Perakam voltan USB dengan osiloskop, penganalisis spektrum dan fungsi meter tindak balas frekuensi. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik / Teknologi mengukur

Komen artikel

Perkakasan perakam ini ialah ADC, dilengkapi dengan saluran komunikasi berkelajuan tinggi dengan komputer melalui bas USB, dilaksanakan menggunakan cip logik boleh atur cara (FPGA). Dan program komputer yang dibangunkan oleh pengarang membolehkan bukan sahaja untuk menulis isyarat digital ke fail, tetapi juga untuk memaparkan osilogram, spektrum, dan juga mengukur tindak balas frekuensi amplitud (AFC) penapis atau peranti linear lain, input daripadanya dibekalkan dengan isyarat ujian daripada penjana yang dibina ke dalam perakam.

Dalam perakam yang sedang dipertimbangkan, sampel isyarat yang sedang dikaji, yang diambil oleh ADC dengan frekuensi 960 kHz, disalurkan kepada input FPGA, yang menukar kod ADC selari kepada kod bersiri. Dalam setiap kumpulan lima bait lapan bit yang dihantar lebih jauh ke penukar UART-USB, FPGA meletakkan empat kod ADC sepuluh bit. Seterusnya, maklumat dipindahkan melalui USB ke komputer untuk pemprosesan dan penyimpanan. Protokol komunikasi dengan komputer dan fungsi lain dalam perakam dilaksanakan menggunakan mikropengawal. FPGA dan mikropengawal diprogramkan melalui penukar UART-USB yang sama yang digunakan untuk menghantar maklumat.

Untuk bekerja dengan perakam, program telah dibangunkan dalam persekitaran LabVIEW yang melaksanakan penerimaan maklumat, paparan dan penyimpanannya. Di samping itu, ia melaksanakan algoritma untuk merekodkan tindak balas frekuensi litar luaran yang disambungkan kepada perakam pada frekuensi dari 0,1 Hz hingga 480 kHz. Satu ciri tersendiri bagi algoritma ini ialah untuk menganggarkan ciri frekuensi amplitud litar yang dikaji, harmonik kadar pengulangan denyutan segi empat tepat yang dihasilkan oleh mikropengawal perakam digunakan.

Tugas untuk membangunkan peranti untuk penghantaran berterusan ke komputer dalam masa nyata sampel nilai voltan serta-merta dalam julat dari 15 hingga +15 V dengan frekuensi pensampelan 960 kHz dan resolusi sepuluh digit binari, pada dasarnya, boleh diselesaikan tanpa FPGA menggunakan ADC dan mikropengawal dengan port USB terbina dalam yang beroperasi dalam mod port COM maya. Walau bagaimanapun, kelajuan pemindahan maklumat tidak akan cukup tinggi. Apabila menggunakan cip penukar antara muka UART-USB FT2232H, yang menyediakan pemindahan maklumat pada kelajuan 12 Mbit/s, bersama-sama dengan ADC dan mikropengawal, masalah timbul untuk mencari mikropengawal yang UARTnya mampu beroperasi pada kelajuan sedemikian. Hasilnya, satu kaedah telah dipilih yang berbeza daripada yang sebelumnya dengan menggunakan FPGA, yang membaca maklumat yang dijana oleh ADC dalam kod selari dan menukarnya kepada ciri format bersiri UART.

Peranti ini menggunakan sepuluh bit ADC10030 dengan output selari dan frekuensi pensampelan maksimum 30 MHz. Hasil kerjanya diterima dan diproses oleh FPGA EPM3064ALC44-10N, yang mengandungi 64 sel makro logik boleh atur cara dan 44 baris I/O.

Setiap sampel isyarat input yang dijana oleh ADC ialah kod binari sepuluh bit, dan penukar FT2232H UART-USB menerima maklumat dalam bait lapan bit. Atas sebab ini, FPGA melaksanakan peranti yang membungkus setiap empat sampel ke dalam lima bait. Seterusnya, ia membekalkan setiap bait dengan bit mula dan henti dan menghantarnya dalam kod bersiri pada kelajuan 12 MBd ke cip FT2232H untuk dihantar ke komputer melalui antara muka USB.

Litar perakam ditunjukkan dalam Rajah. 1. Ia dikuasakan oleh voltan malar 7...9 V, dibekalkan daripada penyambung XP3 kepada penstabil bersepadu DA6 7805, dan daripadanya, dengan pelompat boleh tanggal S4 dalam kedudukan 1-2, kepada penstabil voltan 3,3 V LM1117-3.3 (DA7). Untuk kemudahan penggunaan peranti semasa penyahpepijatan, adalah mungkin untuk menghidupkannya daripada port USB. Untuk melakukan ini, pelompat S4 boleh tanggal harus dialihkan ke kedudukan 2-3. Walau bagaimanapun, semasa operasi biasa, kuasa sedemikian tidak boleh diterima, kerana voltan yang diambil dari port USB selalunya ketara berbeza daripada 5 V, yang membawa kepada perubahan dalam skala penukaran isyarat yang dikaji kepada ADC.

nasi. 1. Gambar rajah perakam (klik untuk besarkan)

Penjana jam 24 MHz untuk ADC dan FPGA dibina pada elemen litar mikro DD2 74HC04D dan distabilkan oleh resonator kuarza ZQ2.

Untuk melaksanakan protokol komunikasi dengan komputer, menjana isyarat diskret dan menjana denyutan segi empat tepat, mikropengawal DD1 ATMega8A telah diperkenalkan ke dalam perakam, beroperasi pada frekuensi jam 16 MHz, ditetapkan oleh resonator kuarza ZQ1. Pertukaran maklumat antara komputer dan mikropengawal juga berlaku menggunakan cip FT2232H (DD4), tetapi melalui saluran yang berbeza. Untuk berkomunikasi dengan FPGA dan mikropengawal, dua port COM maya mesti diatur dalam sistem pengendalian komputer yang berfungsi dengan perakam.

Isyarat yang sedang dikaji dibekalkan melalui penyambung XP1 kepada input pentas pada op-amp DA2 AD825ARZ, yang merupakan pengecil isyarat penyongsangan 15 kali ganda. Tahap sifar pada output op-amp DA2 boleh dianjak menggunakan perintang pemangkasan R1. Dengan cara ini, isyarat yang sedang dikaji dibawa ke julat perubahan yang dibenarkan dalam voltan input ADC.

Op-amp DA2 dikuasakan oleh voltan +/-15 V, yang terbentuk daripada +5 V oleh penukar voltan unipolar DC kepada bipolar AM1D-0515DH30Z (U1). Perintang R19 dan R20 adalah beban minimum penukar yang diperlukan untuk operasi yang betul. Dengan mengalihkan pelompat boleh tanggal S1 dan S2 dari kedudukan 2-3 ke kedudukan 1-2, anda boleh beralih kepada menghidupkan cip DA2 dengan voltan luaran +/- 15 V yang dibekalkan kepada penyambung XP4. Jika dikehendaki, peranti luaran dengan penggunaan semasa tidak lebih daripada 1 mA boleh dikuasakan daripada penukar U35.

Voltan rujukan untuk DA5 ADC dibentuk oleh op amp DA3.1 dan DA3.2 mengikut litar yang disyorkan dalam keterangan ADC. Kod selari daripada output ADC dihantar ke FPGA DD3, di mana ia ditukar kepada kod UART bersiri. Seterusnya ia pergi ke cip DD4 FT2232H.

Penyambung XP2 direka bentuk untuk mengawal peranti luaran dengan isyarat tahap logik 3,3 V pada lapan saluran; sebagai tambahan, voltan 3,3 V malar dan wayar biasa dikeluarkan kepada penyambung ini untuk menjanakan peranti luaran. Penyambung XP5 dan XP6 direka untuk peranti pengaturcaraan yang disambungkan kepadanya dengan voltan bekalan 3,3 V.

Penyambung XP7 membawa voltan 3,3 V, 5 V dan wayar biasa untuk menjanakan peranti luaran, isyarat nadi dengan frekuensi 24 MHz (frekuensi jam ADC dan FPGA). Pin 4 penyambung ini disambungkan ke pin 14 FPGA DD3, yang tidak digunakan dalam versi peranti yang diterangkan.

LED disambungkan ke penyambung XP8, menunjukkan mod pengendalian penukar:

HL1 - voltan bekalan hadir;

HL2 - pemindahan maklumat dari mikropengawal ke komputer;

HL3 - pemindahan maklumat dari komputer ke mikropengawal;

HL4 - pemindahan maklumat dari FPGA ke komputer;

HL5 - pemindahan maklumat dari komputer ke FPGA;

HL6 - penjana nadi persegi dihidupkan;

HL7 - pemindahan maklumat dari FPGA dibenarkan oleh mikropengawal;

HL8 - FPGA menghantar maklumat.

Lukisan konduktor PCB ditunjukkan dalam Rajah. 2 (sebelah 1) dan rajah. 3 (sebelah 2). Susunan elemen pada sisi papan ini ditunjukkan dalam Rajah. 4 dan rajah. 5. Papan menyediakan ruang untuk elemen yang tidak ditunjukkan dalam rajah, dari mana anda boleh memasang pengecil input berbentuk U atau penapis antara penyambung XP1 dan perintang R4 dan penapis berbentuk L antara output op-amp DA2 dan input ADC DA5. Untuk membenarkan laluan isyarat tanpa ketiadaan attenuator dan penapis, pelompat pelekap permukaan dipasang dan bukannya elemen bersirinya. Dua lagi pelompat menggantikan perintang yang disambungkan secara bersiri dengan perintang R5 dan R8 jika perlu untuk memilih voltan ADC rujukan dengan tepat.

nasi. 2. lukisan konduktor PCB

nasi. 3. lukisan konduktor PCB

nasi. 4. Susunan unsur

nasi. 5. Susunan unsur

Untuk FPGA DD3 dalam pakej PLCC-44, panel mesti dipasang pada papan. Penstabil kamiran DA6 dipasang pada sink haba bersirip dengan dimensi 22x20x15 mm.

Perakam dipasang dalam sarung Gainta G715; penampilannya ditunjukkan dalam Rajah. 6. LED dipasang pada panel hadapan dan lubang dibuat untuk penyambung XP1, XP2, XP4, XP7. Dari panel belakang terdapat akses ke blok suis SA1, penyambung XS1, XP5, XP6.

nasi. 6. Kemunculan perakam

Struktur peranti yang dilaksanakan dalam FPGA diterangkan dalam bahasa VDHL. Terjemahan dan penyahpepijatan telah dijalankan dalam persekitaran pembangunan Quartus 11 Versi 10.1.

Isyarat input:

clk - isyarat jam;

P - pelbagai isyarat yang datang dari mikropengawal;

ADC_data - pelbagai isyarat yang datang daripada ADC;

rx - isyarat datang dari FT2232H. Isyarat keluaran:

P1 - isyarat yang dimaksudkan untuk mikropengawal;

tx - isyarat yang dimaksudkan untuk FT2232H;

PHL - isyarat yang mengawal LED HL8;

PPD - isyarat untuk mematikan bekalan kuasa ADC;

POE - isyarat untuk menghidupkan output ADC;

POUT - output isyarat ke penyambung XP7.

Pembolehubah:

kiraan - pembilang bilangan bait yang dipindahkan;

start_bit - tanda permulaan penghantaran bait;

stop_bit - tanda selesai pemindahan data;

ADC_data_buf - penimbal untuk menyimpan maklumat daripada ADC;

rx_bit - tanda permulaan menerima maklumat.

Selepas peralihan isyarat jam dari paras rendah ke tinggi, penerimaan pelepasan permulaan diperiksa (Jadual 1). Kemudian, jika penghantaran sedang berjalan, kandungan pembilang bait dihantar ditambah satu (Jadual 2). Apabila kandungan kaunter mencapai nilai 100, ia berlaku mengikut jadual. 3, ia ditetapkan semula dan kehadiran arahan penyelesaian pemindahan disemak (P(6)=0).

Jadual 1

Jadual 2

Jadual 3

Apabila isyarat jam beralih dari paras tinggi ke rendah sebelum permulaan penghantaran, maklumat daripada ADC ditimbal (Jadual 4) untuk mengelakkannya daripada berubah semasa penghantaran.

Jadual 4

Tindakan selebihnya terdiri daripada menyemak sama ada pemindahan maklumat daripada mikropengawal dibenarkan atau dilarang. Dalam keadaan didayakan, LED HL8 dihidupkan dan tanda siap penghantaran dikosongkan jika bait permintaan diterima (Jadual 5). Pemindahan bit mula dan henti dijalankan mengikut jadual. 6, dan maklumat daripada buffer ADC - jadual. 7 (setiap bit dihantar dalam dua kitaran kiraan).

Jadual 5

Jadual 6

Jadual 7

Program untuk mikropengawal ditulis dalam C dalam persekitaran pembangunan ImageCraft. Selepas menghidupkan peranti, peranti ini memulakan peranti mikropengawal, kemudian memasuki gelung utama, dengan mikropengawal UART dalam mod terima.

Setelah menerima bait, pengendali sampukan dilancarkan (Jadual 8). Bait ini ditulis kepada tatasusunan rx_arr pada indeks rx_count (jika bait pertama paket diterima, maka rx_count = 0), selepas itu rx_count dinaikkan sebanyak satu. Ini diikuti dengan permulaan semula pemasa 0, yang tamat tempohnya berfungsi sebagai tanda tamatnya paket.

Jadual 8

Jika bait seterusnya tidak diterima dalam masa tertentu, maka gangguan berlaku atas permintaan pemasa 0. Dalam pengendali gangguan ini (Jadual 9), pemasa dihentikan dan penghujung bendera penerimaan f_rx ditetapkan.

Jadual 9

Apabila paket maklumat diterima (f_rx= 1), gelung utama mula menghuraikannya, melaksanakan arahan yang terkandung di dalamnya dan menjana respons. Mula-mula, pengepala dan hujung paket diperiksa, kemudian kod arahan. Selepas pengesahan berjaya, pelaksanaan arahan yang terkandung dalam pakej bermula. Jika ralat dikesan, resit negatif akan dihasilkan.

Program ini melaksanakan arahan berikut:

- "Ujian" - berfungsi untuk menyemak sambungan;

- "Tetapkan keadaan IO" - menetapkan tahap logik yang ditentukan pada pin mikropengawal yang disambungkan kepada penyambung XP2. Pin 2 penyambung (litar IO1) sepadan dengan susunan rendah bait data arahan, dan pin 9 (litar IO8) sepadan dengan susunan tinggi;

- "Tetapkan keadaan IO yang dikaitkan dengan FPGA" - menetapkan tahap logik yang ditentukan pada output mikropengawal PD4-PD7, PB1, PC2, PC3 yang dikaitkan dengan FPGA. Output disenaraikan dalam susunan bit bait data arahan yang sepadan dari yang pertama hingga ketujuh. Nilai bit paling tidak ketara (sifar) bait boleh menjadi sewenang-wenangnya, kerana keadaan pin PD3 tidak boleh diubah oleh arahan ini. Ia digunakan untuk menerima permintaan gangguan daripada FPGA;

- "Mulakan penjana nadi segi empat tepat (dengan tempoh boleh dibahagikan dengan 2 s)" - melancarkan penjana nadi segi empat tepat yang ditentukan (kitaran tugas semua nadi yang dijana oleh perakam ialah dua). Bait data arahan mesti mengandungi nilai tempoh pengulangan nadi, yang dalam langkah 2 s boleh berada dalam julat 2-254 s. Denyutan dijana pada pin mikropengawal PB3 dengan perisian menukar keadaannya dalam pengendali sampukan daripada pemasa 1. Ia dikeluarkan ke pin 5 penyambung XP2;

- "Mulakan penjana nadi segi empat tepat (dengan gandaan tempoh 2 s) semasa permulaan ADC" - berbeza daripada arahan sebelumnya kerana ia memulakan penjana secara serentak dengan permulaan pemindahan maklumat dari FPGA ke komputer;

- "Mulakan penjana gelombang persegi" - memulakan penjana gelombang persegi dengan frekuensi dari 30 Hz hingga 8 MHz. Empat bait data mesti mengandungi nilai frekuensi dalam hertz. Matikan penjana, tetapkan frekuensi kepada sifar. Memandangkan tempoh pengulangan denyutan yang dijana sentiasa berganda daripada tempoh kitaran mesin mikropengawal, kekerapan sebenar pengulangannya mungkin berbeza daripada yang ditentukan. Nilai tepatnya (dengan resolusi 1 Hz) terkandung dalam tindak balas kepada arahan. Denyutan adalah output ke pin 5 penyambung XP2, disambungkan kepada output PB3 mikropengawal.

Untuk mula memindahkan maklumat daripada FPGA, anda perlu mendayakannya dengan menetapkan input FPGA ke-16 ke tahap logik yang tinggi, dan kemudian memindahkan satu bait melalui port COM ke FPGA. Kebenaran itu diperkenalkan untuk kemudahan menghentikan penghantaran dengan menetapkan sifar logik pada input FPGA 16. Oleh kerana mikropengawal membenarkan pemindahan, untuk menyegerakkan permulaan pemindahan dari FPGA dengan permulaan komputer menerima maklumat, yang terakhir mesti menghantar bait permintaan sewenang-wenangnya kepada mikropengawal. Mikropengawal bertukar maklumat dengan komputer pada kelajuan 1 MBd dengan mesej lapan-bit tanpa pariti dan bit sehenti. Untuk bertukar maklumat melalui USB melalui cip perakam FT2232H, anda perlu memasang pemacu dalam sistem pengendalian komputer, yang boleh didapati di halaman Internet [1].

Memuatkan atur cara ke dalam FPGA dan mikropengawal.

Pengaturcaraan FPGA dilakukan mengikut kaedah yang diterangkan dalam [2]. Sebelum memulakan adalah perlu untuk menetapkan suis DIP SA1 -

SA3 kepada kedudukan yang ditunjukkan dalam Rajah. 7, a. Pengawal mikro telah diprogramkan menggunakan program AVRDude dan cangkerang grafik SinaProg, dimuat turun daripada pautan pada halaman Internet [3]. Untuk mengendalikan SinaProg, anda mesti mempunyai Perpustakaan RunTime LabView pada komputer anda [4].

nasi. 7. Pengaturcaraan FPGA

Dalam fail avrdude.conf, anda perlu menetapkan semula pin pengaturcara 2ftbb, menambah teks fail dengan bahagian yang ditunjukkan dalam jadual. 10.

Jadual 10

Lampiran kepada artikel mengandungi program AVRDude dan SinaProg, di mana semua parameter yang diperlukan telah dipasang.

Apabila mula memprogramkan mikropengawal, anda harus menetapkan suis SA1-SA3 perakam kepada kedudukan yang ditunjukkan dalam Rajah. 7b, kemudian sambungkan penyambung XS1 perakam ke port USB komputer dan lancarkan program SinaProg. Dalam medan "Programmer" pada tetingkapnya, tetapkan parameter 2ftbb, FTDI, 9600. Kemudian, seterusnya, klik pada butang "<" dan "Cari" pada skrin, selepas itu teks yang serupa dengan yang ditunjukkan dalam jadual harus muncul dalam tetingkap mesej. sebelas. Menggunakan menu yang dipanggil dengan mengklik butang skrin "Lanjutan" dalam medan "Fius", tetapkan konfigurasi mikropengawal: tinggi - 11xC0, rendah - 9xFF. Dalam medan "Fail Hex", nyatakan nama fail HEX dengan kod program mikropengawal dan klik pada butang Program dalam medan Flash. Setelah berjaya menyelesaikan pengaturcaraan, teks harus muncul dalam medan mesej yang berakhir dengan baris yang diberikan dalam jadual. 0.

Jadual 11

Jadual 12

Jika perakam digunakan untuk peranti pengaturcaraan yang disambungkan kepada penyambung XP6 atau XP7, suis SA1-SA3 mesti ditetapkan kepada kedudukan yang ditunjukkan dalam Rajah. 7, c. Kedudukan suis semasa operasi biasa perakam ditunjukkan dalam Rajah. 7, g.

Program komputer USB-960

telah dibangunkan dalam persekitaran LabVIEW 2011. Jika persekitaran ini tidak tersedia pada komputer, anda perlu memasang pakej [5] dan [6]. Program ini mengandungi sebelas subinstrumen maya (VI):

- ACPPLISUC_IOUC menetapkan keadaan port keluaran mikropengawal yang disambungkan kepada penyambung luaran;

- ACPPLISUC_FREQ memulakan penjana dan kemudian mengukur frekuensi yang dijana;

- ACPPLISUC_TEST menyemak komunikasi dengan mikropengawal;

- ACPPLISUC_AFR_H mengukur tindak balas frekuensi litar luaran pada lima nilai frekuensi (tidak lebih rendah daripada 30,5 Hz);

- ACPPLISUC_AFR_L mengukur tindak balas frekuensi litar luaran pada frekuensi daripada pecahan hingga berpuluh-puluh hertz;

- ACPPLISUC_GEN2S memulakan penjana nadi segi empat tepat dengan tempoh ulangan iaitu gandaan 2 s;

- ACPPLISUC_UNPACKDATA menukar maklumat yang diterima daripada perakam kepada tatasusunan nilai kod ADC;

- ACPPLISUC_ADCDATA membaca maklumat yang diterima daripada pendaftar dalam masa yang ditetapkan;

- ACPPLISUC_IOPLIS menetapkan keadaan port keluaran mikropengawal yang dikaitkan dengan FPGA;

- ACPPLISUC_GEN memulakan penjana nadi segi empat sama dengan kadar pengulangan 30,5 Hz dan lebih tinggi;

- ACPPLISUC_GEN2Ss memulakan penjana nadi segi empat tepat dengan tempoh boleh dibahagikan dengan dua saat, serentak dengan permulaan membaca maklumat daripada perakam;

- ACPPLISUC_COM menerima dan menghantar maklumat melalui port COM maya yang dikaitkan dengan mikropengawal.

Program utama berjalan dalam gelung sementara yang tidak berkesudahan, di dalamnya terdapat struktur kes, halaman semasanya ditentukan dengan memilih tab dalam tetingkap program utama.

Tab rakaman isyarat ditunjukkan dalam Rajah. 8. Apabila anda menekan butang "MULA", penerimaan sampel isyarat yang sedang dikaji bermula untuk masa yang dinyatakan dalam medan "Masa pengukuran, s". Untuk melakukan ini, pemindahan maklumat daripada FPGA dibenarkan - nilai 128 ditulis pada ACPPLI-SUC_IOPLIS VI. Bacaan sebenar dilakukan menggunakan ACPPLISUC_ADCDATA VI, parameter yang ditetapkan kepada masa pengukuran. VI ini meminta maklumat dengan menghantar bait nol dan membacanya dalam masa yang ditetapkan. Apabila ia tamat tempoh, pemindahan adalah dilarang dengan menulis nilai sifar kepada ACPPLISUCJOPLIS VI.

nasi. 8. Tab "Rakaman isyarat".

Jika butang skrin "Tulis ke fail" sebelum ini ditekan, maka isyarat yang sedang dikaji disimpan dalam fail binari, yang namanya dinyatakan dalam medan "Fail untuk menyimpan isyarat". Secara lalai, penjimatan dijalankan dalam folder akar pemacu C, itulah sebabnya sistem pengendalian komputer mungkin memerlukan menjalankan program dengan hak pentadbir.

Pelancaran penjana nadi segi empat tepat dijalankan dalam medan "Mulakan penjana" dan "Mulakan penjana dengan tempoh yang gandaan 2 saat".

Setelah selesai penerimaan, osilogram isyarat yang diterima dipaparkan dalam medan "Isyarat", dan spektrumnya dipaparkan dalam medan "Spektrum amplitud". Dalam medan "RMS, V" dan "Nilai purata, V" nilai punca kuasa dua dan purata nilai isyarat akan dipaparkan, masing-masing.

Tab osiloskop ditunjukkan dalam Rajah. 9. Apabila anda menekan butang skrin “MULA”, gelung sementara dilancarkan, di mana maklumat diterima daripada perakam berulang kali (sebelum menekan butang “BERHENTI”) mengikut algoritma yang serupa dengan yang diterangkan di atas. Untuk mengelakkan keratan isyarat semasa penyegerakan dan peralihan manual, tempoh rakaman sebenar adalah dua kali lebih lama daripada yang ditentukan. Setelah selesai, isyarat dicari untuk detik-detik melintasi ambang yang diberikan (ditetapkan menggunakan tombol "Ambang, B"), dari mana tatasusunan terbentuk. Seterusnya, dalam tatasusunan ini, atur cara mencari elemen yang terletak sedekat mungkin hingga 1/3 daripada tempoh isyarat. Ia akan digunakan sebagai titik permulaan bentuk gelombang yang dipaparkan pada skrin.

nasi. 9. Tab osiloskop

Menggunakan tombol "Offset, %" anda boleh mengalihkan bentuk gelombang. Butang "Simpan isyarat semasa" dan "Baca" menyimpan isyarat yang sedang dipaparkan dan membaca isyarat yang disimpan sebelum ini.

Tab "Mengalih keluar respons kekerapan" ditunjukkan dalam Rajah. 10. Tindak balas frekuensi litar linear [7] boleh ditentukan dengan mempengaruhi inputnya secara serentak atau berselang-seli dengan isyarat harmonik frekuensi yang berbeza, diikuti dengan mengukur amplitud isyarat ini pada keluaran litar. Dalam peranti yang sedang dipertimbangkan, bukannya isyarat harmonik, denyutan segi empat tepat yang dihasilkan oleh mikropengawal digunakan untuk mengukur tindak balas frekuensi. Isyarat dalam bentuk denyutan segi empat tepat dengan kitaran tugas 2 ialah jumlah bagi bilangan isyarat harmonik (harmonik) yang tidak terhingga, frekuensinya adalah bilangan ganjil kali lebih tinggi daripada kekerapan ulangan nadi. Amplitud harmoniknya adalah lebih kurang sama dengan 0,9 (pertama), 0,3 (ketiga), 0,18 (kelima), 0,129 (ketujuh), 0,1 (kesembilan) amplitud nadi. Mengetahui nisbah harmonik (spektrum) isyarat pada input litar yang dikaji dan setelah menentukannya pada output, adalah mungkin untuk mengira nilai tindak balas frekuensi litar ini pada frekuensi harmonik.

nasi. 10. Tab "Mengalih keluar respons frekuensi"

Perakam merekodkan tindak balas frekuensi menggunakan denyutan segi empat tepat dengan kitaran tugas 2 dan kadar pengulangan 0,1; 0,5; 30,5, 60,1, 120,2, 240, 480,8, 961,5, 1923, 3846, 7692,3, 15384,6, 31250 dan 61538,5 Hz.

Apabila anda menekan salah satu butang skrin "MULA 0,1 Hz" atau "MULA 0,5 Hz", ACPPLISUC_AFR_L VI dilancarkan dengan tempoh 10 s dan 2 s, masing-masing. VI ini berfungsi seperti berikut:

- menggunakan ACPPLISUC_ GEN2SS VI, menghantar arahan untuk memulakan penjana nadi segi empat tepat dengan tempoh tertentu;

- menerima maklumat daripada ADC semasa tempoh pengulangan 1,5 nadi;

- melepasi isyarat yang diterima melalui penapis laluan rendah digital dengan kekerapan potong 2000 Hz untuk menyingkirkan komponen frekuensi tinggi sebelum memusnahkan isyarat. Jika ini tidak dilakukan, aliasing akan berlaku [8];

- menipiskan isyarat, membuang 47 daripada setiap 48 sampelnya, untuk memudahkan pengiraan selanjutnya;

- mengekstrak serpihan daripada isyarat dengan tempoh tepat satu tempoh pengulangan nadi;

- mengira spektrum amplitud serpihan ini;

- ekstrak daripada spektrum yang terhasil komponen yang sepadan dengan harmonik ganjil isyarat ujian, membahagikannya kepada nilai amplitud yang diketahui harmonik yang sama bagi isyarat asal. Hasilnya ialah tindak balas frekuensi litar yang dikaji pada frekuensi harmonik.

Apabila anda menekan butang skrin "START 30 Hz", gelung untuk dilancarkan, di mana ACPPLISUC_AFR_H VI dilaksanakan, inputnya ialah kekerapan nadi dan masa pengukuran. Pada output VP ini, nilai tindak balas frekuensi diperoleh pada lima harmonik isyarat frekuensi tertentu. Hasil daripada kitaran, tiga tatasusunan terbentuk: frekuensi di mana tindak balas frekuensi diukur, isyarat dari mana tindak balas frekuensi dikira, dan nilai tindak balas frekuensi. Seterusnya, tatasusunan nilai tindak balas frekuensi diisih untuk paparan selanjutnya grafnya pada skrin.

ACPPLISUC_ AFR_H VI berfungsi seperti berikut:

- menggunakan ACPPLISUC_GEN VI, menghantar arahan untuk memulakan penjana;

- menerima maklumat daripada ADC dalam masa yang ditetapkan;

- mengira spektrum amplitud isyarat yang direkodkan;

- daripada spektrum yang terhasil, lima komponen diekstrak sepadan dengan harmonik isyarat ujian, nilainya dibahagikan dengan amplitud relatif harmonik isyarat yang dibekalkan kepada input litar yang dikaji. Hasilnya ialah lima frekuensi sampel tindak balas.

Perlu diingatkan bahawa tempoh isyarat yang dianalisis mestilah betul-betul gandaan tempoh pengulangan nadi, jika tidak, apabila mengira spektrum, "penyebaran" [9] atau "bocor" [7] akan berlaku, dan keputusan analisis akan diputarbelitkan.

Dengan mengklik pada butang skrin "Simpan hasil" dan "Baca", respons frekuensi yang dipaparkan pada masa ini ditulis pada fail cakera dan respons frekuensi yang direkodkan sebelum ini dibaca.

Untuk memeriksa fungsi perakam dalam mod bacaan tindak balas frekuensi, unit yang dipasang pada papan roti mengikut rajah yang ditunjukkan dalam Rajah 11 telah disambungkan kepadanya. 1. Ini ialah penapis laluan rendah R2C2 dan penapis laluan tinggi R1C1. Pengikut penampan pada op-amp litar mikro DA1,5 menghapuskan pengaruh pada tindak balas frekuensi penapis galangan keluaran yang agak tinggi bagi keluaran penjana dan galangan masukan rendah (15 kOhm) perakam. Voltan +15 V dan -1 V untuk kuasa litar mikro DA4 boleh dikeluarkan daripada penyambung XP1 perakam jika anda menyambungkan setiap tiga pin pada papan kedua antara satu sama lain, bertujuan untuk pelompat S2 dan S1 (jangan dikelirukan dengan pelompat S2 dan S11 dalam Rajah XNUMX, yang digunakan untuk menukar penapis).

nasi. 11. Gambar rajah papan roti

Untuk membandingkan tindak balas frekuensi yang diukur dengan yang diperoleh melalui pengiraan, program "Perbandingan_tindak balas_frekuensi_dengan_pengiraan" telah dicipta, yang mengira tindak balas frekuensi litar RC tertentu dan memplotkannya dalam koordinat yang sama seperti yang diukur. Hasilnya dibentangkan dalam Rajah. 12 (penapis lulus rendah) dan Rajah. 13 (penapis lulus tinggi). Nilai yang dikira ditunjukkan dalam warna merah, nilai yang diukur ditunjukkan dalam warna putih. Seterusnya, kapasitor dengan kapasiti 1 μF disambungkan selari dengan C2 dan C8 dan ciri-ciri yang ditunjukkan dalam Rajah diperolehi. 14 dan rajah. 15.

nasi. 12. Penapis lulus rendah

nasi. 13. Penapis Lulus Tinggi

nasi. 14. Ciri-ciri dengan kapasitor bersambung

nasi. 15. Ciri-ciri dengan kapasitor bersambung

Tab Penentukuran ditunjukkan dalam Rajah. 16. Apabila melakukan operasi ini, adalah perlu untuk menetapkan hubungan antara voltan pada input perakam dan nilai kod pada output ADC. Oleh kerana pergantungan ini adalah linear, ia cukup untuk memasukkan koordinat dua titiknya. Untuk melakukan ini, voltan malar hampir kepada maksimum dibekalkan kepada input perakam. Nilainya direkodkan dalam medan "Umax, B". Dalam medan "Purata nilai ADC". nilai kod output ADC yang dipuratakan oleh program akan menjadi output. Anda boleh memasukkannya ke dalam medan "ADC-max" secara manual atau menggunakan butang pada skrin "Tulis nilai purata ADC semasa sebagai ADC-max".

nasi. 16. Tab "Penentukuran".

Setelah menggunakan voltan malar hampir kepada minimum pada input peranti, masukkan nilai dalam medan "Umin, V" dan "ADC-min" juga.

Seperti yang telah disebutkan, frekuensi sebenar isyarat yang dijana semasa mengambil tindak balas frekuensi mungkin berbeza sedikit daripada nilai yang ditentukan, itulah sebabnya adalah mustahil untuk mengetahui terlebih dahulu tempoh tepat sampel yang akan dianalisis, yang mesti berganda daripada nombor integer tempoh isyarat. Nilai frekuensi sebenar mesti terlebih dahulu diukur dan tempoh sampel dikira. Tindakan ini dilakukan dalam struktur kes, dipanggil oleh butang "Tentukan tempoh untuk mengambil respons kekerapan"; keputusan disimpan dalam fail teks.

Penentukuran dilakukan seperti berikut:

- sambungkan input peranti ke wayar biasa dengan menyambungkan kenalan penyambung XP1;

- melaraskan perintang R1 ditetapkan dalam tetingkap "purata ADC". nilai dari 511 hingga 513 (dengan mengklik pada butang skrin "Baca" untuk mengemas kini);

- sambungkan sumber voltan DC +1...13 V ke penyambung XP15, masukkan nilai tepat voltan ini dalam medan "Umax, V";

- klik pada butang skrin "Baca" untuk mendigitalkan isyarat dan menentukan nilai purata kod ADC, kemudian klik pada butang skrin "Tulis nilai purata ADC semasa sebagai ADC-max";

- tukar kekutuban voltan yang dibekalkan kepada penyambung XP1 ke arah yang bertentangan, masukkan nilainya dalam medan "Umin, V", klik pada butang skrin "Baca", dan kemudian "Tulis nilai purata ADC semasa sebagai ADC -min”;

- setelah memutuskan punca voltan daripada penyambung XP1, sambungkan pin 1 penyambung ini ke pin 5 penyambung XP2 dan tekan butang skrin “Tentukan voltan aras logik (IL1)”. Nilai ini diperlukan untuk mengira tindak balas frekuensi;

- klik pada butang skrin "Tentukan tempoh untuk mengambil tindak balas kekerapan" dan tunggu sehingga pengukuran selesai (proses mengambil masa lebih daripada dua minit). Hasil pengukuran disimpan dalam fail teks pada pemacu keras komputer. Nama fail ini dan laluan kepadanya terkandung dalam medan "Fail dengan pekali penentukuran";

- dengan menekan butang skrin "TEST", arahan ujian dihantar ke mikropengawal; jika jawapan yang betul diterima, penunjuk "TEST OK" akan dihidupkan. Dalam medan "IO", anda boleh menetapkan secara manual keadaan output mikropengawal kepada penyambung XP2, dan dalam medan "IO-PLIS" - yang dikaitkan dengan FPGA.

Kesimpulannya, boleh diambil perhatian bahawa jika anda membina perakam berdasarkan Xilinx Spartan-3 FPGA dengan teras pemproses MicroBlaze, maka tidak perlu menggunakan mikropengawal.

Fail papan litar bercetak dalam format Sprint Layout 5.0 dan program untuk FPGA, mikropengawal dan komputer boleh dimuat turun dari ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/11/usb-reg.zip.

Kesusasteraan

1. Pemandu. - URL: ftdicip. com/FTDrivers.htm.
2. Pengaturcara MBFTDI dalam persekitaran Altera Quartus II. - URL: marsohod.org/index.php/ourblog/11/196-qprog10b.
3. SinaProg ialah cangkerang grafik untuk AVRDude. - URL: easyelectronics.ru / sinaprog-graficheskaya-obolochka-dlya-avrdude.html.
4. Pustaka Run-Time LabView. - 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, OS Masa Nyata, 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 / Mudah Alih 5 / . - URL: joule.ni.com/nidu/cds/view/p/id/2662/lang/ru.
7. Marple Jr. C. Analisis spektrum digital dan aplikasinya. - M.: Mir, 1990.
8. Ayficher E., Jervis B. Pemprosesan isyarat digital: pendekatan praktikal. Edisi ke-2: Terjemah. dari bahasa Inggeris - M.: Rumah Penerbitan Williams, 2004.
9. Sergienko A. Pemprosesan isyarat digital: Buku teks untuk universiti. ed ke-2. - St. Petersburg: Peter, 2006.

Pengarang: V. Tchaikovsky

Lihat artikel lain bahagian Teknologi mengukur.

Baca dan tulis berguna komen pada artikel ini.

<< Belakang

Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:

Mesin untuk menipis bunga di taman 02.05.2024

Dalam pertanian moden, kemajuan teknologi sedang dibangunkan bertujuan untuk meningkatkan kecekapan proses penjagaan tumbuhan. Mesin penipisan bunga Florix yang inovatif telah dipersembahkan di Itali, direka untuk mengoptimumkan peringkat penuaian. Alat ini dilengkapi dengan lengan mudah alih, membolehkan ia mudah disesuaikan dengan keperluan taman. Operator boleh melaraskan kelajuan wayar nipis dengan mengawalnya dari teksi traktor menggunakan kayu bedik. Pendekatan ini dengan ketara meningkatkan kecekapan proses penipisan bunga, memberikan kemungkinan penyesuaian individu kepada keadaan khusus taman, serta jenis dan jenis buah yang ditanam di dalamnya. Selepas menguji mesin Florix selama dua tahun pada pelbagai jenis buah, hasilnya amat memberangsangkan. Petani seperti Filiberto Montanari, yang telah menggunakan mesin Florix selama beberapa tahun, telah melaporkan pengurangan ketara dalam masa dan tenaga kerja yang diperlukan untuk menipis bunga. ...>>

Mikroskop Inframerah Lanjutan 02.05.2024

Mikroskop memainkan peranan penting dalam penyelidikan saintifik, membolehkan saintis menyelidiki struktur dan proses yang tidak dapat dilihat oleh mata. Walau bagaimanapun, pelbagai kaedah mikroskop mempunyai hadnya, dan antaranya adalah had resolusi apabila menggunakan julat inframerah. Tetapi pencapaian terkini penyelidik Jepun dari Universiti Tokyo membuka prospek baharu untuk mengkaji dunia mikro. Para saintis dari Universiti Tokyo telah melancarkan mikroskop baharu yang akan merevolusikan keupayaan mikroskop inframerah. Alat canggih ini membolehkan anda melihat struktur dalaman bakteria hidup dengan kejelasan yang menakjubkan pada skala nanometer. Biasanya, mikroskop inframerah pertengahan dihadkan oleh resolusi rendah, tetapi perkembangan terkini daripada penyelidik Jepun mengatasi batasan ini. Menurut saintis, mikroskop yang dibangunkan membolehkan mencipta imej dengan resolusi sehingga 120 nanometer, iaitu 30 kali lebih tinggi daripada resolusi mikroskop tradisional. ...>>

Perangkap udara untuk serangga 01.05.2024

Pertanian adalah salah satu sektor utama ekonomi, dan kawalan perosak adalah sebahagian daripada proses ini. Satu pasukan saintis dari Majlis Penyelidikan Pertanian India-Institut Penyelidikan Kentang Pusat (ICAR-CPRI), Shimla, telah menghasilkan penyelesaian inovatif untuk masalah ini - perangkap udara serangga berkuasa angin. Peranti ini menangani kelemahan kaedah kawalan perosak tradisional dengan menyediakan data populasi serangga masa nyata. Perangkap dikuasakan sepenuhnya oleh tenaga angin, menjadikannya penyelesaian mesra alam yang tidak memerlukan kuasa. Reka bentuknya yang unik membolehkan pemantauan kedua-dua serangga berbahaya dan bermanfaat, memberikan gambaran keseluruhan populasi di mana-mana kawasan pertanian. "Dengan menilai perosak sasaran pada masa yang tepat, kami boleh mengambil langkah yang perlu untuk mengawal kedua-dua perosak dan penyakit," kata Kapil ...>>

Berita rawak daripada Arkib Antijirim jatuh seperti jirim biasa 17.01.2022 Ahli fizik dari Pertubuhan Penyelidikan Nuklear Eropah CERN menjalankan satu siri kajian dan menentukan bahawa antijirim berinteraksi dengan graviti, seperti jirim biasa, dan jatuh ke arah "betul", i.e. jalan ke bawah. Tidak dinafikan, ini kelihatan seperti perkara yang benar-benar jelas, bagaimanapun, saintis untuk masa yang agak lama tidak dapat mengesahkan atau menafikan fakta ini, dan hanya percubaan terakhir membenarkan mereka memberikan jawapan yang lebih atau kurang tepat, tetapi walaupun dengan beberapa andaian. Antimatter ialah salinan jirim yang tepat dengan hanya satu perbezaan penting - kehadiran cas elektrik yang bertentangan. Dan perbezaan ini mempunyai beberapa akibat yang serius, setiap kali zarah jirim biasa dan antijirim bertembung di angkasa, mereka saling memusnahkan satu sama lain, bertukar menjadi tenaga tulen. Nasib baik untuk kita semua dan dunia di sekeliling kita, yang terdiri daripada jirim biasa, antijirim adalah jarang berlaku di Alam Semesta. Dan ini adalah salah satu soalan asas utama fizik moden, kerana semasa Letupan Besar di Alam Semesta, jumlah jirim dan antimateri yang sama sepatutnya terbentuk. Tetapi beberapa faktor yang tidak diketahui campur tangan dalam semua ini, yang mengganggu keseimbangan antara jumlah jirim dan antipodanya, dan tidak membenarkan seluruh Alam Semesta segera binasa dalam api kehancuran. Oleh itu, ahli fizik, melalui kajian antijirim, terus gigih mencari faktor yang tidak diketahui ini, yang mungkin tersembunyi dalam perbezaan yang paling tidak ketara antara zarah jirim tertentu dan antizarahnya. Menurut Model Standard, tidak sepatutnya ada perbezaan seperti itu, dan jika saintis dapat menemui apa-apa, ia akan membuka dunia baru fizik yang sama sekali berbeza untuk mereka. Daripada apa yang telah diperkatakan di atas, garis spektrum jirim dan antijirim haruslah sama. Fakta ini telah diuji dan disahkan pada tahun 2016 oleh saintis CERN menggunakan hidrogen dan anhydrous sebagai contoh. Juga, saintis untuk masa yang lama bertanya soalan tentang interaksi antimateri dengan graviti, walaupun nampaknya kesederhanaan soalan ini, pencarian jawapan kepadanya mengambil masa bertahun-tahun penyelidikan intensif. Sekali lagi, menurut Model Standard yang sama, antijirim harus berinteraksi dengan graviti seperti jirim biasa, tetapi terdapat kemungkinan kecil interaksi ini boleh mempunyai "tanda bertentangan" dan antijirim di bawah pengaruh graviti akan "jatuh ke atas". Untuk menguji vektor interaksi antara antijirim dan graviti, saintis meletakkan antiproton dan ion hidrogen dalam peranti elektromagnet yang dikenali sebagai perangkap Penning. Berada di dalam perangkap, zarah bercas bergerak sepanjang trajektori kitaran di bawah pengaruh medan magnet yang kompleks. Dengan mengukur frekuensi gerakan ini, saintis boleh mengira nisbah jisim-ke-cas zarah, yang sepatutnya sama untuk jirim dan antijirim. Tetapi sebarang perbezaan yang boleh ditemui akan menunjukkan perbezaan dalam interaksi dengan daya graviti. Hakikat bahawa antijirim berinteraksi dengan graviti, seperti jirim biasa, tidak mengejutkan saintis. Kebolehpercayaan keputusan yang diperolehi dibuktikan dengan fakta bahawa semua ukuran telah dijalankan dengan ketepatan 97 peratus, empat kali lebih tepat daripada ukuran serupa yang diambil sebelum ini. Walau bagaimanapun, dalam baki tiga peratus, terdapat celah kecil yang membenarkan undang-undang pelik fizik lain untuk menyelinap ke dalam semua ini. Berkemungkinan eksperimen lain yang menggunakan pendekatan yang lebih mudah mungkin memberikan hasil yang berbeza sama sekali, bertentangan dengan keputusan yang diperoleh oleh saintis di CERN. Dan kemudian semua ini akan menjadi bukan sahaja petunjuk, tetapi "tanda jalan" besar yang menunjukkan arah ke kawasan fizik yang terletak di luar had Model Standard.

Berita menarik lain:

▪ Ciri tambahan sensor sentuh B6TS

▪ Ubat untuk merangsang pertumbuhan gigi baru

▪ Bumi ditimbang dengan neutrino

▪ bahasa cimpanzi

▪ Otak lelaki dan perempuan berfungsi secara berbeza

Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu

Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma:

▪ bahagian tapak Parameter komponen radio. Pemilihan artikel

▪ pasal Hukuman dengan kala jengking. Ungkapan popular

▪ artikel Syarikat manakah yang menjadi peneraju dunia dalam pengeluaran tayar dari segi produk siap? Jawapan terperinci

▪ artikel Operator mesin pada peralatan kerja kayu. Arahan standard mengenai perlindungan buruh

▪ artikel Perlindungan kilat. Peruntukan am. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

▪ pasal pepatah dan pepatah melayu. Pilihan yang banyak

Tinggalkan komen anda pada artikel ini:

Semua bahasa halaman ini

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

Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web

www.diagram.com.ua
2000-2024