лр / ЛР3

Институт Информационных и Вычислительных Технологий

кафедра Управления и интеллектуальных технологий

Отчёт по лабораторной работе №3

По теме: Обмен данными между ЭВМ и внешними устройствами с заданной частотой дискретизации

По курсу «Технические средства автоматизации и управления»

Выполнили:

Группа: А-01-21

Проверил:

Баларев Дмитрий Александрович

Москва 2025

Выполнение работы.

В лабораторной работе используется плата ЦАП/АЦП L’card L154, она установлена внутрь системного блока.

Технические характеристики ЦАП:

 Диапазон выходного сигнала -5,12 В - +5,12 В;

 Uвых=ΔU (код-2048); ΔU= 2,5 мВ - разрешающая способность ЦАП;

 Максимальная частота преобразования Fmax=1000кГц.

Технические характеристики схемы АЦП + усилитель + мультиплексор:

 Диапазон изменения входных сигналов: Uвх = ±5,12В; ±2,56В; ±1,024В;

 Разрешающая способность: ΔU= 2,5 мВ; 1,25 мВ; 0,5 мВ - разная на разных диапазонах;

 Коэффициенты усиления: kус= 1; 2; 5;

 Максимальное время преобразования: Tпр=1,7мкс;

 Входное сопротивление: Rвх=2МОм;

 Время переключения канала мультиплексора: Т = 4мкс.

1. Вывод данных с прерыванием текущей программы процессора

В первой части лабораторной работы использовались данные для варианта №6, приведенные в таблице 1.

Таблица 1. Исходные данные.

№ варианта	Вид сигнала, U(i)	Амплитуда, Umax. [В]	Число точек на периоде, М	Период квантования сигнала, мкс
6	Umaxexp(-2i/M) , 0 i  M	5,0	100	220

В начале работы необходимо было разработать программу генерации произвольного числа периодов периодического аналогового сигнала с заданными амплитудными характеристиками и периодом квантования.

Перед началом эксперимента, с целью минимизации времени работы программы, были рассчитаны мгновенные значения сигнала на интервале равном одному периоду.

Код разработанной программы представлен на рисунках 1.1 – 1.3.

Рисунок 1.1 – Код программы.

Рисунок 1.2 – Код программы.

Рисунок 1.3 – Код программы.

Выход ЦАП был соединен с входом осциллографа с целью контроля соответствия установленных амплитудных характеристик сигнала и наблюдаемых значений, рисунок 2.

Рисунок 2 – Полученный сигнал на экране осциллографа.

Был определен интервал вывода отдельных значений T и частоты генерируемого сигнала f.

T = 22 мс;

f = 45.45 Гц

Полученный сигнал выводится с заданным периодом квантования.

Tкв =

2. Ввод данных с прерыванием текущей программы процессора

Во второй части лабораторной работы необходимо было разработать программу, осуществляющую:

• ввод в реальном времени массива данных из модуля АЦП в ОЗУ ЭВМ с прерыванием фоновой программы от таймера L-154;

• преобразования значений кодов АЦП в значения напряжения UКВ по окончании ввода всего массива;

• вывод массива исходных данных в файл.

Период дискретизации сигнала и канал мультиплексора указаны в таблице 2.

Таблица 2. Исходные данные.

№ варианта	Диапазон сигналов ЦАП, [В]	Вид, амплитуда и частота измеряемого сигнала	Канал АЦП	Период квантования сигнала, мкс
6	± 1,0	Синусоидальный, амплитуда 1В, частота 500Гц	6	280

Далее выход генератора был соединен с нужным каналом АЦП и с помощью разработанной программы, рисунок 3, проведена регистрация сигнала с генератора. Убедиться, что данные были получены.

Рисунок 3 - Код программы для задания 2

Был выставлен период квантования Т=280, указанный в задании, но он оказался слишком велик, поэтому в файле с данными мы не получили ожидаемой синусоиды, рисунок 5.

Рисунок 4 – Результаты работы программы при периоде квантования 280мкс

По первым 20 значениям снятых данных построим график зависимости значений измеренного сигнала от времени, рисунок 7.

Видно, что T=280 слишком большое, из-за чего трудно увидеть синусоиду

Рисунок 7 – График зависимости значений измеренного сигнала от времени Tкв = 280.

3. Ввод данных с определенной частотой с помощью таймера IBM PC

В данной части лабораторной работы необходимо было разработать программу, осуществляющую:

• ввод в реальном времени массива данных из модуля АЦП в ОЗУ ЭВМ с запуском измерений по таймеру Intel 8254 ЭВМ;

• преобразование значений кодов АЦП в значения напряжения UКВ по окончании ввода всего массива;

• вывод массива снятых данных в файл.

Параметры регистрации и сигнала были взяты из таблицы 2.

Код разработанной программы представлен на рисунке 8.

Рисунок 8 – Код разработанной программы.

Мы запустили эту программу для двух случаев величины периода квантования. Т=200 (уменьшили значение в сравнении с предыдущим пунктом, чтобы увидеть синусоиду) и Т=400.

В начале с периодом T=200 мкс, получили файл с результатами, представленный на рисунке 9.

Рисунок 9 – Результат работы программы при Т=200

Рисунок 10 – График зависимости значений измеренного сигнала от времени при Т=200

А затем с периодом квантования 400 мкс, рисунок 10.

Рисунок 11 - Результат работы программы при Т=400

По первым 20 значениям снятых данных построим график зависимости значений измеренного сигнала от времени, рисунок 11.

Рисунок 12 - График зависимости значений измеренного сигнала от времени при Т=400

Вывод: в ходе лабораторной работы были выполнены 3 задания:

В первом задании была разработана программа, формирующая массив значений периодического сигнала заданного вида и амплитуды через ЦАП. Подключив к осциллографу, подтвердили правильность генерации сигнала.

Во втором задании реализован сбор данных с АЦП. Также было выявлено, что при слишком большом периоде квантования сложно увидеть форму сигнала при малом количестве точек.

В третьем задании использовался встроенный таймер для управления частотой опроса АЦП. Сравнение результатов заданий 2 и 3 показало, что оба подхода обеспечивают корректную дискретизацию сигнала, однако вариант с использованием внешнего таймера требует более точной настройки.

Таким образом, лабораторная работа позволила освоить методы управления частотой дискретизации при обмене данными с ЦАП/АЦП при использовании аппаратных прерываний и системного таймера. Также обнаружено, что выбор периода квантования влияет на точность регистрации сигнала.