Разработка программ первичной обработки данных.
Опорный измерительный сигнал от генератора, проходя через испытуемый объект, трансформируется во входной и выходной сигналы, которые и являются основой для определения частотных характеристик. Блоком подготовки сигнала они усиливаются, фильтруются, а опорный синусоидальный сигнал преобразуется в прямоугольный для последующей более точной его обработки в микропроцессоре. Контроллер через встроенные АЦП принимает входной и выходной сигналы, а через обычный цифровой порт - опорный сигнал, после чего производит первичную обработку данных.
Целью первичной обработки данных является получение двух выборок входного и выходного сигналов, которые затем будут переданы в ПК для определения частотных характеристик, а также величины частоты опорного сигнала и сдвига фаз между входным и выходным сигналами. Эти величины также передаются в ПК через последовательный интерфейс RS-232.
Алгоритм определения частоты опорного сигнала состоит в следующем (4.4.)
Рис.4.4. Диаграмма определения частоты опорного сигнала.
Здесь 1 - возможная начальная точка опроса;
- возможная начальная точка опроса;
- начало отсчета таймера;
- период;
Микроконтроллер непрерывно опрашивает соответствующий цифровой вход порта, на который приходит прямоугольный опорный сигнал. В момент обнаружения падающего фронта включаются таймеры с разрешением 200 мс, которые суммируют время до следующего падающего фронта. Один таймер работает в режиме счетчика по переполнению другого. Таким образом, максимально возможное число, накопленное в таймерах, определяется следующим соотношением:
(T5, T6-
соответствующие таймеры),
и тогда период опорного сигнала определяется формулой:
Возможность использования 32 бит ( два таймера) для определения периода опорного сигнала позволяет включать в рассмотрение процессы достаточно низкой частоты. Например, для получения сигнала с частотой 0.1 Гц, то есть с периодом 10 с, достаточно 24 разряда таймеров.
При определении периода опорного сигнала программно учитываются возможные искажения его фронта. Погрешность определения периода самого быстрого сигнала (2000 Гц) составляет 0,4%.
Реализация передачи сдвига фаз
Для определения сдвига фаз между входным и выходным сигналами использовался почти тот же алгоритм, что и для определения периода опорного сигнала (рис.4.5).
Рис.4.5 Диаграмма определения сдвига фаз
Определяется первый падающий фронт входного сигнала. В этот момент включаются измерительные таймеры Т5, Тб. Далее определяется падающий фронт второго сигнала, и таймеры останавливаются. Содержимое таймеров с учетом их разрешения и будет являться искомым сдвигом фаз двух сигналов.
Основная проблема при получении выборок входного и выходного сигналов состоит в том, что, во-первых, для корректного последующего определения амплитуды периодического временного процесса необходимо по крайней мере 10 периодов, во-вторых, при разрешении АЦП, равном 10-5 с, выборка 10 периодов низкочастотный процессов имеет очень большой размер. Это весьма неудобно при передаче выборки в ПК по последовательному интерфейсу (невысокая скорость передачи).
Проблема решалась следующим образом. Для корректного определения амплитуды синусоидального сигнала достаточно иметь 40 точек выборки на один период. Таким образом, необходимо 400 точек на 10 периодов. Поэтому при считывании АЦП в массив выборки записывалось не каждое преобразованное значение, а некоторые значения через определенное количество, зависящее от частоты принимаемого сигнала. Чем выше частота сигнала, тем чаще происходит запись в массив выборки.
Полученные значения периода опорного сигнала и два массива значений входного и выходного сигналов передаются через RS-232 на компьютер для дальнейшей обработки (ПРИЛОЖЕНИЕ 3, текст программы fc. 167).