7.6 Создание компьютеризированной лаборатории pc-Lab 2000

Как уже отмечалось ранее, фирма Velleman Instruments выпускает виртуальные осциллографы PCS500, PCS100 и К8031 и виртуальные функциональные генера­торы PCG10 и К8016. Эти приборы выполнены в одинаковых по конструкции корпусах и, вместе с прилагаемым программным обеспечением на CD-ROM, мо­гут использоваться для создания компьютеризованной лаборатории на базе обыч­ного настольного или мобильного компьютера. Вместе с обычным персональным компьютером образуется миниатюрная многофункциональная лаборатория, по­зволяющая исследовать и отлаживать различные электронные схемы, устройства и системы. На рисунок 13 представлена такая действующая лаборатория на основе мо­бильного компьютера — ноутбука Satellite 1800-314 корпорации Toshiba [42].

Компьютер (настольный или мобильный — ноутбук), используемый совместно с описанными приборами, должен работать с операционной системой Win­dows 95, 98, 2000/NT/XP, иметь SVGA-видеокарту (с разрешением 800x600) и арифметический сопроцессор для спектроанализатора. Подключение устройств осуществляется через принтерный порт LPT1, LPT2 или LPT3. Сборка лаборато­рии и подключение ее к компьютеру занимают не более двух минут. Все сводится к подключению кабелей к разъемам, расположенным сзади корпусов осциоллог-рафической приставки и приставки — генератора. Сигнальные коаксиальные ка­бели подключаются со стороны передних панелей к коаксиальным разъемам

Рисунок13- Внешний вид компьютерной измерительной системы на базе виртуальных приборов и мобильного компьютера — ноутбука Satellite 1800-314

корпорации Toshiba

они видны на рисунок 13. Следует отметить, что приставки имеют оптическую изо­ляцию от цепей компьютера, что надежно защищает последний (но не сами при­ставки) от повреждений.

Необходимо также установить программное обеспечение — программу PC-LAB 2000 с прилагаемого CD-ROM (он виден на рисунок 13). Установка этой программы ничем не отличается от установки любого Windows приложения. Однако надо учи­тывать, что для ПК с операционной системой Windows NT или Windows 2000 нуж­но дополнительно установить драйвер локального Администратора, который также имеется на CD-ROM (возможна его установка после установки самой программы).

После установки программы PC-LAB 2000 создается папка с ее ярлыком и ря­дом вспомогательных файлов ее справки, содержащей описание программы и ра­боты с основными компонентами лаборатории и с ней в целом. К сожалению рус­скоязычной справки нет. Хотя, надо сказать, что работа с лабораторией достаточ­но опытного пользователя вполне ясна и понятна.

Интересно отметить, что программу PC-LAB 2000 можно бесплатно скачать с Интернет-сайтов корпорации Velleman Instruments и нашей сети магазинов элект­ронных компонентов Chip-Dip. Это позволяет познакомиться с возможностями лаборатории с помощью демонстрационного режима demo. Его можно задать в окне начального запуска программы, показанном на рисунок 10. Это окно позволяет также выбрать тип осциллографа, тип генератора и адрес принтерного порта LPT, через который компоненты лаборатории подключаются к ПК.

Специальные возможности лаборатории PC-Lab 2000

Поскольку работа с осциллографом и функциональным генератором уже была описана в предшествующих разделах этой главы, остановимся на некоторых дру­гих возможностях лаборатории. Кнопка Transient Recorder позволяет использовать лабораторию в качестве электронного записывающего устройства — рекордера пе­реходных процессов (рисунок 14). От осциллографического режима работы режим

Pucунок 14- Работа лаборатории в режиме электронного записывающего

устройства

рекордера отличается длительностью разверток и возможностью записи в файл: очень длительных процессов — вплоть до года. Далеко не каждый даже запомина­ющий осциллограф позволяет вести такие записи.

Еще один доступный режим — построитель частотных характеристик

Рисунок 15- Работа лаборатории в режиме построения ЛЧХ

элект­ронных цепей Circuit Analyzer. Он открывает окно Bode Plotter — рисунок 15 в к ото­ром можно задать вид графика, чувствительность, начальную и конечную свипирования. В этом режиме функциональный генератор работает как свип-ге-нератор (генератор качающейся

частоты), что позволяет строить АЧХ электрон­ных цепей и схем. К сожалению, верхняя частота свипирования не может превы­шать 1 МГц, так что этот режим годится для исследования не очень высокочас­тотных схем и устройств. Как в режиме построения АЧХ, так и просмотра осциллограмм возможны курсорные измерения с помощью перемещаемых мы­шью курсоров, а также вывод масштабных параметров.

Как видно из приведенных примеров, возможности лаборатории PC-LAB 2000 достаточно обширны и практически неограниченно расширяются возможностью компьютерной обработки данных и результатов экспериментов. Любую осциллог­рамму, спектрограмму, запись переходных процессов или АЧХ можно сохранить в файлах данных. Для этого интерфейс лаборатории предусматривает окно загрузки файла данных с кнопкой просмотра, выводящей окно предварительного просмот­ра — рисунок 16.

Рисунок 16- Работа лаборатории с файлом данных

Лаборатория формирует два вида файла данных — текстового формата и гра­фического формата. Текстовый файл имеет формат ASCII и может просматрива­ться и редактироваться любым текстовым редактором, например популярным Word (при формате файла .txt). Файл содержит вполне очевидные данные: шаг по времени, масштаб по вертикали, номера точек N и данные в восьмиразрядном формате (от 0 до 255) для каналов осциллографа. Такие данные легка переносятся в любую обрабатывающую их программу - начиная от простенькой программы на Бейсике и кончая программами обработки данных на основе систем компью­терной математики Matlicad, Maple, Mathematica или MATLAB. Это открывает широчайшие возможности математической и компьютерной обработки данных и результатов исследований и экспериментов.

Графический файл имеет расширение .bmp и представляет собой высококаче­ственный рисунок — рисунок 17. Такие рисунки можно использовать для подготов­ки отчетов по результатам исследований или экспериментов. Их можно, напри

Pucунок 17- Рисунок — осциллограммы с двух каналов осциллографа

мер, включать в текстовые материалы, подготовленные в среде текстового редак­тора класса Microsoft Word.

Новые возможности виртуальной лаборатория PC-Lab 2000 v. 1.38

С 2001 по 2005г.г. виртуальная лаборатория PC-LAB 2000 корпорации Villeman Instruments прошла ряд модернизаций. Хотя ее название PC-LAB 2000 не измени­лось, возможности лаборатории были существенно улучшены и обновлены. Уста­новка обновленной PC-LAB 2000 v. 1.38 ничем не отличается от установки любого Windows приложения. Стоит, однако, напомнить, что для ПК с операционной си­стемой Windows NT или Windows 2000 нужно дополнительно установить драйвер локального Администратора, который также имеется на CD-ROM (возможна его установка после установки самой программы).

Установка обновленной лаборатории PC-Lab 2000

Окно начального запуска программы представлено на рис. 7.18. Это окно по­зволяет также выбрать тип осциллографа, тип генератора и адрес принтерного порта LPT, через который компоненты лаборатории подключаются к ПК. Возмо-

Pucунок 18- Начальное окно запуска лаборатории PC-LAB 2000

жен демонстрационный режим Demo, позволяющий познакомиться с основными возможностями PC-LAB 2000 без подключения к компьютеру аппаратных средств лаборатории.

Поскольку работа с осциллографом и функциональным генератором уже была описана выше, остановимся только на новых возможностях лаборатории. Прежде всего, отметим возможность включения в лабораторию новых устройств К.8047 и PCS10, обеспечивающих повышенные возможности работы с сигналами. Подклю­чение новых устройств и устройств с USB-портом задано в новом разделе окна установки — Recorder/Logger. Если эти устройства не используются, надо устано­вить опцию None.

Новый режим запоминания (персистенции) осциллограмм PERSIST

В новой версии программы PC-LAB 2000 v. 1.38 по сравнению с версией 1.14, представленной еще 2001 г., существенно расширены функции виртуального осциллографа. Его окно представлено на рисунок 19. В нем выведено также окошко с сообщением о версии программы. Для вывода этого окошка достаточно испол­нить команду About... в позиции Help меню.

Рисунок .19- Окно обновленного виртуального осциллографа PCS500

Из рисунок 19 нетрудно заметить, что в окне осциллографа между панелями ка­налов СН 1 и СН2 появилась новая кнопка PERSIST. Она вводит новый режим работы осциллографа с запоминанием ранее сделанных осциллограмм-. Нормаль­но эта кнопка отжата, и осциллограф работает в обычном режиме с обновлением осциллограмм при каждом пуске. Вид осциллограмм для этого случая представлен на рис. 7.20.

При «нажатии» (активизируется мышью) кнопки PERSIST осциллограф пере­ходит в режим запоминания осциллограмм. Рисунок 20 показывает пример работы в этом режиме — выполнено пять однократных пусков и все пять осциллограмм представлены на «экране» осциллографа. Подобное запоминание очень полезно

Pucунок 20. Пример работы виртуального осциллографа в режиме

запоминания осциллограмм (PERSIST)

для оценки влияния шумов и джиттера, а также в случае, когда в процессе иссле­дования устройств происходит авария. В обычном режиме осциллографа это ведет к утере предшествующих осциллограмм, а в режиме запоминания их можно рас­смотреть и установить причины аварии.

Отключение режима соединения точек графиков

В позиции View меню осциллографа (рисунок 21) введен ряд новых опций, суще­ственно повышающих возможности осциллографа. Прежде всего, отметим опцию Dot Join (Объединение Точек). По умолчанию она включена, что означает пред­ставление осциллограмм сплошными линиями — используется интерполяция между точками и сами точки (выборки при стробировании) не видны. Отключе­ние этой опции ведет к точечному представлению осциллограмм, при чем каждая точка соответствует выборке сигнала.

В ряде случаев точечное представление оказывается весьма полезным, напри­мер, для оценке времен быстрых изменений сигналов и крутизны этих изменений. Это хорошо видно при просмотре на рисунок 21 сигнала в виде полуволны меандра с отрицательной полярностью (на фронтах хорошо заметны точки и их число не трудно подсчитать).

Автоматизация измерений параметров осциллограмм

Наиболее серьезное дополнение в программу PC-LAB

2000 введено в версии v. 1.34 и сохранено в последующих версиях, вплоть до последней v 2.01, появив­шейся в начале 2005 г. Это цифровая обработка осциллограмм обоих каналов, позволяющая автоматически вычислить 21 амплитудный и временной параметр. Для этого в позиции View меню введена опция ( Параметры Сигнала ). Ее активизация приводит к появлению специального окна с параметрами, показанного на рисунке 22 в правой

Pucунок 21- Окно осциллографа с открытой позицией View меню и осциллограммами с точечным представлением

Рисунок 22- Работа с окном Waveform Parameters амплитудных и временных

параметров осциллографа

В окне Waveform Parameters можно задать опции вывода того или иного пара­метра. При использовании двухканального осциллографа PCS500 эти опции мож­но задавать для каждого канала (СН1 и СН2) или только одного из них. Как пра­вило, для выполнения правильных вычислений форма осциллограмм должна быть

достаточно простой, а на экране должно размещаться несколько отчетливо вид­-

ных периодов наблюдаемых сигналов. Если средства обработки не способны ко вычислить тот или иной параметр, вместо его значения индицируется знак «??», а при невозможности вычисления — знак «???». Последнее возможно, если осциллограмма не содержит достаточной информации для вычисления параметра, например на ней отображена только часть периода или слишком много периодов. Чтобы работать с окном параметров, нужно четко представлять, как определен тот или иной п араметр. На рисунок 23 показано определение основных амплитудных параметров импульсов в том виде, как они выдаются в окне Waveform Parameters.

Low reference¹-^ Low_l Min

Рисунок 23- К определению амплитудных параметров импульсного сигнала

Ниже представлено определение основных амплитудных параметров:

• DC Mean — арифметическое среднее значение;

• Мах — максимальное значение с учетом короткого выброса;

• Min — минимальное значение с учетом короткого выброса;

• High — статистическое максимальное значение без учета короткого выброса;

• Low — статистическое минимальное значение без учета короткого выброса;

• Peak-to-Peak — двойное пиковое значение;

• Amplitude — амплитуда сигнала (разность между High и Low);

• AC RMS — правильное RMS значение АС компоненты сигнала, преобразо­ванное в вольты;

• AC dBV — измеренный сигнал (только АС), преобразованный в dBV (0 дБ = I В);

• AC dBm — измеренный сигнал (только АС), преобразованный в dBm (О дБ = 0,775 В);

• АС + DC RMS — правильное RMS значение АС + DC волны, вычисленное и преобразованное в вольты;

• АС + DC dBV — измеренный сигнал (только АС), преобразованный в dBV (0дБ= I В);

• АС + DC dBm — измеренный сигнал (только АС), преобразованный в dBm (ОдБ = 0,775 В).

Определения основных временных параметров представлены на рисунок 24. Для отсчета временных параметров используются три уровня отсчетов, относительно амплитуды сигнала: High reference — 90% уровень, Middle reference — 50% уровень и Low reference — 10% уровень.

Ниже представлены определения временных и частотных параметров реально­го импульсного сигнала:

• Duty Cycle — отношение длительности положительной полуволны сигнала к его периоду, выраженное в процентах;

• Positive Width — длительность положительной полуволны сигнала;

Рисунок 24- К определению основных временных параметров импульсного

сигнала

• Negative Width — длительность отрицательной полуволны сигнала;

• Rise Time — время нарастания сигнала, измеренное на уровнях 10% и 90% от амплитуды сигнала;

• Fail Time — время спада сигнала, измеренное на уровнях 90% и 10% от ам­плитуды сигнала;

• Period — период повторения сигнала, измеренный на уровне 50% от ампли­туды сигнала;

• Frequency — частота повторения сигнала (обратная периоду величина(

• Phase — фазовый сдвиг между сигналами в каналах СН1 и СН2, выражен­ный в градусах deg (1 deg = 1/360 от периода сигнала, условно принятого за 1, частоты сигналов в обоих каналах должны быть одинаковыми).

Следует отметить, что приведенные определения параметров приняты в боль­шинстве западных цифровых осциллографов, допускающих автоматическое изме­рение параметров сигналов.

Режим запоминания спектрограмм

В режиме спектрального анализа (кнопка Spectrum Analyzer) также имеется возможность запоминания спектрограмм при нажатой кнопке PERSIST. показано В окне осциллографа в режиме спектрального анализа после 10 пусков кнопкой. Single. Обычно сильно изломанная снизу спектрограмма теперь представлена широкой шумовой дорожкой из которой более отчетливо видны всплески на частотах гармоник сигнала.

В меню опций добавлена новая опция Vector Average для усреднения данных в векторе. Такое усреднение может существенно повысить разрешающую способ­ность анализатора спектра. Более подробно работа с анализатором спектра описа­на в последней главе.

Виртуальная лаборатория PC-Lab 2000SE

Последней версией виртуальной лаборатории PC-Lab 2000 стала версия PC-Lab 2000 v. 2.0, появившаяся в конце 2005 г. Однако, уже в начале 2006 г. она была заменена версией PC-Lab 2000SE v. 2.01. В этой версии было устранено об наруженное различие в задержке сигнала двух каналов осциллографа. Окно запус­ка этой версии (рисунок 25) показывает, что программа обеспечивает работу любых

Рисунок 25- Окно запуска PC-Lab 2000SE

виртуальных устройств (в том числе с USB-портами). Для этого достаточно ука­зать эти устройства в окне рисунок 25.

Для USB-осциллографа интерфейс программы PC-Lab 2000SE существенно пе­реработан. Размеры окна осциллограмм заметно увеличены, приятно отметить практически незаметный шум квантования и высокую четкость линий осциллог­рамм — рисунок 26 Кнопки управления сделаны меньшими по размеру и слегка объемными. Единственная новая кнопка Big Screen расположена между областями каналов и служит для представления окна осциллограмм в максимально возмож­ном размере.

При активизации указанной кнопки окно рисунок 26 распадется на два окна. Одно из окон по существу является пультом управления осциллографом — рисунок 27. Оно содержит только группы кнопок, которые по назначению аналогич­ны показанным на рисунок 26.

Другое окно — это окно осциллограмм. Оно показано на рисунок 28. Внутри это­го окна показано окно задания текстовых комментариев. Их применение делает осциллограммы более наглядными.

Рисунок 26- Окно виртуального USB-осциллограф PCSU 1000

Pисунок 27- Окно панели управления USB-осциллографа PCSU WOO

Рисунок 28- Окно осциллограмм U SB-

осциллографа PCSU WOO и окно

ввода текстовых комментариев

Рисунок 29-. Окно осциллограмм USB-осциллографа PCSUWOO и окно вывода результатов автоматических вычислений

Возможен также вывод окна результатов автоматических вычислений. Оно по­казано на рисунок 29 внутри окна осциллограмм.

Окно анализатора спектра в новой реализации виртуальной лаборатории PC-Lab 2000SE показано на рисунок 30. На нем приведена также открытая позиция Options меню, в которой видны установки окон различного типа.

Прочие возможности новой реализации виртуальной лаборатории PC-Lab 2000SE аналогичны приведенным для предшествующих реализаций. Так что на них можно не останавливаться.

■ Freq. Rsnge ",'}

■ LbJCS

Рисунок 30-. Окно анализатора спектра USB-осциллографа PCSU WOO

Лекция 8

Интеллектуальный автоматический

измерительный комплекса АСК - 4106

и универсальная система сбора данных

ЕDХ - 100