Лаб № 3 Изучение конструкции и принципа действия аналого

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.