Сполучення спектрометра з персональним комп'ютером
Принцип дії спектрографа
Спектрометр BS467A працює на фіксованому частоті 60 Мгц і з постійним
магнітним полем з індукцією 14092 Гаус. Всі необхідні частоти для запису
спектру, протонної стабілізації і багаторазового резонансу створюються за допомогою
модуляції магнітного поля сигналами низької частоти. Зняття
спектру здійснюється у верхній бічній смузі модуляційних за методом
безперервної розгортки модуляційних частоти.
Спектрометр оснащений системою трьохкаскадний стабілізації умов резонансу.
Перший каскад стабілізації -
це стабілізатор струму, з яким пов'язаний другий каскад-стабілізатор магнітного
потоку, так званий суперстабілізатор. Третій каскад стабілізації - це
система зовнішньої і внутрішньої протонної стабілізації.
Спектрометр має два незалежних канали-внутрішній канал для зняття спетра і
внутрішньої протонної стабілізації і зовнішній канал для зовнішньої протонної
стабілізації. Частиною внутрішнього каналу є сигнальний канал, який
включає в себе всі цепіі їх елементи управління, необхідні для обробки
сигналу спектру. Обидва канали працюють з однокотушковими системою зняття сигналу
ядерного резонансу, причому на внутрішньому каналі сигнал передавача
компенсується у вхідному попередньому підсилювачі.
Приймачі обох каналів - це приймачі прямого посилення з детектуванням на
частоті 60 Мгц.
Спектрометр оснащений автоматичною корекцією однорідності поля по осі У.
Автоматика працює за принципом
прохідного диференціального зняття кривої залежності амплітуди резонансної
лінії від струму корекції У. Робоча частота автоматичної корекції становить 1
Гц.
На малюнку дана блок-схема спектрометра. Вимірюваний зразок встановлений в зонді
1, що знаходиться в однорідному магнітному полі. Поле створюється у повітряному зазорі
між полюснимінаконечнікамі електромагніту 29, обмотка збудження 30 якого
живиться від стабілізованої джерела живлення 26.
Вимірюваний зразок опромінюється радіочастотним полем, що створюється в котушці,
живиться сигналом ВЧ частотою 60 Мгц, що знімається з генератора 4. Сигнал ядерного
резонансу знімається той-же котушкою і посилюється в попередньому підсилювачі
ВЧ 2. Катушка зразка знаходиться в головці 1. Сильний сигнал генератора в
попередньому підсилювачі компенсується для того, щоб він не проходив у
наступні ланцюги внутрішнього каналу. Компенсація встановлюється за допомогою
елементів управління "Налаштування".
Резонансний сигнал далі обробляється в приймачі внутрішнього каналу, який
утворений підсилювачем ВЧ 3 і синхронним детектором 6.Детектор управляється опорним
сигналів 60 Мгц від генератора 4, причому фаза сигналу встановлюється в
регуляторі фази 5.
Сигнал після детектування містить частотні складові, частота яких
дорівнює частотах модуляції. Сигнал підсилюється в підсилювачі НЧ 7 і подається через
НЧ синхронні детектори 8,14 і 15. Детектор 8 управляється частотою генератора
качающейся частоти 11 або частотою від генератора НЧ 13. Сигнал після
детектування подається на вхід підсилювача постійного струму 9, коефіцієнт
посилення якого регулюється ручкою на панелі. Підсилювач можна перемкнути в
режим інтегрування. Вихід з'єднаний з самописцем 10.
Генератор що хитається частоти 11 працює в діапазане частоти 2-3.6 кГц. Його
частота керується положенням каретки по осі Х самописця 10 за допомогою лінійного
стрижневого потенціометра 18, движок якого механічно пов'язаний з кареткою
самописця. Генератор 13 працює працює в режимі декаплера (высокостабильный
генератор модуляційних частоти, плавно регулюється в межах 2-3 кГц) і його
частота встановлюється вручну.
Детектор 15 працює в ланцюгу внутрішньої протонної стабілізації і управляється
частотою 2 кГц генератора 16. Фаза опорного сигналу встановлена за сигналом
дисперсії. Напруга ошібкідетектора 15 подається на вхід підсилювача
суперстабілізатор 25 і на котушки внутрішньої протонної стабілізації 31
встановлені на голівці, які забезпечують компенсацію швидких перешкод в
магнітному полі.
Суперстабілізатор утворений прийомними котушками 32 з великою кількістю витків,
розташованими на полюсах електромагніту, підсилювачем сигналу відхилення 25, до
входу якого підключені приймальні котушки і компенсаційними котушками
33, розташованими так-же на полюсах магніту і підключеними до виходу підсилювача
відхилення. Зміни магнітного потоку індукують напругу в прийомних
котушках, яке посилюється і подається в компенсують котушки з такою фазою
, щоб поле, яке викликається компенсаційними котушками діяло проти
первинного зміни магнітного поля. Вихідна напруга суперстабілізатор
подається на вхід стабілізатора струму в джерелі 26, в результаті чого
значно зменшується навантаження суперстабілізатор і збільшується його
динамічний діапазон.
Детектор 14 дає сигнал для автоматичної корекції У. Він так-же управляється
сигналом генератора 13, фаза якого встановлена з поглинання. Сигнал
детектора 14 подається в блок керування корекцій однорідності поля 28, де він
обробляється ланцюгами автоматичної корекції У. Токи окремих корекцій з
блоку 28 подаються в систему коригуючих котушок 19, розташованих на торцях
полюсних наконечників.
Модуляція магнітного поля забезпечується за допомогою модуляційних котушок 34 на
зонді, які харчуються сигналом від модулятора 12. На вхід модулятора надходять
сигнали від генератора що хитається частоти 11, від декаплера 13 і від генератора
внутрішньої протонної стабілізації 16. В головці 1 встановлено зовнішній зразок,
який порушується сигналом 60.019 Мгц від генератора 4. Резонансний сигнал
одночасно із сигналом генератора обробляється в зовнішньому каналі
спектрометра, який утворений попереднім підсилювачем ВЧ 17, підсилювачем ВЧ
20 і детектором 21. Низькочастотна складова сигналу посилена підсилювачем 22,
обрабативаетя детектором 23. Детектор управляється сигналом від генератора 24,
частота якого 17544 Гц.
Сигнал з генератора 24 одночасно подається в зонд на модуляційних котушку
зовнішнього зразка. На цю котушку одночасно подається коригувальний ток
постійної напруги, величина якого встановлюється ручкою
"Об'єднання". Зовнішня стабілізація працює з нижньою бічній смугою. Зміною
струму коригується різниця напруженості магнітного поля зовнішнього зразка за
відношенню до поля стандарту в вимірюється зразку. Цією корекцією забезпечується
одночасно виконання резонансу зовнішнього і внутрішнього стандартів і,
отже, можливість спільної роботи обох систем стабілізації.
Напруга помилки на виході синхронного детектора 23 подається на вхід
суперстабілізатор 25. Для забезпечення частотної стабільності генераторів
16 внутрішньої і зовнішньої 24 протонної стабілізації обидва генератора
синхронізовані за допомогою частотного дільника 35 від кварцового генератора 4.
Повітряна турбінка, яка забезпечує обертання зразка, наводиться в
рух стисненим повітрям від джерела 27.
Панель управління температурним зондом 36 підтримує температуру вимірюваного
об'єкта, що дорівнює встановленому значенню.
Порт вводу-виводу.
Порт вводу-виводу призначений для передачі цифрового коду з комп'ютера в ЦАП.
На елементах D1.1-4, D2.1-3, D3 виконаний дешифратор адреси використовує старші 6
біт адресного простору вводу-виводу комп'ютера, сигнал AEN (Address Enable-
дозвіл адреси)-під час введення - виведення повинен мати низький
рівень, стробі:-IOR (I/O Read)-строб читання даних з пристрою введення - виведення
(пристрій вводу-виводу повинно виставляти свої дані при активізації сигналу
-IOR і знімати їх при знятті-IOR. Цей сигнал виробляє пристрій
що займає магістраль.);-IOW (I/O Write)-строб запису даних на пристрій
вводу-виводу (пристрій вводу-виводу має брати дані по позитивному
фронту сигналу-IOW. Цей сигнал так - також виробляє пристрій займає
магістраль.)
Для уникнення конфліктів з іншими пристроями, використовується використовується
настроюється перемичками адреса (можливий вибір 5 бітів адреси з А4 по А8, А9
постійно дорівнює 1). На елементах "при рівності двох" відбувається настройка
адреси. На один з входів кожного з цих елементів подається адресний сигнал, а
на інший подається високий або низький рівень в залежності від положення
перемички, тобто від обраного адреси. При такому способі дешифрації можливо
вільне зміна адреси в діапазоні від 200Н до 3F0H (з кроком 10Н).
З виходу мікросхеми D3 сигнал вибору поступає на елемент D2.4, включеного до
режимі інвертора, і далі, на колекторі транзистора VT1 виробляється сигнал
негативної полярності-I/O CS16 (I/O Cycle Select-вибір циклу для влаштування
вводу виводу), що служить для комп'ютера повідомлення про необхідність роботи в
шестнадцатіразрядном режимі. (при його відсутності - восьмизарядний обмін) Цей же
сигнал використовується для дозволу включення виходів трехстабільних
двонаправлених буферів D5, D6, а так - же змішується з строб - сигналами IOR
і IOW на елементах D4.1-2. Сигнал з елемента D4.1 надходить на вхід вибору
напрямки передачі мікросхем D5, D6. Трехстабільние двонаправлені буфера
(елементи D5, D6) призначені для буферизації шини даних комп'ютера.
Мікросхема D7 служить для передачі керуючих сигналів читання і запису і молодших
4 біт адреси, які призначаються для подальшої дешифрування при підключенні
додаткових пристроїв.
Принцип роботи схеми.
Тригер взводу і він формує на шині ISA сигнал переривання IRQ (Interrupt
Request - запит переривань), сигнал повинен утримуватися до початку обробки
процесором запитаного переривання, як тільки цей сигнал надходить на
шину-процесор розпізнає його, і надає адресу.
На дешифратор адреси відбувається розпізнавання адреси. Якщо розпізнається адреса
381h разом з сигналом IOR (він же R), тобто на логічний елемент "І" прийдуть дві
сигналу високого рівня, відповідно на його виході так-же буде сигнал
високого рівня який задіює регістр (RG) сигналом CS.
Після чого сигнал з АЦП надійде до реєстру, там він зберігається, а потім потрапляє
в двонаправлений шинний формувач, який буде працювати праворуч - ліворуч і
дані йдуть в шину.
Після розпізнання адреси, тригер автоматично повинен вимкнутися, і сигнал
IRQ припиниться. Для цього на тригер, на вихід R, подати сигнал (якщо на вхід R
подати сигнал - на виході 0, якщо на вхід S подати сигнал то на виході 1). Після
цього піде передача блоку даних.
Припустимо розпізнається адреса 380h, якщо в цей момент поступає сигнал IOW (він же
W), тоді вибереться другу регістр. Сигнал буде передаватися із шини ISA через
двонаправлений шинний формувач, через регістр на ЦАП.
Побудова селектора адреси.
Однією з функцій виконуваних пристроєм сполучення (УС), є
селектірованіе або дешифрування адреси. Цю функцію виконує вузол, званий
селектором адреси, який повинен виробити сигнали, відповідні
виставляння на шині адреси магістралі коду адреси, що належить даному УС,
або одного із зони адрес даного УС. Узагальнена схема селектора адреси для УС
, Що працює як пристрій вводу-виводу наведена нижче:
Тут шина А-шина адреси магістралі, шина AS-внутрішня шина УС, на якій
присутній код, порівнюваний з адресою магістралі (може бути відсутнім), ADR
-вихідні сигнали селектора адреси, що формуються при зверненні з магістралі до
даного УС.
Зовсім не обов'язково дешифрувати всі лінії адресної шини магістралі. Часто для
спрощення схеми УС зручно частина цих ліній відкинути, не заводити на селектор
адреси. При цьому важливо, щоб адреси проектованого УС не перекривалися з
адресами, зайнятими іншими пристроями комп'ютера. Найбільш часто відкидають
молодші розряди адреси. За стандартом ISA, пристрої введення-виведення адресуються 16
розрядами адресної шини А0 .. А15, але більшість плат розширення працюють тільки
з А0 .. А9, тому зазвичай немає сенсу обробляти розряди А10 .. А15.
Крім сигналів наведених вище, на малюнку, на селектор адреси часто подають
сигнал AEN, який при цьому використовується для заборони вироблення вихідних
сигналів. Тобто якщо по магістралі йде прямий доступ до пам'яті, то пристрій
введення - виведення має бути обов'язково відключено від магістралі і не повинно
реагувати на виставляються на шині адреси коди.
