Osiloskop, spektrum analizörü ve frekans tepki ölçer işlevlerine sahip USB voltaj kaydedici. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi

Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi / Ölçüm teknolojisi

makale yorumları

Bu kaydedicinin donanımı, programlanabilir bir mantık yongası (FPGA) kullanılarak uygulanan, USB veri yolu aracılığıyla bilgisayarla yüksek hızlı bir iletişim kanalıyla donatılmış bir ADC'dir. Ve yazar tarafından geliştirilen bilgisayar programı, yalnızca bir dosyaya sayısallaştırılmış bir sinyal yazmaya değil, aynı zamanda osilogramını, spektrumunu görüntülemeye ve hatta bir filtrenin veya başka bir doğrusal cihazın genlik-frekans tepkisini (AFC) ölçmeye de olanak tanır. Bunlardan biri, kayıt cihazındaki yerleşik jeneratörden gelen bir test sinyaliyle sağlanır.

Söz konusu kayıt cihazında, ADC'nin 960 kHz frekansla aldığı incelenen sinyalin örnekleri, paralel ADC kodunu seri koda dönüştüren FPGA girişine beslenir. UART-USB dönüştürücüye iletilen beş adet sekiz bitlik baytlık her grupta, FPGA dört adet on bitlik ADC kodu yerleştirir. Daha sonra bilgiler işlenmek ve saklanmak üzere USB aracılığıyla bir bilgisayara aktarılır. Bilgisayarla iletişim protokolü ve kaydedicideki diğer işlevler bir mikro denetleyici kullanılarak gerçekleştirilir. FPGA ve mikro denetleyici, bilgi aktarımında kullanılan aynı UART-USB dönüştürücü aracılığıyla programlanır.

Kaydediciyle çalışmak için LabVIEW ortamında bilgilerin alınmasını, görüntülenmesini ve saklanmasını uygulayan bir program geliştirilmiştir. Ek olarak, kayıt cihazına bağlı harici bir devrenin 0,1 Hz ila 480 kHz frekanslarındaki frekans yanıtını kaydetmek için bir algoritma uygular. Bu algoritmanın ayırt edici bir özelliği, incelenen devrenin genlik-frekans özelliklerini tahmin etmek için, kaydedici mikro denetleyicisi tarafından üretilen dikdörtgen darbelerin tekrarlama oranının harmoniklerinin kullanılmasıdır.

Prensip olarak, 15 kHz örnekleme frekansı ve on ikili basamak çözünürlüğü ile 15 ila +960 V aralığında anlık voltaj değerlerine sahip örneklerin gerçek zamanlı olarak bir bilgisayara sürekli aktarımı için bir cihaz geliştirme görevi, bir ADC ve sanal COM bağlantı noktası modunda çalışan yerleşik USB bağlantı noktasına sahip bir mikro denetleyici kullanılarak FPGA olmadan çözülebilir. Ancak bilgi aktarım hızı yeterince yüksek olmayacaktır. 2232 Mbit/s hızında bilgi aktarımı sağlayan UART-USB FT12H arayüz dönüştürücü çipi, bir ADC ve bir mikro denetleyici ile birlikte kullanıldığında, UART'ın bu hızda çalışabilen bir mikro denetleyici bulma sorunu ortaya çıkar. Sonuç olarak, ADC tarafından üretilen bilgiyi paralel kodda okuyan ve UART'ın seri format karakteristiğine dönüştüren FPGA kullanılarak önceki yöntemden farklı bir yöntem seçilmiştir.

Cihaz, paralel çıkışlı ve maksimum 10030 MHz örnekleme frekansına sahip on bitlik bir ADC30 kullanır. Çalışmasının sonuçları, 3064 programlanabilir lojik makro hücre ve 44 I/O hattı içeren EPM10ALC64-44N FPGA tarafından alınır ve işlenir.

ADC tarafından oluşturulan her giriş sinyali örneği, on bitlik bir ikili koddur ve FT2232H UART-USB dönüştürücü, sekiz bitlik bayt cinsinden bilgi alır. Bu nedenle FPGA, her dört örneği beş bayta paketleyen bir cihaz uygular. Daha sonra, her bayta başlatma ve durdurma bitleri sağlar ve bunları bilgisayara USB arabirimi aracılığıyla gönderilmek üzere 12 MBd hızında seri kod halinde FT2232H yongasına iletir.

Kayıt cihazı devresi Şekil 1'de gösterilmektedir. 7. XP9 konektöründen DA3 6 entegre dengeleyiciye ve ondan çıkarılabilir atlama kablosu S7805 4-1 pozisyonundayken 2 V voltaj dengeleyiciye sağlanan 3,3...1117 V'luk sabit bir voltajla beslenir. LM3.3-7 (DA4). Hata ayıklama sırasında cihazın kullanım kolaylığı için, cihaza bir USB bağlantı noktasından güç vermek mümkündür. Bunu yapmak için çıkarılabilir atlama teli S2, 3-5 konumuna getirilmelidir. Bununla birlikte, normal çalışma sırasında, USB bağlantı noktasından alınan voltaj genellikle XNUMX V'tan belirgin şekilde farklı olduğundan, bu tür bir güç kabul edilemez, bu da incelenen sinyalin ADC'ye dönüşüm ölçeğinde bir değişikliğe yol açar.

Pirinç. 1. Kaydedici diyagramı (büyütmek için tıklayın)

ADC ve FPGA için 24 MHz saat üreteci, DD2 74HC04D mikro devresinin elemanları üzerine inşa edilmiştir ve bir ZQ2 kuvars rezonatörü ile stabilize edilmiştir.

Bir bilgisayarla iletişim protokolünü uygulamak, ayrı sinyaller üretmek ve dikdörtgen darbeler üretmek için, kayıt cihazına, ZQ1 kuvars rezonatörü tarafından ayarlanan, 8 MHz saat frekansında çalışan bir DD16 ATMega1A mikro denetleyici yerleştirildi. Bilgisayar ile mikrodenetleyici arasındaki bilgi alışverişi de FT2232H (DD4) yongası kullanılarak ancak farklı bir kanal üzerinden gerçekleşir. FPGA ve mikrodenetleyici ile iletişim kurmak için, kayıt cihazıyla çalışan bilgisayarın işletim sisteminde iki sanal COM bağlantı noktasının düzenlenmesi gerekir.

İncelenmekte olan sinyal, XP1 konnektörü aracılığıyla, 2 kat ters çevirici sinyal zayıflatıcı olan op-amp DA825 AD15ARZ üzerindeki sahne girişine beslenir. Op-amp DA2'nin çıkışındaki sıfır seviyesi, R1 kesme direnci kullanılarak kaydırılabilir. Bu şekilde, incelenen sinyal, ADC'nin giriş voltajında ​​​​izin verilen değişiklik aralığına getirilir.

Op-amp DA2, tek kutuplu DC'den iki kutupluya voltaj dönüştürücü AM15D-5DH1Z (U0515) tarafından +30 V'tan oluşturulan +/-1 V'luk bir voltajla beslenir. Dirençler R19 ve R20, dönüştürücünün düzgün çalışması için gereken minimum yüküdür. Çıkarılabilir atlama kabloları S1 ve S2'yi 2-3 konumundan 1-2 konumuna hareket ettirerek, DA2 yongasına XP15 konektörüne sağlanan +/- 4 V harici voltajla güç sağlamaya geçebilirsiniz. İstenirse, akım tüketimi 1 mA'yi geçmeyen harici cihazlara U35 dönüştürücüden güç verilebilir.

DA5 ADC'nin referans voltajları, ADC açıklamasında önerilen devreye göre DA3.1 ve DA3.2 op amp'leri tarafından oluşturulur. ADC çıkışlarından gelen paralel kod FPGA DD3'e gönderilir ve burada seri UART koduna dönüştürülür. Daha sonra DD4 FT2232H çipine gider.

XP2 konektörü, sekiz kanal üzerinden 3,3 V mantık seviyesi sinyallerine sahip harici cihazları kontrol etmek için tasarlanmıştır; ayrıca, harici cihazlara güç sağlamak için bu konektöre sabit bir 3,3 V voltaj ve ortak bir kablo çıkışı sağlanır. XP5 ve XP6 konektörleri, kendilerine 3,3 V besleme voltajıyla bağlı cihazları programlamak için tasarlanmıştır.

XP7 konektörü, 3,3 V, 5 V voltaj ve harici cihazlara güç sağlamak için ortak bir kablo, 24 MHz frekanslı bir darbe sinyali (ADC ve FPGA'nın saat frekansı) taşır. Bu konektörün pin 4'ü, cihazın açıklanan versiyonunda kullanılmayan FPGA DD14'ün pin 3'üne bağlanır.

Dönüştürücünün çalışma modunu gösteren LED'ler XP8 konektörüne bağlanır:

HL1 - besleme voltajı mevcut;

HL2 - bilgilerin mikrodenetleyiciden bilgisayara aktarılması;

HL3 - bilgilerin bilgisayardan mikro denetleyiciye aktarılması;

HL4 - bilgilerin FPGA'den bilgisayara aktarılması;

HL5 - bilgilerin bir bilgisayardan FPGA'ya aktarılması;

HL6 - kare puls üreteci açık;

HL7 - FPGA'dan bilgi aktarımına mikrodenetleyici tarafından izin verilir;

HL8 - FPGA bilgi iletir.

PCB iletkenlerinin bir çizimi Şekil 2'de gösterilmektedir. 1 (taraf 3) ve şek. 2 (yan 4). Tahtanın bu taraflarındaki elemanların düzeni Şekil 5'de gösterilmektedir. 1 ve Şek. 4. Kart, şemada gösterilmeyen elemanlar için alan sağlar; buradan, XP2 konektörü ile R5 direnci arasına U şeklinde bir giriş zayıflatıcı veya filtre ve op-amp DA5 çıkışı ile R8 direnci arasına L şeklinde bir filtre monte edebilirsiniz. ADC DAXNUMX'in girişi. Zayıflatıcı ve filtre olmadığında sinyal geçişine izin vermek için seri elemanların yerine yüzeye monte jumper'lar takılır. Referans ADC voltajını doğru bir şekilde seçmek gerekiyorsa, iki atlama teli daha RXNUMX ve RXNUMX dirençleriyle seri olarak bağlanan dirençlerin yerini alır.

Pirinç. 2. PCB iletken çizimi

Pirinç. 3. PCB iletken çizimi

Pirinç. 4. Elemanların düzenlenmesi

Pirinç. 5. Elemanların düzenlenmesi

PLCC-3 paketindeki DD44 FPGA'ler için kart üzerine panel kurulmalıdır. DA6 entegre stabilizatör, 22x20x15 mm boyutlarında kanatlı bir soğutucu üzerine monte edilmiştir.

Kayıt cihazı Gainta G715 kasasına monte edilmiştir; görünümü Şekil 6'de gösterilmektedir. 1. LED'ler ön panele sabitlenmiştir ve XP2, XP4, XP7, XP1 konnektörleri için delikler açılmıştır. Arka panelden SA1 anahtar bloğuna, XS5, XP6, XPXNUMX konnektörlerine erişim vardır.

Pirinç. 6. Kaydedicinin görünümü

FPGA'da uygulanan cihazın yapısı VDHL dilinde anlatılmıştır. Çeviri ve hata ayıklama Quartus 11 Versiyon 10.1 geliştirme ortamında gerçekleştirildi.

Giriş sinyalleri:

clk - saat sinyali;

P - mikrodenetleyiciden gelen sinyal dizisi;

ADC_data - ADC'den gelen sinyal dizisi;

rx - FT2232H'den gelen sinyal. Çıkış sinyalleri:

P1 - mikrodenetleyiciye yönelik sinyal;

tx - FT2232H'ye yönelik sinyal;

PHL - HL8 LED'ini kontrol eden sinyal;

PPD - ADC güç kaynağını kapatma sinyali;

POE - ADC çıkışlarını açma sinyali;

POUT - XP7 konektörüne sinyal çıkışı.

Değişkenler:

sayım - aktarılan bayt sayısının sayacı;

start_bit - bayt aktarımının başladığının işareti;

stop_bit - veri aktarımının tamamlandığının işareti;

ADC_data_buf - ADC'den bilgi depolamak için arabellek;

rx_bit - bilgi almaya başladığınızın işareti.

Saat sinyalinin düşük seviyeden yüksek seviyeye geçişi üzerine, başlangıç ​​deşarjının alımı kontrol edilir (Tablo 1). Daha sonra, eğer iletim devam ediyorsa, iletilen bayt sayacının içeriği bir artırılır (Tablo 2). Sayacın içeriği 100 değerine ulaştığında tabloya göre gerçekleşir. 3'te sıfırlanır ve transfer tamamlama komutunun varlığı kontrol edilir (P(6)=0).

Tablo 1

Tablo 2

Tablo 3

Saat sinyali, iletim başlamadan önce yüksek seviyeden düşük seviyeye geçtiğinde, iletim sırasında değişmesini önlemek için ADC'den gelen bilgiler arabelleğe alınır (Tablo 4).

Tablo 4

Geri kalan işlemler mikrodenetleyiciden bilgi aktarımına izin verilip verilmediğinin kontrol edilmesinden oluşur. Etkin durumda, HL8 LED'i yanar ve istek baytı alınmışsa iletim tamamlanma işareti silinir (Tablo 5). Başlatma ve durdurma bitlerinin aktarımı tabloya göre gerçekleştirilir. 6 ve ADC tampon tablosundaki bilgiler. 7 (her bit iki sayım döngüsünde iletilir).

Tablo 5

Tablo 6

Tablo 7

Mikrodenetleyicinin programı ImageCraft geliştirme ortamında C dilinde yazılmıştır. Cihaz açıldıktan sonra, mikrodenetleyici çevre birimlerini başlatır, ardından mikrodenetleyici UART alma modundayken ana döngüye girer.

Bayt alındıktan sonra kesme işleyicisi başlatılır (Tablo 8). Bu bayt, rx_count dizinindeki rx_arr dizisine yazılır (eğer paketin ilk baytı alındıysa rx_count = 0), ardından rx_count bir artırılır. Bunu, süresinin dolması paketin sonunun bir işareti olarak hizmet eden zamanlayıcı 0'ın yeniden başlatılması takip eder.

Tablo 8

Bir sonraki bayt belirli bir süre içinde alınmazsa, zamanlayıcı 0'ın isteği üzerine bir kesme meydana gelir. Bu kesmenin işleyicisinde (Tablo 9), zamanlayıcı durdurulur ve f_rx alım bayrağının sonu ayarlanır.

Tablo 9

Bir bilgi paketi alındığında (f_rx= 1), ana döngü onu ayrıştırmaya, içerdiği komutları yürütmeye ve yanıtlar üretmeye başlar. Öncelikle paketin başlığı ve sonu kontrol edilir, ardından komut kodu kontrol edilir. Başarılı doğrulamanın ardından pakette bulunan komutun yürütülmesi başlar. Bir hata tespit edilirse olumsuz bir giriş oluşturulur.

Program aşağıdaki komutları uygular:

- “Test” - bağlantıyı kontrol etmeye yarar;

- “GÇ durumlarını ayarla” - XP2 konektörüne bağlı mikro denetleyici pinlerinde belirtilen mantıksal seviyeleri ayarlar. Konektörün Pim 2'si (IO1 devresi) komut veri baytının düşük sırasına karşılık gelir ve pim 9 (IO8 devresi) yüksek sırasına karşılık gelir;

- “FPGA ile ilişkili IO durumlarını ayarla” - FPGA ile ilişkili PD4-PD7, PB1, PC2, PC3 mikro denetleyicisinin çıkışlarında belirtilen mantıksal seviyeleri ayarlar. Çıkışlar, birinciden yedinciye kadar karşılık gelen komut verileri bayt bitlerine göre listelenir. PD3 pininin durumu bu komutla değiştirilemeyeceğinden baytın en az anlamlı (sıfır) bitinin değeri isteğe bağlı olabilir. FPGA'dan kesme isteği almak için kullanılır;

- “Dikdörtgen darbe üretecini başlatın (2 saniyeye bölünebilen bir süre ile)” - belirtilen dikdörtgen darbe üretecini başlatır (kayıt cihazı tarafından üretilen tüm darbelerin görev döngüsü ikidir). Komut veri baytı, 2 sn'lik adımlarla 2-254 sn aralığında olabilen darbe tekrarlama periyodunun değerini içermelidir. Darbeler, PB3 mikro denetleyicisinin pininde, zamanlayıcı 1'den kesme işleyicisindeki durumunu değiştiren yazılım tarafından üretilir. Bunlar, XP5 konektörünün pin 2'ine gönderilir;

- “ADC'nin başlatılması üzerine dikdörtgen puls üretecini (2 saniyenin katları ile) başlat” - önceki komuttan farklıdır, çünkü jeneratörü FPGA'dan bilgisayara bilgi aktarımının başlamasıyla eşzamanlı olarak başlatır;

- “Kare dalga jeneratörünü başlat” - kare dalga jeneratörünü 30 Hz'den 8 MHz'e kadar bir frekansla başlatır. Dört baytlık veri hertz cinsinden frekans değerini içermelidir. Frekansı sıfıra ayarlayarak jeneratörü kapatın. Üretilen darbelerin tekrarlama periyodu her zaman mikro denetleyicinin makine çevriminin katı olduğundan, tekrarlarının gerçek frekansı belirtilenden farklı olabilir. Tam değeri (1 Hz çözünürlükte) komuta verilen yanıtta bulunur. Darbeler, mikro denetleyicinin PB5 çıkışına bağlı XP2 konektörünün 3 numaralı pimine gönderilir.

FPGA'dan bilgi aktarmaya başlamak için, 16. FPGA girişini yüksek mantıksal seviyeye ayarlayarak etkinleştirmeniz ve ardından bir baytı COM bağlantı noktası üzerinden FPGA'ya aktarmanız gerekir. İzin, FPGA girişi 16'ya mantıksal bir sıfır ayarlayarak iletimi durdurma kolaylığı sağlamak amacıyla getirildi. Mikrodenetleyici aktarıma izin verdiğinden, FPGA'den aktarımın başlangıcını bilgisayarın bilgi alma başlangıcıyla senkronize etmek için, bilgisayarın mikro denetleyiciye isteğe bağlı bir istek baytı göndermesi gerekir. Mikrodenetleyici, eşliksiz ve bir stop bitli sekiz bitlik mesajlar ile 1 MBd hızında bilgisayarla bilgi alışverişinde bulunur. FT2232H kayıt çipi aracılığıyla USB aracılığıyla bilgi alışverişi yapmak için, bilgisayarın işletim sistemine İnternet sayfasında [1] bulunabilecek sürücüleri yüklemeniz gerekir.

Programların FPGA ve mikrodenetleyiciye yüklenmesi.

FPGA programlama [2]'de açıklanan yönteme göre gerçekleştirilir. Başlamadan önce SA1 DIP anahtarlarını ayarlamak gerekir -

SA3'ü Şekil 7'de gösterilen konumlara getirin. 3, a. Mikrodenetleyici AVRDude programı ve internet sayfasındaki bağlantılardan indirilen SinaProg grafik kabuğu kullanılarak programlandı [4]. SinaProg'u çalıştırmak için bilgisayarınızda LabView RunTime Library'nin bulunması gerekir [XNUMX].

Pirinç. 7.FPGA programlama

Avrdude.conf dosyasında, dosyanın metnini tabloda gösterilen bölüme ekleyerek 2ftbb programlayıcısının pinlerini yeniden atamanız gerekir. 10.

Tablo 10

Makalenin eki, gerekli tüm parametrelerin önceden kurulu olduğu AVRDude ve SinaProg programlarını içermektedir.

Mikrodenetleyiciyi programlamaya başladığınızda, kayıt cihazının SA1-SA3 anahtarlarını Şekil 7'de gösterilen konumlara ayarlamalısınız. 1b'yi seçin, ardından kaydedicinin XS2 konektörünü bilgisayarın USB bağlantı noktasına bağlayın ve SinaProg programını başlatın. Penceresinin "Programcı" alanında 9600ftbb, FTDI, 11 parametrelerini ayarlayın. Ardından ekrandaki "<" ve "Ara" düğmelerine tıklayın, ardından tabloda gösterilene benzer bir metin görüntülenmelidir. mesaj penceresinde görünür. onbir. "Sigortalar" alanındaki "Gelişmiş" ekran düğmesine tıklanarak çağrılan menüyü kullanarak mikro denetleyici yapılandırmasını ayarlayın: yüksek - 0xC9, düşük - 0xFF. "Hex file" alanında mikrodenetleyici program kodlarının bulunduğu HEX dosyasının adını belirtin ve Flash alanında Program butonuna tıklayın. Programlamanın başarıyla tamamlanmasının ardından mesaj alanında tabloda verilen satırlarla biten metin görünmelidir. 12.

Tablo 11

Tablo 12

Kayıt cihazı, XP6 veya XP7 konektörüne bağlı cihazları programlamak için kullanılıyorsa, SA1-SA3 anahtarları Şekil 7'de gösterilen konumlara ayarlanmalıdır. 7, c. Kayıt cihazının normal çalışması sırasında anahtarların konumları Şekil XNUMX'de gösterilmektedir. XNUMX, g.

Bilgisayar programı USB-960

LabVIEW 2011 ortamında geliştirilmiştir, eğer bilgisayarda bu ortam mevcut değilse [5] ve [6] paketlerini kurmanız gerekecektir. Program on bir sanal alt araç içerir (VI):

- ACPLISUC_IOUC, harici bir konektöre bağlı mikro denetleyici çıkış bağlantı noktalarının durumlarını ayarlar;

- ACPLISUC_FREQ jeneratörü başlatır ve ardından üretilen frekansı ölçer;

- ACPLISUC_TEST mikro denetleyiciyle iletişimi kontrol eder;

- ACPLISUC_AFR_H, harici devrenin frekans tepkisini beş frekans değerinde (30,5 Hz'den düşük olmayan) ölçer;

- ACPLISUC_AFR_L, harici devrenin kesirlerden onlarca hertz'e kadar olan frekanstaki frekans tepkisini ölçer;

- ACPPLISUC_GEN2S, 2 saniyenin katı olan bir tekrarlama periyoduna sahip dikdörtgen bir darbe üretecini başlatır;

- ACPPLISUC_UNPACKDATA, kayıt cihazından alınan bilgileri bir ADC kod değerleri dizisine dönüştürür;

- ACPPLISUC_ADCDATA, belirtilen süre boyunca kayıt şirketinden alınan bilgileri okur;

- ACPPLISUC_IOPLIS, FPGA ile ilişkili mikro denetleyici çıkış bağlantı noktalarının durumlarını ayarlar;

- ACPPLISUC_GEN, 30,5 Hz ve daha yüksek tekrarlama oranına sahip bir kare darbe üretecini başlatır;

- ACPPLISUC_GEN2S'ler, kayıt cihazından bilgilerin okunmasının başlamasıyla eşzamanlı olarak iki saniyeye bölünebilen bir periyoda sahip dikdörtgen bir puls üretecini başlatır;

- ACPLISUC_COM, mikro denetleyiciyle ilişkili sanal bir COM bağlantı noktası aracılığıyla bilgi alır ve iletir.

Ana program, içinde bir vaka yapısı bulunan sonsuz bir while döngüsünde çalışır, mevcut sayfası, ana program penceresindeki bir sekme seçilerek belirlenir.

Sinyal kaydetme sekmesi Şekil 8'de gösterilmiştir. 128. "BAŞLAT" düğmesine bastığınızda, "Ölçüm süresi, s" alanında belirtilen süre boyunca incelenmekte olan sinyalin örneklerinin alımı başlar. Bunu yapmak için, FPGA'dan bilgi aktarımına izin verilir - ACPPLI-SUC_IOPLIS VI'ya XNUMX değeri yazılır. Gerçek okuma, parametresi ölçüm süresine ayarlanan ACPPLISUC_ADCDATA VI kullanılarak gerçekleştirilir. Bu VI, bir boş bayt göndererek bilgi ister ve onu belirli bir süre içinde okur. Süresi dolduğunda ACPLISUCJOPLIS VI'ya sıfır değeri yazılarak aktarım yasaktır.

Pirinç. 8. "Sinyal kaydı" sekmesi

"Dosyaya yaz" ekran tuşuna daha önce basıldıysa, incelenmekte olan sinyal, adı "Sinyali kaydetmek için dosya" alanında belirtilen bir ikili dosyaya kaydedilir. Varsayılan olarak kaydetme, C sürücüsünün kök klasöründe gerçekleştirilir; bu nedenle bilgisayar işletim sistemi, programın yönetici haklarıyla çalıştırılmasını gerektirebilir.

Dikdörtgen puls üretecinin başlatılması “Jeneratörü başlat” ve “Jeneratörü 2 saniyenin katları olan bir süre ile başlat” alanlarında gerçekleştirilir.

Alımın tamamlanmasının ardından, alınan sinyalin osilogramı "Sinyal" alanında görüntülenir ve spektrumu "Genlik spektrumu" alanında görüntülenir. "RMS, V" ve "Ortalama değer, V" alanlarında sırasıyla sinyalin ortalama karekökü ve ortalama değerleri görüntülenecektir.

Osiloskop sekmesi Şekil 9'de gösterilmiştir. 1. "BAŞLAT" ekran düğmesine bastığınızda, yukarıda açıklanana benzer bir algoritmaya göre ("STOP" düğmesine basmadan önce) kayıt cihazından bilgilerin tekrar tekrar alındığı bir süre döngüsü başlatılır. Senkronizasyon ve manuel geçiş sırasında sinyal kesintisini önlemek için gerçek kayıt süresi belirtilen sürenin iki katıdır. Tamamlandıktan sonra, bir dizinin oluşturulduğu belirli bir eşiği ("Eşik, B" düğmesi kullanılarak ayarlanır) geçme anları için sinyal aranır. Daha sonra, bu dizide program mümkün olduğu kadar yakın yerleştirilmiş bir öğe bulur. Sinyal süresinin 3/XNUMX'üne kadar. Ekranda görüntülenen dalga formunun başlangıç ​​noktası olarak kullanılacaktır.

Pirinç. 9. Osiloskop sekmesi

"Offset, %" düğmesini kullanarak dalga biçimini değiştirebilirsiniz. “Geçerli sinyali kaydet” ve “Oku” düğmeleri o anda görüntülenen sinyali kaydeder ve daha önce kaydedilen sinyali okur.

"Frekans yanıtını kaldırma" sekmesi Şekil 10'de gösterilmiştir. 7. Doğrusal bir devrenin [2] frekans tepkisi, girişini aynı anda veya dönüşümlü olarak farklı frekanslardaki harmonik sinyallerle etkileyerek ve ardından devrenin çıkışında bu sinyallerin genliğini ölçerek belirlenebilir. Söz konusu cihazda, frekans tepkisini ölçmek için harmonik sinyaller yerine bir mikro denetleyici tarafından üretilen dikdörtgen darbeler kullanılıyor. Görev döngüsü 0,9 olan dikdörtgen darbeler şeklindeki bir sinyal, frekansları darbe tekrarlama frekansından tek sayıda daha yüksek olan sonsuz sayıda harmonik sinyalin (harmonik) toplamıdır. Harmoniklerinin genlikleri yaklaşık olarak 0,3 (birinci), 0,18 (üçüncü), 0,129 (beşinci), 0,1 (yedinci), XNUMX (dokuzuncu) darbe genliklerine eşittir. İncelenen devrenin girişindeki sinyalin harmonik oranını (spektrumunu) bilerek ve çıkışta belirledikten sonra, bu devrenin frekans tepki değerlerini harmonik frekanslarda hesaplamak mümkündür.

Pirinç. 10. "Frekans yanıtını kaldırma" sekmesi

Kayıt cihazı, görev döngüsü 2 ve tekrarlama oranı 0,1 olan dikdörtgen darbeler kullanarak frekans tepkisini kaydeder; 0,5; 30,5, 60,1, 120,2, 240, 480,8, 961,5, 1923, 3846, 7692,3, 15384,6, 31250 ve 61538,5 Hz.

"START 0,1 Hz" veya "START 0,5 Hz" ekran düğmelerinden birine bastığınızda, ACPPLISUC_AFR_L VI sırasıyla 10 sn ve 2 sn'lik bir süre ile başlatılır. Bu VI şu şekilde çalışır:

- ACPPLISUC_GEN2SS VI'yı kullanarak, belirli bir periyotta dikdörtgen darbe üretecini başlatmak için bir komut gönderir;

- 1,5 darbe tekrarlama periyodu boyunca ADC'den bilgi alır;

- alınan sinyali, sinyali azaltmadan önce yüksek frekanslı bileşenlerden kurtulmak için 2000 Hz kesme frekansına sahip bir dijital alçak geçiren filtreden geçirir. Bu yapılmazsa aliasing meydana gelecektir [8];

- daha fazla hesaplamayı basitleştirmek için her 47 örnekten 48'sini atarak sinyali inceler;

- tam olarak bir darbe tekrarlama periyodu süresine sahip sinyalden bir parça çıkarır;

- bu parçanın genlik spektrumunu hesaplar;

- ortaya çıkan spektrumdan test sinyalinin tek harmoniklerine karşılık gelen bileşenleri çıkarır, bunları orijinal sinyalin aynı harmoniklerinin bilinen genlik değerlerine böler. Sonuç, incelenen devrenin harmonik frekanslarda frekans tepkisidir.

"START 30 Hz" ekran düğmesine bastığınızda, girişi darbe frekansı ve ölçüm süresi olan ACPPLISUC_AFR_H VI'nın yürütüldüğü bir for döngüsü başlatılır. Bu VP'nin çıkışında, belirli bir frekanstaki sinyalin beş harmoniğinde frekans tepkisi değerleri elde edilir. Döngü sonucunda üç dizi oluşur: frekans yanıtının ölçüldüğü frekanslar, frekans yanıtının hesaplandığı sinyaller ve frekans yanıtı değerleri. Daha sonra, frekans yanıtı değerleri dizisi, grafiğinin ekranda daha fazla görüntülenmesi için sıralanır.

ACPLISUC_AFR_H VI aşağıdaki şekilde çalışır:

- ACPLISUC_GEN VI'yı kullanarak jeneratörü başlatmak için bir komut gönderir;

- belirli bir süre içinde ADC'den bilgi alır;

- kaydedilen sinyalin genlik spektrumunu hesaplar;

- ortaya çıkan spektrumdan, test sinyalinin harmoniklerine karşılık gelen beş bileşen çıkarılır, değerleri, incelenen devrenin girişine sağlanan sinyalin harmoniklerinin göreceli genliklerine bölünür.Sonuç beş frekanstır yanıt örnekleri.

Analiz edilen sinyallerin süresinin tam olarak darbe tekrarlama periyodunun katı olması gerektiğine dikkat edilmelidir, aksi takdirde spektrum hesaplanırken "yayılması" [9] veya "sızıntısı" [7] meydana gelecektir ve analiz sonuçları çarpık olacaktır.

“Sonuçları kaydet” ve “Oku” ekran butonları tıklandığında o anda görüntülenen frekans yanıtı disk dosyasına yazılır ve daha önce kaydedilen frekans yanıtı okunur.

Kayıt cihazının frekans yanıtı okuma modunda çalışmasını kontrol etmek için, Şekil 11'de gösterilen şemaya göre devre tahtası üzerine monte edilmiş bir ünite ona bağlandı. 1. Bunlar alçak geçişli filtreler R2C2 ve yüksek geçişli filtreler R1C1'dir. DA1,5 mikro devresinin op-amp'indeki tampon takipçileri, jeneratör çıkışının nispeten yüksek çıkış empedansının ve kaydedicinin düşük (15 kOhm) giriş empedansının filtrelerinin frekans tepkisi üzerindeki etkisini ortadan kaldırır. DA15 mikro devresine güç sağlamak için +1 V ve -4 V voltajı, S1 ve S2 atlama telleri için tasarlanmış (karıştırılmamalıdır) ikincisinin kartındaki üç pimin her birini birbirine bağlarsanız, kayıt cihazının XP1 konektöründen çıkarılabilir. Şekil 2'de filtreleri değiştirmek için kullanılan S11 ve SXNUMX atlama telleri ile).

Pirinç. 11. Breadboard diyagramı

Ölçülen frekans tepkisini hesaplamayla elde edilenlerle karşılaştırmak için, belirli bir RC devresinin frekans tepkisini hesaplayan ve bunu ölçülenle aynı koordinatlarda çizen "Frekans tepkisi_hesaplama_ile_karşılaştırılması" programı oluşturuldu. Sonuçlar Şekil 12'de sunulmaktadır. 13 (alçak geçiş filtresi) ve Şek. 1 (yüksek geçiş filtresi). Hesaplanan değerler kırmızıyla, ölçülen değerler ise beyazla gösterilir. Daha sonra C2 ve C8'ye 14 μF kapasiteli kapasitörler paralel bağlanarak Şekil 15'de gösterilen özellikler elde edildi. XNUMX ve Şek. XNUMX.

Pirinç. 12. Alçak geçiren filtre

Pirinç. 13. Yüksek Geçişli Filtre

Pirinç. 14. Bağlı kapasitörün özellikleri

Pirinç. 15. Bağlı kapasitörün özellikleri

Kalibrasyon Sekmesi Şekil 16'de gösterilmiştir. XNUMX. Bu işlemi gerçekleştirirken kayıt cihazı girişindeki voltaj ile ADC çıkışındaki kod değeri arasındaki ilişkiyi ayarlamak gerekir. Bu bağımlılık doğrusal olduğundan iki noktasının koordinatlarını girmek yeterlidir. Bunu yapmak için, kayıt cihazının girişine maksimuma yakın sabit bir voltaj verilir. Değeri "Umax, B" alanına kaydedilir. "ADC değer ortalaması" alanında. Program tarafından ortalaması alınan ADC çıkış kodunun değeri çıkarılacaktır. “ADC-max” alanına manuel olarak girebilir veya ekrandaki “Mevcut ADC-ortalama değerini ADC-max olarak yaz” butonunu kullanabilirsiniz.

Pirinç. 16. "Kalibrasyon" sekmesi

Cihazın girişine minimuma yakın sabit bir voltaj uyguladıktan sonra benzer şekilde “Umin, V” ve “ADC-min” alanlarına değerleri girin.

Daha önce de belirtildiği gibi, frekans tepkisi alınırken üretilen sinyallerin gerçek frekansları, belirtilen değerlerden biraz farklı olabilir; bu nedenle, analiz edilecek örneklerin kesin sürelerini önceden bilmek imkansızdır; bu sürenin katları olması gerekir. tamsayı sayıda sinyal periyodu. Öncelikle gerçek frekans değerleri ölçülmeli ve numune süreleri hesaplanmalıdır. Bu işlemler “Frekans yanıtı almak için periyotları tanımla” butonunun çağırdığı vaka yapısında gerçekleştirilir ve sonuçlar bir metin dosyasına kaydedilir.

Kalibrasyon şu şekilde gerçekleştirilir:

- XP1 konnektörünün kontaklarını bağlayarak cihazın girişini ortak kabloya bağlayın;

- R1 ayar direnci “ADC-ortalama” penceresinde ayarlanır. 511'den 513'e kadar değerler (güncellemek için "Oku" ekran düğmesine tıklayarak);

- +1...13 V DC voltaj kaynağını XP15 konektörüne bağlayın, bu voltajın tam değerini “Umax, V” alanına girin;

- sinyali sayısallaştırmak ve ADC kodunun ortalama değerini belirlemek için “Oku” ekran düğmesine tıklayın, ardından “Geçerli ADC-ortalama değerini ADC-max olarak yaz” ekran düğmesine tıklayın;

- XP1 konektörüne sağlanan voltajın polaritesini ters yöne değiştirin, değerini “Umin, V” alanına girin, “Oku” ekranı düğmelerine tıklayın ve ardından “Geçerli ADC ortalama değerini ADC olarak yazın -min”;

- gerilim kaynağının XP1 konektöründen bağlantısını kestikten sonra, bu konektörün pin 1'ini XP5 konektörünün pin 2'ine bağlayın ve “Lojik seviye voltajını (IL1) belirle” ekran düğmesine basın. Bu değer frekans tepkisini hesaplamak için gereklidir;

- "Frekans yanıtının alınması için periyotları tanımla" ekran düğmesine tıklayın ve ölçümler tamamlanana kadar bekleyin (işlem iki dakikadan fazla sürer). Ölçüm sonuçları bilgisayarın sabit diskindeki bir metin dosyasına kaydedilir. Bu dosyanın adı ve yolu "Kalibrasyon katsayılarını içeren dosya" alanında bulunur;

- “TEST” ekran tuşuna basıldığında mikrodenetleyiciye test komutu gönderilir; doğru cevap alındığında “TEST OK” göstergesi yanar. "IO" alanında, mikro denetleyici çıkışlarının durumlarını XP2 konektörüne ve "IO-PLIS" alanında - FPGA ile ilişkili olanları manuel olarak ayarlayabilirsiniz.

Sonuç olarak, MicroBlaze işlemci çekirdeğine sahip Xilinx Spartan-3 FPGA tabanlı bir kayıt cihazı oluşturursanız, mikrodenetleyici kullanmaya gerek kalmayacağı belirtilebilir.

Sprint Layout 5.0 formatındaki baskılı devre kartı dosyası ve FPGA, mikrodenetleyici ve bilgisayar için programlar ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/11/usb-reg.zip adresinden indirilebilir.

Edebiyat

1. Sürücüler. - URL: ftdichip.dll com/FTDrivers.htm.
2. Altera Quartus II ortamında MBFTDI programcısı. - URL: marsohod.org/index.php/ourblog/11/196-qprog10b.
3. SinaProg, AVRDude için grafiksel bir kabuktur. - URL: easyelectronics.ru / sinaprog-graficheskaya-obolochka-dlya-avrdude.html.
4. LabView Çalışma Zamanı Kitaplığı. - URL: ftp.ni.com/support/softlib/labview/labview_runtime/8.6.1/Windows/lvrte861min.exe.
5. LabVIEWRun-TimeEngine 2011 -(32-bit Standart 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, Gerçek Zamanlı İşletim Sistemi, Windows 7 64-bit / 7 32-bit / Vista 64-bit / Vista 32-bit / XP / XP Embedded / Server 2008 R2 64 -bit / Sunucu 2003 R2 32 bit / Mobil 5 / . - URL: joule.ni.com/nidu/cds/view/p/id/2662/lang/ru.
7. Marple Jr. C. Sayısal spektral analiz ve uygulamaları. - M.: Mir, 1990.
8. Ayficher E., Jervis B. Dijital sinyal işleme: pratik bir yaklaşım. 2. baskı: Çev. İngilizceden - M.: Williams Yayınevi, 2004.
9. Sergienko A. Dijital sinyal işleme: Üniversiteler için ders kitabı. 2. baskı. - St.Petersburg: Peter, 2006.

Yazar: V. Çaykovski

Diğer makalelere bakın bölüm Ölçüm teknolojisi.

Oku ve yaz yararlı bu makaleye yapılan yorumlar.

<< Geri

En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:

Bahçelerdeki çiçekleri inceltmek için makine 02.05.2024

Modern tarımda, bitki bakım süreçlerinin verimliliğini artırmaya yönelik teknolojik ilerleme gelişmektedir. Hasat aşamasını optimize etmek için tasarlanan yenilikçi Florix çiçek seyreltme makinesi İtalya'da tanıtıldı. Bu alet, bahçenin ihtiyaçlarına göre kolayca uyarlanabilmesini sağlayan hareketli kollarla donatılmıştır. Operatör, ince tellerin hızını, traktör kabininden joystick yardımıyla kontrol ederek ayarlayabilmektedir. Bu yaklaşım, çiçek seyreltme işleminin verimliliğini önemli ölçüde artırarak, bahçenin özel koşullarına ve içinde yetişen meyvelerin çeşitliliğine ve türüne göre bireysel ayarlama olanağı sağlar. Florix makinesini çeşitli meyve türleri üzerinde iki yıl boyunca test ettikten sonra sonuçlar çok cesaret vericiydi. Birkaç yıldır Florix makinesini kullanan Filiberto Montanari gibi çiftçiler, çiçeklerin inceltilmesi için gereken zaman ve emekte önemli bir azalma olduğunu bildirdi. ... >>

Gelişmiş Kızılötesi Mikroskop 02.05.2024

Mikroskoplar bilimsel araştırmalarda önemli bir rol oynar ve bilim adamlarının gözle görülmeyen yapıları ve süreçleri derinlemesine incelemesine olanak tanır. Bununla birlikte, çeşitli mikroskopi yöntemlerinin kendi sınırlamaları vardır ve bunların arasında kızılötesi aralığı kullanırken çözünürlüğün sınırlandırılması da vardır. Ancak Tokyo Üniversitesi'ndeki Japon araştırmacıların son başarıları, mikro dünyayı incelemek için yeni ufuklar açıyor. Tokyo Üniversitesi'nden bilim adamları, kızılötesi mikroskopinin yeteneklerinde devrim yaratacak yeni bir mikroskobu tanıttı. Bu gelişmiş cihaz, canlı bakterilerin iç yapılarını nanometre ölçeğinde inanılmaz netlikte görmenizi sağlar. Tipik olarak orta kızılötesi mikroskoplar düşük çözünürlük nedeniyle sınırlıdır, ancak Japon araştırmacıların en son geliştirmeleri bu sınırlamaların üstesinden gelmektedir. Bilim insanlarına göre geliştirilen mikroskop, geleneksel mikroskopların çözünürlüğünden 120 kat daha yüksek olan 30 nanometreye kadar çözünürlükte görüntüler oluşturmaya olanak sağlıyor. ... >>

Böcekler için hava tuzağı 01.05.2024

Tarım ekonominin kilit sektörlerinden biridir ve haşere kontrolü bu sürecin ayrılmaz bir parçasıdır. Hindistan Tarımsal Araştırma Konseyi-Merkezi Patates Araştırma Enstitüsü'nden (ICAR-CPRI) Shimla'dan bir bilim insanı ekibi, bu soruna yenilikçi bir çözüm buldu: rüzgarla çalışan bir böcek hava tuzağı. Bu cihaz, gerçek zamanlı böcek popülasyonu verileri sağlayarak geleneksel haşere kontrol yöntemlerinin eksikliklerini giderir. Tuzak tamamen rüzgar enerjisiyle çalışıyor, bu da onu güç gerektirmeyen çevre dostu bir çözüm haline getiriyor. Eşsiz tasarımı, hem zararlı hem de faydalı böceklerin izlenmesine olanak tanıyarak herhangi bir tarım alanındaki popülasyona ilişkin eksiksiz bir genel bakış sağlar. Kapil, "Hedef zararlıları doğru zamanda değerlendirerek hem zararlıları hem de hastalıkları kontrol altına almak için gerekli önlemleri alabiliyoruz" diyor ... >>

Arşivden rastgele haberler Antimadde normal madde gibi düşer 17.01.2022 Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü CERN'den fizikçiler bir dizi çalışma yürüttüler ve antimaddenin sıradan madde gibi yerçekimi ile etkileşime girdiğini ve "doğru" yöne, yani. aşağı doğru. Kuşkusuz, bu tamamen açık bir şey gibi görünüyor, ancak bilim adamları oldukça uzun bir süredir bu gerçeği ne doğruladılar ne de inkar ettiler ve sadece son deney, az çok doğru bir cevap vermelerine izin verdi, ancak o zaman bile bazı varsayımlarla. Antimadde, maddenin tam bir kopyasıdır, sadece bir önemli fark vardır - zıt bir elektrik yükünün varlığı. Ve bu farkın bazı ciddi sonuçları vardır, sıradan bir madde ve antimadde parçacığı uzayda her çarpıştığında, birbirlerini karşılıklı olarak yok ederek saf enerjiye dönüşürler. Neyse ki hepimiz ve sıradan maddeden oluşan çevremizdeki dünya için antimadde Evrende nadirdir. Ve bu, modern fiziğin temel temel sorularından biridir, çünkü Evrendeki Büyük Patlama sırasında eşit miktarda madde ve antimadde oluşmuş olmalıdır. Ancak tüm bunlara bilinmeyen bir faktör müdahale etti, bu da madde miktarı ile antipodu arasındaki dengeyi bozdu ve tüm Evrenin yok olma ateşinde anında yok olmasına izin vermedi. Bu nedenle, fizikçiler, antimadde çalışması yoluyla, belirli madde parçacıkları ile onların antiparçacıkları arasındaki en önemsiz farklılıklarda gizlenmiş olabilecek bu bilinmeyen faktörü ısrarla aramaya devam ediyor. Standart Model'e göre, bu tür farklılıklar olmamalı ve bilim adamları bir şey bulabilirlerse, onlar için tamamen farklı bir fizik dünyasının kapılarını açacaktır. Yukarıda söylenenlerden, maddenin ve antimaddenin spektral çizgilerinin aynı olması gerektiği sonucu çıkar. Bu gerçek, 2016 yılında CERN bilim adamları tarafından hidrojen ve susuz örnek olarak kullanılarak test edildi ve onaylandı. Ayrıca bilim adamları uzun süre antimaddenin yerçekimi ile etkileşimi sorusunu sormuş, bu sorunun görünüşteki basitliğine rağmen, bunun cevabını aramak yıllarca yoğun araştırmalar gerektirmiştir. Yine aynı Standart Model'e göre, antimadde sıradan madde gibi yerçekimi ile etkileşmelidir, ancak bu etkileşimin "zıt işaretli" olması ve yerçekimi etkisindeki antimaddenin "yukarı doğru düşmesi" çok küçük bir ihtimaldir. Bilim adamları, antimadde ve yerçekimi arasındaki etkileşim vektörünü test etmek için, Penning tuzakları olarak bilinen elektromanyetik bir cihaza antiprotonlar ve hidrojen iyonları yerleştirdi. Tuzağın içinde bulunan yüklü parçacıklar, karmaşık manyetik alanların etkisi altında döngüsel bir yörünge boyunca hareket eder. Bilim adamları, bu hareketin frekanslarını ölçerek, madde ve antimadde için aynı olması gereken parçacık kütle-yük oranını hesaplayabilirler. Ancak bulunabilecek herhangi bir farklılık, yerçekimi kuvvetleriyle etkileşimde bir farklılığa işaret edecektir. Antimaddenin sıradan madde gibi yerçekimi ile etkileşime girmesi bilim adamları için büyük bir sürpriz olmadı. Elde edilen sonuçların güvenilirliği, tüm ölçümlerin daha önce alınan benzer ölçümlerden dört kat daha doğru olan yüzde 97 doğrulukla gerçekleştirilmesiyle kanıtlanmıştır. Bununla birlikte, kalan yüzde üçte, başka bir fiziğin tuhaf yasalarının tüm bunlara sızmasına izin veren küçük bir boşluk var. Daha basit bir yaklaşım kullanan diğer deneylerin, CERN'deki bilim adamlarının elde ettiği sonuçların aksine tamamen farklı sonuçlar vermesi muhtemeldir. Ve sonra tüm bunlar sadece bir ipucu değil, aynı zamanda Standart Modelin sınırlarının dışında kalan fizik alanına yönü gösteren devasa bir "yol işareti" olacak.

Diğer ilginç haberler:

▪ Dokunmatik sensör B6TS'nin ek özellikleri

▪ Yeni dişlerin büyümesini teşvik eden bir ilaç

▪ Dünya nötrinolarla tartıldı

▪ şempanze dili

▪ Erkek ve kadın beyni farklı çalışır

Bilim ve teknolojinin haber akışı, yeni elektronik

Ücretsiz Teknik Kitaplığın ilginç malzemeleri:

▪ sitenin bölümü Radyo bileşenlerinin parametreleri. Makale seçimi

▪ makale Akreplerle cezalandırın. Popüler ifade

▪ makale Bitmiş ürünler açısından lastik üretiminde dünya lideri olan şirket hangisidir? ayrıntılı cevap

▪ makale Ağaç işleme ekipmanında makine operatörü. İş güvenliğine ilişkin standart talimat

▪ makale Yıldırımdan korunma. Genel Hükümler. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi

▪ makale Malayali atasözleri ve sözler. Geniş seçim

Bu makaleye yorumunuzu bırakın:

Bu sayfanın tüm dilleri

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

Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri

www.diagram.com.ua
2000-2024