Лабораториска вежба бр.1 Вовед во Emona trainer 101tempus-19010.feit.ukim.edu.mk/html/MET laboratoriski/lab_praktikum.pdf · кој користи блокови

Мерења во Телекомуникации

Лабораториска вежба бр.1 1

Име и презиме:

бр. на индекс:

Лабораториска вежба бр.1 Вовед во Emona trainer 101

Вовед - “Master signal” модул Овој модул претставува AC сигнал генератор или осцилатор. Модулот има шест излези:

Аналоген Дигитален 2kHz синусен (sine) 2kHz правоаголен 100kHz sine 8kHz правоаголен 100kHz косинусен (cose) 100 kHz правоаголен

Задача A: Приказ и споредба на сигналите на осцилоскоп

1. Поврзете го мерното коло прикажано на сликата:

2. Нагодете го осцилоскопот за приказ на сигналите (100kHz синусен, 100 kHz

косинусен, 2kHz дигитален) и нацртајте ги добиените осцилограми.



Забелешка: 100kHz синусниот и 100 kHz косинусниот сигнал да се нацртаат на истиот осцилограм. Задача Б: Разработка на основните модули на тест плочата Модул за баферирање:

Вовед Бафер модулите се користат за засилување или ослабување на влезните сигнали, и често се користат како интерфејс помеѓу колата што треба да се поврзат.

1. Поставете го засилувањето на баферот на максимум. 2. Донесете го 2kHz синусниот сигнал на влезот од баферот. 3. Поврзете ги двата канали од осцилоскопот за приказ на влезниот и излезниот

сигнал од баферот (види ја сл.).

4. Нацртајте ги двата сигнали на ист осцилограм. Пресметајте го приближно

засилувањето на баферот?



Phase Shifter модул

1. Поставете ја фазата на модулот на позиција нула. 2. Донесете го синусниот сигнал со фреквенција од 2kHz на влезот од поместувачот

на фаза (phase shifter). 3. Поставете го преклопникот од модулот на позиција нула степени. 4. Поврзете ги двата канали од осцилоскопот за приказ на влезниот и излезниот

сигнал од поместувачот.

5. Нацртајте ги двата сигнали на ист осцилограм.



Модул за собирање (Adder)

1. Поставете го преклопникот од поместувачот на фаза на 180 степени. 2. Поставете го потенциометарот од модулот за поместување на средина. 3. Поврзете го колото како на сликата.

4. Поврзете ги двата канали од осцилоскопот за приказ на влезниот и излезниот

сигнал на поместувачот. 5. Нагодете ја фазата на поместувачот така што двата сигнала ќе изгледаат дека се

во против фаза. 6. Приклучете го каналот 2 од осцилоскопот на излезот од модулот за собирање.

Излез од собирачот=сигнал А + сигнал

7. Измерете ја амплитудата на излезот од собирачот.

Прашање1: Која е причината што излезниот напон не е нула?



Прашање2: Што може да се каже за фазниот агол на двата влезни сигнали од собирачот?

8. Нагодете го потенциометарот g така што ќе се добие минимална вредност на

излезниот сигнал од собирачот.

Прашање3: Што може да се каже за засилувањето за двата влеза на собирачот во овој случај?

Мерења во телекомуникации




Лабораториска вежба бр.2 Амплитудна модулација (АМ) и демодулација

Задача А: Постапка на добивање на Амплитудна модулација

1. Поврзете го колото прикажано на сликата.

2. Потенциометарот од променливиот еднонасочен извор (Variabale DCV) да се постави во крајна лева позиција.

3. Двата потенциометри од собирачот да се постават во положба на средина. 4. Да се поврзат двата канала на осцилоскопот, за истовремено прикажување на

модулираниот и модулациониот сигнал. 5. Нацртајте го добиениот осцилограм.



Задача Б: Мерење на индексот на модулација

1. Измерете ги отсечките P и Q на начин како што е покажано на сликата.

P= Q=

2. Пресметајте го индексот на модулација според следното равенство:

=

+

−=

QP

QPm

Прашање: Колку треба да изнесува индексот на модулација?

a) Негативен број b) Нула c) Еден d) Поголемо од еден 2. Поставете го потенциометарот G од собирачот во крајна десна положба. 3. Нацртајте го добиениот осцилограм.

Прашање2: Кој е проблемот со амплитудно модулираниот сигнал кога тој е премодулиран?



Задача В: Амлитудна демодулација

1. Поврзете го колото прикажано на сликата.

2. Поставете го осцилоскопот за приказ на влезниот модулационен сигнал и демодулираниот сигнал на излез од нископропусниот филтер.

3. Поставете го потенциометарот G на средина. 4. Нацртајте ги добиените осцилограми. 5. Поставете го потенциометарот G во крајна десна положба.



Коментар: Како тоа влијае на демодулираниот сигнал??

6. Направете експеримент – кога на влезот би се донел модулационен сигнал со фреквенција од 2kHz или говор, со помош на слушалки увидете како влијае премодулацијата на

излезниот сигнал.





Лабораториска вежба бр.3 Фреквентна модулација (FМ) и демодулација

Задача А: Фреквентна модулација на правоаголен сигнал

1. Поставете го засилувањето на VCO модулот на 2/3 од неговата положба.

2. Поставете го VCO модулот за прилагодување на фреквенцијата на средината од неговата положба.

3. Поставете ја контролата на VCO модулот на LO позиција.

4. Нагодете ја фреквенцијата на сигналот на 10kHz. 5. Поврзете го колото прикажано на сл.

6. Да се поврзат двата канала на осцилоскопот, за истовремено прикажување на

модулираниот и модулациониот сигнал. 7. Нацртајте го добиениот осцилограм.



9. Со помош на осцилоскоп можат да се измерат девијацијата и индексот на

фреквенциска модулација на еден сигнал. Притоа се користи тригерирање на временската база со интерниот сигнал на ниво од 0 V и со позитивен напон. Така на

екранот се добива осцилограмот прикажан на сл.

Од осцилограмот се мерат отсечките a и b. Фреквенциската девијација на FM сигналот се пресметува според релацијата:

=

+

=−=∆

)(2minmax

baam

bfff

x

Каде што x

m е временската база.

Индексот на фреквенциска модулација може да се пресмета со користење на релација:

=∆

=

m

ff

fm

Каде што m

f ефреквенцијата на модулацискиот сигнал.

10. Постапката од чекор 1 до чекор 6 повторете ја со користење на влезен

(модулационен) сигнал од микрофон. Информативно видете што се случува на осцилоскопот!

Задача Б: Фреквентна демодулација

1. Поставете го заслувањето (Gain) на VCO модулот во крајна десна положба. 2. Поставете ја контролата за фреквентно нагодување на VCO модулот на средина.

3. Поставете ја контролата за опсег(Range) на VCO модулот во HI позиција. 4. Поставете ја Width контролата од Twin Pulse Generator во крајна лева позиција.

5. Поставете ја Delay контролата од Twin Pulse Generator во крајна лева положба.

6. Поставете го засилувањето (gain) на Tuneable LPF на средина. 7. Поставете ја Cut-off фреквенцијата на Tuneable LPF во крајна десна положба.

8. Поврзете го колото како на сликата.



9. Менувајте го нивото на модулациониот еднонасочен сигнал, и увидете каква промена истиот предизвикува на излезниот демодулиран сигнал.

10. Да се повтори истата постапка но наместо еднонасочен сигнал на влезот,

приклучете 2kHz синусен сигнал.

11. Со помош на слушалки и промена на Cut-off фреквенцијата на LPF, увидете го влијанието на изобличувањата на излезниот сигнал.





Лабораториска вежба бр.4 Земање на примероци (семплирање) и реконструкција на

оригиналниот сигнал Задача А: Земање на примероци

1. Да се поврзе колото прикажано на сл.

2. Да се нацртаат добиените осцилограми

3. Да се повтори истата постапка со користење на S/H колото како што е покажано

на сл.



4. Да се нацртаат добиените осцилограми и да се споредат со претходно добиените осцилограми.

Задача Б: Реконструирање на оригиналниот сигнал

1. Поставете ја Gain контролата на LPF филтерот на средина.

2. Поставете ја Cut-off фреквенцијата на LPF во крајна лева положба 3. Поврзете го колото прикажано на сл.



4. Зголемувајте ја граничната фреквенција (fc) на нископропусниот филтер(LPF) се додека не се реконструира сигналот.

Прашање: Што се случува ако и понатаму се зголемува граничната фреквенција на

LPF?

Задача В: Aliasing

1. Поврзете го колото прикажано на сл.

2. Менувајте ја фреквенцијата на VCO Модулот се додека не се добие

оригиналниот сигнал. Во тој момент, измерете ја неговата фреквенција.

Прашање: Зошто измерената фреквенција се разликува од теоретски предвидената?


Лабораториска вежба 1

ЛАБОРАТОРИСКА ВЕЖБА

Вовед во LabVIEW

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) е графички програмски јазик

кој користи блокови наместо текстуални линии за да креира апликација. За разлика од текст базираните програмски јазици, каде што инструкциите го одредуваат редоследот на извршување на операциите, LabVIEW користи програмирање со поток на податоци, каде што потокот на податоци го одредува редоследот на извршување на итерациите.

Во LabVIEW, се гради кориснички интерфејс со користење на група на алатки и објекти. Корисничкиот интерфејс е познат како почетна листа (front panel). Може да се додаде код со користење на графичка претстава на функциите за контрола на front panel.

Labview програмите се наречени виртуелни инструменти (VI), бидејќи извршувањето на операциите е на некој начин симулација на физичките инструменти, како што се осцилоскопите и мултиметрите. Овој програм содржи група на алатки за добивање, анализа, приказ и зачувување на податоците, исто така и алатки за помош доколку се случат некои проблеми при извршувањето на некоја задача.

LabVIEW корисничкиот интерфејс се гради со помош на контролни копчиња и индикатори. Контролни копчиња се: копче(knob), копче за притискање (push button), како и останати влезни уреди. Индикатори со кои графички може да се следи промената на симулираниот сигнал се: графици, LED и останати дисплеи. Откако е изграден корисничкиот интерфејс, се додава код со користење на VI и структури за контрола на објекти од front panel. Блок дијаграмот го содржи овој код.

Креирање на VI од готов шаблон(Template)

Во LabVIEW дијалог прозорецот прикажан на сликата се избира New, градење на нов VI од готов шаблон на блок дијаграми.

New дијалог прозорецот содржи повеќе LabVIEW VI шаблони. Овие шаблони помагаат да се започне креирање на VI за општи мерења и останати задачи. VI шаблонот во својот почетен дизајн ги вклучува функциските блокови, објектите од Front Panel прозорецот неопходни да се започне со градење на општи апликации за мерење. Се избира VI from Template>Tutorial>Generate and Display во Create new листата. Со овој шаблон VI може да се генерира и прикаже сигналот. Front Panel прозорецот (сл.1.2) е корисничкиот интерфејс на VI. Front Panel се гради со користење на контроли и индикатори, што се интерактивни влезни и излезни терминали на VI, соодветно.

Сл.1.1 Labview дијалог прозорец


2 Лабораториска вежба

Основната структура во Front Panel прозорецот е графикот (може да биде и некој друг дисплеј), на кој графички се следи промената на симулираниот сигнал.

Сл.1.2 Front Panel Забелешка: Ако не е видлив дијалог прозорецот, Front Panel прозорецот може да се прикаже со избирање на наредбата Window>ShowFront Panel.

Покрај Front Panel прозорецот се појавува и блок дијаграмот (сл.1.3). Блок дијаграмот се појавува со бела позадина и вклучува VI како и структури кои ги контролираат објектите во Front Panel прозорецот. Блок дијаграмот го содржи графичкиот изворен код за тоа како VI работи. Објектите од Front Panel – от се појавуваат како икони во блок дијаграмот. Забелешка: Aко блок дијаграмот не е видлив, може да се прикаже со избирање на наредбата Window>Show Block Diagram.

Сл.1.3 Блок дијаграм



Сл.1.4 Палета со контролни функции

Контролите на Front Panel ги симулираат влезните уреди на физичките инструменти и ги подржуваат податоците од блок дијаграмот на VI. Controls палетата со алатки се појавува на екранот ако се кликне со десниот клик врз Front Panel прозорецот или ако се избере наредбата Window>Show Controls Palette. На пример ако се избере Knob

контролното копче се забележува дека со самото поставување на ова копче на Front Panel прозорецот истото се појавува и во блок дијаграмот. Ова контролно копче овозможува контрола на промената на параметрите на влезната големина (на пример амплитудата) на сигналот, но за да може да се

користи треба да се поврзе во блок дијаграмот со оној параметар што треба да се менува(амплитудата).

Во блок дијаграмот (сл.1.3) се појавува иконата Simulate signal. Иконата го претставува симулираниот сигнал (Simulate Signal Express VI). Оваа икона треба да се поврзе со контролното

копче knob. За поврзување на двата објекти се користи алатката за поврзување . Кога ќе се појави оваа алатка, се кликнува на стрелката од каде започнува поврзувањето, а потоа се кликнува на местото каде треба да заврши поврзувањето (во овој случај амлитудата на симулираниот сигнал). Се појавува линија која ги поврзува двата објекти како што е покажано (сл.1.7.а). Исто така другиот крај од симулираниот сигнал се поврзува со графикот на којшто графички се следи промената на амплитудата (сл.1.5.б).

Сл.1.5.а. Поврзување на контролно копче со

параметарот што треба да менува Сл.1.5.б Поврзување на симулираниот сигнал на

график Работата на симулираниот сигнал може да се види во Front Panel прозорецот. За префрлање од блок дијаграмот на Front Panel прозорецот (или обратно) може да се користи кратенката од тастатура Ctrl+E.

Во Front Panel алатникот се избира наредбата Run за да се започне работата на VI. Може да се забележи промената на сигналот на графикот.

Ако се помести курсорот врз контролното копче, се забележува дека курсорот поминува во рака. Со движење на раката се менува вредноста на амлитудата, а таа промена може графички да се следи на графикот.

За да се покаже дека програмата работи, Run копчето ја менува својата форма во црна стрелка, како што е покажано. Додека VI работи не може да се менува ништо, ниту во Front Panel прозорецот ниту во блок дијаграмот.

Се стопира работата на VI.

Забелешка: Иако копчето за прекинување на извршувањето на работата (Abort Execution) изгледа како копче за стопирање на извршувањето, не секогаш правилно го затвора VI. Затоа најдобро е да не се користи, освен кога е неопходно.



Палетата со контролни функции служи за контрола на промените на влезните параметри. За да се направат промени во појавувањето на контролното копче на Front Panel се кликнува со десниот клик (или double-click) врз копчето (во нашиот пример knob) и се избира Properties дијалог прозорецот.

Во Scale таб контролата се дефинира опсегот во кој може да се менуваат вредностите на амплитудата.

Сл.1.6. Дијалог прозорец со карактеристиките на контролното копче

Express VI е компонента на блок дијаграмот која може да се конфигурира за извршување на општи задачи при мерењата. Иконата Simulate Signal го симулира сигналот кој е базиран на конфигурацијата што самите ја дефинираме. Сигналот кој се симулира под default има синусна форма, но според потребите оваа бранова форма на сигналот може да се промени во триаголна, правоаголна, итн. Со десниот клик врз блокот Simulate signal се избира опцијата Properties од краткото мени за да се прикаже дијалог прозорецот за конфигурирање на симулираниот сигнал (сл.1.7).



Сл.1.7 Дијалог прозорец за конфигурирање на симулираниот сигнал Во блок дијаграмот од претходната слика (сл.1.3) може да се додадаваат нови блокови за истовремено следење на два или повеќе симулирани сигнали. За да може да се додаде новиот блок, најпрвин се брише врската на Simulate Signal блокот со графикот и на негово место се додава новиот блок. Најпрвин се селектира врската, а потоа се брише со delete копчето од тастатура.

Новиот функциски блок во симулацијата се додава со кликнување на десниот клик врз белиот простор во блок дијаграмот или со избирање на наредбата Window>Show Functions Palette, со што се појавува палетата со функции (сл.1.8). Исто како и кај контролните функции, и кај палетата со функции, со секое движење на глувчето врз палетата се појавува името на таа подпалета. Ако не се знае точно кој функциски блок да се постави, може да се користи Context Help прозорецот. Прозорецот ги прикажува основните информации за LabVIEW објектите кога се поместува курсорот врз секој од објектите. Објектите за кои може да се користи Context Help информацијата се VI, структури, палети и дијалог прозорците. Ако прозорецот не е видлив се избира наредбата Help>Show Context Help или едноставно се користи кратенката Ctrl+H.

Сл.1.8 Палета со функции

Ако се избере истиот блок (Simulate Signal), се поставува во блок дијаграмот (едноставно со

клик) помеѓу првиот симулиран сигнал и графикот. Веднаш се отвора дијалог прозрецот за конфигурирање на параметрите на вториот симулиран сигнал (како на сл.1.7). При поврзувањето треба да се внимава најпрвин да се појави алатката за поврзување, дури потоа се оформува врската.

На сликата лево е прикажано како правилно треба да изгледа линијата за



поврзување.

Испрекинатата линија со црвен X знак во средината, е ознака за неправилно поврзување. Ова е т.н скршена врска.

Друг знак дека е направена грешка при поврзувањето е Run копчето, чија форма е прикажана како преполовена стрелка, со што се покажува дека програмата неможе да се стартува. Може да се кликне на Run копчето, за да се прикаже на кое место се наоѓа направената грешка. Притоа се појавува Error list прозорецот со сите направени грешки и детаљите за нивното појавување. Врската се брише со Delete копчето од тастатура.

Сл.1.9 Блок дијаграм на два симулирани сигнали

Служи за спојување на два или повеќе сигнали во единствен излез (Merge Signals). Оваа функција се појавува во блок дијаграмот автоматски, кога се поврзува излезот на сигналот со гранката на врзување на другиот сигнал.

Служи за делење на два или повеќе сигнали (Split Signals).

Сега можат да се според двата сигнали, првиот генериран со Simulate Signal Express VI и

модифицираниот сигнал (траголна бранова форма) на истиот график, со користење на функцијата за спојување на сигналите (Merge Signals).

Пред да се продолжи со работата, најдобро е да се зачува дотогаш завршената работа.

Наредба за зачувување на VI фајлот е File>Save од каде што се избира локацијата каде ќе се зачува фајлот и се дефинира името. Екстензијата со која се зачувуваат фајловите во LabVIEW е .vi. На сликата подолу може да се забележи името во насловната линија (vezba_1.vi).



Сл.1.10 Графички приказ на двата симулирани сигнали Графикот ги прикажува двата сигнали. За да се означи кој сигнал е оригиналниот, а кој

модифицираниот се врши прилагодување (Customize) на Front Panel прозорецот. Се кликнува со десниот клик врз графикот и се избира од краткото мени наредбата Properties.

За да се следи промената на секоја точка од графикот побавно, може да се додаде време на доцнење на блок дијаграмот.

На блок дијаграмот се избира Time Delay Express VI од Execution Control палетата и се сместува внатре во условната рамка. Потоа во Time Delay текст рамката се запишува вредноста на времето

на доцнење во секунди. Ова време специфицира колку брзо рамката да ја извршува функцијата.

Ако се дефинира време на доцнење од 0,25 секунди, тоа значи дека рамката ја извршува итерацијата само еднаш за секоја четвртина од секундата.

Добивање на податоци и комуникација со инструментот

Овој дел се однесува на приказ на податоци и комуникација со инструментот. Во овој случај се користи DAQ Assistant Express VI, којшто всушност претставува графички интерфејс за конфигурирање на задачите и каналите при мерењето. DAQ уредот претставува уред за добивање и генерирање на податоци кој што може да содржи повеќе канали и уреди за конверзија. DAQ уредите содржат PCMCIA картички, DAQPad уреди, којшто се поврзуваат на компјутер - USB или 1394 порта. За да може да се направат одделни вежби со оваа проблематика потребно е да се инсталираат NI-DAQmx и соодветно подржан NI-DAQmx уред.



Се избира DAQ Assistant Express VI прикажан лево на сликата, од Input палетата и се поставува во блок дијаграмот. Се појавува Create New дијалог прозорецот. Од тука се избира Analog Input копчето за да се прикажат опциите од Analog Input дијалог прозорецот.

Се избира Voltage за да се креира нова задача за аналогниот напонски влез. Дијалог прозорецот ја прикажува листата на канали, бројот на излистани канали зависи од бројот на можни канали што ги имаме на DAQ уредот. Во My Physical Channels листата се избираат физичките канали на којшто е поврзан сигналот, како што е ai0 (нултиот канал). DAQ Assistant отвара нов прозорец кој ги прикажува опциите за конфигурирање на каналот што е избран за да се заврши бараната задача(во нашиот случај ai0). На долната слика може да се види на кои краеви од плочката се приклучуваат позитивниот и негативниот крај на овој канал(68 пин е +, 67 е -). Може да се дефинираат и по повеќе канали оддеднаш, во конкретниот пример со полната линија е прикажан нултиот, а со испрекинатата првиот напонски канал.

Сл. 1.11 DAQ дијалог прозорец

Задача А: Испитување на DC и AC параметри на реален сигнал

Целта на оваа вежба е да се измерат и прикажат средната (mean), ефективната (RMS) и вредноста од врв до врв (PK-PK) на реален сигнал. За овој пример се поврзува функциски генератор на аналогниот влез 0, сетиран за синусоидален сигнал со максимална амплитуда од 5V и промена на фреквенцијата од 0 до 1kHz. Блок дијаграмот за овој пример ќе изгледа како на сликата 1.12:



Сл. 1.12 Блок дијаграм DAQ Assistant блокот е конфигуриран за влезниот нулти канал со опсег на вредности [-5, 5]. Брзината на земање на примероци е 1000, а бројот на примероци што треба да се прочитаат е 500. За да може да се следат промените на средната, ефективната и вредноста од врв до врв на графикот додадени се контроли за секоја од нив. Исто така се додава блок за времето на доцнење, каде што конфигурираното време на доцнење е сетирано на 0,4 секунди. Да се менуваат фреквенцијата, типот на сигналот (квадратен, триаголен) од функцискиот генератор и да се видат на графикот (сл.1.13) промените што настануваат.

Сл. 1.13 Front panel задача Б: Да се повтори истата вежба, но наместо сигналот да се носи од функцискиот генератор се користи симулиран сигнал (Simulate Signal) на кој што повторно се испитуваат средната, ефективната и вредноста од врв до врв на реален сигнал. На влезот се приклучуваат контролни копчиња за регулирање на амплитудата, фреквенцијата и оффсетот. Со промена на секој од овие параметри се следи промената на напоните (RMS, Позитивниот и негативниот Peak). За различни типови на сигнали (правоаголен, триаголен) колкави се грешките? Графичкиот приказ за тоа како ќе изгледа симулацијата на сигналот е прикажан подолу. Да се утврди дали навистина волтметарот што ја мери ефективната вредност работи како “RMS ” уред (уред за ефективна вредност).



Сл.1.14 Front Panel


Лабораториска вежба бр. 6 1



ЛАБОРАТОРИСКА ВЕЖБА БР. 6

МЕРЕЊЕ НА ФРЕКВЕНЦИЈА И ПЕРИОДА СО КОРИСТЕЊЕ НА

ПРОГРАМАТА LABVIEW

Вовед

Со овој пример се демонстрира еден од начините за мерење на фреквенција со користење на еден бројач на влезниот counter канал. За да се мери фреквенцијата на сигналот со користење на бројачи на уредот, се користи брзината на временската база на бројачот како референтна фреквенција. За да се конфигурираат мерењата, се специфицира очекуваниот опсег на влезниот сигнал, со што NI-DAQmx може да ја избере временската база за обезбедување на највисоката резолуција за мерењето. Фреквенцијата на сигналот се пресметува врз база на брзината на временска база и бројот на примероци со користење на следнава формула: Фреквенција(Hz) = брзина на временска база на бројачот/број на примероци За да се добие периодот на сигналот се бара инверзна функција од фреквенцијата. Ако е на пример, брзината на временската база за мерењето 100 MHz, a се бројат 500, фреквенцијата на влезниот сигнал е 200kHz. Брзината на временската база на бројачот е позната фреквенција (20 MHz или 100kHz) и овозможува да се прават мерења за одредување на фреквенцијата и времето. За влезниот сигнал се прифаќаат само TTL нивоа. TTL сигналите ги имаат следниве карактеристики:

• 0 V до 0.8 V = логичка нула

• 2 V до 5 V = логичка единица

• Максимално време на пораст/пад = 50 ns

Бројачите можат да ја набљудуваат состојбата на сигналот и може да го трансформираат сигналот од една состојба во друга.

Бројачот може да детектира растечки рабови – премин од логичка нула на логичка единица, или опагачки рабови – премин од логичка единица во логичка нула. Ова се однесува на времето на пораст/пад. Ова време на пораст/пад е мерка за тоа колку брзо сигналот го прави преминот помеѓу логичка нула во логичка единица и обратно. За да го детектира бројачот работ, преминот мора да се случи за 50 ns или помалку, како што е дефинирано во спецификацијата за TTL сигнали. Начин на мерење:

1. Се избира физичкиот канал на DAQ картичката кој одговара на бројачот на кој треба да се

врши мерењето на фреквенцијата. Каналот за мерење фреквенција е означен со ctr (ctr0 во конкретниов пример).

2. Особено е важно што попрецизно да се дефинира опсегот на фреквенции во кои ќе можеме да го вршиме мерењето, такашто најдобрата временска база ќе може да се избере за да се минимизираат грешките при мерењето. Опсегот е дефиниран за вредности од [2Hz, 1kHz]. Исто така се дефинира почетниот раб да биде растечки, а методот на мерење Low Frequency (за ниски фреквенции).

Сигналот се приклучува на влезниот терминал PFI9.



Во front panel-от се забележува дека се поставуваат индикатори за броење на фреквенцијата.

Сл. 6.1 Мерење на фреквенција

ЗадачаБ:

Да се креира нов VI за мерење на периода на импулс. Треба да се дефинира точниот влез и да се избере точно опсегот на вредности во кои ќе се врши мерењето.

Од DAQ Assitant блокот се избира типот на мерење. Мериме периода, па од Counter Input се избира Pulse Width влезот. И тука влезот е означен со ctr (ctr0). Опсегот на вредности е дефиниран за [1ns, 100ms], се избира растечки раб. Треба да се внимава при изборот на модот за добивање на податоци да се користи 1Sample On demand.



Во front panel-от се поставуваат индикатори за броење на периодата на импулсите.

Сл. 6.2 Фронт панел за броење периода на импулси






СЕРИСКИ RS232 ИНТЕРФЕЈС

Вовед

Еден од начините за испраќање на дигитални податоци, како и говор, се сериска и

паралелна трансмисија на податоци. Сериската трансмисија се состои од испраќање на секвенца на бити, бит – по – бит додека паралелната трансмисија се состои во испраќање на секвенца на зборови обично осум битни зборови, збор по збор во согласност со временските сигнали. Денес, секој PC има RS232 сериски интерфејс како стандардна опрема.

Трансмисија кај RS232 серискиот интерфејс

Информацијата мора да се подели на податочни зборови, каде што должината на податочните зборови е променлива. За персонални компјутери може да се избере должина од 5 до 8 бити. За правилен пренос се додаваат дополнителни бити за синхронизација и проверка на грешки. Многу е важно при преносот, испраќачот и приемникот да го имаат истиот број на бити, во спротивно податоците може погрешно да се интерпретираат или воопшто да не се препознаат.

Постојат неколку начини на трансмисија: � Еднонасочна трансмисија кога само првиот терминал (PC) испраќа кон вториот, или

само вториот терминал испраќа кон првиот. � Двонасочна асинхрона трансмисија која не се случува во исто време во обете насоки

(на пр. најпрвин испраќа првиот кон вториот, а потоа вториот кон првиот). � Двонасочна синхрона трансмисија овозможува истовремена трансмисија на податоци во

обете насоки (првиот кон вториот и вториот кон првиот). Со синхроната комуникација, мора да постои тригер сигнал што го покажува почетокот на преносот, додека неговото отсуство кај асинхрониот комуникациски канал пак го прави полесен за користење. Недостаток на овој мод на работа е тоа што приемникот може да започна да ја прима информацијата во погрешен момент, па затоа пак е потребно ресинхронизација што чини време. Сите примени податоци во периодот за ресинхронизација се изгубени. Друг недостаток е потребата од дополнителни бити во податочниот поток за да се означи почетокот и крајот на корисната информација. Овие дополнителни бити зафаќаат повеќе опсег. Податочните бити се испраќаат со однапред дефинирана фреквенција, т.н број на бити во секунда (baud rate). И испраќачот и приемникот мора да се програмирани да ја користат истата фреквенција. Oткако е примен првиот бит, приемникот пресметува во кој момент останатите податочни бити ќе бидат примени. Се проверуваат напонските нивоа во овој момент. Со RS232, напонското ниво на линијата може да има две состојби. Состојба on, уште позната како mark, и состојба off познато како space. Кога линијата е во мирување се држи состојба mark. Најзначани параметри кои треба да се конфигурираат пред да се започне со испраќање на податочни бити се:почетен бит (start bit), податочни бити (data bits), бит за парност (parity bit), стоп бит (stop bit). Start bit Со RS232 се дефинира асинхрон тип на комуникација. Ова значи дека испраќањето на податочните зборови може да започне во секој момент. Ако испраќањето е можно во било кој момент, ова пак може да предизвика некои проблеми кај приемникот, кој ќе биде првиот бит за прием? За да се



надмине овој проблем, секој податочен бит започнува со еден бит за започнување. Овој бит за започнување исто така познат и како старт бит, се препознава по нивото на слободна линија. Податочни бити Следејќи го почетниот бит, се испраќаат и останатите бити. Вредноста на битот еден предизвикува линијата да оди во состојба mark, а вредност на битот нула претставува состојба space. Најмалку значајниот бит е секогаш првиот испратен бит. Бит за парност За детекција на грешки, можно е да се додаде дополнителен бит на податочниот збор. Испраќачот ја пресметува вредноста на битот зависно од испратената информација. Приемникот ја извршува истата пресметка и проверува дали актуелниот бит за парност одговара на пресметаната вредност.

Паралелна трансмисија

Паралелната трансмисија на дигиталните податоци нуди многу поголеми брзини за разлика од серискиот пренос. За поголемата брзина придонесуваат два фактори. Едниот фактор е истовременото испраќање на информацијата во форма на зборови од 4 бити до 32 бити. Другиот фактор е последица на некои постапки кои се неопходни кај серискиот интерфејс, како што се проверка на грешки и постапки на корекција кои се користат за разделување на податочниот поток во зборови. Паралелниот интерфејс се користи во мерни системи со ограничена област (од

210 m до 2

100 m ).

Постојат повеќе стандарди за паралелниот интерфејс, најчесто користен е ANSI/IEEE – 488. IEEE – 488 често се користи по името GPIB од компаниите како Tektronix и National Instruments кои се водечки производители во мерните системи за хардвер и софтвер. IEEE – 488 паралелниот интерфејс има линеарна конфигурација. Еден IEEE – 488 уред (поврзување на компоненти од мерниот систем како дигитални инструменти, генератори, контролери итн) може да се однесува како говорник (eng. “talker”), слушател (eng. “listener”) или обете функции. Контролерот се однесува како слушател, говорник или како контролна единица. Размената на податоците во рамките на системот се извршува преку пренос на пораки; се испраќаат три типа на пораки: командни, адресни или податочни. Пораките се испраќаат помеѓу единиците на системот преку IEEE – 488 интерфејс магистрала, кон сите IEEE – 488 уреди кои се поврзани во ѕвезда или дрво конфигурација.

Задача: Во оваа вежба е демонстриран пример на работа на сериски RS232 интерфејс со помош на програмата Labview. Прикажан е пример на читање и запишување на податоци преку сериска порта или комбинација на двете функции. Mоже да се избере акцијата (читање или запишување) на front panel-от. Ако и обете функции се селектирани, VI најпрвин ќе ја запише информацијата, а потоа ќе го прочита податокот, а потоа ја затвора сесијата која е отворена кон таа порта. Овој VI го чека моментот додека специфичниот број на бајти не бидат примени преку таа порта. Само специфичниот број на бајти ќе бидат прочитани. Начин на работа:

1. Се избира изворот на сериски интерфејс и се конфигурираат параметрите (бити во секунда, податочни бити, парност, стоп бити, контрола на поток).

2. Се избира операцијата која треба да се изврши. 3. Се поврзува сериската порта кон уредот (во нашиот случај друг PC). 4. Се извршува програмата за да се видат податоците што ќе бидат прочитани.

Забелешка: Параметрите кои се сетираат за сериската порта мора да се поклопуваат со параметрите на поврзаниот инструмент или уред. На пример, параметарот: бајти кои треба да се прочитаат го специфицира бројот на бајти кој сериската порта ги чита. Ако има повеќе бајти на портата отколку бројот специфициран за бајтите кои се читаат, тие бајти нема да бидат



прочитани. Исто така, ако се специфицираат да се прочитаат повеќе бајти отколку бројот на бајти којшто всушност се читаат , може да се добие порака за грешка. Во блок дијаграмот, во Configure Serial Port VI се сетираат параметрите за конфигурација. Во Front panel-от се прикажуваат контролите кои се користат за конфигурирање на основните параметри како бити во секунда (baud rate) , податочни бити и парност. Така на пример во делот Visa resource name треба да се избере типот на портата (дали се работи за сериска (COM1 или COM2) или паралелна порта (LPT)). Параметарот со кој се дефинира брзината на трансфер - baud rate треба и на предавателната и на приемната страна да биде ист. Во нашиот случај се дефинира брзина од 9600 бити во секунда. Останатите параметри се под default дефинирани и нема потреба од нивна промена. Во десниот дел од дијалог прозорецот се дадени две прозорчиња во кои се следи преносот на податоци. Најпрвин двете switch копчиња треба да се ON ако сакаме во истиот момент да се врши читањето и запишувањето на податоците. Ако било кое од овие копчиња се смени во позиција OFF тогаш престанува активноста на тоа копче (запишување или читање). Во првиот прозорец string to write се запишува податокот кој сакаме да го испраќаме, додека во вториот прозорец read string се чита пораката која е испратена од другиот терминал.

Сл. Фронт панел на трансфер на податоци преку сериски интерфејс






АНАЛОГНО-ДИГИТАЛНИ (ADC) И ДИГИТАЛНО-АНАЛОГНИ

(DAC) ПРЕОБРАЗУВАЧИ

Вовед

Аналогно-дигиталните преобразувачи ADC (Analog-to-Digital Converter) и дигитално-аналогните преобразувачи DAC ( Digital-to-Analog Converter) се електронски кола неопходни меѓу аналогниот и дигиталниот дел на мерните уреди и мерните системи. ADC вршат преобразба на влезната аналогна големина, која најчесто е напон во пропорционален бинарен број-код N. Принципот на работата на ADC главно се одвива во три чекори: земање одбироци од аналогниот сигнал, квантизирање на одбироците и нивно кодирање. Постапката земање примероци од аналогниот сигнал најчесто се врши во фиксни (еквидистантни) временски интервали. Интервалот на земање примероци е важен параметар во AD конверзијата и од неа директно зависи квалитетот на конвертираниот сигнал (позачестено земање примероци од сигналот обезбедува поверна конверзија. Од друга страна повисока фреквенција на земање примероци бара посложени системи за дигитално процесирање. На сл. 5.1 даден е приказ на еден аналоген сигнал со амплитудите на примероците кои се предмет на дигитализирање. Минималната фреквенција на земање примероци f

s треба да го задоволува условот:

fs≥2f

g

каде што fg е највисоката фреквенцијата на аналогниот сигнал iU .

Сл.5.1 Дискретизација на аналогна големина на сигнал ( )tfU i = со примероци во

еквидистантни интервали Со квантизирање се врши дигитализирање на амплитудата на примерокот од аналогниот сигнал. Со оваа постапка всушност се врши споредба на влезниот сигнал во однос на дефиниран референтен напон и заокружување на вредноста на најблиското квантизациско ниво. Квантизирањето на аналогниот сигнал соодветно внесува грешки кои поставуваат ограничувања во однос на конечната конверзија на сигналот. Овие грешки се наречени квантизирачки грешки или квантизирачки шум.



Кодирањето претставува постапка на претставување на редниот број на квантизациското ниво во бинарен броен систем. Бројот на битови со кој се претставува еден одбирок уште се нарекува и резолуција на конверторот и истиот е во директна корелација со бројот на квантизирачки нива. На сл. 5.2 даден е шематски блок приказ на AD конвертор.

Сл.5.2 Шематски приказа на ADC

Аналогниот сигнал Ui се конвертира во бинарен број-код N даден со излезите D

o, D

1...D

n. Каде што

Do e најмалку значаен бит (LSB - least significant bit), a D

n e најзначаен бит (MSB - most significant

bit). DAC вршат преобразба на влезната дигитална големина (код N) во соодветна аналогна големина, најчесто напон U

о. На сл. 5.3 даден е шематски блок-приказ на DA конвертор. Кодот N кој е

предмет на конверзија даден е со влезовите Do, D

1...D

n. Излезниот аналоген сигнал е означен со U

o

даден со релацијата:

∑=

==

n

i

ref

i

ii RDNkUU0

02

Сл.5.3 Шематски приказ на DAC

ЗАДАЧА А: Да се измери вредноста на LSB (least significant bit – најмалку значаен бит)

На влезот од колото (ADC-DAC конвертор) се донесува еднонасочен напон и со помош на потенциометарот се нагодува првата од одозгора LED да не свети, (сите останати светат). Тоа значи дека на излезот е добиена првата најмала можна вредност, која во принцип изнесува околу 20mV, според изразот:



mVmVVU

Un

i

LSB 205,192

5

28

max≈===

но поради несовршеноста на елементите во нашиот случајот напонот е 200mV. Сега се мери влезниот напон U

i1.

Потоа со потенциометарот се нагодува втората LED да не свети (останатите светат), и во тој случај повторно се мери вредноста на влезниот напон U

i2. Вредноста на LSB се пресметува

според изразот:

=−=12 iiLSB UUU

ЗАДАЧА Б: Грешка при ADC и DAC конверзија

Произволен еднонасочен напон се донесува на влезот од колото Uix и истиот се мери.

Потоа, врз основа на индикациите на LED да се одреди бинарниот број и истиот да се претвори во декаден број N. Сега се пресметува излезниот напон на ADC конверторот според изразот:

=⋅= LSBADC UNU

Да се измери излезниот напон од DAC конверторот U

0.

Врз основа на измерените резултати да се пресметаат грешките: 1) во однос на излезниот напон на ADC конверторот U

ADC,

2) во однос на излезниот напон од DAC конверторот U0.

Точен напон во двата случаи се зема влезниот напон Uix.

ЗАДАЧА В: ADC И DAC конверзија при наизменични сигнали

На влезот на колото се донесува наизменичен синусен сигнал од функцискиот генератор со вредност од врв до врв U

p-p=5V и фреквенција помеѓу 50 и 150Hz.

На излезот од колото се приклучува осцилоскоп. Да се прецрта добиениот осцилограм. Потоа на излезот се приклучува нископропусен филтер со можност да се менува

капацитивноста (со тоа и долната гранична фреквенција на филтерот). На филтерот се приклучува осцилоскоп. Да се прецртаат добиените осцилограми за две различни капацитивности.

Мерења во ТК





МЕРЕЊЕ НА ФАКТОР НА ИЗОБЛУЧУВАЊА

Вовед Ако синусоиден сигнал се донесе на влезот на систем кој има нелинеарна амплитудно-амплитудна карактеристика, на неговиот излез ќе се добие сигнал кој покрај основниот хармоник има и виши хармоници. Оваа појава се нарекува нелинеарно изобличување на влезниот сигнал. Мерката на нелинеарното изобличување е факторот на изобличување k. Тој е дефиниран како однос меѓу ефективната вредност на сите виши хармоници и основниот хармоник и се изразува во [%].

100[%]

1

2

2

U

U

k

n

i

i∑=

=

Каде U1 е ефективната вредност на основниот хармоник, додека U2,U3… се ефективни вредности на поединечните виши хармоници. Факторот на изобличување може да се измери со помош на анализатор на изобличување чија блок шема е прикажана на сликата:

Во првиот чекор прекинувачот Р е во положба 1-1. На скалата на индикаторот се чита ефективната вредност на влезниот напон Ux. Со колото за кондиционирање се менува отклонот на скалата на индикаторот, додека не се добие полн отклон. Тоа е референтно ниво и одговара на 100%. Во вториот чекор прекинувачот Р се поставува во позиција 2-2. Сега во колото е вклучен филтер од типот појасна брана. Неговата централна фреквенција може континуирано да се менува и да се чита на соодветна скала. Со овој филтер се потиснува основниот хармоник на влезниот сигнал за повеѓе од 50dB. При ова, со промена на фреквенцијата f1 на филтерот се бара минимален отклон на индикаторот. Очигледно дека отклонот на скалата е пропорционален со факторот на изобличување изразен во %. На сликата е покажана една резонантна метода за мерење на факторот на изоблучување. Резонантниот мост е составен од едно резонантно коло во едната гранка и три отпорници во другите три гранки.



Во едната дијагонала од мостот е приклучен изворот на напон xU чиј фактор на изобличување се

мери. Во втората дијагонала на мостот се приклучува волтметарот преку преклопката P. Мерењето се прави во два чекора. во првиот чекор преклопката е во положба 1-1 и со волтметарот V се мери

напонот HU во дијагоналата на мостот. со промена на капацитивноста C и отпорноста R се

поставува минимален отклон на волтметарот. При ова отпорноста 12

RR << . Кога волтметарот ќе

покажува минимален отклон, мостот е балансиран за основниот хармоник, а напонот HU што го

мериме со волтметарот е приближно пропорционален на сумата на сите виши хармоници на

напонот xU .

∑=

=

n

i

iH UU

2

2 (1)

При второто мерење преклопката ја префрлуваме во положба 2-2. при тоа со волтметарот го мериме падот на напонот на потенциометарот. со промена на потенциометарот поставуваме ист отклон на скалата на волтемтарот како и при првото мерење. Значи важи равенката:

xH pUU = (2)

Тука p е факторот на делење на потенциометарот и се движи од 0 до 1. Оттука следува дека:

∑∑==

=

n

i

i

i

i UpU

1

2

2

2

∑

∑

=

=

==n

i

i

n

i

i

U

U

pk

1

2

2

2

'

Задача А:

Да се одреди факторот на изобличување според релацијата (2), во моментот кога волтметарот ќе

покажува минимален отклон, мостот е балансиран за основниот хармоник, а напонот HU што го

мериме со волтметарот е приближно пропорционален на сумата на сите виши хармоници на

напонот xU .

== pk'



Задача Б: Оваа метода е користена за мерење на факторот на изобличување со помош на програмскиот пакет Lab View

1. Отворете ја датотеката THDistorsion.vi (My Documents>Merenja vo TK> THDistorsion.vi) со помош на програмскиот пакет Lab View

2. На функцискиот генератор нагодете синусен сигнал со фреквенција од 500Hz и минимална амплитуда

3. Поврзете го функцискиот генератор на аналогниот влез AI0 од дата аквизициската картичка од производителот Advantec 4. Нагодете долна гранична фреквенција на филтерот од 480Hz, и горна гранична фреквенција од 520 Hz 5. Активирајте ја програмата и при тоа нагодете ја амплитудата на влезниот сигнал на 3V 6. Извршете мерења на факторот на изобличување за три различни

фреквенции

fo[Hz] THD[%] Изобличување[%] 1 2 3

Прашање: што може да се заклучи од мерењата за различни фреквенци