6. Віртуальні осцилографи
Мета роботи: : отримання вмінь користування віртуальними осцилографами в середовищі LabVIEW.
Типи віртуальних осцилографів
Спостереження часових і функціональних залежностей реальних величин здійснюється віртуальними осцилографами (Graph), які викликаються з панелі управління за маршрутом: Controls \ Graph \. Меню містить 9 типів осцилографів:
1 Waveform Chart
2 Waveform Graph
3 XY Graph
4 Intensity Chart
5 Intensity Graph
6 Digital Waveform Graph
7,8,9 3-D Graph`s
Після виклику відповідного осцилографа на лицьовій панелі виникає зображення екрана осцилографа з двома додатковими елементами управління: один розташовується у правого верхнього кута – редактор графіків (Legend), другий пульт розташовується під екраном – редактор режимів (Palette). На панелі діаграми з'являється символ осцилографа. Осцилограф є приймачем сигналу, тому його зображення є входом, про що свідчить тонка лінія контурного прямокутника. Екран осцилографа і його зображення на діаграмі з'являються разом з мітками, куди рекомендується відразу ж з клавіатури внести текст мітки для позначення осцилографа.
Вибір відповідного осцилографа залежить від мети дослідження, режиму роботи, елементів схеми. Осцилографи 1, 2 і 3 мають екран з двома координатами і докладно розглядаються нижче. Осцилографи 4 і 5 мають екран з трьома координатами і в даній роботі не розглядаються.
Спочатку дамо коротку характеристику осцилографам Waveform Chart, Waveform Graph, XY Graph. Waveform Chart дозволяє спостерігати часові залежності сигналів, вісь абсцис градуюється номерами вибірок. Waveform Chart зображує дані у міру того, як вони надходять на його вхід. Waveform Chart може запам'ятовувати (або накопичувати) дані: при новому запуску програми осцилограф зберігає попередню інформацію, виводить її на екран. Після очищення екрана користувачем (див. Меню осцилографа) процес накопичення інформації на екрані починається знову. Осцилограф Waveform Chart може бути і багатопроменевим і багатоекранним.
Рис. 6.1 Осцилограф Waveform Chart:
1 – назва (Label); 2 – шкала Y (Y - scalе); 3 – шкала X (X - scale); 4 – панель управління шкалами (Scale legend); 5 – палітра інструментів для роботи з графіком (Graph palette); 6 – панель управління графіком (Plot legend)
Осцилограф Waveform Graph також дозволяє спостерігати часові залежності сигналів, тобто вісь абсцис його екрану також проградуйована номерами вибірок, але працює з готовими масивами даних. Цей віртуальний осцилограф є аналогом реального осцилографа з періодичною розгорткою. Осцилограф реєструє процес за час одного пуску програми. При новому пуску програми попередня інформація стирається з екрана. Осцилограф Waveform Graph може бути багатопроменевим. На вхід Waveform Graph можна подати функцію від часу, тоді необхідно сформувати кластерну структуру (із використанням Bundle) яка складається з початкового значення координати х, прирощення dx і масиву значень y.
Рис. 6.2 Осцилограф Waveform Graph:
1 – панель керування властивостями графіків (Plot legend); 2 – курсор (Cursor); 3 – основна розмірна сітка (Grid mark); 4 – додаткова розмірна сітка (Mini-grid mark); 5 – палітра елементів управління графіком (Graph palette); 6 – панель переміщення курсору (Cursor mover); 7 – панель керування властивостями курсору (Cursor legend); 8 – панель управління шкалою (Scale legend); 9 – шкала X (X - scale); 10 – шкала Y (Y - scale); 11 – власна мітка графіка (Label)
На рис. 6.3 наведено приклади простих схем підключення Waveform Chart та Waveform Graph.
Рис. 6.3 Схеми підключення Waveform Chart та Waveform Graph.
Показана на рис. 6.4 програма дозволяє відображати на осцилографи два графіки одночасно в одній системі координат. Цикл For формує масиви значень синуса і косинуса, які об'єднуються за допомогою блоку Build Array (Function \ Array \).
Рис. 6.4 Відображення двох графіків в одній системі координат
Двокоординатний осцилограф XYGraph
XYGraph є двокоординатним осцилографом. Координатою «променя» осцилографа по горизонталі (х) і по вертикалі (у) керують два довільних сигнали, які задає користувач.
Осцилограф може використовуватися для спостереження залежностей між змінними у часі сигналами x(t) і y(t). У програмі сигнали х і у представлені не як функції реального часу x(t) і y(t), коли параметр t для обох сигналів абсолютно однаковий, а як функції вибірок x(i) і y(i). Осцилограф XY-Graph, фактично, здійснює перехід від параметричної залежності F(x(i), y(i)) до функціональної залежності у(х). Для забезпечення точності переходу важливою умовою стає питання синхронізації в реальному часі всіх вибірок з однаковими номерами «i»r. Для виконання цієї умови необхідно, щоб вибірки з номером ik як для сигналу x(ik), так і для сигналу y(ik) були зроблені водночас.
Front Panel
Block Diagram
Рис. 6.5 XY Graph
На рис. 6.5 зображено схему у якій використано блок Bundle (Function\Clucter) який формує кластер. Кластер подається на вхід XYGraph. Причому першим масивом в кластері буде масив «x» координати, потім «y» координата.
Побудова годографа АФХ може бути виконана на осцилографі XY Graph. На рис. 6.6 наведено приклад побудови амплітудно-фазової частотної характеристики. Представлена схема панелі діаграм із циклом For Loop, де лічильник ітерацій «i» домножується на коефіцієнт 0,1 та використовується в якості змінної – частоти w.
Front Panel
Block Diagram
Рис. 6.6
При виконанні i-го кроку циклу значення функцій Re(w), Im(w) об'єднуються в кластер за допомогою блоку Bundle. На терміналі, що розташований на виході циклу, формується одновимірний масив, кожним елементом якого є кластер із парою значень Re(w) та Im(w). Для i = N виконання операцій в циклі не проводиться, тому останнім кроком буде крок із значенням лічильника циклу i = N–1. Всього буде виконано N коків (і=0, 1, 2, .., N–1). Сигнал верхнього входу Bundle управляє координатою «променя» за віссю абсцис, сигнал нижнього входу управляє координатою «променя» за віссю ординат. Зазначені функції є дискретними функціями і результатом виконання програми є N точок на екрані осцилографа (для наочності кожна точка з'єднана з сусідньою у послідовності номерів вибірок).
Багатоекранний режим осцилографа Waveform Chart
При роботі з осцилографом Waveform Chart існує можливість створення на його основі багатоекранного осцилографа, коли кожен графік декількох сигналів можна виводити на окремий екран. При цьому по осі Y масштаб на кожному екрані встановлюється автоматично. Схема створення багатоекранного осцилографа така ж, як і багатопроменевого. На рис. 6.7 розглянуто приклад переробки осцилографа Waveform Chart в режим двоекранного осцилографа.
Front Panel
Block Diagram
Рис. 6.7
Оскільки багатоекранний осцилограф є таким самим як і багатопроменевий осцилограф, але має кращий сервіс, функціональні схеми переведення осцилографа Waveform Graph (або Waveform Chart) в багатопроменевий режим і схеми переведення осцилографа Waveform Chart в багатоекранний режим можуть відрізняться тільки типом осцилографа. Наявність відповідного генератора вихідних даних на вході осцилографів Waveform Chart і Waveform Graph переводить їх у багатопроменевий режим.
Для створення багатоекранного осцилографа з осцилографа Waveform Chart необхідно розтягнути редактор графіків до необхідної кількості (в даному прикладі до двох). Потім з контекстного меню осцилографа Waveform Chart викликати команду "додатковий екран" (Stack Plots). В результаті виконання цієї команди замість одного екрану з'явиться стільки екранів, скільки графіків має редактор графіків. Екрани розташовуються по вертикалі як і графіки редактора графіків. Після виконання команди «Додатковий екран» (Stack Plots) кількість екранів можна змінювати шляхом розтяжки або стиснення редактора графіків на необхідну кількість графіків. Кількість екранів не пов'язана з кількістю графіків і може бути будь-яким. При рівності числа екранів і числа графіків графіки розташовуються по одному на екрані відповідно до їх номерами. Якщо екранів менше, то на перших екранах розташовуються по одному перші графіки, а на останньому екрані – решта всіх інших. Якщо екранів більше, тоді останні екрани є зайвими і залишаються порожніми. Повернення до одного екрану проводиться командою «Поєднання графіків» (Overlay Plots), яка змінила команду «Додатковий екран» (Stack Plots) і перебуває в тій самій позиції, або стисненням редактора графіків до однієї позиції (Plot 0).
Завдання:
1. Вивести на екран осцилографа криву перехідного процесу і одиничний ступінчастий імпульс. Забезпечити можливість "прокрутки" зображення і масштабування.
2 Створіть ВП, який генерує двовимірний масив випадкових чисел розмірністю 5 × 10 і відображає на графіку рядки отриманого масиву
3 Створіть ВП, який генерує одновимірний масив випадкових чисел і отримані значення виводить на графік. Також відображає апроксимацію отриманих даних
4 Створіть ВП, який генерує двовимірний масив випадкових чисел розмірністю 11 × 4 і відображає на графіку стовпці отриманого масиву
5 Створіть ВП, який генерує одновимірний масив випадкових чисел в діапазоні від 0 до 100 (складається з 7 елементів) до тих пір, поки мінімальне значення масиву не стане рівним числу, введеному в елемент управління на лицьовій панелі. На лицьову панель вивести отриманий масив, його графік, мінімальний елемент і число ітерацій
6 Створіть ВП, який генерує два одновимірних масиву випадкових чисел, потім об'єднує ці масиви в двовимірний масив чисел і відображає на графіку рядки отриманого масиву
7 Створіть ВП, який генерує одновимірний масив випадкових чисел до тих пір, поки не натиснута кнопка на лицьовій панелі. На лицьову панель вивести отриманий масив, його розмірність і графік
8 Створіть ВП, який на ЛП містить кластер, що складається з 10 числових елементів управління. На графіку відображуватимете значення, введені з елементів управління
9 Створіть ВП, який генерує двовимірний масив випадкових чисел розмірністю 5 × 6 і видає частина цього масиву розмірністю 4 × 5. На лицьову панель вивести вихідний масив випадкових чисел, отриманий масив і їх графіки
10 Створіть ВП, який на ЛП містить кластер, що складається з 2-х масивів числових елементів управління. Елементи цих масивів відображуватимете на графіку
11 Створіть ВП, який генерує двовимірний масив випадкових чисел розмірністю 3 × 7 і відображає на графіку рядки отриманого масиву
12 Створіть ВП, який генерує одновимірний масив випадкових чисел в діапазоні від 0 до 100 (складається з 7 елементів) до тих пір, поки максимальне значення масиву не стане рівним числу, введеному в елемент управління на лицьовій панелі. На лицьову панель вивести отриманий масив, його графік, максимальний елемент і число ітерацій
13 Створіть ВП, який генерує одновимірний масив випадкових чисел і сортує отриманий масив в порядку зростання. На лицьову панель вивести масив випадкових чисел, відсортований масив і їх графіки
14 Створіть ВП, який генерує масив випадкових чисел розмірністю 5 × 6. Вивести на графі рядкки сумма елементів яких більша 50.
15 Створіть ВП, який генерує масив випадкових чисел розмірністю 3 × 4. Вивести на графі стовпчики сумма елементів яких більша 20.
16 Створіть ВП, який генерує масив випадкових чисел 5 × 6. Вивести на графік рядки в яких міститься найбільший і найменьший елементи
17 Створіть ВП, який генерує масив випадкових чисел 5 × 5 Вивести на графік елементи головної діагоналі
18 Створіть ВП, який кожні 20 секунд змінює функцию для побудови з синуса на косинус (Waveform Chart)
19 Створіть ВП, який генерує масив випадкових чисел 5 × 6. Вивести на графік рядки які починаються з відємного елемента
20 Створіть ВП, який генерує масив випадкових чисел 5 × 6. Вивести на графік наменьші елемнти кожного рядка
21 Створіть ВП, який генерує масив випадкових чисел 5 × 6. Вивести на графік найбільші елемнти кожного стовпчика
22 Створіть ВП з масивом який має розмірність 5 × 6. Заповніть його числами з діапазону [-10; 10]. Вивести на графік рядки з усіма додатніми елементами
22 Створіть ВП з масивом який має розмірність 5 × 6. Заповніть його числами з діапазону [-10; 10]. Вивести на графік стовпчики з усіма від’ємними елементами
23 Створіть ВП, який генерує масив випадкових чисел 5 × 5 Вивести на графік елементи нижче головної діагоналі
24 Створіть ВП, який генерує масив випадкових чисел 2 × 8 Вивести на графік елементи розташовані в шаховому порядку
25 Створіть ВП, який генерує масив випадкових чисел 5 × 5. Кожні 20 секунд віводити на грфік 8 випадкових чисел з масиву
26 Створіть ВП, який генерує масив випадкових чисел 5 × 5. Вивести на графік рядок що задається за допомогою елементу Numeric Control
27 Створіть ВП, який генерує масив випадкових чисел 5 × 5. Вивести на графік 5 найбільших елементів
28 Створіть ВП, який генерує одновимірний масив випадкових чисел. Вивести на графік парні елементи масиву
29 Створіть ВП, який генерує одновимірний масив випадкових чисел. Вивести на графік елементи масиву кратні 3-м
30 Створіть ВП, який генерує масив випадкових чисел 5 × 6. Вивести на графік лише додатні елементи
Контрольні запитання
1. Назвіть основні елементи графіка Діаграм. Для чого він призначений?
2. Назвіть основні елементи графіка осцилограми. Для чого він призначений?
3. Які режими відображення даних на графіку Діаграм Ви знаєте?
4. З якими даними працює графік безлічі осцилограмах?
5. Яка функція визначає середнє значення масиву?
6. Яка функція визначає мінімальне і максимальне значення масиву?
7. Який ВП служить для апроксимації графіка осцилограми у Вашому ВП?
8. Як встановити певний стиль точок, колір і тип лінії на графіку?