Máy ghi điện áp USB với các chức năng máy hiện sóng, máy phân tích phổ và máy đo đáp ứng tần số. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Công nghệ đo lường

Bình luận bài viết

Phần cứng của máy ghi âm này là một ADC được trang bị kênh giao tiếp tốc độ cao với máy tính thông qua bus USB, được triển khai bằng chip logic lập trình được (FPGA). Và chương trình máy tính do tác giả phát triển không chỉ cho phép ghi tín hiệu số hóa vào một tệp mà còn hiển thị biểu đồ dao động, phổ và thậm chí đo đáp ứng tần số biên độ (AFC) của bộ lọc hoặc thiết bị tuyến tính khác, đối với đầu vào mà tín hiệu thử nghiệm được áp dụng từ bộ tạo được tích hợp trong máy ghi âm.

Trong máy ghi đang được xem xét, các mẫu tín hiệu đang được nghiên cứu, mà ADC lấy ở tần số 960 kHz, được đưa đến đầu vào của FPGA, giúp chuyển đổi mã song song của ADC thành nối tiếp. Trong mỗi nhóm năm byte tám bit được truyền xa hơn tới bộ chuyển đổi UART-USB, FPGA đặt bốn mã ADC mười bit. Hơn nữa, thông tin được truyền qua USB đến máy tính để xử lý và lưu trữ. Giao thức giao tiếp với máy tính và các chức năng khác trong đầu ghi được thực hiện bằng vi điều khiển. FPGA và bộ vi điều khiển được lập trình thông qua cùng một bộ chuyển đổi UART-USB được sử dụng để truyền thông tin.

Để làm việc với máy ghi âm, một chương trình đã được phát triển trong môi trường LabVIEW thực hiện việc tiếp nhận thông tin, hiển thị và lưu trữ thông tin. Ngoài ra, nó thực hiện một thuật toán để loại bỏ đáp ứng tần số của mạch bên ngoài được kết nối với đầu ghi ở tần số từ 0,1 Hz đến 480 kHz. Một tính năng đặc biệt của thuật toán này là để ước tính đặc tính tần số biên độ của mạch đang nghiên cứu, các sóng hài của tần số lặp lại của các xung hình chữ nhật do bộ vi điều khiển của máy ghi âm tạo ra được sử dụng.

Nhiệm vụ được đặt ra là phát triển một thiết bị để truyền thời gian thực liên tục tới máy tính có số đọc điện áp tức thời trong phạm vi từ 15 đến +15 V với tốc độ lấy mẫu là 960 kHz và độ phân giải mười chữ số nhị phân, về nguyên tắc, có thể được giải quyết mà không cần FPGA sử dụng ADC và bộ vi điều khiển có cổng USB tích hợp hoạt động ở chế độ cổng COM ảo. Tuy nhiên, tốc độ truyền thông tin trong trường hợp này sẽ không đủ cao. Khi được sử dụng cùng với ADC và bộ vi điều khiển, vi mạch chuyển đổi giao diện FT2232H UART-USB, cung cấp khả năng truyền thông tin ở tốc độ 12 Mbps, có một vấn đề là tìm một bộ vi điều khiển có UART có khả năng hoạt động ở tốc độ như vậy. Do đó, một phương pháp đã được chọn khác với phương pháp trước đó bằng cách sử dụng một FPGA đọc thông tin do ADC tạo ra ở dạng mã song song và chuyển đổi nó thành một đặc điểm định dạng nối tiếp của UART.

Thiết bị sử dụng ADC ADC10030 mười bit với đầu ra song song và tốc độ lấy mẫu tối đa là 30 MHz. Kết quả công việc của anh ấy được tiếp nhận và xử lý bởi EPM3064ALC44-10N FPGA, chứa 64 ô macro logic có thể lập trình và 44 dòng I/O.

Mỗi mẫu tín hiệu đầu vào do ADC tạo ra là một mã nhị phân mười bit và bộ chuyển đổi FT2232H UART-USB nhận thông tin ở dạng byte tám bit. Vì lý do này, FPGA triển khai một thiết bị gói bốn mẫu thành năm byte. Tiếp theo, nó cung cấp cho mỗi byte các bit bắt đầu và kết thúc và truyền chúng theo mã nối tiếp ở tốc độ 12 Mbaud tới chip FT2232H để truyền tới máy tính qua USB.

Sơ đồ của máy ghi âm được hiển thị trong hình. 1. Nó được cung cấp bởi điện áp không đổi 7 ... 9 V, được cung cấp từ đầu nối XP3 đến bộ ổn định tích hợp DA6 7805 và từ nó, với một nút nhảy S4 có thể tháo rời ở vị trí 1-2, đến bộ ổn áp 3,3 V LM1117-3.3 (DA7). Để thuận tiện làm việc với thiết bị trong quá trình gỡ lỗi, có thể cấp nguồn cho thiết bị từ cổng USB. Để thực hiện việc này, cần sắp xếp lại jumper S4 có thể tháo rời về vị trí 2-3. Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động bình thường, việc cung cấp năng lượng như vậy là không thể chấp nhận được, vì điện áp lấy từ cổng USB thường chênh lệch đáng kể so với 5 V, dẫn đến thay đổi thang chuyển đổi của tín hiệu đang nghiên cứu trong ADC.

Cơm. 1. Sơ đồ máy ghi (bấm để phóng to)

Bộ tạo xung nhịp 24 MHz cho ADC và FPGA được xây dựng trên các thành phần của chip DD2 74HC04D và được ổn định bởi bộ cộng hưởng thạch anh ZQ2.

Để thực hiện giao thức giao tiếp với máy tính, hình thành tín hiệu rời rạc và tạo xung hình chữ nhật, bộ vi điều khiển DD1 ATMega8A đã được đưa vào máy ghi âm, hoạt động ở tần số xung nhịp 16 MHz, được chỉ định bởi bộ cộng hưởng thạch anh ZQ1. Việc trao đổi thông tin giữa máy tính và vi điều khiển cũng diễn ra bằng chip FT2232H (DD4), nhưng thông qua một kênh khác. Để giao tiếp với FPGA và với vi điều khiển, trong hệ điều hành của máy tính làm việc với đầu ghi phải tổ chức XNUMX cổng COM ảo.

Tín hiệu đang nghiên cứu được đưa qua đầu nối XP1 đến đầu vào của giai đoạn op-amp DA2 AD825ARZ, đây là bộ suy giảm tín hiệu đảo ngược 15 lần. Mức 2 ở đầu ra của op-amp DA1 có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng điện trở tông đơ RXNUMX. Do đó, tín hiệu đang nghiên cứu được đưa đến phạm vi cho phép của sự thay đổi điện áp đầu vào ADC.

Op-amp DA2 được cấp nguồn bằng điện áp +/-15 V, tạo thành từ +5 V bộ chuyển đổi điện áp đơn cực DC thành lưỡng cực AM1D-0515DH30Z (U1). Điện trở R19 và R20 là tải chuyển đổi tối thiểu cần thiết cho hoạt động chính xác của nó. Bằng cách sắp xếp lại các jumper có thể tháo rời S1 và S2 từ vị trí 2-3 sang vị trí 1-2, bạn có thể chuyển sang cấp nguồn cho vi mạch DA2 với điện áp ngoài +/- 15 V áp dụng cho đầu nối XP4. Nếu muốn, bạn có thể cấp nguồn cho các thiết bị bên ngoài với mức tiêu thụ hiện tại không quá 1 mA từ bộ chuyển đổi U35.

Điện áp tham chiếu cho ADC DA5 được hình thành bởi op ampe DA3.1 và DA3.2 theo sơ đồ được đề xuất trong phần mô tả của ADC. Mã song song từ các đầu ra ADC đi đến DD3 FPGA, nơi nó được chuyển đổi thành mã UART nối tiếp. Sau đó, nó chuyển sang chip DD4 FT2232H.

Đầu nối XP2 được thiết kế để điều khiển các thiết bị bên ngoài có tín hiệu mức logic 3,3 V trên tám kênh, ngoài ra, điện áp 3,3 V DC và một dây chung được kết nối với đầu nối này để cấp nguồn cho các thiết bị bên ngoài. Đầu nối XP5 và XP6 được thiết kế để lập trình các thiết bị được kết nối với chúng với điện áp nguồn 3,3 V.

Điện áp 7 V, 3,3 V và một dây chung để cấp nguồn cho các thiết bị bên ngoài, tín hiệu xung có tần số 5 MHz (tần số xung nhịp của ADC và FPGA) được xuất ra đầu nối XP24. Chân 4 của đầu nối này được kết nối với chân 14 của FPGA DD3, không được sử dụng trong phiên bản mô tả của thiết bị.

Đèn LED được kết nối với đầu nối XP8, báo hiệu chế độ hoạt động của bộ chuyển đổi:

HL1 - sự hiện diện của điện áp cung cấp;

HL2 - chuyển thông tin từ vi điều khiển sang máy tính;

HL3 - chuyển thông tin từ máy tính sang vi điều khiển;

HL4 - chuyển thông tin từ FPGA sang máy tính;

HL5 - chuyển thông tin từ máy tính sang FPGA;

HL6 - bộ tạo xung hình chữ nhật được bao gồm;

HL7 - bộ vi điều khiển cho phép chuyển thông tin từ FPGA;

HL8 - FPGA truyền thông tin.

Một bản vẽ của các dây dẫn PCB được hiển thị trong hình. 2 (mặt 1) và hình. 3 (mặt 2). Vị trí của các phần tử trên các mặt này của bảng - tương ứng trong hình. 4 và hình. 5. Bảng cung cấp không gian cho các phần tử không được hiển thị trong sơ đồ, từ đó bạn có thể lắp ráp bộ suy giảm đầu vào hình chữ U hoặc bộ lọc giữa đầu nối XP1 và điện trở R4 và bộ lọc hình chữ L giữa đầu ra DA2 của op-amp và đầu vào DA5 ADC. Để truyền tín hiệu trong trường hợp không có bộ suy giảm và bộ lọc, các bộ nhảy để gắn bề mặt được lắp đặt thay vì các phần tử nối tiếp của chúng. Hai cầu nhảy nữa thay thế các điện trở mắc nối tiếp với điện trở R5 và R8 nếu cần chọn chính xác điện áp tham chiếu ADC.

Cơm. 2. Bản vẽ của dây dẫn PCB

Cơm. 3. Bản vẽ của dây dẫn PCB

Cơm. 4. Sắp xếp các phần tử

Cơm. 5. Sắp xếp các phần tử

Đối với FPGA DD3 trong gói PLCC-44, bảng điều khiển phải được lắp đặt trên bo mạch. Bộ ổn định tích hợp DA6 được gắn trên tản nhiệt có gân có kích thước 22x20x15 mm.

Máy ghi âm được lắp ráp trong hộp Gainta G715, hình dáng của nó được thể hiện trong hình. 6. Đèn LED được cố định trên bảng điều khiển phía trước và tạo các lỗ cho các đầu nối XP1, XP2, XP4, XP7. Từ bảng điều khiển phía sau có quyền truy cập vào khối công tắc SA1, đầu nối XS1, XP5, XP6.

Cơm. 6. Sự xuất hiện của công ty đăng ký

Cấu trúc của thiết bị được triển khai trong FPGA được mô tả bằng ngôn ngữ VDHL. Quá trình dịch và sửa lỗi được thực hiện trong môi trường phát triển Quartus 11 Phiên bản 10.1.

Tín hiệu đầu vào:

clk - tín hiệu đồng hồ;

P - mảng tín hiệu đến từ vi điều khiển;

ADC_data - mảng tín hiệu đến từ ADC;

rx - tín hiệu đến từ FT2232H. Tín hiệu đầu ra:

P1 - tín hiệu dành cho bộ vi điều khiển;

tx - tín hiệu dành cho FT2232H;

PHL - tín hiệu điều khiển LED HL8;

PPD - tín hiệu tắt nguồn ADC;

POE - tín hiệu cho phép đầu ra ADC;

POUT - đầu ra tín hiệu đến đầu nối XP7.

Biến:

count - bộ đếm số byte được chuyển;

start_bit - dấu hiệu bắt đầu chuyển byte;

stop_bit - dấu hiệu hoàn thành chuyển dữ liệu;

ADC_data_buf - bộ đệm lưu trữ thông tin ADC;

rx_bit - dấu hiệu của sự bắt đầu nhận thông tin.

Khi chuyển tín hiệu đồng hồ từ mức thấp sang mức cao, việc tiếp nhận dòng xả bắt đầu được kiểm tra (Bảng 1). Sau đó, nếu quá trình truyền đang diễn ra, nội dung của bộ đếm byte được truyền sẽ tăng thêm một (Bảng 2). Khi nội dung của bộ đếm đạt đến giá trị 100, nó sẽ xảy ra theo bảng. 3, nó được đặt thành 6 và kiểm tra sự hiện diện của lệnh hoàn thành truyền (P(0)=XNUMX).

Bảng 1

Bảng 2

Bảng 3

Khi chuyển tín hiệu đồng hồ từ cao xuống thấp, trước khi bắt đầu truyền, bộ đệm thông tin từ ADC được thực hiện (Bảng 4) để ngăn sự thay đổi của nó trong quá trình truyền.

Bảng 4

Các bước còn lại là kiểm tra việc cho phép hoặc cấm truyền thông tin từ bộ vi điều khiển. Ở trạng thái được bật, đèn LED HL8 bật và dấu hiệu hoàn thành quá trình truyền sẽ bị xóa nếu nhận được byte yêu cầu (Bảng 5). Việc chuyển các bit bắt đầu và dừng được thực hiện theo Bảng. 6 và thông tin từ bộ đệm ADC - Table. 7 (mỗi bit được truyền trong hai chu kỳ đếm).

Bảng 5

Bảng 6

Bảng 7

Chương trình dành cho vi điều khiển được viết bằng ngôn ngữ C trong môi trường phát triển ImageCraft. Sau khi cấp nguồn cho thiết bị, nó sẽ khởi tạo các thiết bị ngoại vi của vi điều khiển, sau đó đi vào vòng lặp chính, với UART của vi điều khiển ở chế độ chờ nhận.

Khi nhận được một byte, một trình xử lý ngắt sẽ được khởi chạy (Bảng 8). Byte này được ghi vào mảng rx_arr tại chỉ số rx_count (nếu byte đầu tiên của gói được nhận thì rx_count=0), sau đó rx_count được tăng thêm một. Tiếp theo là khởi động lại bộ đếm thời gian 0, hết hạn đóng vai trò là dấu hiệu kết thúc gói.

Bảng 8

Nếu byte tiếp theo không được nhận trong thời gian đã chỉ định, thì ngắt sẽ xảy ra theo yêu cầu của bộ định thời 0. Trong trình xử lý ngắt này (Bảng 9), bộ định thời bị dừng và cờ kết thúc nhận f_rx được đặt.

Bảng 9

Khi một gói thông tin được nhận (f_rx= 1), vòng lặp chính bắt đầu phân tích cú pháp gói đó, thực hiện các lệnh có trong gói đó và tạo phản hồi. Đầu tiên, tiêu đề và kết thúc của gói được kiểm tra, sau đó là mã lệnh. Sau khi kiểm tra thành công, việc thực thi lệnh có trong gói bắt đầu. Nếu một lỗi được phát hiện, một biên lai tiêu cực được tạo ra.

Các lệnh sau được thực hiện trong chương trình:

- "Test" - được sử dụng để kiểm tra kết nối;

- "Đặt trạng thái IO" - đặt các mức logic được chỉ định trên các chân của vi điều khiển được kết nối với đầu nối XP2. Chân 2 (mạch IO1) tương ứng với LSB của byte dữ liệu lệnh và chân 9 (mạch IO8) tương ứng với MSB;

- "Đặt trạng thái IO liên quan đến FPGA" - đặt các mức logic được chỉ định ở đầu ra vi điều khiển PD4-PD7, PB1, PC2, PC3, được liên kết với FPGA. Các đầu ra được liệt kê theo thứ tự các bit byte dữ liệu lệnh tương ứng của chúng từ một đến bảy. Giá trị của byte có nghĩa nhỏ nhất (không) của byte có thể tùy ý, vì trạng thái của đầu ra PD3 không có sẵn để thay đổi bằng lệnh này. Nó được sử dụng để nhận yêu cầu ngắt từ FPGA;

- "Khởi động bộ tạo xung hình chữ nhật (với chu kỳ là bội số của 2 giây)" - khởi động bộ tạo xung hình chữ nhật được chỉ định (chu kỳ nhiệm vụ của tất cả các xung do máy ghi âm tạo ra bằng hai). Byte dữ liệu lệnh phải chứa giá trị của chu kỳ lặp lại xung, có thể nằm trong khoảng 2-2 giây theo các bước 254 giây. Các xung được tạo ở đầu ra của bộ vi điều khiển PB3 bằng phần mềm chuyển đổi trạng thái của nó trong bộ xử lý ngắt từ bộ định thời 1. Chúng được xuất ra chân 5 của đầu nối XP2;

- "Khởi động bộ tạo xung hình chữ nhật (với chu kỳ là bội số của 2 giây) sau khi khởi động ADC" - khác với lệnh trước đó ở chỗ nó khởi động bộ tạo đồng bộ với việc bắt đầu truyền thông tin từ FPGA sang máy tính;

- "Khởi động bộ tạo sóng vuông" - khởi động bộ tạo sóng vuông với tần số từ 30 Hz đến 8 MHz. Bốn byte dữ liệu phải chứa giá trị tần số tính bằng hertz. Máy phát điện được tắt bằng cách đặt tần số bằng không. Do chu kỳ lặp lại của các xung được tạo luôn là bội số của thời lượng của chu kỳ máy vi điều khiển, nên tần số lặp lại thực tế của chúng có thể khác với tần số đã chỉ định. Giá trị chính xác của nó (với độ phân giải 1 Hz) được chứa trong phản hồi cho lệnh. Các xung được xuất ra chân 5 của đầu nối XP2, được kết nối với đầu ra PB3 của vi điều khiển.

Để bắt đầu truyền thông tin từ FPGA, cần kích hoạt nó bằng cách đặt mức logic cao ở đầu vào 16 của FPGA, sau đó truyền một byte qua cổng COM sang FPGA. Quyền được giới thiệu để thuận tiện cho việc kết thúc quá trình truyền bằng cách đặt đầu vào 16 của FPGA thành số 1 logic. Do vi điều khiển cho phép truyền, nên để đồng bộ hóa việc bắt đầu truyền từ FPGA với việc bắt đầu nhận thông tin của máy tính, máy tính sau phải gửi một byte yêu cầu tùy ý đến vi điều khiển. Bộ vi điều khiển giao tiếp với máy tính ở tốc độ 2232 Mbaud với tám bit không có tính chẵn lẻ và một bit dừng. Để trao đổi thông tin qua USB thông qua chip FT1H của đầu ghi, cần cài đặt trình điều khiển trong hệ điều hành của máy tính, có thể tìm thấy trên trang Internet [XNUMX].

Đang tải chương trình vào FPGA và vi điều khiển.

Lập trình FPGA được thực hiện theo phương pháp được mô tả trong [2]. Trước khi bắt đầu, cần đặt công tắc DIP SA1 -

SA3 đến các vị trí như trong hình. 7a. Bộ vi điều khiển được lập trình bằng chương trình AVRDude và vỏ đồ họa SinaProg, được tải xuống từ các liên kết trên trang Internet [3]. SinaProg yêu cầu phải cài đặt Thư viện LabView RunTime [4] trên máy tính.

Cơm. 7. Lập trình FPGA

Trong tệp avrdude.conf, cần gán lại các chân của lập trình viên 2ftbb, bổ sung văn bản của tệp bằng phần được hiển thị trong Bảng. 10.

Bảng 10

Phần phụ lục của bài viết chứa các chương trình AVRDude và SinaProg, trong đó tất cả các tham số cần thiết đã được thiết lập.

Bắt đầu lập trình vi điều khiển, bạn nên đặt các công tắc SA1-SA3 của công ty đăng ký về các vị trí như trong hình. 7b, sau đó kết nối đầu XS1 của đầu ghi với cổng USB của máy tính và chạy chương trình SinaProg. Trong trường "Lập trình viên" trong cửa sổ của nó, bạn nên đặt các tham số 2ftbb, FTDI, 9600. Sau đó, lần lượt nhấn các nút trên màn hình "<" và "Tìm kiếm", sau đó một văn bản tương tự như được hiển thị trong Bảng 11 sẽ xuất hiện trong cửa sổ thông báo. mười một . Sử dụng menu được gọi bằng cách nhấn nút màn hình "Nâng cao" của trường "Cầu chì", đặt cấu hình vi điều khiển: cao - 0xC9, thấp - 0xFF. Trong trường "Tệp hex", chỉ định tên của tệp HEX với mã chương trình vi điều khiển và nhấp vào nút Chương trình trong trường Flash. Sau khi hoàn thành lập trình thành công, một văn bản kết thúc bằng các dòng được hiển thị trong Bảng 12 sẽ xuất hiện trong trường thông báo. XNUMX.

Bảng 11

Bảng 12

Nếu đầu ghi được sử dụng cho các thiết bị lập trình được kết nối với đầu nối XP6 hoặc XP7, thì các công tắc SA1-SA3 phải được đặt ở các vị trí như trong hình. 7, c. Vị trí của các công tắc trong quá trình hoạt động bình thường của máy ghi được thể hiện trong hình. 7, g.

Chương trình máy tính USB-960

được phát triển trên môi trường LabVIEW 2011. Nếu máy tính không có môi trường này thì cần cài đặt gói [5] và [6]. Chương trình chứa mười một thiết bị phụ ảo (VP):

- ACPPLISUC_IOUC đặt trạng thái của các cổng đầu ra của vi điều khiển xuất ra một đầu nối bên ngoài;

- ACPPLISUC_FREQ khởi động bộ tạo với phép đo tần số được tạo tiếp theo;

- ACPPLISUC_TEST kiểm tra kết nối với bộ vi điều khiển;

- ACPPLISUC_AFR_H đo đáp ứng tần số của mạch ngoài ở năm giá trị tần số (không thấp hơn 30,5 Hz);

- ACPPLISUC_AFR_L đo đáp ứng tần số của mạch ngoài ở tần số từ phân số đến hàng chục hertz;

- ACPPLISUC_GEN2S khởi động bộ tạo xung hình chữ nhật với chu kỳ lặp lại là bội số của 2 giây;

- ACPPLISUC_UNPACKDATA chuyển đổi thông tin nhận được từ cơ quan đăng ký thành một mảng các giá trị mã ADC;

- ACPPLISUC_ADCDATA đọc thông tin nhận được từ nhà đăng ký trong thời gian quy định;

- ACPPLISUC_IOPLIS đặt trạng thái của các cổng đầu ra của vi điều khiển được liên kết với FPGA;

- ACPPLISUC_GEN khởi động bộ tạo xung hình chữ nhật với tốc độ lặp lại từ 30,5 Hz trở lên;

- ACPPLISUC_GEN2Ss khởi động bộ tạo xung hình chữ nhật với khoảng thời gian là bội số của hai giây, đồng bộ với thời điểm bắt đầu đọc thông tin từ bộ đăng ký;

- ACPPLISUC_COM nhận và truyền thông tin qua cổng COM ảo kết hợp với vi điều khiển.

Chương trình chính chạy trong một vòng lặp vô hạn, bên trong có cấu trúc trường hợp, trang hiện tại của nó được xác định bằng cách chọn một tab trong cửa sổ chương trình chính.

Tab ghi tín hiệu thể hiện trong hình. 8. Nhấn nút "BẮT ĐẦU" sẽ bắt đầu nhận số đọc tín hiệu đang nghiên cứu trong thời gian được chỉ định trong trường "Thời gian đo, s". Để thực hiện việc này, việc truyền thông tin từ FPGA được cho phép - giá trị 128 được ghi vào ACPPLI-SUC_IOPLIS VI. Việc đọc thực tế được thực hiện bằng cách sử dụng ACPPLISUC_ADCDATA VI, có tham số là thời gian đo. VI này yêu cầu thông tin bằng cách chuyển một byte rỗng và đọc nó trong thời gian đã chỉ định. Sau khi hết hạn, quá trình chuyển bị vô hiệu hóa bằng cách ghi giá trị XNUMX vào ACPPLISUCJOPLIS VI.

Cơm. 8. Tab "Ghi tín hiệu"

Nếu nút "Ghi vào tệp" trước đó đã được nhấn, thì tín hiệu đang nghiên cứu sẽ được lưu trong tệp nhị phân, tên của tệp được chỉ định trong trường "Tệp để lưu tín hiệu". Theo mặc định, việc lưu được thực hiện vào thư mục gốc của ổ C, có thể yêu cầu hệ điều hành của máy tính chạy chương trình với quyền quản trị viên.

Khởi động bộ tạo xung hình chữ nhật được thực hiện trong các trường "Khởi động bộ tạo" và "Khởi động bộ tạo với khoảng thời gian là bội số của 2 giây".

Sau khi hoàn thành quá trình nhận, biểu đồ dao động của tín hiệu nhận được được hiển thị trong trường "Tín hiệu" và phổ của nó được hiển thị trong trường "Phổ biên độ". Trong các trường "RMS, V" và "Giá trị trung bình, V", giá trị rms và trung bình của tín hiệu sẽ được hiển thị tương ứng.

Tab máy hiện sóng thể hiện trong hình. 9. Nhấn nút trên màn hình "BẮT ĐẦU" sẽ bắt đầu vòng lặp while, trong đó thông tin liên tục (cho đến khi nhấn nút "STOP") được nhận từ nhà đăng ký theo thuật toán tương tự như mô tả ở trên. Để tránh bị cắt tín hiệu trong quá trình đồng bộ hóa và bù thủ công, thời lượng ghi thực tế gấp đôi thời lượng được chỉ định. Sau khi hoàn thành, tín hiệu tìm kiếm các thời điểm vượt qua ngưỡng đã chỉ định (được đặt bằng bộ điều khiển "Threshold, V"), từ đó một mảng được hình thành. Sau đó, trong mảng này, chương trình sẽ tìm một phần tử nằm càng gần 1/3 thời lượng tín hiệu càng tốt. Nó sẽ được sử dụng làm điểm bắt đầu của biểu đồ dao động được hiển thị trên màn hình.

Cơm. 9. Tab Máy hiện sóng

Sử dụng thanh trượt "Offset, %", bạn có thể thay đổi dạng sóng. Các nút "Lưu tín hiệu hiện tại" và "Đọc" sẽ lưu tín hiệu đang hiển thị và đọc tín hiệu đã lưu trước đó.

Tab "Xóa phản hồi tần số" thể hiện trong hình. 10. Có thể xác định đáp ứng tần số của mạch tuyến tính [7] bằng cách đồng thời hoặc tuần tự cho đầu vào của mạch tiếp xúc với các tín hiệu hài có tần số khác nhau, sau đó đo biên độ của các tín hiệu này ở đầu ra của mạch. Trong thiết bị đang được xem xét để đo đáp ứng tần số, thay vì tín hiệu sóng hài, các xung hình chữ nhật do vi điều khiển tạo ra được sử dụng. Tín hiệu ở dạng xung hình chữ nhật có chu kỳ làm việc là 2 là tổng của vô số tín hiệu sóng hài (sóng hài), có tần số cao hơn một số lẻ lần so với tốc độ lặp xung. Biên độ sóng hài của nó xấp xỉ bằng các biên độ xung 0,9 (thứ nhất), 0,3 (thứ ba), 0,18 (thứ năm), 0,129 (thứ bảy), 0,1 (thứ chín). Biết tỷ lệ sóng hài (phổ) của tín hiệu ở đầu vào của mạch đang nghiên cứu và xác định nó ở đầu ra, có thể tính toán đáp ứng tần số của mạch này ở tần số hài.

Cơm. 10. Tab "Loại bỏ đáp ứng tần số"

Bộ đăng ký loại bỏ đáp ứng tần số bằng các xung hình chữ nhật với chu kỳ nhiệm vụ là 2 và tốc độ lặp lại là 0,1; 0,5; 30,5, 60,1, 120,2, 240, 480,8, 961,5, 1923, 3846, 7692,3, 15384,6, 31250 và 61538,5 Hz.

Nhấn một trong các nút màn hình "BẮT ĐẦU 0,1 Hz" hoặc "BẮT ĐẦU 0,5 Hz" sẽ khởi động ACPPLISUC_AFR_L VI với khoảng thời gian tương ứng là 10 giây và 2 giây. VI này hoạt động như thế này:

- sử dụng VI ACPPLISUC_GEN2SS gửi lệnh khởi động bộ tạo xung hình chữ nhật với một khoảng thời gian nhất định;

- nhận thông tin từ ADC trong khoảng thời gian lặp lại 1,5 xung;

- Truyền tín hiệu nhận được qua bộ lọc thông thấp kỹ thuật số 2000 Hz để loại bỏ các thành phần tần số cao trước khi giảm tín hiệu. Nếu điều này không được thực hiện, hiệu ứng răng cưa sẽ xảy ra [8];

- làm loãng tín hiệu, loại bỏ 47 trong số 48 mẫu của nó, để đơn giản hóa các tính toán tiếp theo;

- trích xuất từ ​​​​tín hiệu một đoạn có thời lượng chính xác là một khoảng thời gian lặp lại xung;

- tính toán phổ biên độ của mảnh này;

- trích xuất từ ​​​​phổ thu được các thành phần tương ứng với các hài lẻ của tín hiệu thử nghiệm, chia chúng thành các giá trị biên độ đã biết của cùng một hài của tín hiệu gốc. Kết quả là đáp ứng tần số của mạch đang nghiên cứu ở tần số hài.

Khi nhấn nút màn hình "BẮT ĐẦU 30 Hz", vòng lặp for sẽ được khởi chạy, trong đó ACPPLISUC_AFR_H VI được thực thi, đầu vào của vòng lặp này nhận các giá trị tần số xung và thời gian đo. Ở đầu ra của VP này, thu được các giá trị đáp ứng tần số tại năm sóng hài của tín hiệu có tần số nhất định. Kết quả của chu kỳ, ba mảng được hình thành: tần số tại đó đáp ứng tần số được đo, tín hiệu được sử dụng để tính toán đáp ứng tần số và giá trị đáp ứng tần số. Tiếp theo, mảng các giá trị đáp ứng tần số được sắp xếp để hiển thị thêm biểu đồ của nó trên màn hình.

ACPPLISUC_AFR_H VI hoạt động như sau:

- sử dụng VI ACPPLISUC_GEN gửi lệnh để khởi động trình tạo;

- nhận thông tin từ ADC trong một thời gian xác định;

- tính toán phổ biên độ của tín hiệu được ghi lại;

- trích xuất năm thành phần từ phổ thu được, tương ứng với sóng hài của tín hiệu thử nghiệm, chia giá trị của chúng cho biên độ tương đối của sóng hài của tín hiệu được áp dụng cho đầu vào của mạch đang nghiên cứu.Kết quả là thu được năm lần đọc đáp ứng tần số.

Cần lưu ý rằng thời lượng của các tín hiệu được phân tích nhất thiết phải chính xác là bội số của khoảng thời gian lặp lại xung, nếu không, khi tính toán phổ, hiện tượng "lan truyền" [9] hoặc "rò rỉ" [7] của nó sẽ xảy ra và kết quả phân tích sẽ bị sai lệch.

Nhấn các nút trên màn hình "Lưu kết quả" và "Đọc" ghi đáp ứng tần số hiện được hiển thị vào tệp đĩa và đọc đáp ứng tần số được ghi trước đó.

Để kiểm tra hoạt động của máy ghi ở chế độ đọc đáp ứng tần số, một nút được lắp ráp trên bảng nguyên mẫu được kết nối với nó theo mạch như trong Hình. 11. Đây là các bộ lọc thông thấp R1C2 và thông cao R2C1. Bộ theo dõi bộ đệm trên op amp của chip DA1 loại bỏ ảnh hưởng đến đáp ứng tần số của các bộ lọc của trở kháng đầu ra tương đối cao của đầu ra máy phát và trở kháng đầu vào thấp (1,5 kOhm) của đầu ghi. Điện áp +15 V và -15 V để cấp nguồn cho vi mạch DA1 có thể được loại bỏ khỏi đầu nối Xp4 của máy ghi nếu bạn kết nối ba chân trên bảng của đầu ghi sau, dành cho bộ nhảy S1 và S2 (đừng nhầm với bộ nhảy S1 và S2 trong Hình 11, bộ lọc chuyển mạch).

Cơm. 11. Sơ đồ bảng mạch

Để so sánh đáp ứng tần số đo được với đáp ứng tần số thu được bằng phép tính, chương trình "So sánh_AFC_với_tính toán" đã được tạo, tính toán đáp ứng tần số của một mạch RC nhất định và xây dựng nó theo cùng tọa độ với mạch đã đo. Các kết quả được trình bày trong hình. 12 (bộ lọc thông thấp) và hình. 13 (bộ lọc thông cao). Các giá trị tính toán được hiển thị bằng màu đỏ, các giá trị đo được hiển thị bằng màu trắng. Hơn nữa, các tụ điện có công suất 1 μF được kết nối song song với C2 và C8 và các đặc điểm được hiển thị trong Hình. 14 và hình. 15.

Cơm. 12. Bộ lọc thông thấp

Cơm. 13. Bộ lọc thông cao

Cơm. 14. Đặc điểm với tụ điện được kết nối

Cơm. 15. Đặc điểm với tụ điện được kết nối

Tab hiệu chuẩn thể hiện trong hình. 16. Khi thực hiện thao tác này, cần thiết lập mối quan hệ giữa điện áp ở đầu vào của bộ ghi và giá trị của mã ở đầu ra của ADC. Vì sự phụ thuộc này là tuyến tính nên chỉ cần nhập tọa độ của hai điểm của nó. Để làm điều này, một điện áp không đổi gần với mức tối đa được đặt vào đầu vào của máy ghi âm. Giá trị của nó được ghi trong trường "Umax, V". Trong trường "ADC-avg." giá trị của mã đầu ra ADC tính trung bình bởi chương trình sẽ được hiển thị. Có thể nhập giá trị này vào trường "ADC-max" theo cách thủ công hoặc sử dụng nút trên màn hình "Write current ADC-average value as ADC-max".

Cơm. 16. Tab "Hiệu chỉnh"

Sau khi đặt một điện áp không đổi gần mức tối thiểu vào đầu vào của thiết bị, hãy nhập các giá trị tương tự vào các trường "Umin, V" và "ADC-min".

Như đã đề cập, tần số thực tế của các tín hiệu được tạo ra trong quá trình loại bỏ đáp ứng tần số của các tín hiệu có thể khác một chút so với các giá trị đã chỉ định, do đó không thể biết trước thời lượng chính xác của các mẫu được phân tích. phải là bội số của một số nguyên chu kỳ tín hiệu. Các giá trị tần số thực trước tiên phải được đo và tính toán thời lượng mẫu. Các hành động này được thực hiện trong cấu trúc trường hợp được gọi bằng nút "Xác định thời gian đọc đáp ứng tần số", kết quả được lưu trong tệp văn bản.

Hiệu chuẩn được thực hiện như sau:

- kết nối đầu vào của thiết bị với một dây chung bằng cách kết nối các tiếp điểm của đầu nối XP1;

- cắt điện trở R1 đặt trong cửa sổ "ADC-trung bình." giá trị từ 511 đến 513 (bằng cách bấm vào nút "Đọc" màn hình để cập nhật);

- kết nối nguồn điện áp DC +1...13 V với đầu nối XP15, nhập giá trị chính xác của điện áp này vào trường "Umax, V";

- Click vào nút màn hình "Đọc" để số hóa tín hiệu và xác định giá trị trung bình của mã ADC, sau đó click vào nút màn hình "Write the current value of ADC-average as ADC-max";

- đảo ngược cực của điện áp đặt vào đầu nối XP1, nhập giá trị của nó vào trường "Umin, V", nhấp vào nút màn hình "Đọc", sau đó "Viết giá trị hiện tại của ADC-trung bình dưới dạng ADC-min";

- sau khi ngắt kết nối nguồn điện áp khỏi đầu nối XP1, hãy kết nối chân 1 của đầu nối này với chân 5 của đầu nối XP2 và nhấn nút trên màn hình "Xác định điện áp mức logic (IL1)". Giá trị này là cần thiết để tính toán đáp ứng tần số;

- nhấn nút trên màn hình "Xác định thời gian lấy đáp ứng tần số" và đợi kết thúc phép đo (quá trình này mất hơn hai phút). Kết quả đo được lưu trữ trong một tệp văn bản trên ổ cứng của máy tính. Tên của tệp này và đường dẫn đến tệp được chứa trong trường "Tệp có hệ số hiệu chuẩn";

- bằng cách nhấn nút trên màn hình "KIỂM TRA", lệnh kiểm tra sẽ được gửi đến bộ vi điều khiển, nếu nhận được câu trả lời đúng, đèn báo "KIỂM TRA OK" sẽ được bật. Trong trường "IO", bạn có thể đặt trạng thái của đầu ra vi điều khiển được kết nối với đầu nối XP2 theo cách thủ công và trong trường "IO-PLIS" - những trạng thái được liên kết với FPGA.

Tóm lại, có thể lưu ý rằng nếu bạn xây dựng một đầu ghi dựa trên FPGA Xilinx Spartan-3 với lõi bộ xử lý MicroBlaze, thì sẽ không cần sử dụng vi điều khiển.

Có thể tải xuống tệp PCB ở định dạng Sprint Layout 5.0 và các chương trình dành cho FPGA, vi điều khiển và máy tính từ ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/11/usb-reg.zip.

Văn chương

1. trình điều khiển. - URL: ftdichip. com / FTDrivers.htm.
2. Lập trình viên MBFTDI trong môi trường Altera Quartus II. - URL: marsohod.org/index.php/ourblog/11/196-qprog10b.
3. SinaProg - GUI cho AVRDude. - URL: easyelectronics.ru/sinaprog-graficheskaya-obolochka-dlya-avrdude.html.
4. Thư viện thời gian chạy 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, Real-Time OS, Windows 7 64-bit / 7 32-bit / Vista 64-bit / Vista 32-bit / XP / XP Embedded / Server 2008 R2 64-bit / Server 2003 R2 32-bit / Mobile 5 / . - URL: joule.ni.com/nidu/cds/view/p/id/2662/lang/ru.
7. Marple Jr. C. Phân tích quang phổ số và các ứng dụng của nó. - M.: Mir, 1990.
8. Iphicher E., Jervis B. Xử lý tín hiệu số: Cách tiếp cận thực tế. Tái bản lần thứ 2.: Per. từ tiếng Anh. - M.: Nhà xuất bản Williams, 2004.
9. Sergienko A. Xử lý tín hiệu số: Sách giáo khoa cho các trường đại học. tái bản lần 2 - St.Petersburg: Peter, 2006.

Tác giả: V. Tchaikovsky

Xem các bài viết khác razdela Công nghệ đo lường.

Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này.

<< Quay lại

Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:

Tiếng ồn giao thông làm chậm sự phát triển của gà con 06.05.2024

Những âm thanh xung quanh chúng ta ở các thành phố hiện đại ngày càng trở nên chói tai. Tuy nhiên, ít người nghĩ đến việc tiếng ồn này ảnh hưởng như thế nào đến thế giới động vật, đặc biệt là những sinh vật mỏng manh như gà con chưa nở từ trứng. Nghiên cứu gần đây đang làm sáng tỏ vấn đề này, cho thấy những hậu quả nghiêm trọng đối với sự phát triển và sinh tồn của chúng. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng việc gà con ngựa vằn lưng kim cương tiếp xúc với tiếng ồn giao thông có thể gây ra sự gián đoạn nghiêm trọng cho sự phát triển của chúng. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng ô nhiễm tiếng ồn có thể làm chậm đáng kể quá trình nở của chúng và những gà con nở ra phải đối mặt với một số vấn đề về sức khỏe. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng những tác động tiêu cực của ô nhiễm tiếng ồn còn ảnh hưởng đến chim trưởng thành. Giảm cơ hội sinh sản và giảm khả năng sinh sản cho thấy những ảnh hưởng lâu dài mà tiếng ồn giao thông gây ra đối với động vật hoang dã. Kết quả nghiên cứu nêu bật sự cần thiết ... >>

Loa không dây Samsung Music Frame HW-LS60D 06.05.2024

Trong thế giới công nghệ âm thanh hiện đại, các nhà sản xuất không chỉ nỗ lực đạt được chất lượng âm thanh hoàn hảo mà còn kết hợp chức năng với tính thẩm mỹ. Một trong những bước cải tiến mới nhất theo hướng này là hệ thống loa không dây Samsung Music Frame HW-LS60D mới, được giới thiệu tại sự kiện Thế giới Samsung 2024. Samsung HW-LS60D không chỉ là một chiếc loa mà còn là nghệ thuật của âm thanh kiểu khung. Sự kết hợp giữa hệ thống 6 loa có hỗ trợ Dolby Atmos và thiết kế khung ảnh đầy phong cách khiến sản phẩm này trở thành sự bổ sung hoàn hảo cho mọi nội thất. Samsung Music Frame mới có các công nghệ tiên tiến bao gồm Âm thanh thích ứng mang đến cuộc hội thoại rõ ràng ở mọi mức âm lượng và tính năng tối ưu hóa phòng tự động để tái tạo âm thanh phong phú. Với sự hỗ trợ cho các kết nối Spotify, Tidal Hi-Fi và Bluetooth 5.2 cũng như tích hợp trợ lý thông minh, chiếc loa này sẵn sàng đáp ứng nhu cầu của bạn. ... >>

Một cách mới để kiểm soát và điều khiển tín hiệu quang 05.05.2024

Thế giới khoa học và công nghệ hiện đại đang phát triển nhanh chóng, hàng ngày các phương pháp và công nghệ mới xuất hiện mở ra những triển vọng mới cho chúng ta trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Một trong những đổi mới như vậy là sự phát triển của các nhà khoa học Đức về một phương pháp mới để điều khiển tín hiệu quang học, phương pháp này có thể dẫn đến tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực quang tử học. Nghiên cứu gần đây đã cho phép các nhà khoa học Đức tạo ra một tấm sóng có thể điều chỉnh được bên trong ống dẫn sóng silica nung chảy. Phương pháp này dựa trên việc sử dụng lớp tinh thể lỏng, cho phép người ta thay đổi hiệu quả sự phân cực của ánh sáng truyền qua ống dẫn sóng. Bước đột phá công nghệ này mở ra triển vọng mới cho việc phát triển các thiết bị quang tử nhỏ gọn và hiệu quả có khả năng xử lý khối lượng dữ liệu lớn. Việc điều khiển phân cực quang điện được cung cấp bởi phương pháp mới có thể cung cấp cơ sở cho một loại thiết bị quang tử tích hợp mới. Điều này mở ra những cơ hội lớn cho ... >>

Tin tức ngẫu nhiên từ Kho lưu trữ điện bánh kẹo 09.07.2006 Tại Đại học Birmingham (Anh), một dòng vi khuẩn đã được lai tạo, bằng cách hấp thụ đường, tạo ra hydro. Bằng cách đặt những vi khuẩn này vào một lò phản ứng đặc biệt, chúng được cho ăn chất thải ngọt đã được pha loãng từ quá trình sản xuất caramen và kẹo hạnh phúc từ một nhà máy bánh kẹo gần đó. Hydro tạo ra được gửi đến một pin nhiên liệu, pin này cung cấp đủ điện để quay một chiếc quạt nhỏ.

Tin tức thú vị khác:

▪ Bảng thị giác nhúng bán dẫn lưới

▪ Những điều mang lại niềm vui

▪ Virus mạnh gấp 10 lần vào buổi sáng so với buổi tối

▪ Công tắc đèn từ xa

▪ Thiết kế tham chiếu máy ảnh kỹ thuật số mới được công bố

Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới

Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí:

▪ phần của trang web Cây trồng và cây dại. Lựa chọn bài viết

▪ bài viết Nơi trú ẩn của người dân trong các cấu trúc bảo vệ của phòng thủ dân sự. Những điều cơ bản của cuộc sống an toàn

▪ bài viết Mồi câu nào chữa lành vết thương thành công? đáp án chi tiết

▪ bài Thuyền giấy. phương tiện cá nhân

▪ bài viết Kênh radio cảnh báo an ninh dựa trên đài phát thanh URAL. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

▪ bài viết Khoảnh khắc tâm lý. tiêu điểm bí mật

Để lại bình luận của bạn về bài viết này:

Tất cả các ngôn ngữ của trang này

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

Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web

www.diagram.com.ua
2000-2024