Generator przebiegów arbitralnych. Prosty cyfrowy generator przebiegów arbitralnych. Interfejs użytkownika, sterowanie generatorem i wyświetlanie trybu

Generator przebiegów arbitralnych. Prosty cyfrowy generator przebiegów arbitralnych. Interfejs użytkownika, sterowanie generatorem i wyświetlanie trybu
Generator przebiegów arbitralnych. Prosty cyfrowy generator przebiegów arbitralnych. Interfejs użytkownika, sterowanie generatorem i wyświetlanie trybu
27.10.2019

Dlaczego potrzebne są generatory sygnału? dowolna forma

Podczas testowania różne systemy ich twórcy muszą zbadać zachowanie systemu, gdy na jego wejście podawane są zarówno sygnały standardowe, jak i sygnały o różnych odchyleniach od normy. W realne warunki Podczas pracy system może podlegać zakłóceniom zniekształcającym kształt sygnału, a projektant musi wiedzieć, jak urządzenie będzie się zachowywać pod wpływem określonych zniekształceń. Aby to zrobić, musi albo symulować zakłócenia podczas przejścia standardowego sygnału, albo zastosować na wejściu zniekształcony sygnał uzyskany za pomocą generatora przebiegów arbitralnych (ARSG). Pierwsza ścieżka jest znacznie dłuższa i droższa, dlatego najczęściej wykorzystuje się drugą ścieżkę.

Generatory przebiegów arbitralnych są również stosowane w przypadkach, gdy sygnały muszą zostać podane na ich wejście w celu debugowania i testowania urządzeń. niestandardowy kształt, którego uzyskanie bez użycia takich generatorów jest niezwykle trudne.

Koncepcja budowy GSPF

Podstawą konstrukcji GSPF jest synteza sygnał analogowy zgodnie z jego obrazem zapisanym w pamięci RAM generatora. Typową strukturę GSPF pokazano na ryc. 1.

Ryż. 1. Typowa struktura generatora przebiegów arbitralnych

Generator kąta fazowego (PAG) generuje okresowo rosnącą liniowo sekwencję adresów komórek RAM (faza sygnału). Stromość wzrostu sekwencji zależy od częstotliwości określonej przez jednostkę sterującą (CU).

W miarę zmiany adresów na wejściu pamięci RAM zmieniają się także dane na jej wyjściu. Sekwencja danych wyjściowych tworzy cyfrowy obraz wygenerowanego sygnału. Zamieniany jest on na postać analogową za pomocą przetwornika cyfrowo-analogowego, następnie sygnał jest tłumiony zgodnie z określoną amplitudą i wprowadzany jest do niego pożądany stały offset. Po wzmocnieniu sygnał wyjściowy jest pożądany kształt, częstotliwości, amplitudy, z wymaganym stałym przesunięciem.

Specyfikacje generatora

  • Częstotliwość generowanego sygnału 0,0001…22000 Hz

  • Amplituda sygnału wyjściowego 0…10 V

  • Stałe napięcie wyjściowe -5…+5 V

  • Prąd wyjściowy do 100 mA

  • Liczba próbek w okresie 8192

  • Niestabilność częstotliwości względnej temperatury mniejsza niż 10 -5 1/

    °C

  • Długotrwała względna niestabilność częstotliwości mniejsza niż 10 -5 1/1000 godz

  • Dokładność ustawienia częstotliwości 7* 10 -6 Hz

  • Napięcie zasilania 10…12 V

  • Pobór mocy bez obciążenia 0,9 W

  • Wymiary gabarytowe płyty generatora 125x100x15 mm

Struktura kompleksu GSPF

Zestaw sprzętowo-programowy do generowania przebiegów dowolnych składa się z samego generatora podłączonego do komputera poprzez port szeregowy RS-232C oraz programu sterującego generatorem pracującego pod kontrolą systemu Windows 95/98, Windows NT 4.0.

Struktura sprzętowa generatora

Okucia wykonane są według konstrukcji pokazanej na ryc. 1. Jedyna różnica polega na tym, że jednostka sterująca opracowanego generatora jest podłączona do komputera poprzez jednostkę interfejsu. Kształt i inne parametry sygnału ustawiane są z komputera za pomocą programu sterującego.

Blok kontrolnyGenerator oparty jest na mikrokontrolerze AT89C52. Otrzymuje z komputera polecenia zmiany parametrów sygnału i wydaje odpowiednie polecenia innym blokom generatora. Dodatkowo generator posiada interfejs typu SPI umożliwiający podłączenie urządzenia sterującego innego niż komputer. Obecność takiego interfejsu pozwoli na wykorzystanie generatora jako części mobilnego kompaktowego kompleksu do demontażu charakterystyki częstotliwościowe, który jest obecnie opracowywany.

Jednostka sterująca odbiera i ustawia częstotliwość, przesunięcie i amplitudę sygnału. Dane o kształcie napięcia wyjściowego również przechodzą przez jednostkę sterującą. Standardowe kształty (piła, fala prostokątna, szum biały i sinus) są obliczane bezpośrednio przez mikrokontroler.

Wzmacniacz sygnałuzbudowany na niskoszumnym wzmacniaczu operacyjnym MAX427 i pozwala uzyskać prąd wyjściowy do 100 mA. Stałe obciążenie DAC AD7943 – Mnożący 12-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy z szeregowym wejściem danych, pozwalający uzyskać przesunięcie sygnału w zakresie od –5 V do +5 V z rozdzielczością 2,44 mV. Amplitudowy przetwornik cyfrowo-analogowy AD7943 – 12-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy mnożący z wejściem szeregowym. Umożliwia ustawienie amplitudy sygnału wyjściowego w zakresie od 0 do 10 V z rozdzielczością 2,44 mV. DAC MX565A – Szybki 12-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy z równoległym wejściem danych. Czas ustalania, z dokładnością do połowy najmniej znaczącej cyfry, nie przekracza 250 ns. Baran UM6264 zawiera cyfrowy obraz formularza. Kształt jest przechowywany jako 8192 12-bitowych próbek. Pozwala to uzyskać sygnał wyjściowy o odpowiednio wysokiej jakości. Generator kąta fazowegozbudowany w oparciu o układ FPGA EPF8282 firmy ALTERA. Strukturę zarejestrowaną w FPGA pokazano na rys. 2.


Ryż. 2. Schemat strukturalny Konfiguracje FPGA

Układ może pracować w trzech trybach:

W normalnym trybie generowania (na wejściuTryb jednostka) do rejestru przyrostu fazy (PIF) ładowana jest z jednostki sterującej wartość odpowiadająca częstotliwości.

Podczas normalnego generowania zawartość RPF jest sumowana z bitami niższego rzędu rejestru fazowego (RF), a suma jest zapisywana do RF po przybyciuSI.. Trzynaście najbardziej znaczących bitów RF jest dostarczanych na wejścia adresowe bloku RAM. Zatem częstotliwość przepełnienia RF odpowiada częstotliwości generowanego sygnału.

W stanie czuwania (na wejściuTryb zero) HFC czeka na przybycie sygnału stroboskopowego na wejścieStrob. Po nadejściu tego sygnału generowany jest sygnał od fazy początkowej zapisanej w rejestrze fazy początkowej (IPR) aż do końca okresu. Po zakończeniu tego okresu HFC powraca do stanu oczekiwania na stroboskop.

Podczas ładowania danych do pamięci RAM są one najpierw zapisywane sekwencyjnie do rejestru danych (RD), a następnie po podaniu sygnału

wRAMOE, są ustawione na wejścia danych bloku RAM. Ma to na celu zaoszczędzenie liczby używanych pinów mikrokontrolera i uproszczenie topologii PCB.

Jak widać ze struktury FPGA, zaimplementowanie takiej działającej maszyny na mikroukładach o niskim stopniu integracji wymagałoby duża ilość różnych typów elementów (ponad 30 przypadków), co prowadziłoby do zwiększenia rozmiarów i zmniejszenia niezawodności systemu. Dlatego wygodnie jest używać układów FPGA.

Prototyp generatora

Prototyp zmontowano na płycie dwustronnej płytka drukowana rozmiar 175

 x110 mm. Konsumpcja prototyp bez obciążenia wynosi 0,9 W.

Wygląd prototypowego generatora pokazano na rys. 3.

Ryż. 3. Widok prototypowej płytki generatora

Program sterujący generatorem

Dwukanałowy wirtualny cyfrowy generator przebiegów arbitralnych jest 12-bitowym urządzeniem cyfrowym w standardowej konstrukcji urządzeń laboratoryjnych USB AKTAKOM i wytwarza sygnał o przebiegu arbitralnym lub sygnał jednego z standardowe formularze(sinusoidalny, prostokątny, trójkątny i kilka innych) na dwóch kanałach jednocześnie. Kształt i parametry sygnałów określa użytkownik za pomocą komputera niezależnie dla każdego kanału. Urządzenie posiada zewnętrzne wejście synchronizacyjne, wspólne dla obu kanałów, umożliwiające wyzwalanie generacji na podstawie zdarzenia zewnętrznego. Generator sygnału wytwarza również sygnał wyjściowy w celu synchronizacji wyzwalania innych urządzeń.

Specyfikacje generatora sygnału

Ogólna charakterystyka
Liczba kanałów wyjściowych2
Przebieg wyjściowydarmowy lub standardowy
Wybór kształtu dla obu kanałówniezależny
DAC12-bitowy
Maksymalna liczba punktów na kanał128 tys
Przełączany filtr dolnoprzepustowy15 MHz
Maksymalna częstotliwość próbkowania80 MHz
Przepustowość na poziomie 1%.0...10 MHz
Maksymalny poziom wyjściowy międzyszczytowy:
bez dodatkowego wzmacniacza
z dodatkowym wzmacniaczem (tylko dla ANR-3122)
±2,5 V przy obciążeniu 50 omów
±20 V przy obciążeniu 50 omów
Krok zmiany napięcia sygnału wyjściowegonie więcej niż 2,5 mV; 10 mV ze wzmacniaczem
Ograniczenia zmiany przesunięcia sygnału pionowego±2,5 V
Czas narastania sygnału prostokątnegonie więcej niż 20 ns
Częstotliwość próbkowaniado wyboru od 2,44 kHz do 80 MHz
Błądnie więcej niż 10 -6 od częstotliwości wyjściowej
Synchronizacja
Wybór trybów synchronizacji
uruchom ponowniepojedynczy lub ciągły
źródłozewnętrzny lub ręczny (wewnętrzny)
biegunowośćna zboczu rosnącym lub opadającym
Wejście zegara zewnętrznego
formularzimpuls kwadratowy
amplitudaPoziom TTL
czas trwanianie mniej niż 25 ns
Synchronizuj wyjście
formularzimpuls kwadratowy
amplitudaPoziom TTL przy obciążeniu 1 kOhm
czas trwanianie mniej niż 25 ns
Parametry mocy i projektu
Odżywianie220 V, 50 Hz, nie więcej niż 20 W
wymiary260 x 210 x 70 mm
Waganie więcej niż 2,0 kg
Wilgotność względnanie więcej niż 90% w temperaturze 25°C
Ciśnienie atmosferyczneod 495 do 795 mm Hg. Sztuka.

OPROGRAMOWANIE GENERATORA AKTAKOM

ZAMIAR:

Aplikacja AKTAKOM Arbitrary Generator przeznaczona jest do w pełni funkcjonalnego sterowania obsługiwanymi instrumentami, tworzenia, edycji i ładowania danych w celu generowania sygnałów dla dwóch kanałów.

MOŻLIWOŚCI:

Aplikacja umożliwia wykrywanie i zestawienie listy dostępnych modułów generatorów sygnału podłączonych lokalnie do komputera (poprzez Interfejs USB) lub poprzez sieć Ethernet/Internet; inicjalizacja i testowanie wybranej instancji urządzenia.

Aplikacja umożliwia kontrolę wszystkich parametrów dostępnych przy konfiguracji tego typu sprzętu (patrz opis obsługiwanych urządzeń) oraz zapis danych o przebiegu do pamięci generatora sygnału. Przebiegi te użytkownik może określić graficznie w formularzu wzór matematyczny(wbudowany kalkulator formuł) lub ciąg binarny: wybrany z listy sygnałów standardowych (sinus, prostokąt, trójkąt, piła, błysk, impuls) lub wczytany z wcześniej zapisanego pliku niezależnie dla każdego kanału.

Aplikacja umożliwia także ustawienie przebiegu dla dwóch kanałów jednocześnie w postaci krzywej parametrycznej, tj. w postaci dwuwymiarowej figury Lissajous (funkcja Laser Show).

Aplikacja zawiera wbudowany moduł analizy sygnałów przygotowanych do generacji. Funkcje modułu analitycznego obejmują:

  • oscyloskop wirtualny (pokazuje kształt generowanych sygnałów z uwzględnieniem ograniczeń sprzętu);
  • automatyczny pomiar parametrów impulsu;
  • analiza widmowa sygnałów;
  • Funkcje woltomierza i miernika przesunięcia fazowego.

Aplikacja umożliwia ręczne dostosowanie kolorów elementów wykresu i grubości linii oscylogramu lub wczytanie tych ustawień z wcześniej zapisanych plików schematy kolorów. Użytkownik może także dostosować rozmiar i położenie wszystkich okien aplikacji. Wszystkie ustawienia programu można zapisać do pliku konfiguracyjnego, a następnie załadować.

Minimalne wymagania komputerowe

  • Port USB 1.1;
  • Zainstalowany system operacyjny Windows XP, Windows 7, Windows 8;
  • System wideo VGA (rozdzielczość 640x480, 256 kolorów), zalecana rozdzielczość 800x600 lub wyższa, kolor 24-bitowy;
  • Do korzystania z komunikatów audio programu wymagana jest karta dźwiękowa i system audio;
  • Aby móc korzystać ze wszystkich funkcji programu, zalecamy użycie procesora co najmniej Pentium II 400 i pamięci RAM co najmniej 32 MB.

Standardowe wyposażenie

** Kompletny przewodnik Instrukcja obsługi dostarczana w standardzie nie posiada nośnika fizycznego i można ją pobrać ze strony internetowej po zakupie i rejestracji urządzenia podając jego numer seryjny.

  • Oprogramowanie
    • Oprogramowanie generatora arbitralnego firmy AAG Aktakom
    • AUNLibUSB 1.2.6.0 Sterownik dla wirtualnych instrumentów laboratoryjnych USB

Do załadunku oprogramowanie kliknij przycisk „Pobierz” lub przejdź do sekcji „” ->

Dodatkowe wyposażenie

  • Kabel BNC i
  • Oprogramowanie AHP-3121_SDK Kompletny zestaw programistyczny

Oprogramowanie standardowe nie posiada nośnika fizycznego i można je pobrać na stronie internetowej w zakładce „ ” po zakupie i rejestracji urządzenia, podając jego numer seryjny.

Aby pobrać oprogramowanie należy kliknąć przycisk „Pobierz” lub przejść do sekcji „ ” -> „ ”, a następnie zalogować się podając swoją nazwę użytkownika i hasło. Jeśli nie rejestrowałeś się wcześniej w serwisie, kliknij link „Zarejestruj się” i podaj wszystkie wymagane informacje.

W przypadku utraty oprogramowania jego pobranie będzie wiązało się z dodatkową opłatą. Oprogramowanie może być dostarczone na nośniku fizycznym (CD-ROM). Nagranie oprogramowania na nośnik (CD) i dostarczenie go jest możliwe za dodatkową opłatą.