מקליט מתח USB עם אוסילוסקופ, מנתח ספקטרום ומד תגובת תדרים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / טכנולוגיית מדידה

הערות למאמר

החומרה של מקליט זה היא ADC, המצוידת בערוץ תקשורת מהיר עם מחשב באמצעות אפיק USB, המיושם באמצעות שבב לוגי הניתן לתכנות (FPGA). ותוכנת המחשב שפותחה על ידי המחבר מאפשרת לא רק לכתוב אות דיגיטאלי לקובץ, אלא גם להציג את האוסילוגרמה, הספקטרום שלו, ואפילו למדוד את תגובת המשרעת-תדר (AFC) של מסנן או מכשיר ליניארי אחר, הקלט מתוכם מסופק עם אות בדיקה מהגנרטור המובנה במקליט.

במקליט הנדון, דגימות של האות הנבדק, שה-ADC לוקח בתדר של 960 קילו-הרץ, מוזנות לכניסה של ה-FPGA, הממיר את קוד ה-ADC המקביל לקוד סדרתי. בכל קבוצה של חמישה בתים של שמונה סיביות המשודרים בהמשך לממיר UART-USB, ה-FPGA מציב ארבעה קודי ADC של עשר סיביות. לאחר מכן, המידע מועבר באמצעות USB למחשב לצורך עיבוד ואחסון. פרוטוקול התקשורת עם המחשב ופונקציות אחרות במקליט מיושמים באמצעות מיקרו-בקר. ה-FPGA והמיקרו-בקר מתוכנתים דרך אותו ממיר UART-USB המשמש להעברת מידע.

לעבודה עם המקליט פותחה בסביבת LabVIEW תוכנית המיישמת קליטת מידע, הצגתו ואחסוןו. בנוסף, הוא מיישם אלגוריתם להקלטת תגובת התדר של מעגל חיצוני המחובר למקליט בתדרים מ-0,1 הרץ עד 480 קילו-הרץ. תכונה ייחודית של אלגוריתם זה היא שכדי להעריך את מאפייני המשרעת-תדר של המעגל הנחקר, נעשה שימוש בהרמוניות של קצב החזרה של פולסים מלבניים שנוצרו על ידי מיקרו-בקר המקליט.

המשימה לפתח מכשיר לשידור רציף למחשב בזמן אמת של דגימות של ערכי מתח מיידיים בטווח שבין 15 ל-+15 וולט בתדר דגימה של 960 קילו-הרץ וברזולוציה של עשר ספרות בינאריות, באופן עקרוני, ניתן לפתור ללא FPGA באמצעות ADC ומיקרו-בקר עם יציאת USB מובנית הפועלים במצב יציאת COM וירטואלית. עם זאת, מהירות העברת המידע לא תהיה גבוהה מספיק. כאשר משתמשים בשבב ממיר ממשק UART-USB FT2232H, המספק העברת מידע במהירות של 12 Mbit/s, יחד עם ADC ומיקרו-בקר, נוצרת הבעיה של מציאת מיקרו-בקר ש-UART שלו מסוגל לפעול במהירות כזו. כתוצאה מכך, נבחרה שיטה ששונה מהקודמת באמצעות שימוש ב-FPGA, הקורא את המידע שנוצר על ידי ה-ADC בקוד מקביל וממיר אותו לפורמט טורי המאפיין UART.

המכשיר משתמש ב- ADC10030 של עשר סיביות עם פלט מקביל ותדר דגימה מקסימלי של 30 מגה-הרץ. תוצאות עבודתו מתקבלות ומעובדות על ידי ה-EPM3064ALC44-10N FPGA, המכיל 64 תאי מאקרו לוגיים הניתנים לתכנות ו-44 קווי קלט/פלט.

כל דגימת אות כניסה שנוצרת על ידי ה-ADC היא קוד בינארי של עשר סיביות, והממיר FT2232H UART-USB מקבל מידע בשמונה סיביות בתים. מסיבה זו, ה-FPGA מיישם התקן שאורז כל ארבע דגימות לחמישה בתים. לאחר מכן, הוא מספק לכל בייט ביט התחלה ועצור ומשדר אותם בקוד סדרתי במהירות של 12 MBd לשבב FT2232H לשידור למחשב באמצעות ממשק ה-USB.

מעגל המקליט מוצג באיור. 1. הוא מופעל על ידי מתח קבוע של 7...9 V, מסופק ממחבר XP3 למייצב משולב DA6 7805, וממנו, עם המגשר הנשלף S4 במצב 1-2, למייצב מתח 3,3 V LM1117-3.3 (DA7). לנוחות השימוש במכשיר במהלך איתור באגים, ניתן להפעיל אותו מיציאת USB. לשם כך, יש להעביר את המגשר הנשלף S4 למצב 2-3. עם זאת, במהלך פעולה רגילה, כוח כזה אינו מקובל, שכן המתח הנלקח מיציאת ה-USB שונה לעתים קרובות באופן ניכר מ-5 V, מה שמוביל לשינוי בסולם ההמרה של האות הנבדק ל-ADC.

אורז. 1. דיאגרמת מקליט (לחץ להגדלה)

מחולל השעון של 24 מגה-הרץ עבור ה-ADC וה-FPGA בנוי על אלמנטים של המיקרו-מעגל DD2 74HC04D ומיוצב על ידי מהוד קוורץ ZQ2.

כדי ליישם את פרוטוקול התקשורת עם מחשב, להפיק אותות בדידים וליצור פולסים מלבניים, הוכנס למקליט מיקרו-בקר DD1 ATMega8A, הפועל בתדר שעון של 16 מגה-הרץ, שנקבע על ידי מהוד קוורץ ZQ1. חילופי מידע בין המחשב למיקרו-בקר מתרחשים גם באמצעות שבב FT2232H (DD4), אך דרך ערוץ אחר. כדי לתקשר עם ה-FPGA והמיקרו-בקר, יש לארגן שתי יציאות COM וירטואליות במערכת ההפעלה של המחשב שעובד עם המקליט.

האות הנבדק מסופק דרך מחבר XP1 לכניסת הבמה ב-Op-amp DA2 AD825ARZ, שהוא מחלש אותות הפוך פי 15. ניתן לשנות את רמת האפס ביציאה של מגבר OP DA2 באמצעות נגד חיתוך R1. בדרך זו, האות הנבדק מובא לטווח המותר של שינויים במתח הכניסה של ה-ADC.

Op-amp DA2 מופעל על ידי מתח של +/-15 וולט, שנוצר מ-+5 וולט על ידי ממיר מתח חד-קוטבי לדו-קוטבי DC AM1D-0515DH30Z (U1). נגדים R19 ו-R20 הם העומס המינימלי של הממיר הנדרש לפעולתו התקינה. על ידי הזזת המגשרים הניתנים להסרה S1 ו-S2 ממצב 2-3 למצב 1-2, ניתן לעבור להפעלת שבב DA2 עם מתח חיצוני של +/- 15 V המסופק למחבר XP4. אם תרצה, ניתן להפעיל מכשירים חיצוניים עם צריכת זרם של לא יותר מ-1 mA מהממיר U35.

מתחי הייחוס עבור ה-DA5 ADC נוצרים על ידי מגברים ההפעלה DA3.1 ו-DA3.2 בהתאם למעגל המומלץ בתיאור ה-ADC. הקוד המקביל מיציאות ה-ADC נשלח ל-FPGA DD3, שם הוא מומר לקוד UART טורי. בשלב הבא זה עובר לשבב DD4 FT2232H.

מחבר ה-XP2 מיועד לשלוט בהתקנים חיצוניים עם אותות ברמה לוגית של 3,3 וולט על פני שמונה ערוצים; בנוסף, מתח קבוע של 3,3 וולט וחוט משותף יוצאים למחבר זה להפעלת התקנים חיצוניים. המחברים XP5 ו-XP6 מיועדים לתכנות התקנים המחוברים אליהם עם מתח אספקה ​​של 3,3 וולט.

מחבר XP7 נושא מתחים של 3,3 וולט, 5 וולט וחוט משותף להפעלת התקנים חיצוניים, אות פולס בתדר של 24 מגה-הרץ (תדר שעון של ה-ADC וה-FPGA). פין 4 של מחבר זה מחובר לפין 14 של ה-FPGA DD3, שאינו בשימוש בגרסה המתוארת של המכשיר.

נורות LED מחוברות למחבר XP8, המציינים את מצב הפעולה של הממיר:

HL1 - מתח אספקה ​​קיים;

HL2 - העברת מידע מהמיקרו-בקר למחשב;

HL3 - העברת מידע ממחשב למיקרו-בקר;

HL4 - העברת מידע מ-FPGA למחשב;

HL5 - העברת מידע ממחשב ל-FPGA;

HL6 - מחולל דופק מרובע מופעל;

HL7 - העברת מידע מה-FPGA מותרת על ידי המיקרו-בקר;

HL8 - FPGA משדר מידע.

ציור של מוליכים PCB מוצג באיור. 2 (צד 1) ואיור. 3 (צד 2). סידור האלמנטים בצדדים אלה של הלוח מוצג באיור. 4 ואיור. 5. הלוח מספק מקום לאלמנטים שאינם מוצגים בתרשים, ממנו ניתן להרכיב מנחת כניסה בצורת U או מסנן בין מחבר XP1 לנגד R4 ומסנן בצורת L בין הפלט של המגבר OP-DA2 ל- קלט של ADC DA5. כדי לאפשר מעבר אות בהיעדר מחליש ומסנן, מותקנים מגשרים על פני השטח במקום האלמנטים הסדרתיים שלהם. שני מגשרים נוספים מחליפים נגדים המחוברים בסדרה עם נגדים R5 ו-R8 אם יש צורך לבחור במדויק את מתח ה-ADC הייחוס.

אורז. 2. ציור מוליך PCB

אורז. 3. ציור מוליך PCB

אורז. 4. סידור אלמנטים

אורז. 5. סידור אלמנטים

עבור DD3 FPGAs בחבילת PLCC-44, יש להתקין פאנל על הלוח. המייצב האינטגרלי DA6 מותקן על גוף קירור בעל סנפירים במידות של 22x20x15 מ"מ.

המקליט מורכב במארז Gainta G715; המראה שלו מוצג באיור. 6. נוריות LED קבועות בפאנל הקדמי וחורים עשויים למחברים XP1, XP2, XP4, XP7. מהפאנל האחורי יש גישה לבלוק המתגים SA1, מחברים XS1, XP5, XP6.

אורז. 6. מראה המקליט

מבנה המכשיר המיושם ב-FPGA מתואר בשפת VDHL. תרגום וניפוי באגים בוצעו בסביבת הפיתוח של Quartus 11 גרסה 10.1.

אותות קלט:

clk - אות שעון;

P - מערך אותות המגיע מהמיקרו-בקר;

ADC_data - מערך אותות המגיע מה-ADC;

rx - אות המגיע מ-FT2232H. אותות פלט:

P1 - אות המיועד למיקרו-בקר;

tx - אות המיועד ל-FT2232H;

PHL - אות השולט ב-HL8 LED;

PPD - אות לכיבוי אספקת ה-ADC;

POE - אות להפעלת יציאות ADC;

POUT - פלט אות למחבר XP7.

משתנים:

count - מונה של מספר הבתים שהועברו;

start_bit - סימן לתחילת שידור בתים;

stop_bit - סימן להשלמת העברת הנתונים;

ADC_data_buf - מאגר לאחסון מידע מה-ADC;

rx_bit - סימן לתחילת קבלת מידע.

עם המעבר של אות השעון מרמה נמוכה לגבוהה, נבדקת הקליטה של ​​פריקת ההתחלה (טבלה 1). לאחר מכן, אם השידור מתבצע, תוכן המונה של בתים משודרים מוגדל באחד (טבלה 2). כאשר תכולת המונה מגיעה לערך 100, היא מתרחשת לפי הטבלה. 3, הוא מאופס ונוכחות של פקודת השלמת העברה נבדקת (P(6)=0).

לוח 1

לוח 2

לוח 3

כאשר אות השעון עובר מרמה גבוהה לנמוכה לפני תחילת השידור, מידע מה-ADC מוחזק (טבלה 4) כדי למנוע ממנו להשתנות במהלך השידור.

לוח 4

שאר הפעולות מורכבות מבדיקה האם העברת מידע מהמיקרו-בקר מותרת או אסורה. במצב מאופשר, נורית HL8 נדלקת וסימן השלמת השידור נמחק אם בית הבקשה התקבל (טבלה 5). העברת סיביות התחלה ועצירה מתבצעת לפי טבלה. 6, ומידע ממאגר ADC - טבלה. 7 (כל סיביות מועברות בשני מחזורי ספירה).

לוח 5

לוח 6

לוח 7

התוכנית למיקרו-בקר כתובה ב-C בסביבת הפיתוח של ImageCraft. לאחר הפעלת המכשיר, הוא מאתחל את הציוד ההיקפי של המיקרו-בקר, ואז נכנס ללולאה הראשית, כאשר המיקרו-בקר UART במצב קליטה.

עם קבלת הביט, מפעיל הפסיקות מופעל (טבלה 8). בייט זה נכתב למערך rx_arr באינדקס rx_count (אם הביט הראשון של החבילה התקבל, אז rx_count = 0), לאחר מכן rx_count גדל באחד. לאחר מכן, הפעלה מחדש של טיימר 0, שתפוגה משמשת כסימן לסיום החבילה.

לוח 8

אם הבת הבא לא מתקבל תוך זמן נתון, אזי מתרחשת פסיקה לבקשת טיימר 0. במטפל של פסיקה זו (טבלה 9), הטיימר נעצר וסוף דגל הקבלה f_rx מוגדר.

לוח 9

כאשר מתקבלת חבילת מידע (f_rx= 1), הלולאה הראשית מתחילה לנתח אותה, לבצע את הפקודות שהיא מכילה ולייצר תגובות. ראשית, הכותרת והקצה של החבילה נבדקים, ולאחר מכן קוד הפקודה. לאחר אימות מוצלח, מתחילה ביצוע הפקודה הכלולה בחבילה. אם מתגלה שגיאה, נוצרת קבלה שלילית.

התוכנית מיישמת את הפקודות הבאות:

- "בדיקה" - משמשת לבדיקת החיבור;

- "Set IO states" - מגדיר את הרמות הלוגיות שצוינו על פיני המיקרו-בקר המחוברים למחבר XP2. פין 2 של המחבר (מעגל IO1) מתאים לסדר הנמוך של בייט נתוני הפקודה, ופין 9 (מעגל IO8) מתאים לסדר הגבוה;

- "קבע מצבי IO הקשורים ל-FPGA" - מגדיר את הרמות הלוגיות שצוינו ביציאות של המיקרו-בקר PD4-PD7, PB1, PC2, PC3 המשויכים ל-FPGA. הפלטים רשומים לפי סדר סיביות בתים של נתוני הפקודה התואמים להם מהראשון עד השביעי. הערך של הסיביות הפחות משמעותיות (אפס) של הבתים יכול להיות שרירותי, מכיוון שלא ניתן לשנות את מצב ה-PD3 פין על ידי פקודה זו. הוא משמש לקבלת בקשת פסיקה מה-FPGA;

- "הפעל את מחולל הפולסים המלבני (עם תקופה המתחלקת ב-2 שניות)" - מפעיל את מחולל הפולסים המלבני שצוין (מחזור העבודה של כל הפולסים שנוצרו על ידי המקליט הוא שניים). בית נתוני הפקודה חייב להכיל את הערך של תקופת החזרה על הדופק, אשר בשלבים של 2 שניות יכולה להיות בטווח של 2-254 שניות. פולסים נוצרים בפין של המיקרו-בקר PB3 על-ידי תוכנה המחליפה את מצבו במטפל הפסיקות מטיימר 1. הם יוצאים לפין 5 של מחבר XP2;

- "הפעל את מחולל הפולסים המלבני (עם כפולת תקופה של 2 שניות) עם הפעלת ה-ADC" - שונה מהפקודה הקודמת בכך שהוא מפעיל את המחולל באופן סינכרוני עם תחילת העברת המידע מה-FPGA למחשב;

- "התחל מחולל גל ריבוע" - מפעיל את מחולל גל ריבוע בתדר מ-30 הרץ עד 8 מגה-הרץ. ארבעת הבייטים של הנתונים חייבים להכיל את ערך התדר בהרץ. כבה את הגנרטור, הגדר את התדר לאפס. מכיוון שתקופת החזרה של הפולסים שנוצרו היא תמיד כפולה של משך מחזור המכונה של המיקרו-בקר, התדירות בפועל של החזרה שלהם עשויה להיות שונה מהתדירות שצוינה. הערך המדויק שלו (ברזולוציה של 1 הרץ) כלול בתגובה לפקודה. הפולסים יוצאים לפין 5 של מחבר XP2, המחובר לפלט PB3 של המיקרו-בקר.

כדי להתחיל בהעברת מידע מה-FPGA, עליך להפעיל אותו על-ידי הגדרת קלט ה-FPGA ה-16 לרמה לוגית גבוהה, ולאחר מכן להעביר בייט אחד דרך יציאת ה-COM ל-FPGA. ההרשאה הוכנסה לנוחות של עצירת השידור על ידי קביעת אפס לוגי בכניסת FPGA 16. מכיוון שהמיקרו-בקר מאפשר את ההעברה, כדי לסנכרן את תחילת ההעברה מה-FPGA עם התחלת המחשב שמקבל מידע, על האחרון לשלוח בייט בקשה שרירותי אל המיקרו-בקר. המיקרו-בקר מחליף מידע עם המחשב במהירות של 1 MBd עם הודעות שמונה סיביות ללא זוגיות וסיבית עצור אחת. כדי להחליף מידע באמצעות USB באמצעות שבב המקליט FT2232H, עליך להתקין דרייברים במערכת ההפעלה של המחשב, אותם ניתן למצוא בדף האינטרנט [1].

טעינת תוכניות ל-FPGA ולמיקרו-בקר.

תכנות FPGA מבוצע על פי השיטה המתוארת ב-[2]. לפני שמתחילים יש צורך להגדיר את מתגי DIP SA1 -

SA3 למיקומים המוצגים באיור. 7, א. המיקרו-בקר תוכנן באמצעות תוכנית AVRDude והמעטפת הגרפית SinaProg, שהורדו מקישורים בדף האינטרנט [3]. כדי להפעיל את SinaProg, חייבת להיות לך את LabView RunTime Library במחשב שלך [4].

אורז. 7. תכנות FPGA

בקובץ avrdude.conf, עליך להקצות מחדש את הפינים של מתכנת ה-2ftbb, להוסיף את הטקסט של הקובץ עם הקטע המוצג בטבלה. 10.

לוח 10

הנספח למאמר מכיל את התוכנות AVRDude ו-SinaProg, שבהן כבר מותקנים כל הפרמטרים הדרושים.

כאשר מתחילים לתכנת את המיקרו-בקר, עליך להגדיר את המתגים SA1-SA3 של המקליט למצבים המוצגים באיור. 7b, לאחר מכן חבר את מחבר XS1 של המקליט ליציאת ה-USB של המחשב והפעל את תוכנית SinaProg. בשדה "מתכנת" של החלון שלו, הגדר את הפרמטרים 2ftbb, FTDI, 9600. לאחר מכן, בתורו, לחץ על הלחצנים "<" ו"חיפוש" על המסך, ולאחר מכן טקסט דומה לזה המוצג בטבלה צריך להופיע בחלון ההודעה. אחד עשר . באמצעות התפריט שנקרא על ידי לחיצה על כפתור המסך "מתקדם" בשדה "Fuses", הגדר את תצורת המיקרו-בקר: גבוה - 11xC0, נמוך - 9xFF. בשדה "קובץ Hex", ציין את שם קובץ ה-HEX עם קודי התוכנית של המיקרו-בקר ולחץ על כפתור התוכנית בשדה הפלאש. עם השלמת התכנות בהצלחה, טקסט אמור להופיע בשדה ההודעה המסתיים בשורות המפורטות בטבלה. 0.

לוח 11

לוח 12

אם המקליט משמש עבור התקני תכנות המחוברים למחבר XP6 או XP7, יש להגדיר את המתגים SA1-SA3 למצבים המוצגים באיור. 7, ג. מיקומי המתגים במהלך פעולה רגילה של המקליט מוצגים באיור. 7, ז'.

תוכנת מחשב USB-960

פותחה בסביבת LabVIEW 2011. אם סביבה זו אינה זמינה במחשב, תצטרך להתקין חבילות [5] ו-[6]. התוכנית מכילה אחד עשר כלים וירטואליים (VI):

- ACPPLISUC_IOUC מגדיר את המצבים של יציאות הפלט של המיקרו-בקר המחוברות למחבר חיצוני;

- ACPPLISUC_FREQ מפעיל את המחולל ולאחר מכן מודד את התדר שנוצר;

- ACPPLISUC_TEST בודק תקשורת עם המיקרו-בקר;

- ACPPLISUC_AFR_H מודד את תגובת התדר של המעגל החיצוני בחמישה ערכי תדר (לא נמוך מ-30,5 הרץ);

- ACPPLISUC_AFR_L מודד את תגובת התדר של המעגל החיצוני בתדר שבין שברים לעשרות הרץ;

- ACPPLISUC_GEN2S מפעיל מחולל פולסים מלבני עם תקופת חזרות שהיא כפולה של 2 שניות;

- ACPPLISUC_UNPACKDATA ממירה את המידע המתקבל מהמקליט למערך של ערכי קוד ADC;

- ACPPLISUC_ADCDATA קורא מידע שהתקבל מהרשם במהלך הזמן שצוין;

- ACPPLISUC_IOPLIS מגדיר את המצבים של יציאות הפלט של המיקרו-בקר המשויכות ל-FPGA;

- ACPPLISUC_GEN מפעיל מחולל פולסים מרובע עם קצב חזרות של 30,5 הרץ ומעלה;

- ACPPLISUC_GEN2Ss מפעיל מחולל פולסים מלבני עם פרק זמן מתחלק בשתי שניות, באופן סינכרוני עם תחילת קריאת המידע מהמקליט;

- ACPPLISUC_COM מקבל ומשדר מידע דרך יציאת COM וירטואלית הקשורה למיקרו-בקר.

התוכנית הראשית פועלת בלולאת תוך אינסופית, שבתוכה יש מבנה מקרה, העמוד הנוכחי שלה נקבע על ידי בחירת לשונית בחלון התוכנית הראשי.

לשונית הקלטת אותות מוצג באיור. 8. כאשר אתה לוחץ על כפתור "התחל", קליטת הדגימות של האות הנבדק מתחילה למשך הזמן המצוין בשדה "זמן מדידה, s". לשם כך מותרת העברת מידע מה-FPGA - הערך 128 נכתב ל-ACPPLI-SUC_IOPLIS VI. הקריאה בפועל מתבצעת באמצעות ACPPLISUC_ADCDATA VI, שהפרמטר שלו מוגדר לזמן המדידה. VI זה מבקש מידע על ידי שליחת בתים null וקורא אותו תוך זמן מוגדר. כאשר הוא יפוג, ההעברה אסורה על ידי כתיבת ערך אפס ל-ACPPLISUCJOPLIS VI.

אורז. 8. לשונית "הקלטת אותות".

אם לחצן המסך "כתוב לקובץ" נלחץ בעבר, האות הנבדק נשמר בקובץ בינארי, ששמו מצוין בשדה "קובץ לשמירת אות". כברירת מחדל, השמירה מתבצעת בתיקיית השורש של כונן C, וזו הסיבה שמערכת ההפעלה של המחשב עשויה לדרוש הפעלת התוכנית עם זכויות מנהל.

השקת מחולל הפולסים המלבני מתבצעת בשדות "הפעל את המחולל" ו"הפעל את המחולל בפרק זמן שהוא כפולה של 2 שניות".

עם השלמת הקליטה, האוסילוגרמה של האות המתקבל מוצגת בשדה "אות", והספקטרום שלו מוצג בשדה "ספקטרום משרעת". בשדות "RMS, V" ו-"Average value, V" יוצגו ערכי הריבוע הבסיסיים והממוצעים של האות, בהתאמה.

לשונית אוסילוסקופ מוצג באיור. 9. כאשר אתה לוחץ על כפתור המסך "START", מופעלת לולאת while, בה מתקבל מידע מהרשמקול שוב ושוב (לפני לחיצה על כפתור "STOP") לפי אלגוריתם דומה לזה שתואר לעיל. כדי למנוע גזירת אות במהלך סנכרון והסטה ידנית, משך ההקלטה בפועל הוא פי שניים מהמצוין. בסיום, מתבצע חיפוש אחר האות לרגעי חציית סף נתון (מוגדר באמצעות כפתור "סף, B"), מהם נוצר מערך. לאחר מכן, במערך זה, התוכנית מוצאת אלמנט הממוקם קרוב ככל האפשר עד 1/3 ממשך האות. הוא ישמש כנקודת ההתחלה של צורת הגל המוצגת על המסך.

אורז. 9. לשונית אוסילוסקופ

באמצעות הכפתור "היסט, %" ניתן לשנות את צורת הגל. הלחצנים "שמור אות נוכחי" ו"קריאה" שומרים את האות המוצג כעת וקוראים את האות שנשמר קודם לכן.

לשונית "הסרת תגובת תדר" מוצג באיור. 10. ניתן לקבוע את תגובת התדר של מעגל ליניארי [7] על ידי השפעה בו-זמנית או לסירוגין על הקלט שלו עם אותות הרמוניים בתדרים שונים, ולאחר מכן מדידת משרעת האותות הללו במוצא המעגל. במכשיר הנדון, במקום אותות הרמוניים, נעשה שימוש בפולסים מלבניים הנוצרים על ידי מיקרו-בקר למדידת תגובת התדר. אות בצורת פולסים מלבניים עם מחזור עבודה של 2 הוא סכום של מספר אינסופי של אותות הרמוניים (הרמוניים), שתדריהם גבוהים במספר אי-זוגי של פעמים מתדר חזרת הפולסים. האמפליטודות של ההרמוניות שלו שוות בערך ל-0,9 (ראשון), 0,3 (שלישי), 0,18 (חמישי), 0,129 (שביעית), 0,1 (תשיעית) אמפליטודות פולסים. הכרת היחס ההרמוני (ספקטרום) של האות בכניסת המעגל הנבדק ולאחר קביעתו במוצא, ניתן לחשב את ערכי תגובת התדר של מעגל זה בתדרים הרמוניים.

אורז. 10. לשונית "הסרת תגובת תדר"

המקליט מתעד את תגובת התדר באמצעות פולסים מלבניים עם מחזור עבודה של 2 וקצב חזרות של 0,1; 0,5; 30,5, 60,1, 120,2, 240, 480,8, 961,5, 1923, 3846, 7692,3, 15384,6, 31250 ו-61538,5 הרץ.

כאשר אתה לוחץ על אחד מכפתורי המסך "התחל 0,1 הרץ" או "התחל 0,5 הרץ", ה-ACPPLISUC_AFR_L VI מופעל בפרק זמן של 10 שניות ו-2 שניות, בהתאמה. VI זה פועל באופן הבא:

- באמצעות ACPPLISUC_ GEN2SS VI, שולח פקודה להפעיל מחולל פולסים מלבני עם תקופה נתונה;

- מקבל מידע מה-ADC במהלך 1,5 תקופות של חזרת פולסים;

- מעביר את האות המתקבל דרך מסנן דיגיטלי דיגיטלי עם תדר חיתוך של 2000 הרץ כדי להיפטר ממרכיבים בתדר גבוה לפני ביטול האות. אם זה לא נעשה, כינוי יתרחש [8];

- מדללת את האות, תוך השלכת 47 מכל 48 מהדגימות שלו, על מנת לפשט חישובים נוספים;

- מחלץ קטע מהאות עם משך של תקופת חזרת דופק אחת בדיוק;

- מחשב את ספקטרום המשרעת של שבר זה;

- מחלץ מהספקטרום המתקבל את הרכיבים התואמים להרמוניות המוזרות של אות הבדיקה, מחלק אותם לערכי משרעת ידועים של אותן הרמוניות של האות המקורי. התוצאה היא תגובת התדר של המעגל הנחקר בתדרים הרמוניים.

כאשר אתה לוחץ על כפתור המסך "התחל 30 הרץ", מופעלת לולאת for, שבה מבוצע ACPPLISUC_AFR_H VI, שהקלט שלו הוא תדר הדופק וזמן המדידה. במוצא של VP זה, ערכי תגובת התדר מתקבלים בחמש הרמוניות של אות בתדר נתון. כתוצאה מהמחזור נוצרים שלושה מערכים: תדרים שבהם נמדדה תגובת התדר, אותות שמהם חושבה תגובת התדר וערכי תגובת התדר. לאחר מכן, מערך ערכי תגובת התדר ממוין לתצוגה נוספת של הגרף שלו על המסך.

ה-ACPPLISUC_ AFR_H VI פועל באופן הבא:

- באמצעות ACPPLISUC_GEN VI, שולח פקודה להפעלת המחולל;

- מקבל מידע מה-ADC תוך זמן מוגדר;

- מחשב את ספקטרום המשרעת של האות המוקלט;

- מהספקטרום המתקבל, נשלפים חמישה רכיבים התואמים להרמוניות של אות הבדיקה, הערכים שלהם מחולקים על ידי המשרעות היחסיות של ההרמוניות של האות המסופק לכניסת המעגל הנבדק. התוצאה היא חמישה תדרים דוגמאות תגובה.

יש לציין כי משך האותות המנותחים חייב להיות כפול בדיוק של תקופת החזרה על הדופק, אחרת, בעת חישוב הספקטרום, תתרחש "התפשטות" [9] או "דליפה" [7] שלו, ותוצאות הניתוח. יהיה מעוות.

על ידי לחיצה על כפתורי המסך "שמור תוצאות" ו"קריאה", תגובת התדירות המוצגת כעת נכתבת לקובץ הדיסק ותגובת התדר שנרשמה קודם לכן נקראת.

כדי לבדוק את תפקוד המקליט במצב קריאת תגובת תדר, חוברה אליו יחידה שהורכבה על לוח לחם לפי התרשים המוצג באיור 11. 1. אלו הם מסנני מעבר נמוך R2C2 ומסנני מעבר גבוה R1C1. עוקבי מאגר במגבר ההפעלה של המיקרו-מעגל DA1,5 מבטלים את ההשפעה על תגובת התדר של מסננים של עכבת המוצא הגבוהה יחסית של יציאת הגנרטור ועכבת הכניסה הנמוכה (15 קילו אוהם) של המקליט. ניתן להסיר את המתח של +15 V ו-1 V כדי להפעיל את המיקרו-מעגל DA4 ממחבר ה-XP1 של המקליט אם מחברים כל אחד שלושה פינים בלוח של האחרון זה לזה, המיועדים למגשרים S2 ו-S1 (לא להתבלבל) עם מגשרים S2 ו-S11 באיור XNUMX, המשמשים להחלפת מסננים).

אורז. 11. דיאגרמת לוח לחם

כדי להשוות את תגובת התדר הנמדדת לאלה שהתקבלו בחישוב, נוצרה התוכנית "השוואת_תגובת_תדרים_עם_חישוב", אשר מחשבת את תגובת התדר של מעגל RC נתון ומשרטטת אותו באותן קואורדינטות כמו זה הנמדד. התוצאות מוצגות באיור. 12 (מסנן מעבר נמוך) ואיור. 13 (מסנן מעבר גבוה). ערכים מחושבים מוצגים באדום, ערכים נמדדים מוצגים בלבן. לאחר מכן, חוברו קבלים בקיבולת 1 μF במקביל ל-C2 ו-C8 והתקבלו המאפיינים המוצגים באיור. 14 ואיור. 15.

אורז. 12. מסנן נמוך

אורז. 13. מסנן High Pass

אורז. 14. מאפיינים עם קבל מחובר

אורז. 15. מאפיינים עם קבל מחובר

לשונית כיול מוצג באיור. 16. בעת ביצוע פעולה זו, יש צורך להגדיר את היחס בין המתח בכניסת המקליט לבין ערך הקוד ביציאת ה-ADC. מכיוון שהתלות הזו היא לינארית, מספיק להזין את הקואורדינטות של שתי הנקודות שלה. לשם כך, מתח קבוע קרוב למקסימום מסופק לכניסת המקליט. ערכו נרשם בשדה "Umax, B". בשדה "ערך ממוצע של ADC". הערך של קוד הפלט של ADC בממוצע על ידי התוכנית ייצא. אתה יכול להזין אותו בשדה "ADC-max" באופן ידני או להשתמש בלחצן שעל המסך "כתוב את הערך הממוצע הנוכחי של ADC כ-ADC-max".

אורז. 16. לשונית "כיול".

לאחר שהחלת מתח קבוע קרוב למינימום על הקלט של המכשיר, הזן באופן דומה את הערכים בשדות "Umin, V" ו-"ADC-min".

כפי שכבר הוזכר, התדרים בפועל של האותות שנוצרו בעת לקיחת תגובת התדר עשויים להיות שונים מעט מהערכים שצוינו, ולכן אי אפשר לדעת מראש את משך הזמן המדויק של הדגימות לניתוח, שחייב להיות כפול של מספר שלם של תקופות אות. תחילה יש למדוד את ערכי התדר בפועל ולחשב את משכי הדגימה. פעולות אלו מבוצעות במבנה המקרה, הנקרא על ידי כפתור "הגדר תקופות לקיחת תגובת תדר"; התוצאות נשמרות בקובץ טקסט.

הכיול מתבצע באופן הבא:

- חבר את הקלט של המכשיר לחוט המשותף על ידי חיבור המגעים של מחבר XP1;

- כוונון הנגד R1 מוגדר בחלון "ממוצע ADC". ערכים מ-511 עד 513 (על ידי לחיצה על כפתור המסך "קרא" כדי לעדכן);

- חבר מקור מתח DC +1...13 V למחבר XP15, הזן את הערך המדויק של מתח זה בשדה "Umax, V";

- לחץ על כפתור המסך "קריאה" כדי לבצע דיגיטציה של האות ולקבוע את הערך הממוצע של קוד ה-ADC, ולאחר מכן לחץ על כפתור המסך "כתוב ערך ADC-ממוצע נוכחי כ-ADC-max";

- שנה את הקוטביות של המתח המסופק למחבר XP1 לכיוון ההפוך, הזן את ערכו בשדה "Umin, V", לחץ על כפתורי המסך "קריאה", ולאחר מכן "כתוב את הערך הממוצע של ה-ADC הנוכחי כ-ADC -דקה";

- לאחר ניתוק מקור המתח מהמחבר XP1, חבר את פין 1 של מחבר זה לפין 5 של מחבר XP2 ולחץ על כפתור המסך "קבע מתח רמת לוגיקה (IL1)". ערך זה נדרש לחישוב תגובת התדר;

- לחץ על כפתור המסך "הגדר פרקי זמן ללקיחת תגובת התדר" והמתן עד לסיום המדידות (התהליך אורך יותר משתי דקות). תוצאות המדידה נשמרות בקובץ טקסט בכונן הקשיח של המחשב. השם של קובץ זה והנתיב אליו כלולים בשדה "קובץ עם מקדמי כיול";

- על ידי לחיצה על כפתור המסך "TEST", נשלחת פקודת בדיקה למיקרו-בקר; אם תתקבל התשובה הנכונה, מחוון "TEST OK" יופעל. בשדה "IO" ניתן להגדיר באופן ידני את המצבים של יציאות המיקרו-בקר למחבר XP2, ובשדה "IO-PLIS" - אלה המשויכים ל-FPGA.

לסיכום, ניתן לציין שאם תבנו מקליט המבוסס על Xilinx Spartan-3 FPGA עם ליבת מעבד MicroBlaze, אז לא יהיה צורך להשתמש במיקרו-בקר.

ניתן להוריד את קובץ המעגלים המודפסים בפורמט Sprint Layout 5.0 ותוכניות עבור ה-FPGA, המיקרו-בקר והמחשב מ-ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/11/usb-reg.zip.

ספרות

1. נהגים. - כתובת אתר: ftdichip. com/FTDrivers.htm.
2. מתכנת MBFTDI בסביבת Altera Quartus II. - כתובת אתר: marsohod.org/index.php/ourblog/11/196-qprog10b.
3. SinaProg היא מעטפת גרפית עבור AVRDude. - כתובת אתר: easyelectronics.ru / sinaprog-graficheskaya-obolochka-dlya-avrdude.html.
4. ספריית זמן ריצה של LabView. - כתובת אתר: 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 / . - כתובת אתר: joule.ni.com/nidu/cds/view/p/id/2534/lang/ru.
6. NI-VISA Run-Time Engine 5.1.1 - Pocket PC 2003, מערכת הפעלה בזמן אמת, 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 / . - כתובת אתר: joule.ni.com/nidu/cds/view/p/id/2662/lang/ru.
7. מארפל ג'וניור ג. ניתוח ספקטרלי דיגיטלי ויישומיו. - מ.: מיר, 1990.
8. Ayficher E., Jervis B. עיבוד אותות דיגיטלי: גישה מעשית. מהדורה שנייה: תרגום. מאנגלית - M.: Williams Publishing House, 2.
9. Sergienko A. עיבוד אותות דיגיטלי: ספר לימוד לאוניברסיטאות. מהדורה 2. - סנט פטרסבורג: פיטר, 2006.

מחבר: V. צ'ייקובסקי

ראה מאמרים אחרים סעיף טכנולוגיית מדידה.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון יין עם תכולת זהב טעים יותר 07.06.2023 בנוסף לכל דבר אחר שעל ייננים לקחת בחשבון בעת ​​הכנת הבקבוק המושלם הוא ריח המשקה: בשלבים מסוימים של ייצור היין, הריח הזה עלול להיות לא נעים. ניחוחות שניתן לתאר כ"ביצים רקובות", "גומי" ו"תירס משומרים" מכונים לעתים קרובות "רדוקטיביים" והם נוצרים על ידי תרכובות גופרית נדיפות (VSC) בנוזל. תרכובות אלו יכולות להשפיע על יינות אדומים ולבנים כאחד, הן בקנה מידה גדול והן על פעולות בקנה מידה קטן, והן מהוות כאב ראש יקר עבור התעשייה. כעת, חוקרים במכון לחקר היין האוסטרלי ובאוניברסיטת פלינדרס באוסטרליה העלו פתרון חדש לבעיה: ננו-חלקיקי זהב שיכולים להסיר במהירות ובאופן סביבתי גופריות רבות. החוקרים בחרו בננו-חלקיקי זהב בגלל האופן שבו זהב נקשר למולקולות גופרית מסוימות. הצוות החיל ציפוי פלזמה פולימרי דק שתוכנן במיוחד על פני מצע ניטרלי לפני הצמדת הננו-חלקיקים אליו. במעבדה נבדקו רצועות קטנות עם שיפור ננו-חלקיקים על דגימות קטנות של יינות אדומים ולבנים בעלי תכולת VSC גבוהה. החוקרים גילו כי לאחר 24 שעות של חשיפה, הוסר עד 45 אחוז מהמימן הגופרתי החופשי ביינות, יחד עם VSCs לא רצויים אחרים, כולל מתנתיול. טיפול פני השטח הזה הוא גם די תכליתי. ניתן להשתמש בו על כל הציוד לאורך כל תהליך ייצור היין, החל ממכשירי סינון (להסרת מוצקים) ומקפצים ועד לחומרי אריזה בהם מונח יין. כמובן, ייקח זמן מה להעביר את התהליך הזה מהמעבדה לתהליך המסחרי, אבל התוצאות הראשונות הללו מבטיחות מאוד לשיפור איכות היין (מבלי לנקוט בטריקים פסיכולוגיים). השיטה החדשה יעילה יותר בהגבלת VSC מאשר גישת הנחושת סולפט הנוכחית, שיש לה בעיות משלה: היא עלולה להכניס ממתקים לא רצויים אחרים, והשימוש בה מוסדר מסיבות בריאותיות. יתר על כן, נחושת גופרתית הוא תהליך רב-שלבי, בעוד שחומר ננו-חלקיקי זהב פשוט יותר. הוא מוחל על היין למשך פרק זמן מסוים ולאחר מכן מוסר.

עוד חדשות מעניינות:

▪ גבישים ענקיים

▪ FUJITSU מפתחת שבב RFID עם זיכרון FRAM

▪ החומר חזק פי 10 מפלדה

▪ הסיבה לאיחור - מאפיינים אישיים

▪ כדור עם סוד

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק מהאתר סדנת בית. מבחר מאמרים

▪ מאמר מאת רוברט מוסיל. פרשיות מפורסמות

▪ מאמר לאילו נציגים של עולם החי, למעט בני אדם ודולפינים, יש שמות ייחודיים? תשובה מפורטת

▪ מאמר עבודה במעבדות אבחון קליני. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה

▪ מאמר בקרת רדיו. מַדרִיך

▪ מאמר ספק כוח מעבדה, 220/0-20 וולט. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

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

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר

www.diagram.com.ua
2000-2024