TSC7109 Spectrum Rok 1985

 TSC7109 Spectrum Rok 1985
 Wtyk nalezy wcisnac na zlacze krawedziowe wylaczonego komputerka ZX Spectrum. Do złacza na pudełku nalezy dolaczyc wtyk z sensorem PT100.
Nalezy wpisac podany tekst programiku lub wczytac go z taśmy. Mozliwe jest tez uzycie z poziomu Hisoft Pascal. Po uruchomieniu nalezy podac zadane parametry i opcje lub najlepiej zaakceptowac domyslne. Na ekranie pojawi się  siatka wykresu i bedzie ciagle rysowany wykres Temperatury.
Zamiast sensora PT100 mozna dolaczyc stabilny rezystor i wówczas odczyt winien być absolutnie staly calymi dniami. Mozna tez dolaczyc potencjometr i rysowany jest kat obrotu potencjometru. Po zmianie lutowanego połączenia na PCB mierzone jest napięcie wejściowe. Prad polaryzacji wejścia jest bardzo mały i potencjalnie jest mozliwy nawet pomiar z sensora PH z kompensacją temperaturową.
Uzyto podwojnie całkujacego przetwornika z autozerowaniem TSC7109 = ICL7109. Tłumienie zaklocen sieciowych jest bardzo duże (wybrano odpowiednia czestotliwosc taktowania)  i zaklocenia zbierane przez niekranowane, luzne ( czyli z petlami zbierajacymi zaklocenia pola magnetycznego ) przewody nie sa widoczne.  Wejscie jest zabezpieczone.
Plytki uniwersalnej nie nalezy wyciagac z obudowy bowiem pod spodem plytki sa elementy i przy powtornym wcisnieciu plytki mozna uszkodzic uklad. Uklady CMOS sa tez wrazliwe na elektrycznosc statyczna czlowieka.   

Po wlozeniu sensora temperatury PT100 do ceramicznego czajnika elektrycznego celem regulacji temperatury na zadanym poziomie nalezy czajnik wlaczac gdy jest napis ON i wylaczyc gdy jest OFF. Przy bardzo dobrym refleksie operatora temperatura jest trzymana z duza dokladnoscia. Algorytm regulacji PID jest antynasyceniowy (nieznany w literaturze antywindup rozwiazania autora ) i nie ma przeregulowania po wlaczeniu lub znacznej zmianie temperatury zadanej. Regulacja jest szybka. Mozna ja pogorszyc dynamicznie wybierajac nieoptymalne parametry regulatora PID. Użyta jest tylko co 8N probka wejsciowa.

Jest to uproszczona wersja układu z 8 wejsciami analogowymi z mulitplexerami CMOS 4051 i dodatkowym portem rownoleglym PIO 82C55 wymagajaca juz uzycia Hisoft Pascal.


Komentarz współczesny
1.Intersil 3 1/2 cyfrowy układ przetwornika A/D z podwójnym całkowaniem do cyfrowego multimetru z interfejsem do wyświetlacza LCD wypuścił w 1978 roku. Wykonany był w awangardowej liniowo - cyfrowej technologii CMOS. Układ dla wyświetlacza LED oznaczono jako ICL7107. Intersil opublikował tez aplikacje do układów. Wielozakresowy woltomierz i amperomierz prądu stałego z omomierzem nie wymagały innego układu niż sam ICL. Aktywny prostownik dla uzyskania pomiaru napięć i prądów zmiennych wymagał użycia wzmacniacza operacyjnego. Pobór prądu jest mały i bateria 6F25 w mierniku starczała na długo.
Na początku lat siedemdziesiątych pojawiły się pierwsze układy kalkulatorowe w technologii PMOS co spowodowało przez 5 lat gwałtowny spadek cen kalkulatorów. Producenci porzucili produkcje układów kalkulatorowych i maski wraz ze wszelkimi informacjami, także  technologicznymi, można było kupić za grosze jak zrobiono to dla naszego Cemi. Technologia PMPS jest najprostszą technologią mikroelektroniczną
Do czasu ukazania się układów ICL woltomierz cyfrowy ( a co dopiero multimetr ) był drogim miernikiem laboratoryjnym. Rewolucja cen z multimetrami była tak sama jak z kalkulatorami !
Elementami ochronnymi układu ICL w multimetrze były złącza BE tranzystorów jako mało upływne diody Zenera. Ochrona układu w konfiguracji omomierza wymaga użycia pozystora. W konfiguracji amperomierza ochronę dzielnika stanowiły dwie plastikowe diody 3A i bezpiecznik topikowy. Szybko dodano funkcje pomiaru wzmocnienia tranzystorów NPN i PNP oraz napięcia na przewodzącej diodzie a trochę później użyteczny piszczek sygnalizujący małą rezystancje w obwodzie. Z prostym przetwornikiem F/V możliwy jest orientacyjny pomiar częstotliwości. ICL ma bardzo mały prąd polaryzacji wejścia i dobrze pracuje z sondą PH.
Później dodano w multimetrach pomiar temperatury tanią, produkowaną masowo Termoparą w komplecie.    
Precyzyjne dzielniki rezystorowe do miernika 3 1/2 cyfry miały jeszcze znośną cenę tym bardziej że podjęto ich produkcje masową. Natomiast 4 1/2 cyfrowe układy mierników Intersil nie zdobyły dużej popularności właśnie z powodu zaporowej - prohibicyjnej ceny dzielników. Pewnie gdyby zaczęły zdobywać popularność dopracowano by technologie taniej masowej produkcji dzielników ale tak się nie stało.
Przy wyborze odpowiedniej częstotliwości taktowania czyli czasu całkowania sygnału mierzonego bardzo duże jest tłumienie wszędobylskich zakłóceń sieciowych 50/60 Hz co jest ogromną zaletą. Układ połowicznie filtruje też zakłócenia z mostków tensometrycznych, które mają szerokie pasmo i w ich sygnale obecne są wszelkie zakłócające drgania.
Kopie układów ICL7106 produkowano też z dużym opóźnieniem w krajach RWPG a w tym w schyłkowym PRL. Układy te są sprzedawane i stosowane jeszcze obecnie !
TSC to Teledyne Semiconductor. Układy te miały stosunkowo małe szumy wejściowe.

2.Wzmacniacze operacyjne w liniowej ( to znaczy mieszanej ) technologi CMOS miały za duże napięcie niezrównoważenia i szumy 1/f dlatego w układach ICL zastosowano autozerowanie. Jest ono niestety  powodem bardzo długiego wychodzenia ICL z nasycenia po przesterowaniu. Intersil w nowszych układach odrobinę rozbudował układ i tolerują one przesterowanie i nie wchodzą w nasycenie.

3.Układ ICL7109 ma taki sam wygodny aplikacyjnie podsystem analogowy jak układy miernikowe ale interfejs ma do szyny mikroprocesora i jest dwukrotnie dokładniejszy. Może też bezpośrednio pracować z układem UART stanowiąc przetwornik A/D z szeregowym łączem cyfrowym. Maksymalna szybkość pracy wynosi 30 spsec i w zastosowaniach przemysłowych jest zupełnie wystarczająca.
Układ ICL7109 ma więc przykre nasycenie po przesterowaniu  i w rozwiązaniu wielokanałowym z wejściowym multiplekserem przesterowanie jednego kanału totalnie zakłóca także pozostałe kanały . Toteż autor obmyślił usunięcie tej wady w nieskomplikowany sposób.     
Tak samo jak układy do multimetrów układ ICL7109 jest niesamowicie długożywotny i przez producentów oferowany nawet teraz:
https://www.digikey.com/product-detail/en/maxim-integrated/ICL7109CPL/ICL7109CPL-ND/1089554

4.Analog Devices i Burr Brown oferowały bardzo drogie karty do mikrokomputerów z próbkującymi przetwornikami A/D rozdzielczości 8,10 i 12 bitów. Ich mankamentem była delikatność wejść i  brak tłumienia zakłóceń wejściowych i wynikają z tego niewielka ich praktyczna użyteczność.    

5.Przy pomiarze oporności układy ICL pracują w stabilnej konfiguracji ratiometrycznej. Po umieszczeniu sensora temperatury PT100 w pudełku z dzianiną lub w pojemniku z wodą odgrywające role filtru zmiennej temperatury powietrza pokazywane są tylko powolne zmiany temperatury i przez okresy czasu pomiar jest ten sam.
Osoba znająca praktyczne zachowanie systemu wejść analogowych krajowego systemu automatyzacji komputerowej  INTELGIGIT-PI z niedowierzaniem obserwowała dokładność systemu podejrzewając jakieś oszustwo dokonane programem ( niczym silniki Diesla Volkswagena i innych niemieckich producentów )  toteż okazano jej programik.   

6.Przetwornik ICL ma zakres / rozdzielczość +-12 bitów. Toteż przy odpowiednim rzutowaniu zakresu sygnału wejściowego uzyskuje się rozdzielczość 13 bitów (ale bez znaku) a to jest już naprawdę dużo.   

7.W pełnym i uproszczonym systemie nie ma przetwornika D/A dlatego że normą było i jest stosowanie jako aktuatorów serwomechanizmów krokowych. W przypadku quasi ciągłej elektrycznej regulacji temperatury triak mocy jest bezzakłóceniowo grupowo czyli niby ciągle operowany układem MOC3042 z bardzo dobrym efektem.
Jednak do celów pokazowo - dydaktycznych wyjście ciągle z przetwornika D/A jest konieczne bowiem jest oczywiste i przemawia do wyobraźni. Dopiero po zabawie z wyjściem ciągłym można przejść na jego imitacje. Okazanie od razu  imitacji po prostu ogłupia i prowadzi na manowce.

8.I/O portu równoległego PIO 82C55 skutecznie ochroniono rezystorami i diodą Zenera.

9.Komputerek ZX Spectrum pamięć masową miał niestety na taśmie magnetofonowej. Gdyby choć miał dyskietkę to byłby bez porównania lepszy.
Basic był strasznie powolny. Już samo załadowanie z taśmy Pascala Hisoft lub Forth trwało...  

10. System mógł być użyty jako wielokanałowy regulator PI/PID lub równolegle jako sterownik PLC. Mógł służyć do  automatyzacji każdego laboratorium i eksperymentów. I Tak Dalej.