ФГБОУ ВПО
«Алтайский государственный технический университет
им. »
Энергетический факультет
Кафедра
"Электротехника и автоматизированный электропривод"
тЕМА: Изучение конструкции и принципа действия аналого-цифрового преобразователя управляемого компьютером
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
(учебно-методические указания к лабораторным работам)
Барнаул - 2014
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
ЛАБораторная работа № 2
Изучение конструкции и принципа действия аналого-цифрового преобразователя управляемого компьютером
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Для решения этих задач связанных с анализом аналого-цифровых схем обычно применяются несколько устройств: осциллограф, спектр анализатор, самописец, логический анализатор/генератор. Как правило, каждое устройство требует наличие свободного интерфейсного разъема (обычно LPT) и поставляется со своим источником питания. К тому же профессиональная измерительная аппаратура, например, выпускаемая в США, Англии под маркой Techtronics и Adgilent, не по карману не только разработчикам, но даже и не очень крупным фирмам. В тоже время появление новых микроконтроллеров с богатым набором периферии и поддержкой высокоскоростного канала обмена данными с компьютером не требующих дополнительных источников питания позволяют создать компактное устройство сочетающие в себе все выше перечисленные функции по очень низкой цене. Именно таким устройством является представляемый USB осциллограф – прибор, управляемый микро ЭВМ.
Технические возможности и режимы работы USB осциллографа
- 2-х канальный осциллограф (маркерные измерения, синхронизация, измерение напряжения и частоты сигнала, фильтрация…).
- 2-х канальный спектр анализатор (маркерные измерения, измерение коэффициента нелинейных искажений, фильтрация…).
- 2-х канальный самописец (маркерные измерения, возможность добавления 99 маркеров с комментариями, измерение максимального, минимального и среднего напряжений по каждому из каналов, запись сигнала в течение нескольких десятков часов…).
- 16(8)-ти канальный логический анализатор (маркерные измерения, синхронизация и регулируемый претриггер, внешнее тактирования (синхронизация), пропуск заданного количества импульсов, поиск заданной логической комбинации / фронта, расшифровка интерфейсов UART, SPI, I2C, 1-Wire…).
- 8-ми канальный логический генератор (табличное задание сигнала или непосредственное построение временных диаграмм мышкой на экране…).
Дополнительные возможности USB осциллографа
- Добавлять к каждому измерению комментарии (записываются в файл с результатами измерения)
- Сохранять результаты всех измерений виде векторного или растрового рисунка для последующей импорта в другие программы или в файле данных для последующего анализа.
- Распечатывать результаты всех измерений.
- Копировать результаты всех измерений в буфер обмена.
- Задавать события и звуковое сопровождение к ним.
- Рассчитывать различные цифровые фильтры и производить фильтрацию аналоговых сигналов.
- Производить сглаживание временных диаграмм осциллографа.
- Отображать статистику по всем каналам логического анализатора и генератора.
- Изменять язык интерфейса.
- Производить обновление прошивки устройства по USB шине, что позволяет дополнить возможности устройства любыми функциями.
Технические характеристики
Осциллограф, спектр анализатор: | |
- количество каналов | 2 |
- частота дискретизации | 100 Гц … 200 КГц |
- глубина памяти | |
чтение через буфер: | 1126 отсчетов/канал (1 канал), 563 oтс/кан (2 канала) |
потоковое чтение: | 64K отсчетов/канал (1 или 2 канала) |
- входное напряжение | -20 ... +20 В (аппаратно 2 поддиапазона) |
- разрядность АЦП | 10 бит |
- синхронизация | абсолютная (по нарастающему/спадающему фронту), |
- оконные функции | Хамминга, Ханнинга, Блэкмана, Блэкмана-Харриса |
Самописец: | |
- частота дискретизации | 0,01 Гц … 200 КГц |
- максимальное время записи | 24 часа при Fд < 100 Гц |
- входное напряжение | -20 ... +20 В (аппаратно 2 поддиапазона) |
- разрядность АЦП | 10 бит |
Логический анализатор: | |
- количество каналов | 16 (8 при включении логического генератора) |
- частота дискретизации | 1 КГц … 8 МГц |
- глубина памяти | |
чтение через буфер (Fд=4-8 мГц): | 128 бит/канал |
чтение через буфер (Fд=2-2,66 мГц): | 1160 бит/канал |
чтение через буфер (Fд<= 1мГц): | 1544 бит/канал |
чтение через буфер в режиме склейки | 1 Мбит/канал |
потоковое чтение (Fд< 500кГц): | от 4К до 256M бит/канал |
- входное напряжение | 0 ... +5 В (есть защита от перенапряжения) |
- синхронизация | по фронтам, маске, пропуск импульсов, внешнее тактирование |
- тактирование | внутренне / внешнее |
Логический генератор: | |
- количество каналов | 8 |
- частота дискретизации | 1 кГц … 1 МГц |
- глубина памяти | 1544 бит/канал |
- выходное напряжение | "0" - 0 В, "1" - 3,3 В |
- максимальный втекающий/вытекающий ток | 10 мА |
Необходимые приборы и оборудование
1. Стенд по электротехнике и электроники.
2. Виртуальный USB – осциллограф.
3. Микро-ЭВМ с соответствующими системными требованиями (Ноутбук)
4. Провода для монтажа и измерения.
ПРОГРАММА РАБОТЫ И УКАЗАНИЯ К ЕЁ ВЫПОЛНЕНИЮ
Перед выполнением работы определить расположение клемм, на монтажных платах, расположение источников питания, ключей (кнопок переключения) и другого оборудования.
ВКЛЮЧАТЬ СТЕНД ТОЛЬКО С РАЗРЕШЕНИЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ!
По усмотрению преподавателя, с помощью виртуального USB – осциллографа провести измерения электрических параметров в лабораторных работах:
а) «Неразветвлённые цепи переменного тока».
б) «Разветвлённые цепи переменного тока».
Рис. 7. USB-осциллографа и микро-ЭВМ – «Ноутбук»
1. Перед выполнением опытов подсоединить проводами USB-осциллографа к микро-ЭВМ (Рис. 7).
2. Запустить программу «DISCO» на «рабочем столе» микро ЭВМ.
3. Выбрать соответствующий режим работы и USB-осциллограф перевести в этот режим: «ОСЦИЛЛОГРАФ»; «АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА»; «САМОПИСЕЦ»
4. Определить с помощью виртуального USB-осциллографа частоту, напряжения, токи и коэффициент мощности.
5. По результатам опытов заполняется таблица.
6. Сопоставить результаты измерений USB-осциллографа с приборами электромеханических систем.
Примечание: Исследуемые сигналы на Вх1 и Вх2 подавать через делители.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТОВ
Цель работы. Краткие теоретические сведения. Результаты практического задания. Выводы.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Назвать назначение виртуального USB-осциллографа. Назвать основные функции и технические характеристики электронной измерительной системы на базе управляемого USB - осциллографа. Чем определяется точность цифровых измерительных устройств? Преимущества цифровых измерительных приборов.
Литература
- скусство схемотехники. В 3-х томах: Т. 2. Пер. с англ. — 4-е изд., перераб. и доп.— М.: Мир, 1993. — 371 с. ISBN 5-03-002338-0. Электроника и микропроцессорная техника. Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 2005. – 790 с. (14 экз.) Цифровая схемотехника. Конспект лекций по дисциплине «Схемотехника». – М.: Горная книга, 2008. – 308 с. (4 экз.) Цифровая схемотехника. Учебник для вузов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 528 с. (5 экз.) Основы микропроцессорной техники : курс лекций / , . - М.: ИНТУИТ. РУ, 2003.- 435 с. Микроэлектронные устройства автоматики: Учебное пособие для вузов/, и др.: Под ред. . – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 384 с. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. – Челябинск: Металлургия, 1988. – 352 с.
