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タグ:パソコン計測USBマイコン基板

概要

 CQ出版社の『パソコン計測USBマイコン基板』を動かしてみる記事。第2回は、参考書第10章の内容に従いノイズ性能確認を行った。


背景と目的

 前回、『パソコン計測USBマイコン基板』(以下、参考書とよぶ)に従い付属基板をPCに接続して動かすためのドライバと付属ソフトウェアのインストールをし、動作を確認できた。今回は、高分解能を謳うA/Dコンバータがどの程度微小信号を測定できるか、すなわち十分低ノイズなのかについて調べてみる。


詳細
1.流れの確認

 今回やる内容の流れは、参考書の第10章に相当する内容で、
①ノイズ指標の確認
②ノイズの測定方法
③測定と結果確認
である。それぞれの手順は、参考書に書いてあるのでそれに従う。

2.結果
2.1 ノイズ指標の確認

 参考書には、ノイズ性能の指標として、
・RMSノイズビット数(有効ビット数、Effective Number of Bits)
・ピークツーピークノイズビット数
が挙げられており、これらはA/Dコンバータのノイズ性能指標の代表的なものとのことである。というわけで、この指標に従い、実測値がどうなるのか調べることにする。
 RMSノイズビットは、

 RMSノイズ電圧=ノイズをランダムノイズと仮定した場合の振幅ヒストグラムの標準偏差σ

として電圧を求め、それをフルスケール電圧に対する比でビット数に変換すれば求まる。
 また、ピークツーピークはRMSノイズの6倍である。これは、ピークツーピークは本来振幅ヒストグラムの幅のはずであるが、ヒストグラムがガウス分布だとすると理論上幅は無限であり、埒があかないので便宜上±3σ、すなわち全振幅値の99.7%が出現する範囲として計算するということであろう。

2.2 ノイズ測定方法

 参考書には、ノイズを測定する際には、外部からのノイズによって回路本来の実力が阻害される可能性があるのでシールドを施すこととの注意書きがある。方法としては、アルミケースなどに入れるとのことだが、手元にないので変わりにアルミホイルを使って簡易的にシールドをした。もちろん、アルミホイルは回路のAGNDに落とす。
図2.1はアルミホイルと基板との絶縁用ビニル袋を準備した様子である。図2.2がアルミホイルで包んだ様子である。電子回路実験というよりホイル焼きのように見える。

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図2.1 シールドするための準備

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図2.2 ホイルでシールドした様子

2.3 ノイズ測定結果

 ノイズは、付属のソフトウェアで測定した。条件は、基本的に参考書のとおりだが、
・更新レート16.7Hz
・測定回数500回
・ゲイン1,16,128
とした。
 結果は、表2にまとめた。これよりほぼ仕様どおりの値が得られたことになる。24ビットA/Dコンバータだが、当然24ビットまるまる使えるわけではなく、最高20ビット程度までが実力ということである。それでも非常に高分解能で測定できるのは間違いないので、早くなにかをつないで測定してみたい。

表2 ノイズ測定結果
ゲイン unit
1 16 128
RMSノイズ 実測値 2.145 0.265 0.088 uV
仕様値 1.96 0.25 0.088 uV
RMSノイズビット数 実測値 20.06 19.08 17.67 bit
仕様値 20 19 17.5 bit



まとめと今後の課題

 CQ出版社の『パソコン計測USBマイコン基板』のノイズ性能を実測確認し、ほぼ仕様どおりの値を得ることができた。今後は、何かをつないで測定してみたい。

概要

 CQ出版社の『パソコン計測USBマイコン基板』を動かしてみる記事。初回として、USBドライバと付属ソフトウェアのインストールおよび動作確認を行った。


背景と目的

 私の手元にはCQ出版社の『パソコン計測USBマイコン基板』という本(以下、参考書とよぶ)がある。この本には、USBマイコンPIC18F14K50と24ビットA/Dコンバータの載った基板と、専用ソフトウェアが付属しておりPCで手軽に計測ができることを謳った本である。しかし、なぜかずいぶん前に買ってから全く読んでいなかった。そこで、いい加減この本に手をつけパソコンによる計測をしてみたいと思う。今回は、手始めにドライバと付属ソフトウェアのインストールをしてみる。


詳細
1.流れの確認

 今回やる内容の流れは、参考書(図1参照)の第2章に相当する内容で、
①ドライバのインストール
②付属ソフトウェアのインストール
③動作確認
である。それぞれの手順は、参考書に書いてあるのでそれに従う。
 なお、第1章には付属基板に未実装の部品の実装について書かれているが、今回は動作確認だけなので飛ばしている。あとで必要に応じて実施する。

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図1 参考書

2.実作業
2.1 ドライバのインストール

 手順は、参考書に書いてあるとおり、付属CDからusbadc.infというファイルをローカルにコピーし、付属基板をUSBでPCに接続すると、ドライバのインストールが始まった。図2.1のとおり、正しくドライバをインストールすることが出来た。
 また、付属基板はUSBといいつつ仮想シリアルで接続されるのでデバイスマネージャでシリアルポートの番号を確認した。私の環境ではCOM14となった。

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図2.1 ドライバのインストール完了

2.2 付属ソフトウェアのインストール

 次に、付属ソフトウェアUSB - ADC General Consoleのインストールを行った。インストールといっても、CDにあるフォルダごとローカルにコピーして完了である。また、参考書には、.NET Framework 3.5のインストール方法が書いてあるが私の環境では不要なので飛ばした。

2.3 動作確認

 動作確認として、付属ソフトを立ち上げ、左上の接続ボタンを押してみたところ、図2.31のとおりソフト上の各GUIに数値等が表示され、正しく動作していることが確認できた。
この付属ソフトには3つの設定タブがあり、それぞれ
標準設定・・・チャンネル、変換レート、プログラマブルゲインアンプのゲインの設定
詳細設定・・・A/Dコンバータが持つ各機能の設定
多チャンネルロガー・・・最大3チャンネルまで可能なデータロガー
を示している。これらのタブでいろいろ条件を変えて計測を行うことが出来るようだ。

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図2.31 付属ソフトを立ち上げた直後


まとめと今後の課題

 CQ出版社の『パソコン計測USBマイコン基板』を動かしてみた結果、無事ドライバインストールと付属ソフトの動作確認が出来た。次回は、参考書の内容にしたがって何かためしに測定してみたい。

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