Gerador de forma de onda arbitrária. Um gerador de forma de onda arbitrária digital simples. Interface do usuário, controle do gerador e exibição do modo

Gerador de forma de onda arbitrária. Um gerador de forma de onda arbitrária digital simples. Interface do usuário, controle do gerador e exibição do modo
Gerador de forma de onda arbitrária. Um gerador de forma de onda arbitrária digital simples. Interface do usuário, controle do gerador e exibição do modo
27.10.2019

Por que geradores de formas de onda arbitrárias são necessários

Ao testar vários sistemas, seus desenvolvedores devem investigar o comportamento do sistema quando sinais padrão e sinais com vários desvios da norma são aplicados à sua entrada. Em condições reais de operação, o sistema pode ser afetado por interferências que distorcem a forma de onda, e o desenvolvedor precisa saber como o dispositivo se comportará sob certas distorções. Para fazer isso, ele precisa simular a interferência durante a passagem de um sinal padrão ou aplicar à entrada um sinal distorcido obtido usando um gerador de forma de onda arbitrária (ASPF). O primeiro caminho é muito mais longo e caro, então o segundo caminho é o mais usado.

Os geradores de forma de onda arbitrária também são usados ​​nos casos em que, para depuração e teste de dispositivos, é necessário aplicar sinais de forma de onda não padrão à sua entrada, que são extremamente difíceis de obter sem o uso de tais geradores.

O conceito de construção do GSPF

A construção do GSPF é baseada na síntese de um sinal analógico de acordo com sua imagem, gravada na memória RAM do gerador. A estrutura típica do GSPF é mostrada na fig. 1.

Arroz. 1. Estrutura Típica do Gerador de Forma de Onda Arbitrária

O gerador de ângulo de fase (GFU) gera uma sequência periódica crescente linearmente de endereços de células RAM (fase de sinal). A inclinação da sequência depende da frequência definida pela unidade de controle (CU).

De acordo com a mudança nos endereços na entrada da RAM, os dados em sua saída também mudam. A sequência de dados de saída forma uma imagem digital do sinal gerado. Ele é convertido para a forma analógica usando um conversor digital para analógico, então o sinal é atenuado de acordo com a amplitude especificada e o deslocamento constante desejado é introduzido nele. Após a amplificação, é obtido um sinal de saída com a forma, frequência e amplitude desejadas, com o deslocamento constante necessário.

Especificações do gerador

  • Frequência do sinal gerado 0,0001…22000 Hz

  • Amplitude do sinal de saída 0…10 V

  • Polarização de saída DC -5…+5 V

  • Corrente de saída até 100 mA

  • Número de leituras por período 8192

  • Instabilidade de frequência relativa de temperatura inferior a 10 -5 1/

    °C

  • Instabilidade de frequência relativa de longo prazo inferior a 10 -5 1/1000 h

  • Precisão de configuração de frequência 7 * 10 -6 Hz

  • Tensão de alimentação 10…12 V

  • Consumo de energia sem carga 0,9 W

  • Dimensões totais da placa do gerador 125x100x15 mm

Estrutura do complexo GSPF

O complexo hardware-software para geração de formas de onda arbitrárias consiste no próprio gerador, conectado ao computador através da porta serial RS-232C, e o programa de controle do gerador rodando em Windows 95/98, Windows NT 4.0.

Estrutura de hardware do gerador

A parte de hardware é feita de acordo com a estrutura mostrada na fig. 1. A única diferença é que a unidade de controle do gerador desenvolvido é conectada ao computador através da unidade de interface. A partir do computador, usando o programa de controle, a forma e outros parâmetros do sinal são definidos.

Bloco de controleO gerador é baseado no microcontrolador AT89C52. Ele recebe comandos do computador para alterar os parâmetros do sinal e emite os comandos correspondentes para outros blocos do gerador. Além disso, o gerador possui uma interface do tipo SPI para conectar um dispositivo de controle não computadorizado. A presença de tal interface permitirá que o gerador seja utilizado como parte de um complexo móvel compacto para medição de características de frequência, que está sendo desenvolvido atualmente.

A unidade de controle recebe e define a frequência, deslocamento e amplitude do sinal. Os dados sobre a forma da tensão de saída também passam pela unidade de controle. As formas padrão (serra, quadrado, ruído branco e seno) são calculadas diretamente pelo microcontrolador.

Amplificador de sinalconstruído em torno do amplificador operacional de baixo ruído MAX427 e permite que você obtenha a corrente de saída de até 100 mA. DC polarização DAC AD7943- multiplicando DAC de 12 bits com entrada de dados serial, o que permite obter um deslocamento de sinal na faixa de -5 V a +5 V com uma resolução de 2,44 mV. Amplitude DAC AD7943- multiplicando DAC de 12 bits com entrada de dados serial. Permite definir a amplitude do sinal de saída na faixa de 0 a 10 V com resolução de 2,44 mV. DAC MX565A- DAC de 12 bits de alta velocidade com entrada de dados paralela. O tempo de estabilização com uma precisão de metade do dígito menos significativo não é superior a 250 ns. BATER UM6264 contém uma imagem digital do formulário. A forma é armazenada como 8192 amostras de 12 bits. Isso permite que você obtenha um sinal de saída de qualidade suficientemente alta. Gerador de ângulo de faseconstruído com base no FPGA ALTERA EPF8282. A estrutura registrada no FPGA é mostrada na fig. 2.


Arroz. 2. Diagrama de blocos da configuração do FPGA

O circuito pode operar em três modos:

No modo de geração normal (na entradamodo unidade) o registrador de incremento de fase (PFR) é carregado do CU com o valor correspondente à frequência.

Durante a geração normal, o conteúdo do RPF é somado com os bits menos significativos do registrador de fase (RF), e a soma é escrita no RF na chegada.SI. Treze dígitos seniores da Federação Russa são alimentados nas entradas de endereço do bloco RAM. Assim, a frequência de overflow de RF corresponde à frequência do sinal gerado.

No modo de espera (entradamodo zero) HFC está aguardando a chegada do sinal estroboscópico na entradaestroboscópio. Na chegada deste sinal, um sinal é gerado desde a fase inicial registrada no registrador de fase inicial (RNF) até o final do período. Após o término do período, o HFC entra novamente no estado de espera do portão.

Ao carregar dados na RAM, eles são primeiro gravados sequencialmente no registrador de dados (RD) e, em seguida, quando um sinal é fornecido

InRAMOE, exposto às entradas de dados do bloco RAM. Isso é feito para economizar o número de pinos do microcontrolador usados ​​e para simplificar a topologia do PCB.

Como pode ser visto na estrutura do FPGA, a implementação de tal máquina operacional em microcircuitos com baixo grau de integração exigiria um grande número de diferentes tipos de elementos (mais de 30 casos), o que levaria a um aumento de tamanho e diminuição da confiabilidade do sistema. Portanto, é conveniente usar FPGA.

Gerador de protótipo

O protótipo foi montado em uma placa de circuito impresso dupla face 175.

 x 110 milímetros. O consumo do protótipo sem carga é de 0,9 W.

A aparência do gerador protótipo é mostrada na fig. 3.

Arroz. 3. Vista do protótipo da placa geradora

Programa de controle do gerador

O gerador de forma de onda arbitrária digital virtual de dois canais é um dispositivo digital de 12 bits no design padrão de dispositivos da série AKTAKOM USB-laboratory e gera um sinal de forma de onda arbitrária ou um sinal de uma das formas padrão (senoidal, retangular, triangular, e alguns outros) em dois canais simultaneamente. A configuração da forma e dos parâmetros dos sinais é realizada pelo usuário usando um computador de forma independente para cada um dos canais. O dispositivo possui uma entrada de sincronização externa comum a ambos os canais para iniciar a geração em um evento externo. O gerador de sinal também fornece uma saída para sincronizar o disparo de outros instrumentos.

Especificações do Gerador de Sinal

Características gerais
Número de canais de saída2
Forma de onda de saídaarbitrário ou padrão
Seleção de forma para ambos os canaisindependente
DAC12 bits
Número máximo de pontos por canal128 mil
Filtro passa-baixa comutável15MHz
Taxa de amostragem máxima80MHz
Largura de banda no nível de 1%0...10MHz
Nível máximo de saída pico a pico:
sem amplificador adicional
com amplificador adicional (somente para AHP-3122)
±2,5 V em 50 ohms
±20 V em carga de 50 ohm
Etapa de tensão de saídanão mais de 2,5 mV; 10 mV com amplificador
Limites de mudança de sinal ao longo da vertical±2,5 V
Tempo de subida retangularnão mais que 20 ns
Frequência de amostragemselecionável de 2,44 kHz a 80 MHz
Erronão mais do que 10 -6 da frequência de saída
Sincronização
Escolha dos modos de temporização
reiniciarúnico ou contínuo
fonteexterno ou manual (interno)
polaridadeborda ascendente ou descendente
Entrada de sincronização externa
a formaonda quadrada
amplitudeNível TTL
duraçãopelo menos 25 ns
Saída de sincronização
a formaonda quadrada
amplitudeNível TTL com carga de 1 kΩ
duraçãopelo menos 25 ns
Parâmetros de potência e design
Comida220 V, 50 Hz, máx. 20 W
dimensões260x210x70mm
Pesonão mais que 2,0kg
Humidade relativanão mais de 90% a uma temperatura de 25°C
Pressão atmosférica495 a 795 mmHg Arte.

SOFTWARE GERADOR ARBITRÁRIO AKTAKOM

PROPÓSITO:

O aplicativo AKTAKOM Arbitrary Generator é projetado para controle completo de instrumentos suportados, criação, edição e carregamento de dados para gerar sinais para dois canais.

CAPACIDADES:

O aplicativo fornece detecção e compilação de uma lista de módulos geradores de sinal disponíveis para operação, conectados a um computador localmente (via interface USB) ou via rede Ethernet/Internet; inicialização e teste da instância de dispositivo selecionada.

O aplicativo gerencia todos os parâmetros disponíveis para configuração deste tipo de hardware (ver descrição dos dispositivos suportados) e grava os dados da forma de onda na memória do gerador de sinal. Os dados da forma de onda podem ser especificados pelo usuário graficamente, como uma fórmula matemática (há uma calculadora de fórmula integrada) ou uma sequência binária: selecionada de uma lista de formas de onda padrão (seno, retângulo, triângulo, serra, flash, impulso) ou ser carregado de um arquivo previamente salvo independentemente para cada canal.

O aplicativo também permite definir a forma de onda para dois canais simultaneamente na forma de uma curva paramétrica, ou seja, na forma de uma figura de Lissajous bidimensional (função Laser Show).

O aplicativo contém um módulo de análise integrado para sinais preparados para geração. As funções do módulo de análise incluem:

  • osciloscópio virtual (mostra a forma dos sinais gerados, levando em consideração as limitações do equipamento);
  • medição automática de parâmetros de pulso;
  • análise espectral de sinais;
  • funções de um voltímetro e um medidor de mudança de fase.

O aplicativo permite que o usuário ajuste manualmente as cores dos elementos do gráfico e a espessura das linhas da forma de onda, ou carregue essas configurações de arquivos de esquema de cores salvos anteriormente. O tamanho e a posição de todas as janelas do aplicativo também podem ser configurados pelo usuário. Todas as configurações do programa podem ser gravadas em um arquivo de configuração e depois carregadas.

Requisitos mínimos do computador

  • Porta USB 1.1;
  • Sistema operacional instalado Windows XP, Windows 7, Windows 8;
  • Sistema de vídeo VGA (resolução de 640x480, 256 cores), resolução de 800x600 ou mais recomendada, cores de 24 bits;
  • Uma placa de som e um sistema de áudio são necessários para usar as mensagens de áudio do programa;
  • Para usar todos os recursos do programa, recomendamos usar pelo menos um processador Pentium II 400 e pelo menos 32 MB de RAM.

Equipamento padrão

  • dispositivo
  • Cabo USB tipo A-B - 1 pc.
  • cabo de energia
  • instrução curta
  • manual**

** O manual de instruções completo na entrega padrão não possui suporte físico e pode ser baixado do site após a compra e registro do aparelho, indicando seu número de série.

  • Programas
    • AAG Aktakom Gerador Arbitrário Software Gerador de Forma de Onda Arbitrária
    • Driver AUNLibUSB 1.2.6.0 para instrumentos virtuais de laboratório USB

Para baixar o software, clique no botão "Download" ou vá para a seção "" ->

Equipamento adicional

  • cabo BNC e
  • Software AHP-3121_SDK Kit Completo de Desenvolvimento de Software

O software na entrega padrão não possui suporte físico e pode ser baixado no site na seção “ ” após a compra e registro do dispositivo, indicando seu número de série.

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Se o software for perdido, ele será baixado por um custo adicional. O software pode ser entregue em um meio físico (CD). A gravação do software em uma mídia (CD) e sua entrega são realizadas por uma taxa adicional.