ЭМПТ ч.2 МУ к ЛР № 1 (Лабораторная работа №1 (Изучение основ работы с пакетом Electronics Workbench v.5.12))

Министерство образования и науки Российской Федерации

Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана

Факультет «Биомедицинская техника»

Кафедра «Биомедицинские технические системы» (БМТ1)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы № 1 по дисциплине
«Электроника и микропроцессорная техника (ЭМПТ). Часть 2»

«Изучение основ работы с пакетом Electronics Workbench v. 5.12».

Москва, 2007

1 Изучение основ работы с пакетом Electronics Workbench v. 5.12

Рассмотрим основы работы с пакетом Electronics Workbench v. 5.12 на примере создания и анализа схемы, состоящей из функционального генератора, осциллографа и источника переменного напряжения (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Схема, состоящая из функционального генератора,
осциллографа и источника переменного напряжения (схема № 1)

Рассмотрим подробнее элементы, входящие в состав схемы.

Функциональный генератор (Function Generator).

Лицевая панель генератора показана на рисунке 1.2. Управление генератором осуществляется следующими органами управления:

‑ выбор формы выходного сигнала: синусоидальной (выбрана; треугольной и прямоугольной);

‑ установка частоты выходного сигнала;

‑ установка коэффициента заполнения в %: для импульсных сигналов это отношение длительности импульса к периоду повторения ‑ величина, обратная скважности, для треугольных сигналов – отношение длительности переднего фронта к периоду повторения.

Рисунок 1.2 ‑ Лицевая панель функционального генератора

‑ установка амплитуды выходного сигнала;

‑ установка смещения (постоянной составляющей) выходного сигнала;

‑ выходные зажимы; при заземлении клеммы Common (общий) на клеммах "-" и "+" получаем парафазный сигнал.

Осциллограф (Oscilloscope).

Лицевая панель осциллографа показана на рисунке 1.3. Осциллограф имеет два канала (Channel A и Channel B) с раздельной регулировкой чувствительности в диапазоне от до и регулировкой смещения по вертикали (Y position). Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок

.

Режим АС предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока (его еще называют режимом «закрытого входа», поскольку в этом режиме на входе усилителя включается разделительный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую). В режиме 0 входной зажим замыкается на землю. В режиме DC (включен по умолчанию) можно проводить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока. Этот режим еще называют режимом «открытого входа», поскольку входной сигнал поступает на вход вертикального усилителя непосредственно. С правой стороны от кнопки DC расположен входной зажим.

Рисунок 1.3 ‑ Лицевая панель осциллографа

В режиме Y/T (обычный режим, включен по умолчанию) реализуются следующие режимы развертки: по вертикали ‑ напряжение сигнала, по горизонтали ‑ время; в режиме В/А: по вертикали ‑ сигнал канала В, по горизонтали ‑ сигнал канала А; в режиме А/В: по вертикали ‑ сигнал канала А, по горизонтали ‑ сигнал канала В. В режиме развертки Y/T длительность развертки (Time base) может быть задана в диапазоне от до с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали, т.е. по оси Х (X Position). В режиме Y/T предусмотрен также ждущий режим (Trigger) с запуском развертки (Edge) по переднему или заднему фронту запускающего сигнала (выбирается нажатием кнопок):

при регулируемом уровне (Level) запуска, а также в режиме Auto (от канала А или В), от канала А, от канала В или от внешнего источника (Ext), подключаемого к зажиму в блоке управления Trigger. Названные режимы запуска развертки выбираются кнопками:

.

Заземление осциллографа осуществляется с помощью клеммы Ground в правом верхнем углу прибора. При нажатии на кнопку Expand лицевая панель осциллографа существенно меняется (в соответствии с рисунком 1.4) ‑ увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за треугольные ушки (они обозначены также цифрами 1 и 2) могут быть курсором установлены в любое место экрана. При этом в индикаторных окошках под экраном приводятся результаты измерения напряжения, временных интервалов и их приращений (между визирными линиями). Изображение можно инвертировать нажатием кнопки Reverse и записать данные в файл нажатием кнопки Save. Возврат к исходному состоянию осциллографа ‑ нажатием кнопки Reduce.

Рисунок 1.4 ‑ Лицевая панель осциллографа в режиме Expand

Источник переменного напряжения (AC Voltage Source).

Для идеального генератора переменного напряжения задается напряжение (Voltage), частота (Frequency) и начальная фаза (Phase) синусоидального сигнала с помощью диалогового окна в соответствии с рисунком 1.5.

Рисунок 1.5 ‑ Окно установки параметров источника синусоидального напряжения

Исследуем работу схемы, для чего получим на экране осциллографа сигналы в режиме Y/T и B/A (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 – Сигналы на экране осциллографа

На рисунке 1.6 б) изображены фигуры Лиссажу –замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновременно два взаимно перпендикулярных колебания. Форма этих кривых зависит от соотношения амплитуд, частот и разности фаз складываемых колебаний. На рисунке 1.7 представлены фигуры Лиссажу для различных соотношений частот (указаны слева) и разностей фаз (указаны вверху).

Рисунок 1.7 – Фигуры Лиссажу для различных соотношений частот и разностей фаз

Рассмотрим теперь основы анализа цифровых сигналов с помощью пакета Electronics Workbench v. 5.12 на примере схемы, представленной на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 – Схема, состоящая из генератора слов,
логического анализатора, индикаторов и семисегментного индикатора (схема № 2)

Рассмотрим подробнее элементы, входящие в состав схемы.

Генератор слова (Word Generator).

Внешний вид генератора слова в развернутом виде показан на рисунке 1.9. Генератор (его называют еще кодовым генератором) предназначен для генерации 16-разрядных двоичных слов, которые набираются пользователем на экране, расположенном в левой части лицевой панели. Для набора двоичных комбинаций необходимо щелкнуть мышью на соответствующем разряде и затем ввести с клавиатуры 0 или 1. Дальнейшие перемещения по полю экрана удобнее проводить не с помощью мыши, а клавишами управления курсором.

Рисунок 1.9 ‑ Лицевая панель генератора слова

Сформированные слова выдаются на 16 расположенных в нижней части прибора выходных клемм-индикаторов:

• с индикацией выходного сигнала в двоичном коде на клеммах-индикаторах;

• в пошаговом (при нажатии кнопки Step), циклическом (при нажатии кнопки Cycle) или с выбранного слова до конца (при нажатии клавиши Burst) при заданной частоте посылок (установка ‑ нажатиями кнопок в окнах Frequency);

• при внутреннем (при нажатии кнопки Internal) или внешнем запуске (при нажатии кнопки External, рядом расположена клемма для подключения сигнала синхронизации);

• при запуске по переднему или заднему фронту, используя кнопки:

На клемму Data ready выдается выходной синхронизирующий импульс.

Л огический анализатор (Logic Analyzer).

Внешний вид логического анализатора показан на рисунке 1.10. Анализатор предназначен для отображения на экране монитора 16-разрядных кодовых последовательностей, а также в виде двоичных чисел на входных клеммах-индикаторах. Длительность развертки задается в окне Clocks per division. при нажатии кнопки Reset информация на экране стирается.

Рисунок 1.10 ‑ Лицевая панель логического анализатора

В блоке Clock расположены кнопки запуска по положительному (включена по умолчанию) или отрицательному спаду сигнала и клемма для подключения внешнего источника синхронизации, например, генератора слова (подключается после нажатия кнопки External). Кроме того, предусмотрен запуск по заданной двоичной комбинации, устанавливаемой пользователем в окошке Clock qualifier путем введения туда с клавиатуры 1, 0 или Х (неопределенное состояние).

Рисунок 1.11 – Окно выбора режима синхронизации логического анализатора

Индикаторные приборы.

Логический пробник ‑ характеризуется напряжением срабатывания , что соответствует минимальному значению сигнала логической единицы цифровых ИМС ТТЛ-серии (с питанием ). Срабатывание сопровождается красным, синим или зелёным свечением.

4 -входовой индикатор отличается от 7-сегментного цифрового индикатора наличием встроенного дешифратора, что позволяет подключать его непосредственно к выходам двоично-десятичных счетчиков с кодом 8-4-2-1. Правый вывод такого индикатора — младший или нулевой разряд, при его активизации на индикаторе высвечивается 1. Левый вывод индикатора — старший или третий разряд, при его активизации отображается цифра 8. Если сигнал логической единицы подать на все входы индикатора, то будет отображаться буква F, обозначающая в шестнадцатеричной системе счисления десятичное число 15 (сумма чисел 8, 4, 2 и 1). При всех возможных комбинациях входных сигналов на индикаторе можно отображать числа 0... 9 и буквы А, В, С, D, Е и F.

Схема №3.