Введение
Обзор лабораторного практикума ETT-202DATEx ™
Лабораторный практикум ETT-202 DATEx ™ охватывает широкий диапазон вступительных тем по изучению цифровых и аналоговых телекоммуникаций с помощью 20 тщательно спланированных лабораторных работ. Каждая работа рассчитана на закрепление теоретических знаний, полученных на лекционных занятиях курса современных телекоммуникаций.
Каждая DATEx работа представлена в виде интересных практических опытов, в каждом из которых перед студентом встает задача построить, измерить и обсудить. DATEx на самом деле является системой инженерного моделирования, где студенты видят, что блок-схемы в учебниках представляют реально функционирующие системы.
Рисунок 1
EmonaDATExAdd-in-Module состоит из нескольких блоков, называемых модулями, которые соединены друг с другом для реализации десятков телекоммуникационных опытов.
Необходимое оборудование
Для проведения опытов ЕmonaDATEx используется вместе с платформой NIELVIS и NILabVIEW на ПК. Функциональность виртуальных инструментов зависит от сочетания NIDAQ с платформой NIELVIS.
Студентам академического уровня
Студенты старших курсов так же получают более углубленное понимание теории телекоммуникаций, с помощью системы DATEx. Им предоставляется возможность исследовать более сложные вопросы, провести дополнительные измерения и затем сравнить результаты с теорией.
Дидактическая философия ETT-202 DATEx™ System – EmonaTIMS™ и методы построения «Блок-схем»
Специализированная плата DATExtelecommunicationstrainer от EmonaInstruments является подключаемым модулем, который позволяет применять уникальный, практический подход к изучению основ систем телекоммуникаций. Он базируется на применении хорошо организованной экспериментальной методологии построения Блок-схем. Блок-схемы также называют «универсальным языком» телекоммуникаций. EmonaTIMS™ (TelecommunicationsInstructionalModelingSystem) первоначально разрабатывалась в 1970-х гг. доцентом в области телекоммуникаций Университета Нового Южного Уэльса, Австралия, ТимомХупером, и в дальнейшем развивалась компанией EmonaInstruments, сейчас используется тысячами студентов всего мира, для осуществления почти всех форм модуляции и кодирования.
Блок-схема
Блок-схемы используются для объяснения принципа работы электронных систем (например, радиопередатчик), не беспокоясь о том, как работает сама схема. Каждый блок представляет собой часть схемы, которая выполняет определенное действие, и называется в соответствии с выполняемым действием. Например, сумматор, умножитель, генератор и т.д.
TIMS™ а, следовательно, и DATEx™ подходят к реализации экспериментов в области телекоммуникаций, используя Блок-схемы. Преимущества заключаются в следующем:
Студенты получают практические навыки в работе с реальными средствами математического моделирования, предназначенными специально для закрепления теоретических знаний;
Пошаговое выполнение лабораторных работ, следуя блок-схеме;
Учащиеся могут исследовать все «что-если» ситуации для подтверждения своих теоретических знаний, наблюдая за реальными сигналами в режиме реального времени;
DATEx спроектирована таким образом, что студенты могут допускать ошибки, и затем, сравнивая результаты, находить и исправлять их.
Один к одному
На рисунке справа показано соотвествие между каждым элементом блок-схемы и независимыми функциональными блоками на панели DATEx.
Функциональные блоки на панели DATEx многократно используются в лабораторных работах как элементы различных блок-схем.
NI Lab VIEW™ иDATEx™
Подключаемый модуль Emona DATEx полностью совместим с платформой NI ELVIS и средой NI LabVIEW. Все кнопки и переключатели на панели DATEx регулируются либо ручным методом, либо под контролем NILabVIEWVirtualInstruments.
DATEx™ VirtualInstruments (VIs) предоставляются в DATEx комплекте.
Указания по установке и использованию
Лабораторные работы в этой книге были подготовлены для учащихся, имеющих базовые знания по математике. Однако, из-за технических особенностей «моделирования» подключаемого модуля DATEx, студенты с более высоким уровнем компетенции в математике также получат более углубленные знания теории телекоммуникаций путем проведения данных лабораторных работ.
20 глав охватывают широкий спектр телекоммуникационных концепций, от фундаментальных тем, знакомых всем студентам, таких как АМ и ЧМ, до основных технологий, используемых в последних системах мобильной телефонии и беспроводной связи. В каждой эксперименте данные технологии показаны студентам на самом фундаментальном уровне. Первая глава также основательно знакомит с платформой NIELVIS и использованием виртуальных инструментов NILabVIEW.
Лабораторные работы могут быть проведены в любом порядке, однако, крайне важно, чтобы все студенты для начала выполнили первые 4 работы перед переходом к последующим экспериментам.
Глава 1 знакомит с тестовым оборудованием NIELVIS
Глава 2 посвящена изучению подключаемого модуля EmonaDATEx
Глава 3 знакомит с
Глава 4 знакомит с концепцией математического моделирования с помощью использования функциональных блоков.
Для того, чтобы сделать опыты более запоминающимися, студентам предоставляется возможность видеть сигнал на экране осциллографа, а затем слушать свой собственный голос, подверженный модуляции или кодированию.
Допущение ошибок и неправильной проводки
Важным моментом, делающем изучение более полезным для студентов, является то, что учащиеся могут допускать ошибки в схемном соединении. Входы и выходы на DATEx могут быть соединены в любых комбинациях. Студенты должны постоянно следить за результатами наблюдений, после выполнения экспериментов, а так же подвергать их корректировке и исправлениям. Если сигналы не такие, как ожидалось, студент должен принять решение: требуется ли коррекция регулировки или же неправильного размещения проводов.
Структура
Каждая лабораторная работа в DATExLabManual представляет собой базовые инструкции в рамках исследуемой темы, следующих согласно тщательно градуированной практической деятельности. В конце каждого подраздела студенту предлагается ответить на вопросы, чтобы закрепить знания перед продолжением работы.
Важно отметить, что подключаемый модуль DATEx может реализовывать много больше различных экспериментов, указанных в данной книге и дальнейшие лабораторные работы будут выпущены в следующих учебниках.
Поскольку ETT-202 Trainer является настоящей системой моделирования, преподаватель волен подвергать изменениям существующие эксперименты или даже создать совершенно новые.
Лабораторная работа 1
Знакомство с испытательным оборудованием NIELVIS
Введение
Цифровой мультиметр( Digitalmultimeter, DMM) и Осциллограф (Oscilloscope, “scope”) являются, пожалуй, наиболее часто используемыми приборами контрольно-измерительной аппаратуры в электронной промышленности. Основная часть измерений, необходимых для тестирования и/или ремонта электронных систем может быть выполнена только c этими двумя устройствами.
В тоже время, было бы очень мало лабораторий по электронике или различных мастерских, которые также не имеют источника постоянного тока (DCPowerSupply) и преобразователя (FunctionGenerator). Так же как и для создания постоянного напряжения, блок питания может быть использован для питания оборудования в рамках испытания. Функциональный генератор используется для предоставления различных тестовых сигналов переменного тока.
Главная особенность NIELVIS заключается в том, что все эти четыре прибора лабораторного оборудования находятся в одном устройстве. Несмотря на то, что каждый из них имеет устройство цифровой индикации или дисплей (как показано на рисунке), NIELVISвыводит информацию на устройство сбора данных как USB-6251, которое преобразует ее вцифровую (если она таковой не является) и отправляет ее через USB в ПК, где измерения выводятся на экран.
На компьютере, NIELVIS устройство называется ”virtualinstruments”, но цифровой универсальный измерительный прибор и осциллограф являются реальными измерительными приборами, не программным обеспечением моделирований. Источник постоянного тока и преобразователь также создают реальное напряжение.
В данной лабораторной работе предлагается использовать все четыре NIELVIS прибора, а так же другие. Поэтому важно, чтобы вы были знакомы с их эксплуатацией.
Экспериментальная часть
Данная лабораторная работа познакомит вам с NIELVIS цифровым мультиметром, источником постоянного тока, осциллографом и преобразователем. Работа с осциллографом может оказаться довольно сложной, если вы не часто использовали его раньше, поэтому в лабораторной работе дается настройка для отображения стабильного 2kHz 4Vp-p сигнала. Для студентов, использующих ЭЛТ осциллограф настройка аналогична. Рекомендуется использовать соответствующий порядок для осциллографа, которым вы будете пользоваться как стартовым в других лабораторных работах.
Некоторые вещи, которые необходимо знать
Данное поле содержит определения некоторых терминов, используемых в лабораторной работе. Вероятно, вы знакомились с ними раньше, все же имеет смысл минуту прочесть их, чтобы проверить ваше понимание.
Амплитуда сигнала – есть его физическая размерность, которая измеряется в Вольтах (V). Обычно измеряется либо от среднего значения сигнала к верхнему (называемому пиковым напряжением), либо от нижнего значения к верхнему (пик-пик напряжение).
Период сигнала – минимальный интервал времени между повторяющимися значениями сигнала и измеряется в секундах (s). Если период маленький, то его измеряют в миллисекундах (ms) и микросекундах (µs).
Частотой сигнала называется число полных циклов, совершенных за единицу времени. Измеряется частота в герцах (Hz), килогерцах (kHz), мегагерцах (MHz).
Синусоида – повторяющийся сигнал, имеющий форму:
Прямоугольное колебание имеет вид:
Порядок выполнения
Часть A – Приступая к работе
Убедитесь в том, что выключатель на задней панели NIELVIS не горит (выключен).
Аккуратно вставьте экспериментальный подключаемый модуль EmonaDATEx в учебную платформу NIELVIS.
Установите режим контроля (ControlMode) на модуле DATEx (верхний правый угол) на Механический (Manual).
Убедитесь, что блок NIDataAcquisition выключен.
Подсоедините NIELVIS к NIDataAcquisition (DAQ) и подключите к ПК.
Примечание: Возможно, это уже было сделано за вас.
Включите выключатель питания на задней панели NIELVIS, затем включите выключатель питания макетной платы (PrototypingBoardPower) на передней панели.
Включите ПК и дайте ему загрузиться.
После завершения процесса загрузки, включите DAQ и следите за оповещением ПК о том, что ПК его распознал.
Запустите программное обеспечение NIELVIS.
Часть B – Цифровой мультиметр и Источник постоянного тока
Кликнитемышкойпо “Digital Multimeter” вокне NI ELVIS – Instrument Louncher.
Проигнорируйте сообщение о максимальной точности (maximumaccuracy) и нажмите кнопку ОК.
При успешной установке виртуального цифрового мультиметра, ваш экран должен выглядеть как показано на рисунке:
Цифровоймультиметр измеряет следующие электрические параметры: Постоянно/Переменное напряжение, постоянный/переменный ток, сопротивление, емкость и индуктивность. Он также включает прибор для контроля безразрывности цепей. Эти параметры выбираются с помощью Functioncontrols на панели virtualinstrument.
Поэкспериментируйте с Functioncontrol, щелкая по 1 во время просмотра выходных данных с DMM.
Примечание 1: Заметьте, что все кнопки на панели виртуальных инструментов анимированы. Щелчок по каждой приводит к изменению, как будто они были действительно нажаты (при активации) и
Примечание 2: При нажатии кнопок, слышатся щелчки, которые исходят изнутри NIELVIS. Это звуки реального реле включения и выключения, в зависимости от ваших действий на панели виртуальных инструментов.
Вопрос 1
Приведенный здесь не подключен ко входу DMM, почему же он читал очень маленькие значение напряжение и тока, вместо того чтобы считать их равными нулю?
DMM также позволяет выбирать диапазон, который вы хотели бы использовать для проведения измерений. С другой стороны, устройство может быть установлено таким образом, что это делается автоматически. Экспериментируя с этими элементами управления сейчас, мы не добьемся большого эффекта, так что оставим это на потом.
Поскольку Цифровой Мультиметр (DMM) - цифровой прибор, он производит выборку электрического свойства, измеряемого периодически. Ключевым моментом осуществления выборки является вспышка синего света в нижнем правом углу показателя данных виртуальных инструментов.
Эксперимент с осуществлением выборки Цифрового Мультиметра, производится с помощью нажатия кнопок Run и Single виртуальных инструментов и наблюдения эффекта на считывание данных.
Вопрос 2
Как часто ЦифровойМультиметр производит выборку своего вода, находясь в режиме прогона (Runmode).
Вопрос 3
Как часто ЦифровойМультиметр производит выборку своего вода, находясь в одиночном режиме (Singlemode).
Будучи способным провести измерения относительно нуля (как большинство измерителей) Цифровой Мультиметр также позволяет Вам проводить измерения относительно предыдущего измерения. Нулевое управление виртуальных инструментов используется с этой целью, но эта функция не является тем, в чем Вы будете нуждаться для экспериментов в этом руководстве, таким образом мы не будем экспериментировать с этой опцией.
Используйте виртуальный прибор, для того чтобы произвести следующие параметры настройки Цифрового Мультиметра:
Примечание: это настройки по умолчанию, которые Вы должны всегда использовать, готовясь проводить измерения НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА для экспериментов в данном руководстве.
Определите NIELVISVariablePowerSupplies (Блок Питания Переменного тока) на передней панели устройства и установите оба Режим Контроля (ControlMode) в положение ручного управления (Manual) , как показано на рисунке 4.
Voltagecontrol - примерно в среднее положение.
Соберите схему, как показано на рисунке 5.
Примечание: По мере того как вы делаете, вы должны видеть, что некоторая деятельность виртуального прибора Цифрового Мультиметра ии измерений на его считывании изменяются приблизительно на 6В.
Определите минимальное и максимальное значения положительного выходного напряжения с VariablePowerSupplies. Заполните таблицу 1.
Соедините ЦифровойМультиметр с отрицательным выходом VariablePowerSupplies и повторите.
Таблица 1 |
Минимальное выходное напряжение |
Максимальное выходное напряжение |
Положительный (+) выход |
|
|
Отрицательный (-) выход |
|
|
Изменяйте выходное напряжение Блока Питания Переменного тока, наблюдая за Диапазоном настройки (RangeSetting) Цифрового Мультиметра.
Примечание: Вы должны видеть, что Диапахоннайстройки изменяется автоматически.
Поэкспериментируйте с Rangecontrol с помощью нажатия каждой кнопки, наблюдая при этом за выходом с Цифрового Мультиметра.