastní check-sum. |
| Neznámý, nebo syntakticky špatný příkaz, je firmwarem ignorován a je vypsán nový prompt. Každá provedená výstupní řádka obsahuje identifikaci měření - TMP, M2, nebo M1. |
| |
| \section{Výsledky} |
| Na dvou prototypech byla ověřena funkčnost čipu TDC-GP2 |
| |
| 315,7 → 366,7 |
|---|
| \bibitem{AN-610}{\em TDC-GP2 datasheet }\\ |
| \texttt{http://www.acam-usa.com/GP2-Data-Sheet-Download.html} |
| |
| \bibitem{AN-610}{\em MLAB electronics development system }\\ |
| \bibitem{MLAB}{\em MLAB electronics development system }\\ |
| \texttt{http://www.mlab.cz} |
| |
| |