USB-реєстратор напруги з функціями осцилографа, аналізатора спектра та вимірювача АЧХ. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

Коментарі до статті

Апаратна частина цього реєстратора – АЦП, оснащений швидкісним каналом зв'язку з комп'ютером по шині USB, реалізованим за допомогою програмованої логічної мікросхеми (ПЛІС). А розроблена автором комп'ютерна програма дозволяє не лише записати оцифрований сигнал у файл, а й відобразити його осцилограму, спектр і навіть виміряти амплітудно-частотну характеристику (АЧХ) фільтра або іншого лінійного пристрою, на вхід якого подано випробувальний сигнал від вбудованого генератора в реєстратор.

У реєстраторі, що розглядається, відліки досліджуваного сигналу, які АЦП бере з частотою 960 кГц, надходять на вхід ПЛІС, що виконує перетворення паралельного коду АЦП в послідовний. У кожну групу з п'яти переданих далі в перетворювач UART-USB восьмирозрядних байтів ПЛІС поміщає чотири десятирозрядні коди АЦП. Далі інформація передається uSb в комп'ютер для обробки та зберігання. Протокол зв'язку з комп'ютером та інші функції у реєстраторі реалізовані за допомогою мікроконтролера. Програмуються ПЛІС та мікроконтролер через той же перетворювач UART-USB, що використовується для передачі інформації.

Для роботи з реєстратором розроблена в середовищі LabVIEW програма, що реалізує прийом інформації, її відображення та зберігання. Крім того, в ній реалізований алгоритм зняття АЧХ, підключеного до реєстратора зовнішнього ланцюга на частотах від 0,1 Гц до 480 кГц. Відмінна риса цього алгоритму - з метою оцінки амплітудно-частотної характеристики досліджуваної ланцюга використовуються гармоніки частоти повторення прямокутних імпульсів, генерованих микроконтроллером реєстратора.

Поставлене завдання розробити пристрій для безперервної передачі в комп'ютер в реальному масштабі часу відліків миттєвого значення напруги в інтервалі від 15 до +15 В з частотою дискретизації 960 кГц і роздільною здатністю десять двійкових розрядів, в принципі, могла бути вирішена без ПЛІС за допомогою АЦП і мікроконтролера вбудований порт USB, що працює в режимі віртуального COM-порту. Однак швидкість передачі при цьому вийшла б недостатньо високою. При використанні спільно з АЦП та мікроконтролером мікросхеми перетворювача інтерфейсу UART-USB FT2232H, що забезпечує передачу інформації зі швидкістю 12 Мбіт/с, виникає проблема пошуку мікроконтролера, UART якого здатний працювати з такою швидкістю. У результаті було обрано спосіб, який відрізняється від попереднього використанням ПЛІС, яка читає інформацію, що формується АЦП в паралельному коді, і перетворює її на послідовний формат, властивий UART.

У пристрої використано десятирозрядний АЦП ADC10030 з паралельним виходом і максимальною частотою дискретизації 30 МГц. Результати його роботи приймає та обробляє ПЛІС EPM3064ALC44-10N, що містить 64 програмовані логічні макроосередки та 44 лінії введення-виведення.

Кожен відлік вхідного сигналу, що формується АЦП, є десятирозрядним двійковим кодом, а перетворювач UART-USB FT2232H приймає інформацію восьмирозрядними байтами. З цієї причини в ПЛІС реалізовано пристрій, що упаковує кожні чотири відліки п'ять байтів. Далі воно забезпечує кожен байт стартовим і стоповим розрядами і передає їх послідовним кодом зі швидкістю 12 МБод в мікросхему FT2232H для передачі в комп'ютер за інтерфейсом USB.

Схему реєстратора зображено на рис. 1. Він живиться постійною напругою 7...9 В, що надходить з роз'єму XP3 на інтегральний стабілізатор DA6 7805, а з нього при знімній перемичці S4 в положенні 1-2 - на стабілізатор напруги 3,3 LM1117-3.3 (DA7). Для зручності роботи з приладом під час налагодження передбачена можливість живити його від USB-порту. Для цього перемичку S4 слід переставити в положення 2-3. Однак при штатній роботі таке живлення неприйнятне, оскільки напруга, що знімається з порту USB, часто помітно відрізняється від 5, що призводить до зміни масштабу перетворення досліджуваного сигналу в АЦП.

Рис. 1. Схема реєстратора (натисніть , щоб збільшити)

Генератор тактової частоти 24 МГц для АЦП та ПЛІС побудований на елементах мікросхеми DD2 74HC04D та стабілізований кварцовим резонатором ZQ2.

Для реалізації протоколу зв'язку з комп'ютером формування дискретних сигналів і генерування прямокутних імпульсів в реєстратор введений мікроконтролер DD1 ATMega8A, що працює з тактовою частотою 16 МГц, заданої кварцовим резонатором ZQ1. Обмін інформацією між комп'ютером та мікроконтролером відбувається також за допомогою мікросхеми FT2232H (DD4), але по іншому каналу. Для зв'язку з ПЛІС і з мікроконтролером в операційній системі працюючого з реєстратором комп'ютера повинні бути організовані два віртуальні COM-порти.

Досліджуваний сигнал подають через роз'єм XP1 на вхід щаблі на ОУ DA2 AD825ARZ, яка є ослабителем, що інвертує, сигналу в 15 разів. Нульовий рівень на виході ОУ DA2 можна зміщувати за допомогою підстроювального резистора R1. Таким чином, виконується приведення досліджуваного сигналу до допустимого інтервалу зміни вхідної напруги АЦП.

ОУ DA2 живиться напругою +/-15, яке формує з +5 В перетворювач постійної однополярної напруги в двополярне AM1D-0515DH30Z (U1). Резистори R19 і R20 - мінімальне навантаження перетворювача, необхідне його правильної роботи. Переставивши знімні перемички S1 і S2 з положення 2-3 в положення 1 -2, можна перейти на живлення мікросхеми DA2 зовнішньою напругою +/- 15, поданим на роз'єм XP4. За бажання можна живити від перетворювача U1 зовнішні пристрої зі споживаним струмом не більше 35 мА.

Зразкова напруга для АЦП DA5 формують ОУ DA3.1 і DA3.2 за схемою, рекомендованою в описі АЦП. Паралельний код із виходів АЦП надходить на ПЛІС DD3, де виконується його перетворення на послідовний код UART. Далі він надходить на мікросхему DD4 FT2232H.

Роз'єм XP2 призначений для управління зовнішніми пристроями сигналами логічного рівня 3,3 по восьми каналах, крім того, на цей роз'єм виведені постійна напруга 3,3 і загальний провід для можливості живлення зовнішніх пристроїв. Роз'єми XP5 і XP6 призначені для програмування пристроїв з напругою живлення 3,3 В.

На роз'єм XP7 виведено напруги 3,3 В, 5 В та загальний провід для живлення зовнішніх пристроїв, імпульсний сигнал частотою 24 МГц (тактова частота АЦП та ПЛІС). Контакт 4 цього роз'єму з'єднаний з не використовується в версії приладу, що описується, виводом 14 ПЛІС DD3.

До роз'єму XP8 підключають світлодіоди, що сигналізують про режим роботи перетворювача:

HL1 – наявність напруги живлення;

HL2 - передача інформації з мікроконтролера до комп'ютера;

HL3 - передача інформації з комп'ютера мікроконтролер;

HL4 - передача інформації з ПЛІС до комп'ютера;

HL5 - передача інформації з комп'ютера до ПЛІС;

HL6 – включений генератор прямокутних імпульсів;

HL7 - передача інформації з ПЛІС дозволена мікроконтролером;

HL8 - ПЛІС передає інформацію.

Креслення провідників друкованої плати показано на рис. 2 (сторона 1) та рис. 3 (сторона 2). Розташування елементів цих сторонах плати - відповідно на рис. 4 та рис. 5. На платі передбачені місця для не показаних на схемі елементів, з яких можна зібрати П-подібний вхідний атенюатор або фільтр між роз'ємом XP1 та резистором R4 та Г-подібний фільтр між виходом ОУ DA2 та входом АЦП DA5. Для проходження сигналу без атенюатора і фільтра замість їх послідовних елементів встановлені перемички для поверхневого монтажу. Ще дві перемички замінюють резистори, що включаються послідовно з резисторами R5 і R8 при необхідності точної добірки зразкової напруги АЦП.

Рис. 2. Креслення провідників друкованої плати

Рис. 3. Креслення провідників друкованої плати

Рис. 4. Розташування елементів

Рис. 5. Розташування елементів

Для ПЛІС DD3 у корпусі PLCC-44 на платі має бути встановлена ​​панель. Інтегральний стабілізатор DA6 закріплений на ребристому тепловідводі розмірами 22×20×15 мм.

Реєстратор зібраний у корпусі Gainta G715, його зовнішній вигляд показано на рис. 6. На передній панелі закріплені світлодіоди та створені отвори для роз'ємів XP1, XP2, XP4, XP7. З боку задньої панелі є доступ до блоку вимикачів SA1, роз'ємів XS1, XP5, XP6.

Рис. 6. Зовнішній вигляд реєстратора

Структура пристрою, реалізованого в ПлІс, описана мовою VDHL. Трансляція та налагодження проводились у середовищі розробки Quartus 11 Version 10.1.

Вхідні сигнали:

clk – синхросигнал;

P - масив сигналів, що надходять від мікроконтролера;

ADC_data - масив сигналів, які від АЦП;

rx - сигнал, що надходить від FT2232H. Вихідні сигнали:

P1 – сигнал, призначений для мікроконтролера;

tx – сигнал, призначений для FT2232H;

PHL - сигнал, що керує світлодіодом HL8;

PPD – сигнал вимикання живлення АЦП;

POE – сигнал включення виходів АЦП;

POUT – сигнал, що видається на роз'єм XP7.

Змінні:

count – лічильник числа переданих байтів;

start_bit – ознака початку передачі байта;

stop_bit – ознака завершення передачі даних;

ADC_data_buf – буфер зберігання інформації від АЦП;

rx_bit – ознака початку прийому інформації.

Після переходу синхросигналу з низького на високий рівень відбувається перевірка прийому стартового розряду (табл. 1). Потім, якщо йде передача, вміст лічильника переданих байтів збільшується на одиницю (табл. 2). При досягненні вмістом лічильника значення 100 відбувається згідно з табл. 3, його обнулення та виконується перевірка наявності команди завершення передачі (P(6)=0).

Таблиця 1

Таблиця 2

Таблиця 3

Після переходу синхросигналу з високого на низький рівень перед початком передачі виконується буферизація інформації від АЦП (табл. 4), щоб не допустити її зміни під час передачі.

Таблиця 4

Інші дії полягають у перевірці дозволу чи заборони передачі від мікроконтролера. У дозволеному стані включається світлодіод HL8 і знімається ознака завершення передачі, якщо було прийнято байт запиту (табл. 5). Передача стартового та стопового розрядів проводиться згідно з табл. 6, а інформації з буфера АЦП – табл. 7 (кожен розряд передається за два такти count).

Таблиця 5

Таблиця 6

Таблиця 7

Програма для мікроконтролера написана мовою C серед розробки ImageCraft. Після включення живлення пристрою вона ініціалізує периферію мікроконтролера, потім входить до основного циклу, причому UART мікроконтролера знаходиться в режимі очікування прийому.

Після прийому байта запускається обробник переривання (табл. 8). Цей байт записується масив rx_arr за індексом rx_count (якщо було прийнято перший байт пакета, то rx_count=0), після чого rx_count збільшується на одиницю. Далі слід перезапуск таймера 0, закінчення витримки якого є ознакою кінця пакета.

Таблиця 8

Якщо протягом заданого часу не прийнято черговий байт, відбувається переривання за запитом таймера 0. В обробнику цього переривання (табл. 9) виконуються зупинка таймера і встановлення прапора закінчення прийому f_rx.

Таблиця 9

Коли інформаційний пакет прийнятий (f_rx= 1), в основному циклі починаються його розбір, виконання команд, що містяться в ньому, і формування відповідей. Спочатку перевіряються заголовок та закінчення пакета, потім код команди. Після успішної перевірки починається виконання команди, що міститься у пакеті. При виявленні помилки формується негативна квитанція.

У програмі реалізовані такі команди:

- "Тест" - служить для перевірки зв'язку;

- "Встановити стан IO" - встановлює на висновках мікроконтролера, з'єднаних з роз'ємом XP2, задані логічні рівні. Контакт 2 роз'єму (ланцюг IO1) відповідає молодшому розряду байта даних команди, а контакт 9 (ланцюг IO8) - старшому;

- "Встановити стани IO, пов'язані з ПЛІС" - встановлює на виходах мікроконтролера PD4-PD7, PB1, PC2, PC3, пов'язаних з ПЛІС, задані логічні рівні. Виходи перераховані у порядку прямування відповідних їм розрядів байта даних команди від першого до сьомого. Значення молодшого (нульового) розряду байта може бути довільним, оскільки стан виводу PD3 недоступний для зміни цієї команди. Він використаний прийому запиту переривання від ПЛИС;

- "Запустити генератор прямокутних імпульсів (з періодом, кратним 2 с)" - виконує запуск зазначеного генератора прямокутних імпульсів (шпаруватість всіх формуються реєстратором імпульсів дорівнює двом). Байт даних команди повинен містити значення періоду проходження імпульсів, яке з кроком 2 с може перебувати в інтервалі 2-254 с. Імпульси формуються на виведенні мікроконтролера PB3 шляхом програмного перемикання його стану в обробнику переривання від таймера 1. Вони виведені на контакт роз'єму 5 XP2;

- "Запустити генератор прямокутних імпульсів (з періодом, кратним 2 с) по запуску АЦП" - відрізняється від попередньої команди тим, що генератор запускає синхронно з початком передачі інформації з ПЛІС в комп'ютер;

- "Запустити генератор прямокутних імпульсів" – запускає генератор прямокутних імпульсів частотою від 30 Гц до 8 МГц. Чотири байти даних повинні містити значення частоти в герцах. Вимикають генератор, задаючи нульове значення частоти. Так як період повторення імпульсів, що генеруються, завжди кратний тривалості машинного такту мікроконтролера, фактична частота їх повторення може відрізнятися від заданої. Точне її значення (з дискретністю 1 Гц) міститься у відповіді команду. Імпульси виведені на контакт 5 роз'єм XP2, з'єднаний з виходом PB3 мікроконтролера.

Для початку передачі інформації з ПЛІС необхідно дозволити її, встановивши на вході 16 ПЛІС високий логічний рівень, а потім передати через СОМ-порт ПЛІС один байт. Дозвіл введений для зручності припинення передачі установкою на вході 16 ПЛІС логічного нуля. Так як передачу дозволяє мікроконтролер, для синхронізації початку передачі з ПЛІС з початком прийому інформації комп'ютером останній повинен надіслати мікроконтролеру довільний байт запиту. Мікроконтролер обмінюється інформацією з комп'ютером зі швидкістю 1 МБод при восьмирозрядних посилках без контролю парності та одному стоповому розряді. Для обміну інформацією USB через мікросхему FT2232H реєстратора в операційній системі комп'ютера необхідно встановити драйвери, які можна знайти на інтернет-сторінці [1].

Завантаження програм у ПЛІС та мікроконтролер.

Програмування ПЛІС виконується за методикою, описаною в [2]. Перед його початком необхідно встановити DIP-вимикачі SA1 -

SA3 положення, показані на рис. 7,а. Мікроконтролер програмувався за допомогою програми AVRDude та графічної оболонки SinaProg, завантажених за посиланнями на інтернет-сторінці [3]. Для роботи SinaProg потрібна наявність у комп'ютері бібліотеки часу виконання LabView RunTime Library [4].

Рис. 7. Програмування ПЛІС

У файлі avrdude.conf необхідно перепризначити висновки програматора 2ftbb, доповнивши текст файлу розділом, показаним у таблиці. 10.

Таблиця 10

У додатку до статті є програми AVRDude та SinaProg, у яких вже встановлені всі необхідні параметри.

Приступаючи до програмування мікроконтролера, слід встановити вимикачі SA1-SA3 реєстратора положення, показані на рис. 7,б, після чого з'єднати роз'єм XS1 реєстратора з USB-портом комп'ютера та запустити програму SinaProg. У полі "Programmer" її вікна слід встановити параметри 2ftbb, FTDI, 9600. Потім по черзі натиснути на екранні кнопки "<" та "Search", після чого у вікні повідомлень повинен з'явитися текст, аналогічний показаному в таблиці. 11 . За допомогою меню, що викликається натисканням на екранну кнопку "Advanced" поля "Fuses", встановити конфігурацію мікроконтролера: high - 0xC9, low - 0xFF. У полі "Hex file" вказати ім'я HEX-файлу з кодами програми мікроконтролера та натиснути на екранну кнопку Program у полі Flash. У разі успішного завершення програмування в полі повідомлень повинен з'явитися текст, що закінчується рядками, наведеними в табл. 12.

Таблиця 11

Таблиця 12

У разі використання реєстратора для програмування пристроїв, підключених до гнізда XP6 або XP7, вимикачі SA1-SA3 повинні бути встановлені на положення, показані на рис. 7, ст. Положення вимикачів за нормальної роботи реєстратора - на рис. 7,г.

Комп'ютерна програма USB-960

була розроблена в середовищі LabVIEW 2011. Якщо це середовище на комп'ютері відсутнє, потрібно буде інсталювати пакети [5] і [6]. Програма містить одинадцять віртуальних підприладів (ВП):

- ACPPLISUC_IOUC встановлює стан портів виведення мікроконтролера, виведених на зовнішній роз'єм;

- ACPPLISUC_FREQ запускає генератор з наступним вимірюванням частоти, що генерується;

- ACPPLISUC_TEST перевіряє зв'язок із мікроконтролером;

- ACPPLISUC_AFR_H вимірює АЧХ зовнішнього ланцюга при п'яти значеннях частоти (не нижче 30,5 Гц);

- ACPPLISUC_AFR_L вимірює АЧХ зовнішнього ланцюга на частоті від часток до десятків герц;

- ACPPLISUC_GEN2S запускає генератор прямокутних імпульсів з періодом прямування, кратним 2 с;

- ACPPLISUC_UNPACKDATA перетворює інформацію, отриману з реєстратора в масив значень кодів АЦП;

- ACPPLISUC_ADCDATA читає інформацію, яка приймається з реєстратора протягом заданого часу;

- ACPPLISUC_IOPLIS встановлює стан портів виведення мікроконтролера, пов'язаних з ПЛІС;

- ACPPLISUC_GEN запускає генератор прямокутних імпульсів із частотою прямування 30,5 Гц і вище;

- ACPPLISUC_GEN2Ss запускає генератор прямокутних імпульсів із періодом, кратним двом секундам, синхронно із запуском читання інформації від реєстратора;

- ACPPLISUC_COM виконує прийом та передачу інформації через віртуальний СОМ-порт, пов'язаний із мікроконтролером.

Основна програма працює в нескінченному циклі while, всередині якого знаходиться структура case, її сторінка визначається вибором вкладки в головному вікні програми.

Вкладка "Запис сигналів" показано на рис. 8. При натисканні на кнопку "ПУСК" починається прийом відліків сигналу, що досліджується, протягом часу, заданого в полі "Час вимірювання, с". Для цього дозволяється передача інформації з ПЛІС - у ВП ACPPLI-SUC_IOPLIS записується значення 128. Власне читання виконується за допомогою ВП ACPPLISUC_ADCDATA, як параметр якого задається час вимірювання. Цей ВП запитує інформацію про передачу нульового байта і читає її протягом заданого часу. Після закінчення передача забороняється записом нульового значення у ВП ACPPLISUCJOPLIS.

Рис. 8. Вкладка "Запис сигналів"

Якщо попередньо натиснуто екранну кнопку "Запис у файл", то досліджуваний сигнал зберігається в двійковому файлі, ім'я якого вказано в полі "Файл для збереження сигналу". За промовчанням збереження здійснюється в кореневу папку диска С, через що операційна система комп'ютера може зажадати запуск програми з правами адміністратора.

Запуск генератора прямокутних імпульсів здійснюється в полях "Запуск генератора" та "Запуск генератора з періодом, кратним 2 секунд".

Після прийому осцилограма отриманого сигналу відображається в полі "Сигнал", а в полі "Амплітудний спектр" виводиться його спектр. У полях "СКО, В" та "Середнє значення, В" будуть виведені відповідно середньоквадратичне та середнє значення сигналу.

Вкладка "Осцилограф" зображено на рис. 9. При натисканні на екранну кнопку "ПУСК" запускається цикл while, у якому багаторазово (до натискання на кнопку "СТОП") виконується прийом інформації від реєстратора за алгоритмом, аналогічним до описаного вище. Для виключення обрізання сигналу при синхронізації та ручному зміщенні фактична тривалість запису вдвічі більша за задану. Після її завершення в сигналі виконується пошук моментів перетину заданого порога (встановлюється за допомогою регулятора "Поріг, В"), з яких формується масив. Далі в цьому масиві програма знаходить елемент, розташований якомога ближче до 1/3 тривалості сигналу. Він і буде використаний як початкова точка осцилограми, що виводиться на екран.

Рис. 9. Вкладка "Осцилограф"

За допомогою регулятора "Зміщення %" можна зрушувати осцилограму. Кнопками "Зберегти поточний сигнал" і "Читання" виконуються збереження сигналу, що відображається в даний момент, і читання збереженого раніше сигналу.

Вкладка "Зняття АЧХ" показано на рис. 10. Визначити АЧХ лінійного ланцюга [7] можна шляхом одночасного або послідовного впливу на її вхід гармонійних сигналів різної частоти з подальшим вимірюванням амплітуди цих сигналів на виході ланцюга. У пристрої для вимірювання АЧХ замість гармонійних сигналів використовуються прямокутні імпульси, що генеруються мікроконтролером. Сигнал у вигляді прямокутних імпульсів зі шпаруватістю 2 - сума нескінченного числа гармонійних сигналів (гармонік), частоти яких у непарне число разів вище за частоту повторення імпульсів. Амплітуди його гармонік приблизно дорівнюють 0,9 (перша), 0,3 (третя), 0,18 (п'ята), 0,129 (сьома), 0,1 (дев'ята) амплітуди імпульсів. Знаючи співвідношення гармонік (спектр) сигналу на вході ланцюга, що досліджується, і визначивши його на виході, можна обчислити значення АЧХ цього ланцюга на частотах гармонік.

Рис. 10. Вкладка "Зняття АЧХ"

Реєстратор знімає АЧХ за допомогою прямокутних імпульсів зі шпаруватістю 2 та частотою повторення 0,1; 0,5; 30,5, 60,1, 120,2, 240, 480,8, 961,5, 1923, 3846, 7692,3, 15384,6, 31250 та 61538,5 Гц.

При натисканні на одну з екранних кнопок "Пуск 0,1 Гц" або "Пуск 0,5 Гц" запускається ВП ACPPLISUC_AFR_L з періодом 10 с і 2 с відповідно. Цей ВП працює так:

- за допомогою ОП ACPPLISUC_ GEN2SS посилає команду запуску генератора прямокутних імпульсів із заданим періодом;

- Виконує прийом інформації від АЦП протягом 1,5 періоду повторення імпульсів;

- пропускає прийнятий сигнал через цифровий фільтр нижніх частот з частотою зрізу 2000 Гц, щоб позбавитися високочастотних складових перед проріджуванням сигналу. Якщо цього зробити, виникне ефект накладання спектрів [8];

- проріджує сигнал, відкидаючи 47 з кожних 48 його відліків з метою спрощення подальших розрахунків;

- Витягує з сигналу фрагмент тривалістю точно в один період повторення імпульсів;

- Розраховує амплітудний спектр цього фрагмента;

- витягує з отриманого спектру складові, що відповідають непарним гармонікам випробувального сигналу, ділить їх на відомі значення амплітуди тих самих гармонік вихідного сигналу. В результаті виходить АЧХ досліджуваного ланцюга на частотах гармонік.

При натисканні на екранну кнопку "ПУСК 30 Гц" запускається цикл for, у якому виконується ВП ACPPLISUC_AFR_H, на вхід якого надходять значення частоти імпульсів та часу вимірювання. На виході цього ВП набувають значення АЧХ на п'яти гармоніках сигналу заданої частоти. В результаті виконання циклу формуються три масиви: частот, на яких вимірювалася АЧХ, сигналів, за якими обчислювалася АЧХ, та значень АЧХ. Далі виконується сортування масиву значень АЧХ подальшого виведення її графіка на екран.

ВП ACPPLISUC_ AFR_H працює наступним чином:

- за допомогою ОП ACPPLISUC_GEN надсилає команду запуску генератора;

- приймає інформацію від АЦП протягом заданого часу;

- Розраховує амплітудний спектр записаного сигналу;

- з отриманого спектра витягує п'ять складових, що відповідають гармонікам випробувального сигналу, їх значення ділить на відносні амплітуди гармонік сигналу, що подається на вхід ланцюга, що досліджується. В результаті виходить п'ять відліків АЧХ.

Слід зазначити, що тривалість аналізованих сигналів обов'язково повинна бути точно кратна періоду повторення імпульсів, в іншому випадку при розрахунку спектра відбуватиметься його "розтікання" [9] або "просочування" [7], а результати аналізу будуть спотворені.

Натисканнями на екранні кнопки "Зберегти результати" і "Читання" виконують запис в дисковий файл АЧХ, що відображається в даний момент, і читання АЧХ, записаних раніше.

Для перевірки функціонування реєстратора в режимі зняття АЧХ до нього було підключено вузол, зібраний на макетній платі за схемою, зображеною на рис. 11. Це фільтри нижніх частот R1C2 та верхніх частот R2C1. Буферні повторювачі на ОУ мікросхеми DA1 усувають вплив на фільтрів АЧ порівняно високого вихідного опору виходу генератора і низького (1,5 кОм) вхідного опору реєстратора. Напруга +15 і -15 для живлення мікросхеми DA1 можна зняти з роз'єму Хр4 реєстратора, якщо з'єднати на платі останнього між собою кожні три штирі, призначених для перемичок S1 і S2 (не плутати з перемичками S1 і S2 на рис. 11, якими перемикають фільтри).

Рис. 11. Схема макетної плати

Для порівняння знятих АЧХ з отриманими розрахунковим шляхом була створена програма "Порівняння_АЧХ_з_розрахунком", яка обчислює АЧХ заданої RC-ланцюга і будує її в одних координатах з виміряною. Результати подано на рис. 12 (фільтр нижніх частот) та рис. 13 (фільтр верхніх частот). Червоним показані розраховані значення, білим – виміряні. Далі паралельно C1 та C2 були підключені конденсатори ємністю 8 мкФ та отримані характеристики, показані на рис. 14 та рис. 15.

Рис. 12. Фільтр нижніх частот

Рис. 13. Фільтр верхніх частот

Рис. 14. Характеристики із підключеним конденсатором

Рис. 15. Характеристики із підключеним конденсатором

Вкладка "Калібрування" зображено на рис. 16. При виконанні цієї операції необхідно встановити залежність між напругою на вході реєстратора і значенням коду на виході АЦП. Оскільки ця залежність лінійна, досить ввести координати двох її точок. Для цього на вхід реєстратора подають постійну напругу, близьку до максимальної. Його значення записують у полі "Umax, В". У полі "Значення АЦП-середн." буде виведено усереднене програмою значення вихідного коду АЦП. Його можна занести в поле "АЦП-max" вручну або скористатись екранною кнопкою "Записати поточне значення АЦП-средн. як АЦП-max".

Рис. 16. Вкладка "Калібрування"

Подавши на вхід приладу постійну напругу, близьку до мінімальної, аналогічно заносять значення поля "Umin, В" і "АЦП-min".

Як уже було сказано, фактичні частоти генерованих при знятті АЧХ сигналів можуть трохи відрізнятися від заданих значень, через що не можна заздалегідь знати точні тривалості підлягають аналізу вибірок, які повинні бути кратні числу періодів сигналу. Фактичні значення частоти необхідно попередньо виміряти та розрахувати тривалості вибірок. Ці дії виконуються в case-структурі, що викликається кнопкою "Визначити періоди зняття АЧХ", результати зберігаються у текстовому файлі.

Калібрування виконують наступним чином:

- з'єднують вхід приладу із загальним дротом, з'єднавши між собою контакти роз'єму XP1;

- підстроювальним резистором R1 встановлюють у вікні "АЦП-средн." значення від 511 до 513 (натискаючи для оновлення на екранну кнопку "Прочитати");

- підключають до роз'єму XP1 джерело постійної напруги +13...15, вводять точне значення цієї напруги в полі "Umax, В";

- натискають на екранну кнопку "Прочитати", щоб виконати оцифрування сигналу та визначити середнє значення коду АЦП, потім натискають на екранну кнопку "Записати поточне значення АЦП-средн. як АЦП-max";

- змінюють на протилежну полярність поданого на роз'єм XP1 напруги, вводять його значення в полі "Umin, В", натискають на екранні кнопки "Прочитати", а потім "Записати папку-ще значення АЦП-средн. як АЦП-min";

- відключивши джерело напруги від роз'єму XP1, з'єднують контакт 1 цього роз'єму з контактом 5 роз'єму ХР2 і натискають на екранну кнопку "Визначити напругу логічного рівня (іл1)". Це значення потрібно обчислення АЧХ;

- натискають на екранну кнопку "Визначити періоди для зняття АЧХ" і чекають на закінчення вимірювань (процес займає більше двох хвилин). Результати вимірювань зберігаються у текстовому файлі на жорсткому диску комп'ютера. Ім'я цього файлу та шлях до нього містяться в полі "Файл з калібрувальними коефіцієнтами";

- натисканням на екранну кнопку "ТЕСТ" в мікроконтролер посилають тестову команду, якщо на неї отримано правильну відповідь, то буде увімкнено індикатор "ТЕСТ ОК". У полі "IO" можна вручну встановити стани виходів мікроконтролера, виведених на роз'єм XP2, а в полі "IO-PLIS" - тих, що пов'язані з ПЛІС.

Насамкінець можна відзначити, що якщо побудувати реєстратор на базі ПЛІС Xilinx Spartan-3 з процесорним ядром MicroBlaze, то відпаде необхідність використання мікроконтролера.

Файл друкованої плати у форматі Sprint Layout 5.0 та програми для ПЛІС, мікроконтролера та комп'ютера можна завантажити з ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/11/usb-reg.zip.

література

1. Drivers. - URL: ftdichip. com/FTDrivers.htm.
2. Програматор MBFTDI серед Altera Quartus II. - URL: marsohod.org/index.php/ourblog/11/196-qprog10b.
3. SinaProg – графічна оболонка для AVRDude. - URL: easyelectronics.ru / sinaprog-graficheskaya-obolochka-dlya-avrdude.html.
4. LabView Run-Time Library. - URL: ftp.ni.com/support/softlib/labview/labview_runtime/8.6.1/Windows/lvrte861min.exe.
5. LabVIEWRun-TimeEngine 2011 - (32-bit Standard RTE) - Windows 7 64-bit / 732-bit / Vista 64-bit / Vista32-bit / XP 32-bit / Server 2008 R2 64-bit / Server2003R232-bit / . - URL: joule.ni.com/nidu/cds/view/p/id/2534/lang/ru.
6. NI-VISA Run-Time Engine 5.1.1 - Pocket PC 2003, Real-Time OS, Windows 7 64-bit / 7 32-bit / Vista 64-bit / Vista 32-bit / XP / XP Embedded / Server 2008 R2 64 -bit / Server 2003 R2 32-bit / Mobile 5 / . - URL: joule.ni.com/nidu/cds/view/p/id/2662/lang/ru.
7. Марпл-мол. С. Цифровий спектральний аналіз та його додатки. - М: Мир, 1990.
8. Айфічер Е. Джервіс Б. Цифрова обробка сигналів: практичний підхід. 2-ге видання: Пер. з англ. - М: Видавничий дім "Вільямс", 2004.
9. Сергієнко А. Цифрова обробка сигналів: Підручник для вузів. 2-ге вид. – СПб.: Пітер, 2006.

Автор: В. Чайковський

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву Відеокарти GeForce RTX 3050 та RTX 3090 Ti 08.01.2022 Лінійка графічних карток Nvidia Ampere отримала нового флагмана - GeForce RTX 3090 Ti. На тлі випущеної восени 2020 GeForce RTX 3090 пристрій виділяється великою кількістю CUDA-ядер у складі ядра GA102 і збільшеними частотами GPU, а також високошвидкісною пам'яттю GDDR6X. GeForce RTX 3090 Ti використовує графічний процесор Nvidia GA102 у конфігурації з 10 752 ядрами CUDA, 336 тензорними, 84 RT-ядрами та 384-розрядною шиною пам'яті. Робочі частоти GPU становлять від 1560 до 1860 МГц динамічному розгоні. Груба обчислювальна потужність знаходиться біля позначки 40 Тфлопс. Відеобуфер представлений 24 ГБ пам'яті GDDR6X з ефективною частотою 21 ГГц та пропускною здатністю 1008 Гбайт/с. За продуктивність, що виросла, новинка розплачується рівнем TGP - він збільшився до 450 Вт. Разом з новим флагманом GeForce RTX 30-ї серії була представлена ​​найдоступніша відеокарта Nvidia Ampere - GeForce RTX 3050. Її основою послужив урізаний до 2560 CUDA-ядер графічний процесор GA106, а відеобуфер набраний вісьмома 6-гігабайтами ГГц. Швидкодії GeForce RTX 3050, за оцінками Nvidia, буде достатньо для комфортної гри в сучасні ААА-проекти з роздільною здатністю Full HD. У продаж вона надійде 27 січня із рекомендованою ціною від 249 доларів.

Інші цікаві новини:

▪ Джерела живлення для систем безпеки Mean Well PSC-160

▪ Волоконно-оптичні передавачі на 10 гігабіт/с

▪ Найємніший жорсткий диск для автомобільних систем

▪ Мініатюрна плата Tah для керування електронними пристроями через Bluetooth

▪ Ракета для польотів на Марс та перельотів на Землі

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Інструмент електрика. Добірка статей

▪ стаття Наш спільний друг. Крилатий вислів

▪ стаття Коли вперше було застосовано ракети? Детальна відповідь

▪ стаття Менеджер по роботі з клієнтами. Посадова інструкція

▪ стаття Чому дорівнює енергія вітру? Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Заміна карти мокрими пальцями. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024