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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Registrador de voltaje USB con funciones de osciloscopio, analizador de espectro y medidor de respuesta de frecuencia. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición El hardware de esta grabadora es un ADC, equipado con un canal de comunicación de alta velocidad con una computadora a través de un bus USB, implementado mediante un chip lógico programable (FPGA). Y el programa informático desarrollado por el autor permite no sólo escribir una señal digitalizada en un archivo, sino también mostrar su oscilograma, espectro e incluso medir la respuesta amplitud-frecuencia (AFC) de un filtro u otro dispositivo lineal, la entrada. del cual se suministra una señal de prueba procedente del generador integrado en el registrador. En la grabadora considerada, las muestras de la señal en estudio, que el ADC toma con una frecuencia de 960 kHz, se alimentan a la entrada del FPGA, que convierte el código ADC paralelo en uno en serie. En cada grupo de cinco bytes de ocho bits transmitidos al convertidor UART-USB, la FPGA coloca cuatro códigos ADC de diez bits. Luego, la información se transfiere vía USB a una computadora para su procesamiento y almacenamiento. El protocolo de comunicación con la computadora y otras funciones del registrador se implementan mediante un microcontrolador. La FPGA y el microcontrolador se programan a través del mismo conversor UART-USB que se utiliza para transmitir información. Para trabajar con el registrador se ha desarrollado un programa en el entorno LabVIEW que implementa la recepción de información, su visualización y almacenamiento. Además, implementa un algoritmo para registrar la respuesta de frecuencia de un circuito externo conectado a la grabadora en frecuencias de 0,1 Hz a 480 kHz. Una característica distintiva de este algoritmo es que para estimar las características de amplitud-frecuencia del circuito en estudio se utilizan los armónicos de la tasa de repetición de pulsos rectangulares generados por el microcontrolador registrador. La tarea de desarrollar un dispositivo para la transmisión continua a una computadora en tiempo real de muestras de valores instantáneos de voltaje en el rango de 15 a +15 V con una frecuencia de muestreo de 960 kHz y una resolución de diez dígitos binarios, en principio, podría resolverse sin una FPGA usando un ADC y un microcontrolador con puerto USB incorporado que funcione en modo de puerto COM virtual. Sin embargo, la velocidad de transferencia de información no sería lo suficientemente alta. Cuando se utiliza un chip convertidor de interfaz UART-USB FT2232H, que proporciona transferencia de información a una velocidad de 12 Mbit/s, junto con un ADC y un microcontrolador, surge el problema de encontrar un microcontrolador cuyo UART sea capaz de funcionar a esa velocidad. Como resultado, se optó por un método que se diferencia del anterior al utilizar una FPGA, que lee en código paralelo la información generada por el ADC y la convierte a un formato serial característico de UART. El dispositivo utiliza un ADC10030 de diez bits con salida paralela y una frecuencia de muestreo máxima de 30 MHz. Los resultados de su trabajo son recibidos y procesados por la FPGA EPM3064ALC44-10N, que contiene 64 macrocélulas lógicas programables y 44 líneas de E/S. Cada muestra de señal de entrada generada por el ADC es un código binario de diez bits y el convertidor UART-USB FT2232H recibe información en bytes de ocho bits. Por este motivo, la FPGA implementa un dispositivo que empaqueta cada cuatro muestras en cinco bytes. A continuación, suministra a cada byte bits de inicio y parada y los transmite en código de serie a una velocidad de 12 MBd al chip FT2232H para su transmisión a la computadora a través de la interfaz USB. El circuito registrador se muestra en la Fig. 1. Se alimenta con una tensión constante de 7...9 V, suministrada desde el conector XP3 al estabilizador integrado DA6 7805, y de éste, con el jumper extraíble S4 en posición 1-2, al estabilizador de tensión de 3,3 V. LM1117-3.3 (DA7). Para facilitar el uso del dispositivo durante la depuración, es posible alimentarlo desde un puerto USB. Para ello, hay que mover el puente extraíble S4 a la posición 2-3. Sin embargo, durante el funcionamiento normal, dicha potencia es inaceptable, ya que el voltaje tomado del puerto USB a menudo difiere notablemente de 5 V, lo que conduce a un cambio en la escala de conversión de la señal en estudio al ADC.
El generador de reloj de 24 MHz para ADC y FPGA está construido sobre elementos del microcircuito DD2 74HC04D y estabilizado por un resonador de cuarzo ZQ2. Para implementar el protocolo de comunicación con una computadora, generar señales discretas y generar pulsos rectangulares, se introdujo en la grabadora un microcontrolador DD1 ATMega8A, que opera a una frecuencia de reloj de 16 MHz, configurada por un resonador de cuarzo ZQ1. El intercambio de información entre la computadora y el microcontrolador también se produce mediante el chip FT2232H (DD4), pero a través de un canal diferente. Para comunicarse con la FPGA y el microcontrolador, se deben organizar dos puertos COM virtuales en el sistema operativo de la computadora que trabaja con la grabadora. La señal en estudio se suministra a través del conector XP1 a la entrada del escenario del amplificador operacional DA2 AD825ARZ, que es un atenuador de señal inversor de 15 veces. El nivel cero en la salida del amplificador operacional DA2 se puede cambiar usando la resistencia de recorte R1. De esta manera, la señal en estudio se lleva al rango permitido de cambios en el voltaje de entrada del ADC. El amplificador operacional DA2 se alimenta con un voltaje de +/-15 V, que se forma a partir de +5 V mediante un convertidor de voltaje CC unipolar a bipolar AM1D-0515DH30Z (U1). Las resistencias R19 y R20 son la carga mínima necesaria del convertidor para su correcto funcionamiento. Al mover los puentes extraíbles S1 y S2 de la posición 2-3 a la posición 1-2, puede cambiar a alimentar el chip DA2 con un voltaje externo de +/- 15 V suministrado al conector XP4. Si lo desea, desde el convertidor U1 se pueden alimentar dispositivos externos con un consumo de corriente de no más de 35 mA. Los voltajes de referencia para el ADC DA5 están formados por los amplificadores operacionales DA3.1 y DA3.2 según el circuito recomendado en la descripción del ADC. El código paralelo de las salidas del ADC se envía al FPGA DD3, donde se convierte en código UART serie. Luego pasa al chip DD4 FT2232H. El conector XP2 está diseñado para controlar dispositivos externos con señales de nivel lógico de 3,3 V en ocho canales; además, a este conector se envía un voltaje constante de 3,3 V y un cable común para alimentar dispositivos externos. Los conectores XP5 y XP6 están diseñados para programar dispositivos conectados a ellos con una tensión de alimentación de 3,3 V. El conector XP7 transporta voltajes de 3,3 V, 5 V y un cable común para alimentar dispositivos externos, una señal de pulso con una frecuencia de 24 MHz (frecuencia de reloj del ADC y FPGA). El pin 4 de este conector está conectado al pin 14 del FPGA DD3, que no se utiliza en la versión descrita del dispositivo. Los LED están conectados al conector XP8, indicando el modo de funcionamiento del convertidor: HL1 - presencia de tensión de alimentación; HL2: transferencia de información del microcontrolador a la computadora; HL3: transferencia de información de una computadora a un microcontrolador; HL4 - transferencia de información del FPGA a la computadora; HL5: transferencia de información de la computadora a la FPGA; HL6: el generador de ondas cuadradas está encendido; HL7: el microcontrolador permite la transferencia de información desde el FPGA; HL8 - FPGA transmite información. En la figura 2 se muestra un dibujo de los conductores de la placa de circuito impreso. 1 (lado 3) y fig. 2 (lado 4). La disposición de los elementos en estos lados del tablero se muestra en la Fig. 5 y fig. 1. La placa proporciona espacio para elementos que no se muestran en el diagrama, a partir de los cuales se puede ensamblar un atenuador o filtro de entrada en forma de U entre el conector XP4 y la resistencia R2 y un filtro en forma de L entre la salida del amplificador operacional DA5 y el entrada del ADC DA5. Para permitir el paso de la señal en ausencia de un atenuador y un filtro, se instalan puentes de montaje en superficie en lugar de sus elementos de serie. Dos puentes más reemplazan las resistencias conectadas en serie con las resistencias R8 y RXNUMX si es necesario seleccionar con precisión el voltaje ADC de referencia.
Para FPGA DD3 en un paquete PLCC-44, se debe instalar un panel en la placa. El estabilizador integral DA6 está montado sobre un disipador de calor con aletas de dimensiones 22x20x15 mm. La grabadora está montada en la carcasa Gainta G715; su apariencia se muestra en la Fig. 6. Los LED se fijan en el panel frontal y se realizan orificios para los conectores XP1, XP2, XP4, XP7. Desde el panel trasero se accede al bloque de interruptores SA1, conectores XS1, XP5, XP6.
La estructura del dispositivo implementado en la FPGA se describe en lenguaje VDHL. La traducción y la depuración se llevaron a cabo en el entorno de desarrollo Quartus 11 Versión 10.1. Señales de entrada: clk - señal de reloj; P - matriz de señales provenientes del microcontrolador; ADC_data: matriz de señales provenientes de ADC; rx - señal proveniente de FT2232H. Señales de salida: P1 - señal destinada al microcontrolador; tx - señal destinada a FT2232H; PHL - señal que controla el LED HL8; PPD - Señal de apagado del ADC; POE - Señal de habilitación de salida ADC; POUT - salida de señal al conector XP7. Variables: count - contador de la cantidad de bytes transferidos; start_bit - indicación del inicio de la transferencia de bytes; stop_bit: señal de finalización de la transferencia de datos; ADC_data_buf: búfer para almacenar información del ADC; rx_bit: una señal del comienzo de la recepción de información. Al pasar la señal del reloj del nivel bajo al alto, se verifica la recepción de la descarga inicial (Tabla 1). Luego, si la transmisión está en curso, el contenido del contador de bytes transmitidos se incrementa en uno (Tabla 2). Cuando el contenido del contador alcanza el valor 100, ocurre según la tabla. 3, se reinicia y se verifica la presencia de un comando de finalización de transferencia (P(6)=0). Tabla 1
Tabla 2
Tabla 3
Cuando la señal del reloj pasa del nivel alto al bajo antes del inicio de la transmisión, la información del ADC se almacena en un buffer (Tabla 4) para evitar que cambie durante la transmisión. Tabla 4
El resto de acciones consisten en comprobar si la transferencia de información desde el microcontrolador está permitida o prohibida. En el estado habilitado, el LED HL8 se enciende y la señal de finalización de la transmisión se borra si se recibió el byte de solicitud (Tabla 5). La transferencia de bits de inicio y parada se realiza según la tabla. 6, e información del buffer ADC - tabla. 7 (cada bit se transmite en dos ciclos de conteo). Tabla 5
Tabla 6
Tabla 7
El programa para el microcontrolador está escrito en C en el entorno de desarrollo ImageCraft. Después de encender el dispositivo, inicializa los periféricos del microcontrolador, luego ingresa al bucle principal, con el microcontrolador UART en modo de recepción. Al recibir el byte, se inicia el controlador de interrupciones (Tabla 8). Este byte se escribe en la matriz rx_arr en el índice rx_count (si se recibió el primer byte del paquete, entonces rx_count = 0), después de lo cual rx_count aumenta en uno. A esto le sigue un reinicio del temporizador 0, cuya expiración sirve como señal del final del paquete. Tabla 8
Si el siguiente byte no se recibe dentro de un tiempo determinado, entonces se produce una interrupción a petición del temporizador 0. En el manejador de esta interrupción (Tabla 9), el temporizador se detiene y se establece el indicador de fin de recepción f_rx. Tabla 9
Cuando se recibe un paquete de información (f_rx= 1), el bucle principal comienza a analizarlo, ejecutar los comandos que contiene y generar respuestas. Primero, se verifican el encabezado y el final del paquete, luego el código de comando. Después de una verificación exitosa, comienza la ejecución del comando contenido en el paquete. Si se detecta un error, se genera un recibo negativo. Los siguientes comandos están implementados en el programa: - "Prueba" - se utiliza para comprobar la conexión; - "Establecer estados IO": establece los niveles lógicos especificados en los pines del microcontrolador conectados al conector XP2. El pin 2 del conector (circuito IO1) corresponde al orden bajo del byte de datos de comando y el pin 9 (circuito IO8) corresponde al orden alto; - "Establecer estados de IO asociados con la FPGA": establece los niveles lógicos especificados en las salidas del microcontrolador PD4-PD7, PB1, PC2, PC3 asociados con la FPGA. Las salidas se enumeran en el orden de sus correspondientes bytes de datos de comando del primero al séptimo. El valor del bit menos significativo (cero) del byte puede ser arbitrario, ya que este comando no puede cambiar el estado del pin PD3. Se utiliza para recibir una solicitud de interrupción de la FPGA; - "Iniciar el generador de impulsos rectangular (con un período divisible por 2 s)": inicia el generador de impulsos rectangular especificado (el ciclo de trabajo de todos los impulsos generados por el registrador es dos). El byte de datos del comando debe contener el valor del período de repetición del pulso, que en pasos de 2 s puede estar en el rango de 2 a 254 s. Los pulsos se generan en el pin del microcontrolador PB3 mediante el software que cambia su estado en el controlador de interrupciones desde el temporizador 1. Se envían al pin 5 del conector XP2; - "Iniciar el generador de impulsos rectangular (con un período múltiplo de 2 s) al iniciar el ADC" - se diferencia del comando anterior en que inicia el generador sincrónicamente con el inicio de la transferencia de información desde el FPGA a la computadora; - “Iniciar generador de onda cuadrada”: inicia el generador de onda cuadrada con una frecuencia de 30 Hz a 8 MHz. Los cuatro bytes de datos deben contener el valor de frecuencia en hercios. Apague el generador, poniendo la frecuencia a cero. Dado que el período de repetición de los pulsos generados es siempre un múltiplo de la duración del ciclo de la máquina del microcontrolador, la frecuencia real de su repetición puede diferir de la especificada. Su valor exacto (con una resolución de 1 Hz) está contenido en la respuesta al comando. Los pulsos salen al pin 5 del conector XP2, conectado a la salida PB3 del microcontrolador. Para comenzar a transferir información desde la FPGA, debe habilitarla configurando la entrada 16 de la FPGA en un nivel lógico alto y luego transferir un byte a través del puerto COM a la FPGA. El permiso se introdujo para la conveniencia de detener la transmisión estableciendo un cero lógico en la entrada 16 de la FPGA. Dado que el microcontrolador permite la transferencia, para sincronizar el inicio de la transferencia desde la FPGA con el inicio de la computadora que recibe la información, esta última debe enviar un byte de solicitud arbitrario al microcontrolador. El microcontrolador intercambia información con la computadora a una velocidad de 1 MBd con mensajes de ocho bits sin paridad y un bit de parada. Para intercambiar información vía USB a través del chip grabador FT2232H, es necesario instalar controladores en el sistema operativo de la computadora, que se pueden encontrar en la página de Internet [1]. Carga de programas en la FPGA y el microcontrolador. La programación de FPGA se realiza según el método descrito en [2]. Antes de comenzar es necesario configurar los interruptores DIP SA1 - SA3 a las posiciones que se muestran en la Fig. 7, a. El microcontrolador fue programado utilizando el programa AVRDude y el shell gráfico SinaProg, descargado desde enlaces en la página de Internet [3]. Para operar SinaProg, debe tener la biblioteca LabView RunTime en su computadora [4].
En el archivo avrdude.conf es necesario reasignar los pines del programador 2ftbb, agregando el texto del archivo con la sección que se muestra en la tabla. 10. Tabla 10
El apéndice del artículo contiene los programas AVRDude y SinaProg, en los que ya están instalados todos los parámetros necesarios. Al comenzar a programar el microcontrolador, debe colocar los interruptores SA1-SA3 del registrador en las posiciones que se muestran en la Fig. 7b, luego conecte el conector XS1 de la grabadora al puerto USB de la computadora e inicie el programa SinaProg. En el campo "Programador" de su ventana, configure los parámetros 2ftbb, FTDI, 9600. Luego, a su vez, haga clic en los botones en pantalla "<" y "Buscar", después de lo cual debería aparecer un texto similar al que se muestra en la tabla. aparecer en la ventana del mensaje. once . Usando el menú que se abre al hacer clic en el botón de pantalla "Avanzado" en el campo "Fusibles", configure la configuración del microcontrolador: alta - 11xC0, baja - 9xFF. En el campo "Archivo hexadecimal", especifique el nombre del archivo HEX con los códigos del programa del microcontrolador y haga clic en el botón Programa en el campo Flash. Al completar exitosamente la programación, debería aparecer texto en el campo del mensaje que termina con las líneas que figuran en la tabla. 0. Tabla 11
Tabla 12
Si el registrador se utiliza para programar dispositivos conectados al conector XP6 o XP7, los interruptores SA1-SA3 deben colocarse en las posiciones que se muestran en la Fig. 7, c. Las posiciones de los interruptores durante el funcionamiento normal del registrador se muestran en la Fig. 7, g. Programa informático USB-960 fue desarrollado en el entorno LabVIEW 2011. Si este entorno no está disponible en la computadora, necesitará instalar los paquetes [5] y [6]. El programa contiene once subinstrumentos virtuales (VI): - ACPPLISUC_IOUC establece los estados de los puertos de salida del microcontrolador conectados a un conector externo; - ACPPLISUC_FREQ pone en marcha el generador y luego mide la frecuencia generada; - ACPPLISUC_TEST comprueba la conexión con el microcontrolador; - ACPPLISUC_AFR_H mide la respuesta de frecuencia del circuito externo en cinco valores de frecuencia (no inferiores a 30,5 Hz); - ACPPLISUC_AFR_L mide la respuesta de frecuencia del circuito externo a una frecuencia desde fracciones hasta decenas de hercios; - ACPPLISUC_GEN2S pone en marcha un generador de impulsos rectangular con un período de repetición múltiplo de 2 s; - ACPPLISUC_UNPACKDATA convierte la información recibida del registrador en una matriz de valores de código ADC; - ACPPLISUC_ADCDATA lee la información recibida del registrador durante el tiempo especificado; - ACPPLISUC_IOPLIS establece los estados de los puertos de salida del microcontrolador asociados con la FPGA; - ACPPLISUC_GEN inicia un generador de pulsos cuadrados con una frecuencia de repetición de 30,5 Hz y superior; - ACPPLISUC_GEN2Ss inicia un generador de impulsos rectangular con un período divisible por dos segundos, sincrónicamente con el inicio de la lectura de la información del registrador; - ACPPLISUC_COM recibe y transmite información a través de un puerto COM virtual asociado al microcontrolador. El programa principal se ejecuta en un bucle while sin fin, dentro del cual hay una estructura de caso, su página actual se determina seleccionando una pestaña en la ventana principal del programa. Pestaña Grabación de señal mostrado en la Fig. 8. Al presionar el botón "INICIO", comienza la recepción de muestras de la señal en estudio durante el tiempo especificado en el campo "Tiempo de medición, s". Para hacer esto, se permite la transferencia de información desde la FPGA: en el ACPPLI-SUC_IOPLIS VI se escribe el valor 128. La lectura real se realiza utilizando el ACPPLISUC_ADCDATA VI, cuyo parámetro está configurado en el tiempo de medición. Este VI solicita información enviando un byte nulo y lo lee dentro de un tiempo específico. Cuando expire, se prohíbe la transferencia escribiendo un valor cero en el ACPPLISUCJOPLIS VI.
Si anteriormente se presionó el botón de pantalla "Escribir en archivo", entonces la señal en estudio se guarda en un archivo binario, cuyo nombre se especifica en el campo "Archivo para guardar señal". De forma predeterminada, el guardado se realiza en la carpeta raíz de la unidad C, por lo que el sistema operativo de la computadora puede requerir ejecutar el programa con derechos de administrador. El lanzamiento del generador de impulsos rectangular se realiza en los campos “Iniciar generador” e “Iniciar generador con un período múltiplo de 2 segundos”. Al finalizar la recepción, el oscilograma de la señal recibida se muestra en el campo "Señal" y su espectro se muestra en el campo "Espectro de amplitud". En los campos "RMS, V" y "Valor promedio, V" se mostrarán los valores cuadráticos medios y promedio de la señal, respectivamente. Pestaña Osciloscopio mostrado en la Fig. 9. Cuando presiona el botón de pantalla “START”, se inicia un bucle while, en el que se recibe información de la grabadora repetidamente (antes de presionar el botón “STOP”) según un algoritmo similar al descrito anteriormente. Para evitar la saturación de la señal durante la sincronización y el cambio manual, la duración real de la grabación es el doble de lo especificado. Al finalizar, la señal se busca en los momentos de cruzar un umbral determinado (establecido usando la perilla "Umbral, B"), a partir del cual se forma una matriz. Luego, en esta matriz, el programa encuentra un elemento ubicado lo más cerca posible a 1/3 de la duración de la señal. Se utilizará como punto de partida de la forma de onda que se muestra en la pantalla.
Usando la perilla "Offset, %" puedes cambiar la forma de onda. Los botones “Guardar señal actual” y “Leer” guardan la señal mostrada actualmente y leen la señal guardada previamente. Pestaña "Eliminación de la respuesta de frecuencia" mostrado en la Fig. 10. La respuesta de frecuencia de un circuito lineal [7] se puede determinar influyendo simultánea o alternativamente en su entrada con señales armónicas de diferentes frecuencias, y luego midiendo la amplitud de estas señales en la salida del circuito. En el dispositivo considerado, en lugar de señales armónicas, se utilizan pulsos rectangulares generados por un microcontrolador para medir la respuesta de frecuencia. Una señal en forma de pulsos rectangulares con un ciclo de trabajo de 2 es la suma de un número infinito de señales armónicas (armónicos), cuyas frecuencias son un número impar de veces mayor que la frecuencia de repetición del pulso. Las amplitudes de sus armónicos son aproximadamente iguales a 0,9 (primero), 0,3 (tercero), 0,18 (quinto), 0,129 (séptimo), 0,1 (noveno) amplitudes de pulso. Conociendo la relación armónica (espectro) de la señal en la entrada del circuito en estudio y habiéndola determinado en la salida, es posible calcular los valores de respuesta en frecuencia de este circuito en frecuencias armónicas.
El registrador registra la respuesta de frecuencia utilizando pulsos rectangulares con un ciclo de trabajo de 2 y una tasa de repetición de 0,1; 0,5; 30,5, 60,1, 120,2, 240, 480,8, 961,5, 1923, 3846, 7692,3, 15384,6, 31250 y 61538,5 Hz. Cuando presiona uno de los botones de pantalla "START 0,1 Hz" o "START 0,5 Hz", el ACPPLISUC_AFR_L VI se inicia con un período de 10 s y 2 s, respectivamente. Este VI funciona de la siguiente manera: - utilizando el ACPPLISUC_ GEN2SS VI, envía un comando para poner en marcha un generador de impulsos rectangular con un período determinado; - recibe información del ADC durante períodos de repetición de 1,5 pulsos; - pasa la señal recibida a través de un filtro de paso bajo digital con una frecuencia de corte de 2000 Hz para eliminar los componentes de alta frecuencia antes de diezmar la señal. Si no se hace esto, se producirá un alias [8]; - adelgaza la señal, descartando 47 de cada 48 de sus muestras, para simplificar futuros cálculos; - extrae un fragmento de la señal con una duración de exactamente un período de repetición de pulso; - calcula el espectro de amplitud de este fragmento; - extrae del espectro resultante los componentes correspondientes a los armónicos impares de la señal de prueba, los divide en valores de amplitud conocidos de los mismos armónicos de la señal original. El resultado es la respuesta en frecuencia del circuito en estudio en frecuencias armónicas. Al presionar el botón de pantalla "START 30 Hz", se lanza un bucle for, en el cual se ejecuta el VI ACPPLISUC_AFR_H, cuya entrada es la frecuencia de pulso y el tiempo de medición. A la salida de este VP, los valores de respuesta en frecuencia se obtienen en cinco armónicos de una señal de una frecuencia determinada. Como resultado del ciclo, se forman tres matrices: frecuencias a las que se midió la respuesta de frecuencia, señales a partir de las cuales se calculó la respuesta de frecuencia y valores de respuesta de frecuencia. A continuación, se ordena la matriz de valores de respuesta de frecuencia para mostrar aún más su gráfico en la pantalla. El VI ACPPLISUC_AFR_H funciona de la siguiente manera: - utilizando VI ACPPLISUC_GEN envía un comando para iniciar el generador; - recibe información del ADC dentro de un tiempo especificado; - calcula el espectro de amplitud de la señal registrada; - Del espectro resultante se extraen cinco componentes correspondientes a los armónicos de la señal de prueba, sus valores se dividen por las amplitudes relativas de los armónicos de la señal suministrada a la entrada del circuito en estudio, el resultado son cinco frecuencias. muestras de respuesta. Cabe señalar que la duración de las señales analizadas debe ser exactamente un múltiplo del período de repetición del pulso; de lo contrario, al calcular el espectro, se producirá su "expansión" [9] o "fuga" [7] y los resultados del análisis quedará distorsionado. Al hacer clic en los botones de pantalla “Guardar resultados” y “Leer”, la respuesta de frecuencia mostrada actualmente se escribe en el archivo del disco y se lee la respuesta de frecuencia registrada anteriormente. Para verificar el funcionamiento de la grabadora en el modo de lectura de respuesta de frecuencia, se le conectó una unidad ensamblada en una placa de pruebas de acuerdo con el diagrama que se muestra en la Fig. 11. 1. Estos son los filtros de paso bajo R2C2 y los filtros de paso alto R1C1. Los seguidores del búfer en el amplificador operacional del microcircuito DA1,5 eliminan la influencia en la respuesta de frecuencia de los filtros de la impedancia de salida relativamente alta de la salida del generador y la impedancia de entrada baja (15 kOhm) de la grabadora. El voltaje de +15 V y -1 V para alimentar el microcircuito DA4 se puede eliminar del conector XP1 de la grabadora conectando cada uno de los tres pines de la placa de este último, destinados a los puentes S2 y S1 (no confundir con los puentes S2 y S11 en la Fig. XNUMX, que se utilizan para cambiar filtros).
Para comparar la respuesta en frecuencia medida con las obtenidas mediante cálculo, se creó el programa “Comparación_de_respuesta_en_frecuencia_con_cálculo”, que calcula la respuesta en frecuencia de un circuito RC determinado y la traza en las mismas coordenadas que la medida. Los resultados se presentan en la fig. 12 (filtro de paso bajo) y Fig. 13 (filtro de paso alto). Los valores calculados se muestran en rojo, los valores medidos se muestran en blanco. A continuación, se conectaron condensadores con una capacidad de 1 μF en paralelo a C2 y C8 y se obtuvieron las características que se muestran en la Fig. 14 y fig. 15.
Pestaña de calibración mostrado en la Fig. 16. Al realizar esta operación, es necesario establecer la relación entre el voltaje en la entrada del registrador y el valor del código en la salida del ADC. Como esta dependencia es lineal, basta con introducir las coordenadas de sus dos puntos. Para hacer esto, se suministra un voltaje constante cercano al máximo a la entrada del registrador. Su valor se registra en el campo "Umax, B". En el campo "Valor promedio de ADC". Se generará el valor del código de salida ADC promediado por el programa. Puede ingresarlo en el campo "ADC-max" manualmente o usar el botón en pantalla "Escribir el valor promedio de ADC actual como ADC-max".
Después de aplicar un voltaje constante cercano al mínimo a la entrada del dispositivo, ingrese de manera similar los valores en los campos "Umin, V" y "ADC-min". Como ya se mencionó, las frecuencias reales de las señales generadas al tomar la respuesta en frecuencia pueden diferir ligeramente de los valores especificados, por lo que es imposible saber de antemano las duraciones exactas de las muestras a analizar, las cuales deben ser múltiplos de un número entero de períodos de señal. Primero se deben medir los valores de frecuencia reales y calcular la duración de las muestras. Estas acciones se realizan en la estructura del caso, llamada mediante el botón “Definir periodos de toma de respuesta en frecuencia”, los resultados se guardan en un archivo de texto. La calibración se realiza de la siguiente manera: - conectar la entrada del dispositivo al cable común conectando los contactos del conector XP1; - la resistencia de ajuste R1 se establece en la ventana "ADC-promedio". valores de 511 a 513 (haciendo clic en el botón de pantalla "Leer" para actualizar); - conectar una fuente de tensión continua +1...13 V al conector XP15, introducir el valor exacto de esta tensión en el campo “Umax, V”; - haga clic en el botón de pantalla “Leer” para digitalizar la señal y determinar el valor promedio del código ADC, luego haga clic en el botón de pantalla “Escribir valor promedio de ADC actual como ADC-max”; - cambie la polaridad del voltaje suministrado al conector XP1 en la dirección opuesta, ingrese su valor en el campo "Umin, V", haga clic en los botones de pantalla "Leer" y luego "Escriba el valor promedio actual de ADC como ADC -mín”; - habiendo desconectado la fuente de tensión del conector XP1, conectar el pin 1 de este conector al pin 5 del conector XP2 y pulsar el botón de pantalla “Determinar voltaje de nivel lógico (IL1)”. Este valor es necesario para calcular la respuesta de frecuencia; - haga clic en el botón de la pantalla “Definir períodos para la toma de la respuesta en frecuencia” y espere hasta que se completen las mediciones (el proceso dura más de dos minutos). Los resultados de la medición se guardan en un archivo de texto en el disco duro de la computadora. El nombre de este archivo y la ruta al mismo se encuentran en el campo "Archivo con coeficientes de calibración"; - al presionar el botón de pantalla “TEST”, se envía un comando de prueba al microcontrolador; si se recibe la respuesta correcta, se encenderá el indicador “TEST OK”. En el campo "IO", puede configurar manualmente los estados de las salidas del microcontrolador al conector XP2, y en el campo "IO-PLIS", aquellos asociados con la FPGA. En conclusión, se puede observar que si construye una grabadora basada en un FPGA Xilinx Spartan-3 con un núcleo de procesador MicroBlaze, entonces no será necesario utilizar un microcontrolador. El archivo de la placa de circuito impreso en formato Sprint Layout 5.0 y los programas para la FPGA, el microcontrolador y la computadora se pueden descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/11/usb-reg.zip. Literatura
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