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無線電子工学および電気工学の百科事典 オシロスコープ、スペクトラムアナライザー、周波数応答メーター機能を備えたUSB電圧レコーダー。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
このレコーダーのハードウェア部分は、USB バスを介したコンピューターとの高速通信チャネルを備えた ADC であり、プログラマブル ロジック チップ (FPGA) を使用して実装されています。 著者が開発したコンピュータ プログラムを使用すると、デジタル化された信号をファイルに記録できるだけでなく、そのオシログラムやスペクトルを表示したり、フィルタやその他の線形デバイスの振幅周波数応答 (AFC) を測定したりすることもできます。レコーダー内蔵のジェネレーターからのテスト信号を入力します。 検討中のレコーダーでは、ADC が 960 kHz の周波数で取得する調査中の信号のサンプルが FPGA の入力に供給され、ADC のパラレル コードがシリアルに変換されます。 さらに UART-USB コンバータに送信される XNUMX つの XNUMX ビット バイトの各グループに、FPGA は XNUMX つの XNUMX ビット ADC コードを配置します。 さらに、情報は USB 経由でコンピュータに送信され、処理および保存されます。 レコーダー内のコンピューターとの通信プロトコルやその他の機能は、マイコンを使用して実装されています。 FPGA とマイクロコントローラーは、情報の転送に使用される同じ UART-USB コンバーターを通じてプログラムされます。 レコーダと連携するために、情報の受信、表示、保存を実装するプログラムが LabVIEW 環境で開発されました。 さらに、0,1 Hz ～ 480 kHz の周波数でレコーダーに接続された外部回路の周波数応答を除去するアルゴリズムが実装されています。 このアルゴリズムの特徴は、研究対象の回路の振幅周波数特性を推定するために、レコーダのマイクロコントローラによって生成される方形パルスの繰り返し周波数の高調波が使用されることです。 課題は、サンプリング周波数15 kHz、15進数960桁の分解能で、2232～+12 Vの範囲の瞬時電圧値の読み取り値をリアルタイムでコンピュータに連続送信する装置を開発することを設定しました。この問題は、ADC と仮想 COM ポートとして動作する USB ポートを内蔵したマイクロコントローラーを使用する FPGA なしでも解決できます。 ただし、この場合の情報転送速度は十分ではありません。 ADC および XNUMX Mbps の速度で情報転送を行うマイクロコントローラー FTXNUMXH UART-USB インターフェイス コンバーターマイクロ回路を ADC およびマイクロコントローラーと一緒に使用すると、UART がそのような速度で動作できるマイクロコントローラーを見つけるという問題が生じます。 その結果、ADCが生成した情報をFPGAでパラレルコードで読み取り、UART特有のシリアル形式に変換するという、これまでとは異なる方式が採用されました。 このデバイスは、パラレル出力と最大サンプリング レート 10030 MHz を備えた 30 ビット ADC3064 ADC を使用します。 彼の作業の結果は、44 個のプログラム可能な論理マクロ セルと 10 本の I/O ラインを含む EPM64ALC44-XNUMXN FPGA によって受信および処理されます。 ADC によって生成される各入力信号サンプルは 2232 ビットのバイナリ コードであり、FT12H UART-USB コンバータは 2232 ビット バイトで情報を受け取ります。 このため、FPGA は XNUMX つのサンプルごとに XNUMX バイトにパックするデバイスを実装しています。 次に、各バイトにスタート ビットとストップ ビットを供給し、それらを XNUMX Mbaud のシリアル コードで FTXNUMXH チップに転送し、USB 経由でコンピュータに転送します。 レコーダーの図を図に示します。 1. 7 ～ 9 V の定電圧によって電力が供給され、XP3 コネクタから DA6 7805 一体型スタビライザに供給され、そこから 4 ～ 1 の位置にある取り外し可能なジャンパ S2 を使用して 3,3 V 電圧レギュレータに供給されます。 LM1117-3.3(DA7)。 デバッグ中にデバイスを操作しやすいように、USB ポートから電力を供給できます。 これを行うには、取り外し可能なジャンパ S4 を位置 2 ～ 3 に再配置する必要があります。 ただし、通常の動作中は、USB ポートから取得される電圧が 5 V とは大きく異なることが多く、ADC で検討中の信号の変換スケールが変化するため、このような電源は受け入れられません。
ADC および FPGA 用の 24 MHz クロック ジェネレーターは、DD2 74HC04D チップの要素に基づいて構築され、ZQ2 水晶共振器によって安定化されます。 コンピュータとの通信、離散信号の形成、方形パルスの生成のためのプロトコルを実装するために、DD1 ATMega8A マイクロコントローラーがレコーダーに導入され、ZQ16 水晶共振器によって指定された 1 MHz のクロック周波数で動作しました。 コンピューターとマイクロコントローラー間の情報交換も FT2232H (DD4) チップを使用して行われますが、別のチャネルを介して行われます。 FPGA およびマイクロコントローラーと通信するには、レコーダーと連携するコンピューターのオペレーティング システムで XNUMX つの仮想 COM ポートを構成する必要があります。 調査対象の信号は、XP1 コネクタを介して、2 倍の反転信号減衰器である DA825 AD15ARZ ステージの入力に供給されます。 オペアンプ DA2 の出力のゼロ レベルは、トリマ抵抗 R1 を使用してバイアスできます。 したがって、調査中の信号は、ADC 入力電圧変化の許容範囲内に収まります。 オペアンプ DA2 は +/-15 V の電圧で駆動され、+5 V からバイポーラ AM1D-0515DH30Z (U1) への DC ユニポーラ電圧コンバータを形成します。 抵抗 R19 および R20 は、コンバータが正しく動作するために必要な最小のコンバータ負荷です。 取り外し可能なジャンパ S1 および S2 を 2-3 の位置から 1-2 の位置に再配置すると、XP2 コネクタに印加される +/- 15 V の外部電圧による DA4 マイクロ回路への電力供給に切り替えることができます。 必要に応じて、コンバータ U1 から 35 mA 以下の消費電流で外部デバイスに電力を供給できます。 ADC DA5 の基準電圧は、ADC の説明で推奨されている方式に従って、オペアンプ DA3.1 および DA3.2 によって形成されます。 ADC 出力からのパラレル コードは DD3 FPGA に送られ、そこでシリアル UART コードに変換されます。 次に、DD4 FT2232H チップに進みます。 XP2 コネクタは、3,3 チャネルにわたる 3,3 V ロジック レベル信号で外部デバイスを制御するように設計されており、さらに 5 V DC 電圧と共通線がこのコネクタに接続され、外部デバイスに電力を供給します。 コネクタ XP6 および XP3,3 は、XNUMX V の電源電圧で接続されたデバイスをプログラミングするために設計されています。 7 V、3,3 V の電圧と外部デバイスに電力を供給するための共通線、周波数 5 MHz (ADC および FPGA のクロック周波数) のパルス信号が XP24 コネクタに出力されます。 このコネクタのピン 4 は、DD14 FPGA のピン 3 に接続されていますが、このデバイスの説明されているバージョンでは使用されません。 LED は XP8 コネクタに接続されており、コンバータの動作モードを示します。 HL1 - 供給電圧の存在; HL2 - マイクロコントローラーからコンピューターへの情報の転送。 HL3-コンピューターからマイクロコントローラーへの情報の転送。 HL4-FPGAからコンピューターへの情報の転送。 HL5-コンピューターからFPGAへの情報の転送。 HL6 - 矩形パルス発生器が含まれています。 HL7-FPGAからの情報の転送はマイクロコントローラーによって許可されます。 HL8-FPGAは情報を送信します。 PCB 導体の図を図に示します。 ２（面１）および図２。 2 (サイド 1)。 基板のこれらの側面の要素の位置は、それぞれ図 3 に示されています。 2と図。 4. このボードには、図に示されていない要素用のスペースがあり、そこから XP5 コネクタと R1 抵抗の間に U 字型の入力減衰器またはフィルターを組み立てたり、オペアンプの DA4 出力の間に L 字型のフィルターを組み立てたりすることができます。 DA2 ADC 入力。 アッテネータやフィルタがない状態で信号を通すために、シリアル素子の代わりに表面実装用のジャンパが取り付けられています。 ADC 基準電圧を正確に選択する必要がある場合は、抵抗 R5 および R5 と直列に接続された抵抗をさらに 8 つのジャンパで置き換えます。
PLCC-3 パッケージの DD44 FPGA の場合、ボードにパネルを取り付ける必要があります。 一体型スタビライザー DA6 は、22x20x15 mm のリブ付きヒートシンクに取り付けられています。 レコーダは Gainta G715 ケースに組み込まれており、その外観を図に示します。 6. フロントパネルに LED が固定されており、XP1、XP2、XP4、XP7 コネクタ用の穴が開けられています。 背面パネルからは、スイッチ ブロック SA1、コネクタ XS1、XP5、XP6 にアクセスできます。
FPGAに実装されるデバイスの構造はVDHL言語で記述されます。 変換とデバッグは、Quartus 11 バージョン 10.1 開発環境で実行されました。 入力信号： clk - クロック信号; P - マイクロコントローラーからの信号の配列。 ADC_data-ADCからの信号の配列。 rx - FT2232H からの信号。 出力信号: P1 - マイクロコントローラ向けの信号。 tx-FT2232H向けの信号。 PHL - LED HL8 を制御する信号。 PPD - ADC 電源オフ信号。 POE - ADC 出力イネーブル信号; POUT-XP7コネクタへの信号出力。 変数： count-転送されたバイト数のカウンター。 start_bit - バイト転送の開始の表示; stop_bit - データ転送の完了の兆候。 ADC_data_buf - ADC 情報格納バッファ; rx_bit-情報の受信開始の兆候。 クロック信号がローレベルからハイレベルに遷移すると、開始放電の受信がチェックされます (表 1)。 その後、送信が進行中の場合、送信バイト数のカウンタの内容は 2 つ増加します (表 100)。 カウンタの内容が値 3 に達すると、テーブルに従って発生します。 図３に示すように、０に設定され、送信完了コマンドの有無がチェックされる（Ｐ（６）＝０）。 表1
表2
表3
クロック信号がハイからローに遷移すると、送信開始前に、送信中の情報の変化を防ぐために、ADC からの情報のバッファリングが実行されます (表 4)。 表4
残りの手順は、マイコンからの情報の転送の許可または禁止を確認することです。 有効状態では、リクエストバイトを受信するとHL8 LEDが点灯し、転送完了のサインが消えます(表5)。 スタートビットとストップビットの転送は表に従って行われます。 6、および ADC バッファからの情報 - 表。 7 (各ビットは XNUMX カウント サイクルで送信されます)。 表5
表6
表7
マイコンのプログラムはImageCraft開発環境でC言語で記述します。 デバイスの電源を投入すると、マイクロコントローラー周辺機器が初期化され、マイクロコントローラー UART が受信スタンバイ モードになってメイン ループに入ります。 バイトを受信すると、割り込みハンドラーが起動されます (表 8)。 このバイトは、rx_count インデックスで rx_arr 配列に書き込まれ (パケットの最初のバイトが受信された場合は、rx_count=0)、その後、rx_count が 0 ずつインクリメントされます。 これに続いてタイマー XNUMX が再起動され、タイマー XNUMX の期限切れがパケットの終了の兆候として機能します。 表8
指定時間内に次のバイトを受信しない場合、タイマ 0 の要求により割り込みが発生します。この割り込みのハンドラ (表 9) では、タイマを停止し、受信終了フラグ f_rx をセットします。 表9
情報パケットが受信されると (f_rx= 1)、メイン ループはその解析を開始し、それに含まれるコマンドを実行し、応答を生成します。 まず、パケットのヘッダーと末尾がチェックされ、次にコマンド コードがチェックされます。 チェックが成功すると、パッケージに含まれるコマンドの実行が開始されます。 エラーが検出された場合、否定的なレシートが生成されます。 次のコマンドがプログラムに実装されています。 - 「テスト」 - 接続を確認するために使用されます。 - 「IO 状態の設定」 - XP2 コネクタに接続されているマイクロコントローラー ピンに指定された論理レベルを設定します。 コネクタのピン 2 (IO1 回路) はコマンド データ バイトの LSB に対応し、ピン 9 (IO8 回路) は MSB に対応します。 - 「FPGA 関連の IO 状態の設定」 - FPGA に関連付けられたマイクロコントローラー出力 PD4 ～ PD7、PB1、PC2、PC3 で指定された論理レベルを設定します。 出力は、それぞれのコマンド データ バイト ビット 3 ～ XNUMX の順序でリストされます。 PDXNUMX 出力の状態はこのコマンドでは変更できないため、バイトの最下位 (ゼロ) バイトの値は任意です。 FPGA から割り込み要求を受信するために使用されます。 - 「方形パルスのジェネレーターを開始します (周期は 2 秒の倍数です)」 - 指定された方形パルスのジェネレーターを起動します (レコーダーによって生成されるすべてのパルスのデューティ サイクルは 2 に等しい)。 コマンド データ バイトには、パルス繰り返し周期の値が含まれている必要があります。パルス繰り返し周期の値は、2 秒刻みで 254 ～ 3 秒の間隔にすることができます。 パルスは、タイマ 1 からの割り込みハンドラでソフトウェアが状態を切り替えることによって、マイクロコントローラ PB5 の出力で生成されます。パルスは、XP2 コネクタのピン XNUMX に出力されます。 - 「ADC の起動後に方形パルス (周期が 2 秒の倍数) のジェネレーターを開始します」 - FPGA からコンピューターへの情報転送の開始と同期してジェネレーターを開始する点で前のコマンドとは異なります。 ; - 「方形波発生器を開始」 - 30 Hz ～ 8 MHz の周波数で方形波発生器を開始します。 1 バイトのデータには、ヘルツ単位の周波数値が含まれている必要があります。 周波数をゼロに設定すると、発電機がオフになります。 生成されるパルスの繰り返し周期は常にマイクロコントローラーのマシンサイクルの持続時間の倍数であるため、実際の繰り返し周波数は指定された周波数と異なる場合があります。 その正確な値 (分解能 5 Hz) は、コマンドへの応答に含まれています。 パルスは、マイクロコントローラーの PB2 出力に接続された XP3 コネクタのピン XNUMX に出力されます。 FPGA からの情報の転送を開始するには、FPGA の入力 16 で論理レベルを High に設定して有効にし、COM ポートを介して 16 バイトを FPGA に転送する必要があります。 この許可は、FPGA の入力 1 を論理 2232 に設定することで送信を終了する便宜のために導入されました。 転送はマイクロコントローラによって許可されているため、FPGA からの送信の開始とコンピュータによる情報の受信の開始を同期させるために、コンピュータは任意のリクエスト バイトをマイクロコントローラに送信する必要があります。 マイクロコントローラは、パリティなしの 1 ビットと XNUMX ストップ ビットを使用して、XNUMX Mbaud の速度でコンピュータと通信します。 コンピューターのオペレーティング システムでレコーダーの FTXNUMXH チップを介して USB 経由で情報を交換するには、インターネット ページ [XNUMX] にあるドライバーをインストールする必要があります。 プログラムを FPGA とマイクロコントローラーにロードします。 FPGA プログラミングは、[2] に記載されている方法に従って実行されます。 開始する前に、ディップスイッチ SA1 ～ を設定する必要があります。 SA3 を図の位置に移動します。 7a. マイクロコントローラーは、インターネット ページ [3] のリンクからダウンロードされた AVRDude プログラムと SinaProg グラフィカル シェルを使用してプログラムされました。 SinaProg では、LabView RunTime Library [4] がコンピュータにインストールされている必要があります。
avrdude.conf ファイルでは、2ftbb プログラマのピンを再割り当てし、表に示すセクションでファイルのテキストを補足する必要があります。 10. 表10
この記事の付録には、必要なパラメータがすべて設定されているプログラム AVRDude および SinaProg が含まれています。 マイクロコントローラーのプログラミングを開始するには、レジストラーのスイッチ SA1 ～ SA3 を図に示す位置に設定する必要があります。 7b に進み、レコーダーの XS1 コネクタをコンピュータの USB ポートに接続し、SinaProg プログラムを実行します。 ウィンドウの「プログラマ」フィールドで、パラメータ 2ftbb、FTDI、9600 を設定する必要があります。次に、画面上のボタン「<」と「検索」を順番に押します。その後、表に示すようなテキストが表示されます。 11 がメッセージ ウィンドウに表示されます。 十一 。 「ヒューズ」フィールドの「詳細」画面ボタンを押して呼び出されるメニューを使用して、マイクロコントローラー構成を高 - 0xC9、低 - 0xFF に設定します。 [Hex file] フィールドで、マイクロコントローラー プログラム コードを含む HEX ファイルの名前を指定し、[Flash] フィールドの [Program] ボタンをクリックします。 プログラミングが正常に完了すると、表 12 に示す行で終わるテキストがメッセージ フィールドに表示されます。 XNUMX. 表11
表12
XP6 または XP7 コネクタに接続されたデバイスのプログラミングにレコーダーを使用する場合は、SA1 ～ SA3 スイッチを図に示す位置に設定する必要があります。 7、c。 レコーダーの通常動作時のスイッチの位置を図に示します。 7、g。 コンピュータプログラム USB-960 LabVIEW 2011 環境で開発されました。この環境がコンピュータで利用できない場合は、パッケージ [5] および [6] をインストールする必要があります。 プログラムには XNUMX 個の仮想サブデバイス (VP) が含まれています。 - ACPLISUC_IOUC は、外部コネクタに出力されるマイクロコントローラー出力ポートの状態を設定します。 - ACPLISUC_FREQ は、発生器を開始し、その後発生した周波数を測定します。 -ACPPLISUC_TESTは、マイクロコントローラーとの接続をチェックします。 - ACPLISUC_AFR_H は、30,5 つの周波数値 (XNUMX Hz 以上) で外部回路の周波数応答を測定します。 - ACPLISUC_AFR_L は、数分の XNUMX から数十 Hz までの周波数で外部回路の周波数応答を測定します。 - ACPLISUC_GEN2S は、2 秒の倍数の繰り返し周期で方形パルス発生器を開始します。 - ACPLISUC_UNPACKDATA は、レジストラから受け取った情報を ADC コード値の配列に変換します。 - ACPLISUC_ADCDATA は、指定された期間中にレジストラから受信した情報を読み取ります。 - ACPPLISUC_IOPLIS は、FPGA に関連付けられたマイクロコントローラー出力ポートの状態を設定します。 - ACPLISUC_GEN は、30,5 Hz 以上の繰り返しレートで方形パルス発生器を開始します。 - ACPPLISUC_GEN2Ss は、レジストラからの情報の読み取りの開始と同期して、XNUMX 秒の倍数の周期で方形パルスの発生器を開始します。 - ACPLISUC_COM は、マイクロコントローラーに関連付けられた仮想 COM ポートを介して情報を送受信します。 メイン プログラムは無限 while ループ内で実行され、その中にケース構造があり、その現在のページはメイン プログラム ウィンドウのタブの選択によって決定されます。 [信号記録]タブ 図に示されています。 8. 「START」ボタンを押すと、「測定時間、s」フィールドで指定された時間、調査対象の信号の読み取り値の受信が開始されます。 これを行うには、FPGA からの情報の転送が許可されます。値 128 が ACPPLI-SUC_IOPLIS VI に書き込まれます。実際の読み取りは、パラメータが測定時間である ACPPLISUC_ADCDATA VI を使用して実行されます。 このVIはヌルバイトを渡すことによって情報を要求し、指定された時間の間それを読み取ります。 有効期限が切れると、ACPPLISUCJOPLIS VIにゼロ値を書き込むことによって転送が無効になります。
以前に [ファイルに書き込む] ボタンが押されていた場合、調査中の信号はバイナリ ファイルに保存されます。その名前は [信号を保存するファイル] フィールドで指定されます。 デフォルトでは、保存はドライブ C のルート フォルダーに行われるため、コンピューターのオペレーティング システムが管理者権限でプログラムを実行する必要がある場合があります。 方形パルスの発生器の開始は、「発生器開始」および「2 秒の倍数の周期で発生器開始」のフィールドで行われます。 受信が完了すると、「Signal」欄に受信信号のオシログラムが表示され、「Amplitude spectrum」欄にそのスペクトルが表示されます。 「RMS、V」および「平均値、V」フィールドには、それぞれ信号の実効値と平均値が表示されます。 オシロスコープタブ 図に示されています。 9. 画面上のボタン「START」を押すと while ループが開始され、上記と同様のアルゴリズムに従って (「STOP」ボタンを押すまで) レジストラから情報が繰り返し受信されます。 同期中の信号クリッピングと手動オフセットを回避するために、実際の録音時間は指定された時間の 1 倍になります。 完了すると、信号は指定されたしきい値 (「しきい値、B」コントローラーを使用して設定) を超える瞬間を検索し、そこから配列が形成され、プログラムはこの配列内で可能な限り近くに位置する要素を見つけます。信号持続時間の 3/XNUMX まで、画面に表示される波形の開始点として使用されます。
「Offset, %」スライダーを使用して、波形をシフトできます。 「現在の信号を保存」および「読み取り」ボタンは、現在表示されている信号を保存し、以前に保存された信号を読み取ります。 タブ「周波数特性の除去」 図に示されています。 10. 線形回路 [7] の入力を同時にまたは順次にさまざまな周波数の高調波信号にさらし、その後回路の出力でこれらの信号の振幅を測定することによって、線形回路 [2] の周波数応答を決定することができます。 周波数応答の測定を検討しているデバイスでは、高調波信号の代わりに、マイクロコントローラーによって生成された方形パルスが使用されます。 デューティ サイクル 0,9 の矩形パルスの形式の信号は、周波数がパルス繰り返し率の奇数倍である無限数の高調波信号 (高調波) の合計です。 その高調波の振幅は、0,3 (0,18 番目)、0,129 (0,1 番目)、XNUMX (XNUMX 番目)、XNUMX (XNUMX 番目)、XNUMX (XNUMX 番目) のパルス振幅にほぼ等しくなります。 研究対象の回路の入力における信号の高調波（スペクトル）の比率が分かり、出力でそれを決定することで、高調波周波数におけるこの回路の周波数応答を計算することが可能です。
レジストラは、デューティ サイクル 2、繰り返し率 0,1 の矩形パルスを使用して周波数応答を除去します。 0,5; 30,5、60,1、120,2、240、480,8、961,5、1923、3846、7692,3、15384,6、31250、61538,5 Hz。 「START 0,1 Hz」または「START 0,5 Hz」画面ボタンのいずれかを押すと、それぞれ 10 秒と 2 秒の周期で ACPLISUC_AFR_L VI が開始されます。 この VI は次のように動作します。 - VI ACPLISUC_GEN2SS を使用して、指定された周期で方形パルスの発生器を開始するコマンドを送信します。 - 1,5 パルス繰り返し期間中に ADC から情報を受信します。 - 受信信号を 2000 Hz デジタル ローパス フィルターに通し、信号間引きの前に高周波成分を除去します。 これを行わないと、エイリアシングの影響が発生します [8]。 - さらなる計算を簡素化するために、信号を間引き、サンプルの 47 個ごとに 48 個を破棄します。 - ちょうど XNUMX つのパルス繰り返し期間の持続時間を持つフラグメントを信号から抽出します。 -このフラグメントの振幅スペクトルを計算します。 - 取得したスペクトルからテスト信号の奇数高調波に対応する成分を抽出し、それらを元の信号の同じ高調波の既知の振幅値に分割します。 結果は、調査対象の回路の高調波周波数での周波数応答です。 「START 30 Hz」画面ボタンが押されると、for ループが開始され、ACPLISUC_AFR_H VI が実行され、その入力はパルス周波数と測定時間の値を受け取ります。 この VP の出力では、特定の周波数の信号の XNUMX つの高調波における周波数応答値が取得されます。 サイクルの結果、周波数応答が測定された周波数、周波数応答の計算に使用された信号、および周波数応答値の XNUMX つの配列が形成されます。 次に、画面上にグラフをさらに表示するために、周波数応答値の配列が並べ替えられます。 ACPPLISUC_AFR_H VI は次のように機能します。 - VI ACPPLISUC_GEN を使用すると、ジェネレータを開始するコマンドが送信されます。 - 指定された時間内に ADC から情報を受信します。 -記録された信号の振幅スペクトルを計算します。 - 取得したスペクトルからテスト信号の高調波に対応する XNUMX つの成分を抽出し、それらの値を研究対象の回路の入力に適用される信号の高調波の相対振幅で割ります。周波数応答が得られます。 分析される信号の持続時間は、必ずパルス繰り返し周期の正確な倍数である必要があることに注意してください。そうでない場合、スペクトルを計算するときに、その「広がり」[9] または「漏れ」[7] が発生し、分析が行われなくなります。結果が歪んでしまいます。 画面上の「結果を保存」ボタンと「読み取り」ボタンを押すと、現在表示されている周波数応答がディスク ファイルに書き込まれ、以前に記録された周波数応答が読み込まれます。 周波数応答読み取りモードでレコーダの動作をテストするために、プロトタイピングボード上に組み立てられたノードが、図に示す回路に従ってレコーダに接続されました。 11. これらは、R1C2 ローパス フィルターと R2C1 ハイパス フィルターです。 DA1 チップのオペアンプ上のバッファ フォロアは、ジェネレータ出力の比較的高い出力インピーダンスとレコーダの低い (1,5 kOhm) 入力インピーダンスによるフィルタの周波数応答への影響を排除します。 DA15 マイクロ回路に電力を供給する +15 V と -1 V の電圧は、レコーダーの Xp4 コネクタから取り除くことができます。後者のボード上の 1 つのピンをジャンパー S2 と S1 に接続することを目的としています (図 2 のジャンパ S11 および SXNUMX (切り替えフィルタ) と混同しないでください)。
測定された周波数応答を計算によって得られた周波数応答と比較するために、特定の RC 回路の周波数応答を計算し、測定された周波数応答と同じ座標に構築するプログラム「Comparison_AFC_with_calculation」が作成されました。 結果を図に示します。 １２（ローパスフィルタ）および図１２。 12 (ハイパスフィルター)。 計算値は赤色、測定値は白色で表示されます。 また、C13、C1に容量2μFのコンデンサを並列に接続し、図8の特性を得ました。 14と図。 15.
校正タブ 図に示されています。 16. この操作を実行するときは、レコーダの入力の電圧と ADC の出力のコードの値の関係を設定する必要があります。 この依存関係は線形であるため、その XNUMX 点の座標を入力するだけで十分です。 これを行うには、最大値に近い定電圧がレコーダーの入力に印加されます。 その値は「Umax, V」フィールドに記録されます。 フィールド「ADC-avg.」 プログラムにより平均化されたADC出力コードの値が表示されます。 「ADC-max」フィールドに手動で入力することも、画面上の「現在の ADC 平均値を ADC-max として書き込む」ボタンを使用することもできます。
デバイスの入力に最小値に近い定電圧を印加したら、同様に「Umin、V」および「ADC-min」フィールドに値を入力します。 すでに述べたように、信号の周波数応答の除去中に生成される信号の実際の周波数は、指定された値とわずかに異なる場合があります。そのため、分析対象のサンプルの正確な継続時間を事前に知ることは不可能です。信号周期の整数の倍数でなければなりません。 最初に実際の周波数値を測定し、サンプル期間を計算する必要があります。 これらのアクションは、「周波数応答を読み取る期間を定義」ボタンによって呼び出されるケース構造で実行され、結果はテキスト ファイルに保存されます。 キャリブレーションは次のように実行されます。 - XP1 コネクタの接点を接続して、デバイスの入力を共通線に接続します。 - トリミング抵抗 R1 は「ADC 平均」ウィンドウで設定します。 511 から 513 までの値 (「読み取り」画面ボタンをクリックして更新); - DC 電圧源 +1...13 V を XP15 コネクタに接続し、この電圧の正確な値を「Umax, V」フィールドに入力します。 - 「読み取り」画面ボタンをクリックして信号をデジタル化し、ADC コードの平均値を決定し、次に画面ボタン「ADC 平均の現在値を ADC 最大として書き込みます」をクリックします。 - XP1 コネクタに印加される電圧の極性を反転し、その値を「Umin, V」フィールドに入力し、「読み取り」画面ボタンをクリックして、「ADC 平均の現在の値を ADC 最小として書き込みます」 ; - 電圧源をコネクタ XP1 から外した後、このコネクタのピン 1 をコネクタ XP5 のピン 2 に接続し、画面上のボタン「論理レベル電圧の決定 (IL1)」を押します。 この値は周波数応答を計算するために必要です。 - 画面上の「周波数応答を取得する期間を定義」ボタンを押して、測定が終了するまで待ちます (このプロセスには XNUMX 分以上かかります)。 測定結果はコンピュータのハードドライブ上のテキストファイルに保存されます。 このファイルの名前とそのパスは、「校正係数を含むファイル」フィールドに含まれています。 - 画面上のボタン「TEST」を押すと、テストコマンドがマイクロコントローラーに送信され、正しい答えが受信されると、インジケーター「TEST OK」が点灯します。 「IO」フィールドでは、XP2 コネクタに出力されるマイクロコントローラー出力の状態を手動で設定できます。また、「IO-PLIS」フィールドでは、FPGA に関連付けられた状態を設定できます。 結論として、MicroBlaze プロセッサ コアを備えたザイリンクス Spartan-3 FPGA に基づいてレコーダーを構築する場合、マイクロコントローラーを使用する必要はないことがわかります。 Sprint Layout 5.0 形式の PCB ファイルと FPGA、マイクロコントローラー、コンピューター用のプログラムは、ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/11/usb-reg.zip からダウンロードできます。 文学
著者：V。チャイコフスキー
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