WebSVN – svnkaklik – Diff – /dokumenty/skolni/RoP/DOC/SRC/TCPC.tex

 Praha, xx.xx.2011 \hfill Jakub Kákona \qquad
 \par
 \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.
 Navíc pro požadované časové rozlišení asi 65ps by nutná frekvence oscilátoru  byla zhruba 15,3GHz, což je ale se současnou digitální technikou neproveditelné. Nezanedbatelná je zároveň také potřebná délka extrémně rychlého čítače, která by pro praktické použití dosahovala desítek bitů.
 Předpokladem užití tohoto způsobu měření je dostatečně stabilní oscilátor s periodou kratší, než je měřící rozsah rychlé TDC jednotky.
 \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.).
 S ohledem na tyto možnosti byla navržena koncepce výsledného zařízení tak, aby umožnila využití všech potenciálních možností čipu. Blokové schéma této koncepce je na obrázku \ref{device_block}. A obsahuje jednak obvody potřebné pro funkci čipu TDC-GP2, jako kalibrační oscilátor a napěťový stabilizátor. Tak i řídící mikroprocesor, několik možných komunikačních rozhraní a obvody pro referenční měření teploty i pro manipulaci se vstupními a výstupními signály (vstupní signál z experimentu může být poškozen rušením, nebo disperzí vedení, výstupní signál musí naopak odpovídat požadavkům experimentálního zařízení).
 \caption{Blokové schéma čipu TDC-GP2}
 \label{GP2_chip_block}
 \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}
 \includegraphics[width=150mm]{./img/prototyp1.jpg}
 \caption{1. testovací prototyp}
 \end{center}
 \end{figure}
 \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}
 Při měření teploty čipem TDC-GP2 je třeba jej resetovat do továrního nastavení a následně nastavit počet měřených kanálů (Dva nebo čtyři). Další nastavení není třeba provádět. A lze rovnou spustit měření. Tento postup ale není v datasheetu stejně jako další procedury podrobně dokumentován, což způsobilo značné zdržení ve vývoji knihovny.
 Naměřený výstup ze čtyř poměrových termočlánkových teploměrných kanálů není firmwarem nijak zpracováván a jeho vyhodnocení je ponecháno na uživateli.
 \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.
+\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.
+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
 \subsection{Použití}
   \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}
 \end{thebibliography}

Subversion Repositories svnkaklik

(root)/dokumenty/skolni/RoP/DOC/SRC/TCPC.tex – Rev 880 → 881