close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

отчет (8)

код для вставкиСкачать
ьМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана"
(МГТУ им. Н.Э. Баумана)ФАКУЛЬТЕТ "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНИКА" (РЛ)
КАФЕДРА "РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА" (РЛ-1)
ОТЧЁТ ПО ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ПРАКТИКЕ
на тему:
Использование NI ELVIS в обеспечении комплекса лабораторных работ
Студент__________________________
(Подпись, дата) (И.О. Фамилия)
Руководитель практики__________________________
(Подпись, дата) (И.О. Фамилия)
Нормоконтролер__________________________
(Подпись, дата) (И.О. Фамилия)
Москва, 2013
СОДЕРЖАНИЕ
1 Общие сведение о платформе3
1.1 Описание устройства3
1.2 Технические характеристики4
1.3 Описание стандартного комплекта программного обеспечения13
1.3.1 Цифровой мультиметр13
1.3.2 Осциллограф13
1.3.3 Функциональный генератор14
1.3.4 Регулируемые источники питания15
1.3.5 Анализатор амплитудно- и фазочастотных характеристик (АЧХ/ФЧХ)16
1.3.6 Анализатор спектра17
1.3.7 Генератор сигналов произвольной формы18
1.3.8 Устройство чтения цифровых данных19
1.3.9 Устройство записи цифровых данных20
1.3.10 Анализатор импеданса21
1.3.11 Анализаторы двух и трех полюсников22
2 Создание собственных виртуальных инструментов24
2.1 Разработка 4-х канального осциллографа24
3 Практическое применение28
1 Общие сведение о платформе
1.1 Описание устройства
Платформа для проектирования и создания прототипов NI ELVIS II выполнена на базе передовой среды графического программирования NI LabVIEWтм. Платформа является лучшим средством обучения в интерактивном режиме в таких областях, как контрольно-измерительное оборудование, схемотехника, системы управления, телекоммуникации, основы микропроцессорной техники.
Платформу NI ELVIS II (Рисунок 1) отличает современный дизайн, компактный, защищенный от механических воздействий, специально предназначенный для лабораторных условий корпус. NI ELVIS II включает в себя интегрированный комплект из 12 наиболее часто применяемых в инженерных и научных лабораториях приборов (осциллограф, цифровой мультиметр, функциональный генератор и др.). Платформа NI ELVIS II подключается к ПК посредством высокоскоростного USB-интерфейса.
Рисунок 1 - Внешний вид NI ELVIS
Образовательная платформа NI ELVIS II может быть использована для комплексного обучения студентов как младших, так и старших курсов. С помощью платформы можно изучать основы электротехнических дисциплин, начиная от схемотехники и заканчивая созданием систем телекоммуникаций. NI ELVIS II - основной обучающий комплекс по радиоэлектронике компании NI наряду с программным пакетом NI Multisim, одним из лучших в образовательной сфере инструментов для SPICE-моделирования и разводки печатных плат, и средой графического программирования NI LabVIEWтм.
Учащиеся могут моделировать электронные схемы в NI Multisim, создавать прототип реальной схемы с помощью платформы NI ELVIS II, а также сравнивать смоделированные и фактические данные посредством LabVIEWтм и LabVIEWтм SignalExpress. NI ELVIS II и Multisim делают процесс изучения электронных схем более интерактивным за счёт таких возможностей, как виртуальная 3D-модель NI ELVIS II и доступ к приборам NI ELVIS II из среды NI Multisim с переключением между моделируемыми и реальными данными одним нажатием кнопки мыши.
1.2 Технические характеристики
Стандартные характеристики даны при температуре 25 С, если не указано иное.
1) Аналоговый ввод
- Каналы:8 дифференциальных (DI) или 16 несимметричных (SE)
- Разрешение АЦП:16 бит
Таблица 1 - Абсолютная погрешность аналогового ввода
Положительный диапазонОтрицательный диапазонШум
(мкВ)Абсолютная точность при максимальной развертке, (мкВ)Чувствительность, (мкВ)10-1028019201125-51401010562-25741022,81-13222012,80,5-0,5211308,40,2-0,216746,40,1-0,115526,0 - Макс. частота дискретизации: 1,25 МГц одноканальный, 1 МГц многоканальный (суммарная)
- Диапазон входного сигнала: +10 В, +5 В, +2 В, +1 В, +0,5 В, +0,2 В, +0,1 В
- Макс. раб. напряжение аналоговых входов (сигнальный +синфазный режим): 11 В относительно AIGND
- Коэффициент ослабления синфазного сигнала (CMRR) (пост. ток до 60 Гц): 90 дБ
- Входное полное сопротивление - Устройство вкл. - между AI+ или AI- и AIGND: >10 ГОм || 100 pF
- Устройство выкл. - между AI+ или AI- и AIGND: 820 Ом
- Входной ток смещения: +100 pА
- Перекрестные помехи при 100 кГц
- (соседний канал): -70 дБ
- (не соседний канал): -80 дБ
- Полоса частот слабого сигнала (-3 дБ): 1,2 МГц
- Размер буфера FIFO: 4095 отсчетов
- Память списка сканирований: 4095 записей
- Передача данных: USB-интерфейс, программируемый ввод/вывод
- Защита от перенапряжения (AI±, AISENSE)
- Устройство вкл: +25 В - до четырех линий
- Устройство выкл: +15 В - до четырех линий
Входной ток при перенапряжении: макс. +25 мА на линию
2) Аналоговые тригеры
- Кол-во пусковых устройств: 1
- Источник: AI<0...15>, ScopeCH0, ScopeC H1
- Функции: Пусковой триггер (Start trigger), опорный триггер (reference trigger), триггер паузы (pause trigger), тактирующий сигнал (sample clock), таймер преобразования (convert clock), тактовый генератор (sample clock timebase)
- Уровень источника: ± полная шкала
- Разрешение: 10 бит
- Режимы: Запуск фронтом аналогового сигнала,запуск фронтом аналогового сигнала с гистерезисом, запуск стробирующим аналоговым сигналом
3) Генератор произвольных сигналов /аналоговый выход
- Каналы: 2
- Разрешение ЦАП: 16 бит
- Макс. частота обновления
- 1 канал: 2,8 МГц
- 2 канала: 2,0 МГц
- Разрешение: 50 нс
- Диапазон выходного сигнала: ±10 В, ±5 В
- Передача данных: USB-интерфейс, программируемый ввод/вывод
- Режимы генерации аналоговых сигналов: Непериодический сигнал, периодический сигнал с выводом из внутреннего буфера FIFO, периодический сигнал с выводом из буфера host-компьютера
- Скорость нарастания напряжения: 20 В/мкс
4) Цифровой ввод/вывод и PFI
- Каналы: 24 DIO (Port 0), 15 PFI (port 1 и 2)
- Управление направлением ввода/вывода . .Каждая линия индивидуально
- конфигурируется на ввод или вывод
- Резистор утечки: 50 кОм (типичный), 20 кОм мин
- Защита вводного напряжения: До ±20 В между двумя контактами
5) Функции PFI/Port 1/Port 2
- Функции: Статический цифровой ввод, статический цифровой вывод, ввод/вывод синхронизации
- Настройки противодребезгового фильтра . .125 нсек., 6,425 нсек., 2,56 мсек., Выключен; фильтр низких/верхних частот; выбор по входам.
6) Счетчики/таймеры общего назначения
- Кол-во счетчиков/таймеров: 2
- Разрешение: 32 бита
- Функции счетчика: Счет фронтов, импульсов, полупериодов, периодов, интервала фронтов - Функции счетчика позиции: X1, X2, X4 кодирование сдвига по фазе с перезагрузкой канала Z; двухимпульсное кодирование
- Функции выводов: Импульсы, серия импульсов с динамическим обновлением, деление частоты, снятие выборок интервалов
- Частоты встроенных тактовых генераторов .80, 20, 0.1 МГц
- Частота внешнего тактового генератора: 0 - 20 МГц
- Точность тактового генератора: 50 ppm
- Максимальная частота: 1 МГц
- Входы: Gate, Source, HW_Arm, Aux, A, B, Z, Up_Down
7) Частотный генератор
- Количество каналов: 1
- Частота: 10 МГц, 100 кГц
- Делитель частоты: 1 ..16В
- Максимальная частота: 1 МГц
- Погрешность таймера базы: 50 ppm
- Выходная шина (заводская настройка): PFI 14/FREQ_OUT
8) Внешние цифровые триггеры
- Подключение: TRIG BNC или любой из PFI-каналов
- Полярность: Для большинства сигналов выбирается программно
- Функции триггера для аналогового ввода:
- Пусковой триггер (Start trigger), опорныйтриггер (reference trigger), триггер паузы(pause trigger), тактирующий сигнал(sample clock), таймер преобразования(convert clock), тактовый генератор(sample clock timebase)
- Функции триггера для аналоговый вывода:
- Пусковой триггер (Start trigger), триггерпаузы (pause trigger), тактовый генератор(sample clock timebase) - Функции триггера счетчик/таймер: Gate, source, HW_Arm, Aux, A, B, Z, Up_Down
9) Мультиметр
Функции, на которых есть изоляция: - Измерение постоянного и переменного напряжения, постоянного и переменного тока, сопротивления, диодные измерения
- Степень изоляции: 60 В (Пост. тока)/ 20 В (Пер. тока)
- Категория установки I
- Разрешение: 51Ѕ2 знака
- Полное сопротивление на входе: 11 МОм
- Входное сопряжение: Постоянный ток (напряжение, ток, резистор, диод. Переменный ток (напряжение, ток)
- Функции без изоляции: Измерение емкости, индуктивности
Измерение напряжения
- Диапазон пост. тока: 100 мВ, 1В, 10 В, 60 В
- Диапазон пер. тока: 200 мВ, 2 В, 20 В.
- Диапазон частот на входе (пер. ток): 40Гц- 20 кГц
Измерение тока
- Диапазон пост. тока: 2 A
- Диапазон пер. тока: 500 мА,2 A.
- Шунт: 0,1 Ом
- Напряжение вторичной нагрузки: <0.6 В
- Диапазон частот на входе (пер. ток): 40Гц- 5 кГц
- Защита входа: Сменный предохранитель быстрого срабатывания F 3.15 A 250 В
Измерение сопротивления
Диапазоны: 100 Ом, 1 кОм, 10 кОм, 100 кОм,1 МОм, 100 МОм
Диодные измерения
- Диапазон: 1 В
- Номинальный возбуждающий ток: 1 мА (1 В)
Измерение емкости
- Диапазон: 50 пФ - 500 мкФ
- Погрешность: 1%
Измерение индуктивности
- Диапазон: 100 нГн- 100мГн
- Погрешность: 1%
Генератор стандартных функций
- Каналы: 1
- Тип сигнала на выходе: синусоидальный, прямоугольный, треугольный
- Диапазон частот: 0,186 Гц .. 5 МГц (синусоида) 0,186Гц- 1 МГц (прямоугольный, треугольный) - Разрешение по частоте: 0,186 Гц
- Диапазон амплитуды волны: 10 В
- Разрешение по амплитуде сигнала: 10 бит
- Точность по амплитуде сигнала: 1%, ±15 мВ
- Диапазон смещения (offset): ±5 В
- Диапазон рабочего цикла: 0 ..100%
- Полное сопротивление на выходе: 50 Ом
- Максимальный ток на выходе: 100 мA
- Суммарный коэффициент нелинейных искажений: -50 дБ макс при 1 МГц
- Неравномерность синусоиды: -40 дБ макс. при 5МГц; -0.5 дБ при 3 МГц, -3 дБ при 5 МГц
10) Модуляция
- Входы: 2 (AM и FM)
- Диапазон входной модуляции: ±10 В
- Коэффициент амплитудной модуляции: 10%/В
- Коэффициент частотной модуляции: 20%/В
11) Осциллограф
- Каналы: 2
- Входное сопряжение: Переменный или постоянный ток
- Полное входное сопротивление: 1 мОм || 25 pF
- Полоса (-3 дБ): 1,7 МГц
- Разрешение по частоте: управляется ПО
- (200, 400, 800, 1600, 3200 Гц)
- Погрешность по фазе: 1Гц- 200 кГц
12) Двухпроводной анализатор тока и напряжения
- Диапазон тока: ±40 мA
- Диапазон качания напряжения: ±10 В
13) Трехпроводной анализатор тока и напряжения
- Поддерживаемое оборудование: транзисторы типа NPN и PNP
- Минимальный шаг тока базы: 0,48 μA
- Максимальный ток коллектора: ±40 мA
- Максимальное напряжение коллектора: ±10 В
14) Анализатор полного сопротивления
- Диапазон частот: 1 - 35 кГц
15) Источники питания
+15 В
- Напряжение на выходе (без нагрузки): +15 В ±5%
- Максимальный ток на выходе: 500 мA
- Система защиты от КЗ: Сбрасываемый автоматический выключатель
-15 В
- Напряжение на выходе (без нагрузки): -15 В ±5%
- Максимальный ток на выходе: 500 мA
- Система защиты от КЗ: Сбрасываемый автоматический выключатель
+5 В
- Напряжение на выходе (без нагрузки): +5 В ±5%
- Максимальный ток на выходе: 2 A
- Система защиты от КЗ: Сбрасываемый автоматический выключатель
Положительное напряжение питания
- Напряжение на выходе: 0 ..+12В
- Разрешение установки напряжения: 10 бит
- Погрешность напряжения (без нагрузки): 100 мВ
- Максимальный ток на выходе: 500 мA
- Система защиты от КЗ: Сбрасываемый ограничитель тока
Отрицательное напряжение питания
- Напряжение на выходе: 0 ..-12В
- Разрешение уставки напряжения: 10 бит
- Погрешность напряжения (без нагрузки): 100 мВ
- Максимальный ток на выходе: 500 мA
- Система защиты от КЗ: Самосбрасывающий ограничитель тока
Калибровка
- Рекомендуемое время прогрева: 15 мин
- Интервал калибровки: 1 год
Связь
- Интерфейс шины: высокоскоростной USB
- Поток сигнала USB: 4 потока; может применяться для аналогового входа, аналогового выхода, счетчики и таймеры
Физические характеристики
- Размеры: 34.3/28.0/7.6 см (14.5 /11/ 3 дюйма.)
- Масса (с платой-прототипом): 1.9 кг (4.2 фунта)
16) Условия эксплуатации
- Рабочая температура: 10 ..35 єC
- Температура хранения: 65 єC
- Влажность: Относительная влажность 10 ..90% без образования конденсата
- Максимальная высота над уровнем моря . .2000м
- Класс экологичности (только для эксплуатации внутри помещений): 2
17) Безопасность и Соответствие стандартам
- Данное изделие изготовлено в соответствии с требованиями следующих стандартов:
- безопасности для электрооборудования, применяемого для измерения, контроля и лабораторных исследований:
а) IEC 61010-1, EN 61010-1
б) UL 61010-1, CSA 61010-1
18) Электромагнитная совместимость
Данное изделие изготовлено в соответствии с требованиями следующих стандартов.
ЭМС для электрооборудования, применяемого для измерения, контроля и лабораторных исследований:
а) EN 61326 Требования ЭМС; минимальная стойкость
б) EN 55011 Излучения; Группа 1, Класс A
в) CE, C-Tick, ICES, и FCC Часть 15 Излучения; Класс A
1.3 Описание стандартного комплекта программного обеспечения
1.3.1 Цифровой мультиметр
Наиболее часто используемый измерительный прибор - цифровой мультиметр (Digital Multimeter - DMM) позволяет измерять следующие величины: напряжение постоянного тока (DC Voltage) напряжение переменного тока (AC Voltage) ,силу постоянного и переменного тока (Current DC and AC)), активное сопротивление (Resistance), ѐмкость (Capacitance), индуктивность (Inductance), работоспособность диода (Diode test), проверять целостность электрических проводников - выполнять "прозвонку" (Audible continuity). Для измерения емкости и индуктивности необходимо выполнить необходимые подключения для цифрового мультиметра/анализатора импеданса на макетной плате. Для всех остальных измерений выполните соединения с разъемами штекерного типа цифрового мультиметра на рабочей станции.
1.3.2 Осциллограф
Осциллограф (Oscilloscope - Scope) обладает всеми функциональными возможностями стандартного настольного прибора, который можно найти в любой учебной лаборатории. Осциллограф (Рисунок 2) NI ELVISmx имеет два канала и снабжен регуляторами выбора масштаба, сдвига лучей, переключателями временной развертки, выбора источника и режима запуска. Свойство автомасштабирования позволяет регулировать масштаб по оси Y в зависимости от размаха переменного напряжения для лучшего отображения сигнала. Запуск может быть цифровой и аналоговый. Вы можете подключиться к осциллографу NI ELVIS II через BNC-разъемы на лицевой панели рабочей станции. Программное обеспечение компьютеризированного осциллографа позволяет использовать курсоры для точных измерений параметров сигналов по осциллограмме на экране.
Рисунок 2 - Лицевая панель осциллографа
1.3.3 Функциональный генератор
Этот прибор (Function Generator - FGEN) позволяет выбирать форму сигнала (синусоидальную, прямоугольную или треугольную), задавать его амплитуду и частоту (Рисунок 3). Кроме того, прибор дает возможность регулировать постоянную составляющую сигнала, осуществлять развертку сигнала по частоте, формировать сигналы с амплитудной (АМ) и частотной (ЧМ) модуляцией.
Рисунок 3 - Лицевая панель генератора
1.3.4 Регулируемые источники питания
Программное обеспечение регулируемых источников питания (Variable Power Supplies) позволяет изменять напряжения на их выходах - для источника отрицательного напряжения от -12 до 0 В, для источника положительного напряжения - от 0 до +12 В (Рисунок 4).
Рисунок 4 - Лицевая панель генератора напряжения
1.3.5 Анализатор амплитудно- и фазочастотных характеристик (АЧХ/ФЧХ)
Полнофункциональный анализатор АЧХ/ФЧХ (Bode Analyzer) в NI ELVISmx реализован путем развертки по частоте тестового сигнала, формируемого функциональным генератором, и измерения сигналов устройством (Рисунок 5). Вы можете устанавливать частотный диапазон прибора, а также выбирать шкалу отображения - линейную или логарифмическую.
Рисунок 5 - Лицевая панель анализатора АЧХ и ФЧХ
1.3.6 Анализатор спектра
Анализатор спектра (Dynamic Signal Analyzer - DSA) особенно полезен на занятиях по углубленному изучению электротехники и физики. Этот прибор использует аналоговый вход устройства для измерений, которые выполняются в непрерывном или в однократном режиме. В этом приборе для определения спектра можете фильтровать сигнал и накладывать различные окна (Рисунок 6).
Рисунок 6 - Лицевая панель анализатора спектра
1.3.7 Генератор сигналов произвольной формы
Программа генератора сигналов произвольной формы (Arbitrary Waveform Generator - ARB) использует возможности аналогового вывода устройства. Вы можете создавать сигналы различных типов, используя Waveform Editor (Редактор сигналов), который входит в состав программного обеспечения NI ELVISmx (Рисунок 7). Для генерации сигналов,созданных ранее этим редактором, их можно загружать в генератор из файлов. Более подробная информация о программе Waveform Editor содержится в справочной системе NI ELVISmx Help. Поскольку модуль ввода-вывода имеет два аналоговых выхода, одновременно могут генерироваться два сигнала. Формирование сигналов может осуществляться в однократном или в непрерывном режиме.
Рисунок 7 - Лицевая панель генератора сигналов произвольной формы
1.3.8 Устройство чтения цифровых данных
Это устройство (Digital Reader) считывает цифровые данные с цифровых линий NI ELVIS II (Рисунок 8). Одновременно можно считывать данные с восьмерки линий (портов): 0..7, 8..15, 16..23 как в непрерывном, так и в однократном режиме.
Рисунок 8 - Лицевая панель прибора чтения цифровых сигналов
1.3.9 Устройство записи цифровых данных
Этот прибор (Digital Writer) выдает на цифровые линии NI ELVIS определенный пользователем шаблон цифрового сигнала (Рисунок 9). Шаблон можно создать вручную, а можно выбрать из определенных ранее, таких как "пила", "шахматная доска" или тест "бегущая единица". Прибор может управлять восьмерками линий (портами), осуществляя вывод в непрерывном или однократном режиме. Состояние выходов этого устройства не изменяются до тех пор, пока не будет подан следующий шаблон, пока не будут сконфигурированы на чтение используемые линии, или пока не будет отключено питание рабочей станции. Выходные уровни сигналов цифровых линий NI ELVIS II совместимы с уровнями ТТЛ-элементов.
Рисунок 9 - Лицевая панель устройства записи цифровых сигналов
1.3.10 Анализатор импеданса
Простой анализатор импеданса (Impedance Analyzer) предназначен для измерения активной и реактивной составляющих сопротивления пассивных двухполюсников на заданной частоте (Рисунок 10).
Рисунок 10 - Лицевая панель анализатора полного сопротивления
1.3.11 Анализаторы двух и трех полюсников
Эти приборы (Two-wire - и Three-wire Current-Voltage Analyzers)позволяют проводить тестирование параметров диодов и транзисторов, наблюдать их вольтамперные характеристики (Рисунок 11). Анализатор двухполюсников предоставляет полную свободу в установке пределов изменения напряжения и тока, а также может сохранять данные в файл. Анализатор четырехполюсников позволяет задавать ток базы при измерениях параметров транзисторов n-p-n и p-n-p типов. Информация о подключении прибора приведена в справочной системе NI ELVISmx Help. В обоих приборах предусмотрены курсоры для точных измерений параметров по кривой на экране.
Рисунок 11 - Лицевая панель анализаторов двух и трех полюсников
2 Создание собственных виртуальных инструментов
В силу специфических требование по производимым измерениям и ограниченности возможностей стандартных инструментов существует возможность создания собственных виртуальных инструментов для опроса устройства при помощи графического языка программирования LabVIEW. Задача ставится как разработка лабораторной работы на базе средств автоматизации NI Elvis, среды программирования LabVIEW и реализация принципиальной схемы.
2.1 Разработка 4-х канального осциллографа
Создание 4-х канального осциллографа обусловлено не возможностью запуска стандартных инструментов несколько раз. Таким образом ряд измерений и лабораторных работ не могут проводится без переключения или остановки приборов. К практическому применению можно отнести лабораторные работы по исследованию дифференциальных усилителей, где требуется одновременное наблюдение за двумя парами сигналов. Результатом работы является разработанный прибор визуально похожий на современные цифровые осциллографы (Рисунок 12). Пример кода на графическом языке программирования LabVIEW представлен на рисунках 13 и 14. Реализован стандартный функционал: изменение развертки, вычитание и суммирование каналов, плавающие курсоры. Для удобства добавлена возможность остановки отображения данных с фикцией уже отображенных данных для получения "принт скринов". Каналы назначены в коде программы и соответствуют основным каналам осциллографа и каналом аналогового ввода, имя устройства выбирается автоматически из подключенных устройств. Исполнение данного виртуального прибора не влияет на запуск остальных инструментов и следовательно могут быть запущены при выполнении измерений.
Рисунок 12 - Внешний вид виртуального инструмента
Рисунок 13 - Программный код опроса 4-х каналов
Рисунок 14 -Код обработки сигналов
3 Практическое применение
Как отмечалось выше, данный виртуальный прибор может быть применен для анализа дифференциальных усилителей. Дифференциальные усилители с симметричным входом и выходом широко применяются в быстродействующих коммутаторах, кодерах и декодерах и в аналоговых вычислительных машинах. В качестве основного элемента может быть представлена интегральная схема К118УД1Б или ее аналоги. Данная схема (Рисунок 15) дана исходя из соответствия диапазонов частот прибора и схемы.
Рисунок 15 - Принципиальная схема дифференциального усилителя
Схема позволяет исследовать различные режимы работы дифференциального усилителя. Для тестирования схема была собрана на макетной плате, тестирование проводилось в режиме дифференциальных сигналов. Результаты приведены на рисунках 16 и 17.
Рисунок 16 - Сигналы в режиме вычитания
Рисунок 17 - Исходные сигналы
ИФУГ.XXXXXX.YYYРЭ
Руководство по эксплуатации 4
2
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
121
Размер файла
1 710 Кб
Теги
отчет
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа