Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

«ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ»

1. Цель работы: Изучение и конфигурирование многофункциональной платы сбора данных. Экспериментальное исследование комплекса «Измеритель линейных перемещений - ССД-ЭВМ»

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Устройства и системы аналого-цифрового преобразования сигналов.

При построении устройств, использующих ЭВМ для управления и контроля сложными производственными процессами, можно обрабатывать в реальном масштабе времени сигналы, поступающие одновременно от многих источников и датчиков, и восстанавливать аналоговую информацию на выходе МП или ЭВМ, а также распределять ее между различными исполнительными устройствами. При этом возникает задача аналого-цифрового многоканальной информации, имеющей некоторые особенности, связанные с различием характеристик сигналов отдельных каналов: динамического диапазона изменения, уровня помех, частотного спектра и т.д. Отсюда вытекает необходимость нормализации сигналов различных датчиков.

Устройства, осуществляющие нормализацию и аналого-цифровое преобразование сигналов с последующим вводом информации в ЭВМ, называют системами сбора данных (ССД).

Обычно источники сигналов и каналы связи располагают вблизи от агрегатов энергетических установок, электрических кабелей и другого электротехнического оборудования, которое является источником помех. Помехи вносят погрешности в аналоговые сигналы и искажают цифровые данные. Поэтому одной из основных задач ССД является улучшение качества сигналов, поступающих от различных датчиков. Качество сигнала в наиболее компактной форме выражается в виде отношения сигнал/шум в тракте от аналогового входа до цифрового выхода АЦП. Это отношение является универсальным показателем, позволяющим оценить характеристику ССД, основной задачей которой является получение такого соотношения сигнал/шум в каждом канале ССД, которое обеспечило бы требуемую точность преобразования и длину слова на входе микропроцессора или ЭВМ. Действительно, нетрудно показать, что использование многоразрядного АЦП будет оправданным только тогда, когда обеспечивается достаточное отношение сигнал/шум на входе преобразователя, иначе младшие разряды АЦП бесполезны, так как воспроизводят лишь помехи. Широко распространены структуры ССД с мультиплексированием аналоговых и цифровых сигналов, позволяющие обеспечить высокую производительность и качество преобразования.

Структурная схема ССД с мультиплексированием аналоговых сигналов представлена на рисунке 1. В состав схемы нормализации ССД обычно входят операционные усилители, фильтры нижних частот для улучшения качества сигналов (увеличения соотношения сигнал/шум) и масштабирования, т.е. согласования максимального уровня сигналов с напряжением полной шкалы АЦП. Частоту среза фильтров нижних частот устанавливают из условия сохранения частотного спектра полезных сигналов. Использование фильтров нижних частот защищает АЦП от шумов с частотой выше самой высокой информативной составляющей сигнала.

В рассматриваемой схеме используется один АЦП с УВХ, работающий совместно с аналоговым мультиплексором, который преобразует многоканальную информацию в одноканальную и подает ее последовательно на АЦП, откуда она, соответствующим образом сформированная, поступает на ЭВМ. Высокая производительность такой ССД достигается совмещением коммутации очередного канала данных с преобразованием в АЦП информации из предыдущего канала. Эти системы называются последовательными.

Компьютеры в наше время становятся не только вычислительными средствами, они превращаются в универсальные виртуальные измерительные приборы. Устройства на основе персонального компьютера (ПК) заменяют стандартные измерительные приборы: вольтметры, самописцы, осциллографы, магнитофоны, спектроанализаторы и другие, на системы виртуальных приборов.

Такая система состоит из ПК и одной-двух плат сбора данных (ПСД), причем, программная часть виртуального прибора может эмулировать переднюю управляющую панель стационарного измерительного устройства. Платы ПСД позволяют превратить ПК в универсальную измерительную лабораторию. Характеристики такого прибора: динамический и частотный диапазоны, чувствительность, разрешение и другие характеристики определяются выбранными устройствами ПСД. Знание этих характеристик позволяет более корректно решать задачу применения АЦП в реальных условиях и дает возможность до эксперимента оценить погрешности, вносимые всем аналого-цифровым каналом в конечный результат измерения.

Рисунок 1. Структурная схема ССД с мультиплексированием аналоговых сигналов.

Платы ПСД позволяют производить мониторинг технологических процессов; а также могут быть использованы как метрологические средства измерения для анализа сложных быстропротекающих процессов в различных областях научно-производственной деятельности.

2.2 Плата сбора данных ЛА-2 для компьютера.

Компьютер не может измерить и обработать аналоговый сигнал. Для решения этой проблемы существуют аналого-цифровые преобразователи (АЦП). В последние годы активно развивается еще одно направление - платы сбора данных (data acquisition boards или ПСД) для компьютера.

Плата ЛА-2 может в понятной для компьютера форме преобразовать и ввести в него информацию от первичных преобразователей сигналов-датчиков.

Существует распространенный протокол передачи сигналов в компьютер –

IЕЕЕ-480 (КОП).

Если оснастить компьютер интерфейсом, то можно переправлять данные от измерительных приборов в компьютер.

Для решения задач автоматизации или измерения надо оснастить компьютер ПСД и воспользоваться соответствующим программным обеспечением. Функциональная схема ПСД ЛА-2 приведена на Рисунке 2.

2.3 Работа по функциональной схеме.

Плата ЛА-2 содержит следующие независимые узлы: аналого-цифровой канал (АЦК), трехканальный счетчик-таймер, цифровой порт ввода-вывода и интерфейс ввода-вывода для IBM РС. Плата управляется от IBM PC и получает от компьютера только питание +5В (потребление 375 мА).

АЦК платы ЛА-2 состоит из входного мультиплексора, полного инструментального усилителя с изменяемым коэффициентом усиления, и собственно 12-разряцного АЦП с выборкой хранения. С помощью переключателя SA7 выбирают режим – 8 дифференциальных или 16 однополосных каналов. С помощью SA8 может быть задан коэффициент усиления инструментального усилителя -1,10 или любой в диапазоне 2...100 по выбору пользователя ЛА-2. (Для этого необходимо запаять резистор на предусмотренное место, рядом с SA8).

Далее следует 12-разрядный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) последовательного приближения со временем преобразования 1,6 мкс. Этот же АЦП содержит устройство выборки-хранения (УВХ). Система УВХ-АЦП работает так: пока идет преобразование, УВХ находится в режиме хранения, в режиме выборки она находится остальное время. Переход в режим хранения происходит по заднему фронту импульса запуска АЦП. Время выборки 400 мс – это минимально необходимый интервал для выборки сигнала с необходимой точностью при работе ЛА-2 на предельных скоростях – 2 мкс. Используемый преобразователь имеет два переключаемых диапазона входных напряжений - ±15В и ±10В. Необходимый диапазон можно изменить переключателем SA9.

Рисунок 2. Функциональная схема ПСД ЛА-2

Таким образом, выбирая с помощью SA8 коэффициент усиления инструментального усилителя 1 или 10 и с помощью SA9 входной диапазон АЦП, можно получить четыре диапазона входных напряжений ЛА-2: ±0,5В и ±1В (при коэффициенте усиления инструментального усилителя 10) и ±5В и ±10В (при коэффициенте усиления инструментального усилителя 1). У инструментального усилителя может быть задан пользователем необходимый коэффициент усиления. Для этого нужно запаять на предусмотренное место резистор. Тогда добавятся еще два диапазона входных напряжений, которые будут выбраны Вами. Подробнее порядок расчета описан в п. 2.2.8 и п. 2.2.9

Для ЛА-2 кварцевый генератор имеет частоту 1,789763МГц, для ЛА-2А -1МГц. При этом необходимо помнить, что задающий кварцевый генератор общий как для АЦП, так и для таймера, используемого для формирования сигналов запуска АЦП. Запуск АЦП может быть программный, от таймера или от внешнего сигнала EXT_ST. Последние два режима выбираются программированием управляющего регистра ЛА-2. Это приводит к изменению источника запуска схемы синхронизации. При этом на SA3 должны быть замкнуты перемычками сигналы -ST и выход соответствующего канала таймера, а также ST и EXT_ST. Входной диапазон АЦП-УВХ - ±10В или ±5В в зависимости от положения переключателя SA9. Поэтому на входной мультиплексор ЛА-2 необходимо при коэффициенте усиления 1 подавать ±10В или ±5В при полной характеристике преобразователя АЦП. А при коэффициенте усиления инструментального усилителя 10, напряжение составит ±1В и ±0,5В. Если Вы до применения ЛА-2 не сталкивались с АЦК, полезно будет о знакомиться с Приложением 1 (Динамические характеристики АЦК).

Трехканальный счетчик-таймер реализован на микросхеме Intel Р82С54. Его сигналы выведены на SA3 и их можно использовать для запуска АЦП, а также, например, для реализации функции частотомера или периодомера. На вход СО (нулевой канал таймера) всегда подана тактовая частота с кварцевого генератора 1Мгц для ЛА-2А (улучшенный вариант) или для ЛА-2 подана частота с микросхемы делителя на 8 тактовой частоты кварцевого генератора материнской платы компьютера, что составляет на входе СО - 1,789763МГц. Это необходимо учитывать при использовании каналов таймера. Наличие высокостабильного кварцевого генератора на ЛА-2А, с точностью не хуже 10^-6 позволяет задавать калиброванные, заранее известные интервалы, которые можно использовать не только для запуска АЦП, но и через переключатель SA3 для Ваших задач вне компьютера. Таймер может работать в режиме ждущего мультивибратора, генератора частоты и импульсов, счетчика событий. Режим выбирается программно от IBM PC. Если Вы до применения ЛА-2 не использовали таймер, будет полезно ознакомиться с Приложением II (Программируемый счетчик-таймер Р82С54).

Цифровой порт содержит16 цифровых линий: 8 линий на вывод (порт РА) и 8 линий на ввод (порт РВ). Линии вода и вывода независимы. Ввод стробированный по сигналу STR_D10. Запись в порт осуществляется уровнем логического нуля. На этом же разъеме ХР1, на который выведены линии цифрового порта, имеется сигнал EXT_INT – внешнее прерывание для IBM PC. Он подан на схему обработки прерываний для ввода в IBM PC. Для работы с внешними устройствами удобно использовать возможности каналов таймера. На 12 контакт ХР1 (РВО – входная линия цифрового порта) выведен через переключатель SA2 инвертированный выходной сигнал второго канала таймера – 02. Его можно использовать для стробирования цифрового порта на ввод, для синхронизации внешних устройств. При использовании совместно с платой восьмиканальных фильтров низких частот ЛА-ФНЧ8 этот сигнал используется для задания тактовой частоты для каналов устройства ЛА-ФНЧ8. На разъем ХР1 может быть подано питание +5В непосредственно с IBM PC через переключатель SA1.

3. СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ НА ПЛАТЕ ЛА-2

Рисунок 3

SA1 - переключатель, через который может быть подано напряжение +5В с

шины IВМ РС на 1 контакт разъема ХР1;

SA2 - переключатель, который вместо входа цифрового сигнала на 12 контакт ХР1 подключает инвертированный выход второго таймера 02. Этот сигнал может использоваться для синхронизации внешних устройств, в частности для синхронного запуска нескольких устройств ЛА-2 или для задания частоты среза фильтров низких частот серийного устройства ЛА-ФНЧ8, при этом вход РВО цифрового порта не отключается;

SA3 - переключатель выбора режимов запуска АЦП и режимов работы таймера платы

ЛА-2;

SA4 - переключатель, выбирает базовый адрес платы (используется шестнадцатеричная система для номера);

SA5 - переключатель, выбирает номер используемого прерывания IRQ (может принимать значения 10,11,12,14,15);

SA6 - переключатель, выбирает номер используемого канала ПДП, задается двумя вертикальными переключателями попарно (может принимать три значения 5,6 и7);

SA7 - переключатель выбора режимов работы полного инструментального усилителя платы (однополюсный или дифференциальный);

SA8 - переключатель коэффициента усиления инструментального усилителя (может быть равен 1, 10 или при установке пользователем соответствующего резистора на предусмотренное место, станет любым в диапазоне 2...100);

SA9 - переключатель, выбирает входной диапазон напряжений АЦП - ±5В или ±10В

4. СОСТАВ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов книги