Устройство ввода аналоговых сигналов (рис. 1) содержит: входной (противомаскировочный) аналоговый фильтр нижних частот с частотой среза fс = 14 кГц, который может программно отключаться; устройство выборки-хранения (УВХ), осуществляющее дискретизацию сигналов по времени с частотой дискретизации fд; аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий дискретные сигналы в цифровые; буферное запоминающее устройство (БЗУ) типа FIFO, из которого цифровые сигналы через модуль управления и интерфейса считываются в персональный компьютер (ПК). В полном описании АПК устройство выборки-хранения и БЗУ функционально включены в модуль АЦП.
Дискретный сигнал x(nTд) соответствует выборкам аналогового сигнала x(t) на входе УВХ, взятым в дискретные равноотстоящие моменты времени t = nTд: x(nTд) = x(t)|t = nTд, где n = 0, 1, 2, … – порядковый номер выборки сигнала, Tд = 1/fд – период дискретизации сигнала.
 |
|||
 |
|||
Рис. 1. Функциональная схема канала аналогового ввода
Цифровой сигнал xц(nTд) получается путем квантования по уровню и кодирования дискретного сигнала в АЦП. Цифровой сигнал в отличие от дискретного имеет конечное число возможных значений m, определяемое разрядностью АЦП q: m = 2q.
Буферное ЗУ типа FIFO обеспечивает временное хранение данных и согласование скорости работы АЦП и скорости ввода данных в ПК. Ввод данных в ПК осуществляется через последовательный СОМ-порт.
5.2. Описания клиентской измерительной программы
Взаимодействие пользователя с клиентской измерительной программой осуществляется посредством лицевой панели виртуального измерительного комплекса. При выполнении лабораторной работы АПК работает в режиме «Осциллограф + Спектр». В процессе работы осуществляется настройка (конфигурирование) синтезатора сигналов, АЦП и анализатора спектра.
При настройке синтезатора выбирается вид сигнала, задаются его параметры (частота, амплитуда, фаза и др.) Следует отметить, что не любое заданное значение частоты сигнала синтезируется точно. После принятия заданного значения частоты на цифровой индикатор выводится ее фактически установленное значение.
Кроме периодических сигналов, синтезатор формирует также шум, который добавляется к сигналу. Уровень шума задается его условной амплитудой (максимальным значением). Шум отключается путем задания его амплитуды, равной нулю.
Настройка АЦП включает выбор режима синхронизации запуска: «Асинхронный», «От синтезатора», «Строб-преобразование». При асинхронном режиме момент запуска АЦП не привязан к сигналу. При синхронизации «От синтезатора» запуск АЦП синхронизируется импульсом от синтезатора сигналов в момент перехода синтезируемого сигнала через максимум. В режиме «Строб-преобразование» происходит автоматический выбор частоты дискретизации и числа выборок сигнала, а запуск АЦП синхронизируется сигналом от синтезатора. В этом режиме возможна дискретизация и ввод в ПК сигналов с частотой, намного превышающей значение частоты дискретизации.
В режимах запуска АЦП «Асинхронный», «От синтезатора» необходимо задать значение частоты дискретизации (8000, 10000, 12000, 16000. 20000, 22000, 25000, 30000 Гц) и длину реализации сигнала N (число выборок сигнала).
Если измерения выполняются в режиме «Строб-преобразование», то переключив режим запуска на «Асинхронный» или «От синтезатора», можно увидеть на индикаторах значения частоты дискретизации и числа выборок в режиме «Строб-преобразование». По числу выборок N и частоте сигнала можно найти эквивалентную максимальную частоту дискретизации сигнала в режиме строб-преобразования: fд.стр = N×F.
В окне конфигурации АЦП задается также диапазон измерения, т. е. диапазон преобразуемых АЦП напряжений, и осуществляется подключение и отключение аналогового фильтра нижних частот (ФНЧ) с частотой среза 14 кГц. При отключенном ФНЧ полоса пропускания канала ввода составляет 160 кГц.
Настройка анализатора спектра включает выбор типа окна (весовой функции) и шкалы анализа по частоте. В качестве оконной функции в данной лабораторной работе используется прямоугольная весовая функция.
Вывод графика спектра сигнала возможен в полной полосе анализа – (0–fд/2), k = 0, 1, …(N – 1)/2, и частичных: (0–fд/4), k = 0, 1, … (Np – 1)/4, …., (0–fд/16), k = 0, 1, …(Np–1)/16. Выбор полосы вывода определяется удобствами визуализации спектра сигнала.
Средства АПК представляют большие возможности по отображению осциллограмм и спектров сигналов и проведению по ним курсорных измерений.
6. Задание на лабораторную работу
6.1. Задание на подготовку к работе
6.1.1. Ознакомиться с целями, задачами и содержанием лабораторной работы.
6.1.2. Изучить теоретические сведения к работе.
6.1.3. Выбрать из таблицы 1 значения частоты аналогового периодического сигнала Fi и номинальной частоты дискретизации fд.н в соответствии с номером варианта i.
6.1.4. Рассчитать число выборок сигнала N, необходимое для его спектрального анализа при значениях частоты дискретизации fд = fд.н, 2fд.н.
Примечание: в качестве значения fд = 2fд.н необходимо выбрать равное или ближайшее большее из ряда 16000, 20000, 22000, 25000, 30000 Гц.
Примечание. Подготовленные значения числа выборок N являются предварительными, так как фактическое значение частоты синтезированного сигнала может отличаться от заданного значения Fi, что потребует также и коррекции значения N.
6.1.5. Рассчитать максимальную частоту спектра Fm аналоговых периодических сигналов типа меандр, треугольник, пила заданной частоты Fi по уровню 0,1 относительно амплитуды первой гармоники.
6.1.6. Для аналогового периодического сигнала в виде последовательности прямоугольных импульсов длительностью τи = 2/fд.н заданной частоты F =Fi при Fi ≤ fд.н/4 или F = fд.н/2 – Fi при Fi > fд.н/4 рассчитать максимальную частоту спектра Fm по уровню 0,1 относительно амплитуды первой гармоники.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.