Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронная лаборатория на IBM PC. Инструментальные средства и моделирование элементов практических схем
.pdf
1.3. Программа Analyser
зываемого кнопкой Info; в строке Highest Peak окна отображается значение после повторного пуска кнопкой –7.03 dB;
— сренеквадратические значения сигналов в каналах, отобра-
жаемые на шкалах RMS, а также в строке RMS окна на
рис. 1.11, â;
— корреляцию сигналов по фазе в диапазоне 0...180 градусов,
отображаемую на шкале Corr., а также в виде фигуры Лиссажу в окне Vectorscope (рис. 1.11, á), вызываемом кнопкой
Vector, и численного значения в строке Relative Phase окна
на рис. 1.11, â.
Èç ðèñ. 1.11, â нетрудно видеть, что в столбце Difference отображаются разностные значения параметров Peak и RMS для каналов, а в одноименной строке — известные соотношения между
1/2
этими параметрами (2,98 дБ ≡ 1/2
). Запуск измерителя производится кнопкой Run, после чего она меняется на Stop. В меню File
выбираются источник входного сигнала (рассмотренный выше генератор), а также команда выхода из программы.
Осциллограф (ðèñ. 1.12, á) обладает следующими характеристи-
êàìè:
— усиление по вертикали: –20...0...50 дБ; задается в верхней
строке-окне дискретно с шагом 10 дБ;
— длительность развертки: 1, 2, 5, 10, 20 и 50 мс; задается во
второй сверху строке-окне;
— сдвиг осциллограмм сигналов по вертикали с помощью пол-
зунковых регуляторов (слайдеров).
à)
á)
Рис. 1.12. Измеритель уровня (а) и осциллограф (б)
21
1. Инструментальные средства на базе аудио карты IBM PC
Режимы работы, выбираемые из списка в третьей сверху стро-
êå-îêíå:
— одноканальный режим (Ch.1 — только левый; Ch.2 — только
правый);
— двухканальный режим (Dual);
— режим суммирования (Add) сигналов левого и правого кана-
лов;
— режим вычитания (Sub) сигналов правого канала из левого;
— режим плоттера (X-Y): развертка сигналов левого X канала
сигналами правого Y.
В меню File выбираются источник входного сигнала (рассмот-
ренный выше генератор), а также команда выхода из программы.
В меню Edit/Calibrate выбирается максимальный размах сигнала,
соответствующий максимальному числу уровней квантования (в
данном случае 32768/2). При использовании для калибровки синусоидального сигнала известного уровня необходимо учитывать,
что его действующее значение 1,228 В (амплитудное — 1,736 В)
соответствует +4 дБ. Запуск осциллографа производится кнопкой
Run, после чего она меняется на Stop с индикацией включенного
состояния зеленым «светодиодом».
Спектроанализатор (рис. 1.13) имеет следующие настройки:
В разделе Freq.:
Max — выбор анализируемого диапазона частот: 5, 10 или
20 кГц, соответствующих частотам квантования 11025, 22050 или
44100 Гц;
Resolution — выбор разрешения по частоте: 22, 43, 86, 172, 345
è 689 Ãö;
Log/Lin — кнопка переключения режима отображения оси час-
тот: логарифмический/линейный.
В разделе Level:
Max — выбор уровня анализируемого сигнала с шагом 10 дБ в
диапазоне 0...80 дБ;
Ave/Max/Min — кнопка переключения режима усреднения вы-
борки: путем усреднения по числу выборок сигнала (Ave) или с
учетом его максимального (Max) или минимального (Min) значений;
Range — диапазон отображаемых уровней; выбирается с шагом
20 дБ в диапазоне 20...160 дБ;
22
1.3. Программа Analyser
dB/Lin — кнопка переключения режима отображения уровня
сигнала: логарифмический/линейный.
В разделе Time:
Ave — степень сглаживания спектра по числу выборок;
Exp/Lin — кнопка выбора режима усреднения сигнала в каждой
выборке: экспоненциальный или линейный (подробности — в
разд. 1.5);
Display — выбор режима отображения графика спектра: в виде
непрерывной кривой (Curve), ступенчатой (Steps) или гистограммы (Bars);
Grid — кнопка включения/выключения градуировочной сетки.
Run/Stop — кнопка Пуск/Останов работы анализатора. Справа
от кнопки располагаются данные по уровню входного сигнала (Input: –39,6 dBFS) (в данном случае для прямоугольных колебаний
типа меандр частотой 1000 Гц) и амплитуда гармоники (Peak:
–40,1 dB, 999 Hz), полученные щелчком мыши в точке маркирования (Mark: –40,3 dB, 991 Hz) предполагаемого максимума первой гармоники спектра, т. е. программа автоматически корректирует неточность маркирования.
В меню File выбираются источник входного (рассмотренный
выше генератор), а также команда выхода из программы. В меню
Edit/Calibration выбирается максимальный уровень входного сигнала в децибелах (для логарифмической шкалы) или в RMS значениях напряжения (для линейной шкалы), соответствующих максимальному числу уровней квантования (в данном случае 32768
или 0 dBFS).
Рис. 1.13. Спектроанализатор
23
1. Инструментальные средства на базе аудио карты IBM PC
1.4. Программа Oscilloscope 2.51
Программа (архив oscil_1.zip, 90,5 Кбайт) запускается файлом
winscope.exe (94208 байт). Выбор режимов работы прибора осуществляется в главном окне программы (рис. 1.14) следующими
кнопками:
— пуск (On Line) и останова (Hold) прибора с запо-
минанием результата.
— выбор режима работы прибора: одноканальный (YT single track) (только левый канал), двухканальный (YT
dual track) и режим плоттера (XY mode) соответственно; для спектроанализатора можно использовать только одноканальный режим.
— выбор скорости развертки: 5 или 0,5 мс/дел;
плавное изменение развертки производится ползунковым регулятором Т (см. рис. 1.14).
— включение/выключение (средняя кнопка)
ждущей развертки (Trigger off) с запуском от переднего (Trigger level positive) или заднего (Trigger level negtive) фронта; уровень сигнала запуска устанавливается ползунковым регулятором Trg и в
численном виде индицируется в окне TrgLev (см. рис. 1.14).
— включение/выключение режимов спектроанализатора (FFT) (см. рис. 1.15) и коррелометра (Correlometer), результат работы которого выводится в виде уровня сигналов в обеих каналах и радиуса корреляции R в правом верхнем углу дисплея (см.
рис. 1.14 и 1.15).
— включение/выключение режимов измерителя координат точек осциллограмм (Meter mode) и фазометра (Phase adjustment) (или корректор фазы). В первом случае курсор принимает форму перекрестия, что упрощает процесс выбора контролируемой точки (можно использовать и стандартную форму курсора,
т. е. без включения рассматриваемого режима). Результаты изме-
24
1.4. Программа Oscilloscope 2.51
Рис. 1.14. Режим двухканального осциллографа
рений индицируются в нижней строке (координаты по оси времени T, уровни сигналов Y1, Y2 на рис. 1.14; частота F и интенсивность I на рис. 1.15). Кроме того, на этой строке индицируются
режим работы прибора (HOLD, WAVE — осциллограф, FFT —
спектроанализатор и др.). Второй режим предназначен для спектроанализатора, однако его проявление при испытаниях не выявлено. Заметим, что все результаты измерений получены с использованием генератора сигналов на рис. 1.11, à и имеют относительный характер.
— кнопки следующего назначения
(перечисление слева направо): сброс графических данных, запомненных в режиме Hold, к виду, полученному в режиме On Line
(Reset controls); включение/выключение режима дополнительного
усиления и смещения осциллограмм, установленного регуляторами Y1 и Y2 (Check (no soft gain after ADC)) (эта и последующие
кнопки — только для режима осциллографа); включение/выключение режима запоминания результатов измерения (Storage mode);
включение/выключение режима ожидания поступления данных
(автозахват) (Wait mode (auto-sweep mode)) (время захвата для
осциллографа индицируется в строке Sweep; для спектроанализатора в этой строке индицируется диапазон анализируемых частот);
25
1. Инструментальные средства на базе аудио карты IBM PC
установка одинакового усиления для обоих каналов (Same gain for
Y1 and Y2) (численные значения индицируются в строках Gain).
Смещение осциллограмм по оси времени производится ползунковыми регуляторами Delay; их значения (и разность) индицируются в одноименных строках окна.
Рис. 1.15. Cпектр прямугольных колебаний типа меандр
Перейдем к рассмотрению системы меню.
Ìåíþ File содержит команды:
Save data — сохранение данных измерения в DAT-формате, настройки которого рассмотрены в меню Setup/Data (см. ниже);
Exit — выход из программы.
Ìåíþ Edit содержит единственную команду Copy data — копирование текущих данных измерения в буфер обмена без остановки
работы прибора (в режиме On Line).
Ìåíþ Setup содержит команды:
Line plot — отображение графиков в виде сплошных линий или
Scatter plot — в виде точек.
Data file — выбор структуры файла с параметрами в окне на
рис. 1.16:
Waveform — в режиме осциллографа: выбор шкалы времени
(Time scale) в виде количества выборок (Samples) или в миллисекун-
26
1.4. Программа Oscilloscope 2.51
дах (ms), а также длины (Length) данных в пределах зарегистрированных на дисплее (Display) или за все время измерения (All data).
Spectrum — в режиме спектроанализатора: выбор частоты (Frequency) в виде частоты следования выборок (Samples) или в герцах
(Hz); выбор данных (Data) в виде амплитуды (Amplitude), комплекса (Re-Im) или амплитуда/фаза (Amp-Phase) с учетом или без
учета постоянной составляющей (Omit DC level).
Рис. 1.16. Окно параметров файла
Timing — выбор частоты дискретизации (11025, 22050 или
44100 Гц), выбор времени обновления изображения данных (Refresh) с возможностью запрещения вывода сообщения (Disable warning) типа TIMEOUT, определяющего недостаток времени для
максимально правдоподобного цифрового представления оригинального сигнала.
Colors — выбор из стандартной палитры Windows цвета осциллограмм левого (Y1 trace) и правого (Y2 trace) каналов, калибровочной сетки (Graticule), уровней (Level) сигналов в каналах и
данных по их корреляции (Positive correlation, Negative correlation).
Save setup — сохранение установок в файле winscope.ini.
Из сравнения осциллограмм синусоидального сигнала с одного и
того же генератора на рис. 1.12, á и 1.14 видно, что в программе Analyser осциллограф обладает заметно лучшими характеристиками.
Еще более заметная разница наблюдается из сравнения осциллограмм спектров на рис. 1.13 и 1.15 для меандра, для которого расчетные (см. формулу (1.2)) значения амплитуд гармоник подчиняются
соотношениям: U
1m:U3m:U5m:U7m
... = 1 : 1/3 : 1/5 : 1/7... . Ýòè ñîîò-
ношения подтверждаются и путем моделирования в среде Electronics Workbench [2], результаты которого показаны на рис. 1.17, à
(схема модели и настройки функционального генератора для меанд-
27
1. Инструментальные средства на базе аудио карты IBM PC
ðà), 1.17, â (линейчатый спектр меандра) и 1.17, á (таблица числовых
значений параметров спектра в точках установки визирных линеек
(для 3-ей и 7-ой гармоник в данном случае)). Устанавливая эти линейки на частоты 1-ой и 5-ой гармоник и измеряя таким образом
значения их амплитуд, получим U
1m:U3m:U5m:U7m
= 1 : 0,425/1,266
: 0,258/1,266 : 0,188/1,266 = 1 : 1/2,98 : 1/4,9 : 1/6,73, т. е. полученные
соотношения достаточно близки к расчетным.
Теперь вернемся к спектрам на рис. 1.13 и 1.15. Результаты из-
мерения амплитуд гармоник в децибелах спектра на рис. 1.13:
à)
á)
â)
Рис. 1.17. Результаты моделирования спектра меандра
28
1.5. Программа SpectraLab
1-ая — –40,1, 3-я — –49, 5-ая — –54,6, 7-ая — –57,8 дБ. Интересующие нас соотношения в единицах напряжения получим путем
вычисления разностей в децибелах между первой и каждой последующей гармониками (8,9, 14,5 и 17,7 дБ) и использованием известной формулы 20log(U
получаем: U
1m:U3m:U5m:U7m
1m/Unm
). В результате таких вычислений
= 1 : 1/2,79 : 1/5,3 : 1/7,67, т. е. и в
этом случае наблюдаются достаточно правдоподобные соотношения. Совершенно другие результаты следуют из рассмотрения
спектра на рис. 1.15: так 5-ая гармоника почему-то меньше 7-ой и
непропорционально меньше 3-ей.
Проведенный сравнительный анализ позволяет сделать вывод о
преимуществах пакета программ Analyser перед Oscilloscope.
1.5. Программа SpectraLab
SpectraLAB является двуканальным спектроанализатором, программно совместимым со стандартной аудио картой, поддерживаемой Windows. Программа обеспечивает проведение спектрального анализа как в реальном масштабе времени, так и предварительно записанных сигналов. Используемый в программе алгоритм
БПФ позволяет обрабатывать записи длиной до 65536 отсчетов.
На сайте CityRadio.ru представлены две версии программы:
4.32.13 (архив spectro.zip, 1484 Кбайт) è 4.32.16 (архив
spectr_lab.zip, 3829 Кбайт). Заметим, что по объему версия 4.32.16
в инсталлированном варианте практически не отличается от
4.32.13 (около 3 Мбайт); архив spectr_lab.zip «раздут» за счет размещения в нем дополнительной копии дистрибутива и др.
Программа инсталлируется обычным для Windows систем способом — после запуска единственного файла setupspc.exe. Главное
окно программы (рис. 1.18) содержит систему меню, кнопки пуска
(Run) и останова (Stop) процесса анализа, строку Avg выбора степени сглаживания (усреднения) кривых по числу выборок, опцию
Peak Hold привязки курсора к их пиковым значениям при контроле и рабочее поле с результатами измерения.
1.5.1. Режимы измерения и отображения результатов
В программе реализуются следующие режимы измерения (выбираются в меню Mode):
29
1. Инструментальные средства на базе аудио карты IBM PC
Recorder — запись и воспроизведение звука; режим аналогичен
стандартным средствам Windows для этих целей, однако с возможностью изменения параметров записи, форматов и т. п.
Post Process — постобработка предварительно подготовленных
WAV- файлов (стационарный режим).
Real Time — измерения в режиме реального времени (получение данных с аудио карты и их отображение).
В последних двух режимах, представляющих для нас наибольший интерес, реализуются и отображаются следующие виды измерений (выбираются в меню View):
1. Time Series — осциллографические (отображение формы сиг-
налов и определение их амплитудно-временных характеристик)
(рис. 1.18). Режимы работы осциллографа выбираются в строке на
инструментальной линейке окна из списка:
— одноканальный (Left Channel — только левый; Right Chan-
nel — только правый);
— двухканальный (Both Left & Right);
— режим вычитания (Left minus Right — правый из левого;
Right minus Left — наоборот);
— режим суммирования сигналов левого и правого каналов
(Left plus Right);
— режим плоттера (Left vs Right (X/Y) — развертка сигналов
левого канала сигналами правого; Right vs Left (Y/X) — нао-
борот).
Процесс измерения запускается кнопкой Run и останавливает-
ся кнопкой Stop. Параметры осциллограмм определяются с помощью курсора путем его установки в контролируемую точку и нажатия левой кнопки мыши; если при этом нажать еще и правую
кнопку, то отображаемые данные фиксируются на дисплее с выводом на экран команды Copy Measurement Cursor to Clipboard, после выбора которой левым щелчком мыши полученные данные
копируются в буфер обмена. Параметры сигналов измеряются с
помощью показанных на рис. 1.18 приборов, вызываемых из меню
Utilities (см. ниже). Управление изображениями осциллограмм
производится следующими командами:
— кнопка вызова инструмента для выделения участка
осциллограммы, который в этом случае представляется в инверти-
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]