Отработка программного (системного варианта) управления

Отработка технического решения (и практического) для пункта 2.2
1 Отработка по пункту 2.2.
Отработка программного (системного варианта) управления по 5 вольт (от компьютера) и контура усиления в
самом игровом приборе до необходимых величин (с условием автономного питания прибора 220 вольт и
преобразования в постоянный ток до 33 вольт и по току 0.15 а). Тут подразумевается отработка программного
варианта генерации гармоник и передача от центрального процессора компьютера на периферийную часть
прибора управляющих импульсов по драйверу типа USB или другому способу, отработанному специально для
этих целей. Логическое продолжение пункта 1.1.1 для приборов массового использования.
1. Теоретическая часть
Обычно в технических системах информация передается с помощью импульсных сигналов. Встречаются видеоимпульсы
и радиоимпульсы. Радиоимпульс отличается наличием частоты заполнения внутри огибающей видеоимпульса. В теории
информации доказывается, что эти два типа сигналов различны между собой по спектральным характеристикам. По форме
можно различить видеоимпульсы стандартной формы (прямоугольные, треугольные, пилообразные, колокола образные,
трапециевидные, экспоненциальные и др.). Для получения импульсного напряжения или тока применяются генераторы.
Форма импульса, на выходе генератора зависит от схемотехнического устройства генератора (генераторы на биполярных
транзисторах, генераторы на операционных усилителях). Генераторы должны иметь регулировки основных параметров
генерируемых импульсов. Основными параметрами импульса являются амплитуда, длительность импульса, длительность
фронта и длительность среза.
Амплитуда импульса Um - наибольшее значение напряжения импульсного сигнала.
Длительность импульса tu - продолжительность импульса во времени.
Длительность фронта tф и длительность среза tс определяют между уровнями 0,1 и 0,9 от амплитудного значения.
Параметрами последовательности импульсов являются период повторения, частота повторения, пауза, коэффициент
заполнения и скважность.
Период повторения импульсов Т - интервал времени между соответствующими точками двух соседних импульсов.
Частота повторения импульсов f1 – величина, обратная периоду f1=1/Т.
Пауза tп - интервал времени между окончанием одного и началом следующего импульсов.
Коэффициент заполнения К3 характеризуется отношением длительности импульсов к периоду их следования К3 = tu/T.
Скважность импульсов Q- величина, обратная коэффициенту заполнения Q =T/tu.
В программном варианте для этого решения есть много различных наработок генераторов сигналов стандартной формы
и можно частично реализовать поставленную задачу, используя уже отработанные программные средства различных пакетов.
Однако кроме этого, поставленная задача создания игровой приставки требует и создания генератора импульсных сигналов
произвольной формы (задел на будущие научно технические решения по П.Горяеву), что невозможно реализовать с
использованием стандартных средств. Поэтому наиболее правильное решение разработать генераторы требуемой формы с
использованием математического аппарата.
Способов реализации генераторов можно привести несколько:
Например, с помощью суммирования гармонических составляющих в один сигнал (ряд Фурье). Но чтобы получить сигнал
с требуемыми параметрами, надо четко знать амплитуды и фазы большого числа гармоник. Это сложно и громоздко.
Вторым способом реализации является изучение схемотехнических решений генераторов и попытка построения блокдиаграммы ВП на основе электрической принципиальной схемы реального прибора. Но программная среда обычно не
предназначена для работы с элементами электроники.
Третий способ – математическое моделирование сигналов.
Пусть 1(t-t0)- единичная ступенчатая функция, принимающая
значение 0 при t < t0 и 1 при t ≥ t0; 0(t-t0)- единичная ступенчатая
функция, принимающая значение 1 при t < t0 и 0 при t ≥ t0 (рис. 1)
Рис.1. Единичная ступенчатая функция
Произведение: 1(t)*0(t-t0) даст одиночный прямоугольный
импульс длительностью t0 и амплитудой, равной
1. чтоб
регулировать амплитуду:
A 1(t )  0(t  t0 )
где А – амплитуда.
,
(1)
Для преобразования одиночного импульса в периодическую последовательность с периодом повторения Т формула (1)
ставится в цикл, где на каждом k-м шаге импульс сдвигается на 1 период вправо (k=0…n, где n- количество импульсов).
получим:
U (t ) 
n
 A  1(t - k  T)  0(t - t
k 0
0
- k  T) ,
(2)
где Т - период; n - количество импульсов.
Периодическая последовательность пилообразных импульсов с периодом Т:
n
U (t )   1(t  k  T )  f (t  k  T )  0(t  k  T  t 0 )
(3)
k 0
Периодическая последовательность колокола образных импульсов с периодом Т, при w=π/t0, где t0-длительность
импульса (рис. 1):
n
U (t )   1(t  k  T )  A  sin( w  (t  k  T ))  1(t  k  T  t 0 )  A  sin( w  (t  k  T )   )
(4)
k 0
Периодическая последовательность треугольных импульсов с периодом Т:
n 1(t  k  T )  f 1(t  k  T )  0(t  k  T   )  f 2(t  k  T ) 

.
0
U (t )   

k 0 1(t  k  T   0 )  0(t  k  T  t 0 )

Периодическая последовательность трапециевидных импульсов с периодом Т:
n 1(t  k  T )  f 1(t  k  T )  0(t  k  T  t )  A  1(t  k  T  t )  0(t  k  T  t ) 


1
1
2
U (t )   
 (6)
k 0  f 2(t  k  T )  1(t  k  T  t 2 )  0(t  k  T  t 0 )

2. Предполагаемые результаты работы
(5)
Создание программного обеспечения дающего возможность воспроизводить гармоники, например в
простейшем варианте для LPT портов в режим генератора импульсов с возможной частотой от 5 до 600 – 3000 Гц. Притом
раздельно для левого воздействия и правого, с учетом того что число гармоник должно быть (в первоначальном прикидочном
варианте) для нулевой зоны 4 , для зоны 1 еще 4, то же самое для 2,3 зоны – итого 16 гармоник. В этом случае можно
считать наиболее оптимальным использования порта LPT для реализации этих условий.
LPT
Лабораторный
прибор
Коммутатор
ЭВМ
ПО
SB
Рис. 2 Структурная схема лабораторного макета
макет
Примеры подобных программ:
NCH Tone Generator — может быть установлен под операционными системами
Windows , его частотный диапазон в пределах 1-20000 Гц. Программа имеет компактный
интерфейс и дает довольно большой выбор в форме сигналов: синусоидальный (sine),
прямоугольный (square), треугольный (triangle), пилообразный (sawtooth), импульсный и
«белый шум» (white noise). Сигнал можно сохранить в виде файла, предварительно задав
время звучания. К недостаткам можно отнести отсутствие на панели программы
регулятора ослабления (амплитуды), предполагается, что в этом качестве будет
использоваться стандартный микшер Windows, что вполне приемлемо, но менее удобно.
Так же нельзя настраивать форму заданного сигнала, скажем, по скважности, впрочем,
как и по каким либо другим параметрам. Программу можно найти по адресу http://payalnik.hypermart.net (85 Кб) в разделе
«Приборы/Генераторы», или www.nch.com.au/action.
Test Tone Generator — программа может использоваться не только в качестве
генератора синусоидального, прямоугольного, тр еугольного сигнала заданной
частоты и амплитуды , но также имеет расширенные возможности — как генератор
sweep-сигнала. Sweep-сигнал представляет из себя колебания с монотонно
нарастающей частотой постоянной амплитуды. Интервал частот и период sweepсигнала задается в соответствующей вкладке , его также можно сделать периодически
повторяющимся, включив «Loop».
На панели программы находятся все необходимые регуляторы, правда, что-либо
настраивать в режиме воспроизведения сигнала нельзя, генерация автоматически
отключается. Частотный диапазон ограничен уровнем в 20000 Гц. Есть возможность
сохранения в файл. Программу можно найти по тому же адресу, что и первую, а также
на страничке предлагаемой разработчиком, куда также возможно поступление новых
версий программного обеспечения (www.esser.u-net.com, 160 Кб).
Marchand Function Generator — генератор, позволяющий формировать сигнал
на оба канала. Частота для обоих выходов устанавливается одна и та же, но для
каждого канала по отдельности можно задать форму сигнала: синусоидальный,
прямоугольный, треугольный, импульсный; а так же амплитуду. В остальном
функциональность программы минимальна .Верхний предел частоты — 20000 Гц.
Скачать программу можно на русскоязычном сайте (www.radiofan.gaw.ru, 37 Кб) в
разделе «Программы», авторы же продукта рекомендуют обращаться по адресу www.marchandelec.com.
Генератор сигналов специальной формы
1. Тумблер «питание». Включает и выключает систему..
2. Регулятор «множитель частоты». При работе в паре с регулятором 4
позволяет устанавливать частоту следования импульсов в диапазоне (20 Гц – 200
КГц).
3. Элемент выбора «сигналы». Позволяет выбрать форму генерируемого
видеоимпульса.
4. Регулятор «частота импульсов». Имеет диапазон (20- 200) единиц. В
зависимости от положения регулятора на осциллограмме отображается от 2-х до 20ти импульсов напряжения.
5. Регулятор «коэффициент пульсации». Устанавливает длительность импульса
периодического сигнала, указывая какую часть периода занимает сам импульс.
Имеет диапазон (0-1). Длительность импульса вычисляется и отображается на
индикаторе.
6. Регулятор частоты заполнения радиоимпульсов.
7. Регулятор «амплитуда». Регулирует амплитуду сигнала в диапазоне (5мВ-5В). Имеет элемент индикации.
Для создания генератора специальных сигналов (т.е. сигналов видео и радиоимпульсов) необходим программных комплекс
LabView7.1.. В программном комплексе LabView есть встроенные драйвера, управляющие устройствами сбора данных (DAQ).
Среда LabView включает в себя набор подпрограмм ВП, позволяющих конфигурировать, собирать и посылать данные на
DAQ-устройства. Основной задачей, решаемой DAQ-системами, является задача измерения или генерации физических
сигналов в реальном времени. Работа генератора осуществляется с использованием модуля сбора данных NI-6014
совместно с коннекторным блоком NI BNC-2110.Тихоокеанский государственный университет e-mail:
ovcharuk@ais.khstu.ru
Матчасть.
В компьютере есть замечательный интерфейс
LPT. Он позволяет подключать множество стандартных
устройств, а если мы можем написать драйвера, то и
множество нестандартных. В LPT имееться 25 контактов.
Из них 8 используются для подачи напряжения. Их мы и
будем использовать. Схема очень простая. Мы подаем на
розетку напряжение от LTP порта в 5 В и таким образом
замыкаем сеть в 33 В, куда подключено какое-либо
устройство,
например узел игровой приставки или
контрольная лампочка. Если мы подаем напряжение, то
сеть замыкается и наоборот.