ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» Энергетический факультет Кафедра "Электротехника и автоматизированный электропривод" Коротких В.М. 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 1126 отсчетов/канал (1 канал), 563 oтс/кан (2 чтение через буфер: канала) потоковое чтение: 64K отсчетов/канал (1 или 2 канала) - входное напряжение -20 ... +20 В (аппаратно 2 поддиапазона) - разрядность АЦП 10 бит абсолютная (по нарастающему/спадающему фронту), дифференциальная (по разнице между - синхронизация соседними отсчетами), внешняя (по нарастающему/спадающему фронту ТТЛ уровни) Хамминга, Ханнинга, Блэкмана, Блэкмана- оконные функции 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 Логический анализатор: - количество каналов - частота дискретизации - глубина памяти чтение через буфер (Fд=4-8 мГц): чтение через буфер (Fд=22,66 мГц): чтение через буфер (Fд<= 1мГц): чтение через буфер в режиме склейки потоковое чтение (Fд< 500кГц): - входное напряжение - синхронизация - тактирование 10 бит 16 (8 при включении логического генератора) 1 КГц … 8 МГц 128 бит/канал 1160 бит/канал 1544 бит/канал 1 Мбит/канал от 4К до 256M бит/канал 0 ... +5 В (есть защита от перенапряжения) по фронтам, маске, пропуск импульсов, внешнее тактирование внутренне / внешнее Логический генератор: - количество каналов - частота дискретизации - глубина памяти - выходное напряжение - максимальный втекающий/вытекающий ток 8 1 кГц … 1 МГц 1544 бит/канал "0" - 0 В, "1" - 3,3 В 10 мА НЕОБХОДИМЫЕ ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 1. Стенд по электротехнике и электроники. 2. Виртуальный USB – осциллограф. 3. Микро-ЭВМ с соответствующими системными (Ноутбук) 4. Провода для монтажа и измерения. требованиями 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 USBосциллографа 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 1. 2. 3. 4. Цель работы. Краткие теоретические сведения. Результаты практического задания. Выводы. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Назвать назначение виртуального USB-осциллографа. 2. Назвать основные функции и технические характеристики электронной измерительной системы на базе управляемого USB- осциллографа. 3. Чем определяется точность цифровых измерительных устройств? 4. Преимущества цифровых измерительных приборов. Литература Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 3-х томах: Т. 2. Пер. с англ. — 4е изд., перераб. и доп.— М.: Мир, 1993. — 371 с. ISBN 5-03-002338-0. Гусев В.Г. Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника. Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 2005. – 790 с. (14 экз.) Наумкина Л.Г. Цифровая схемотехника. Конспект лекций по дисциплине «Схемотехника». – М.: Горная книга, 2008. – 308 с. (4 экз.) Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. Учебник для вузов. – СПб.: БХВПетербург, 2004. – 528 с. (5 экз.) Новиков Ю.В. Основы микропроцессорной техники : курс лекций / Ю.В. Новиков, П.К. Скоробогатов. - М.: ИНТУИТ.РУ, 2003.- 435 с. Микроэлектронные устройства автоматики: Учебное пособие для вузов/А.А. Сазонов, А.Ю. Лукичев и др.: Под ред. А.А.Сазонова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 384 с. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. – Челябинск: Металлургия, 1988. – 352 с.