Стенд лабораторный LESO4. Виртуальный осциллограф.

Виртуальные осциллографы, генераторы, спектроанализаторы выполняются в виде приставок к персональному компьютеру. Передняя панель осциллографа создается на экране дисплея персонального компьютера (ПК) соответствующими программными средствами. Управление осциллографом осуществляется с помощью клавиатуры и графического манипулятора — мыши. К достоинствам таких устройств можно отнести тесное взаимодействие с ПК, что обеспечивает легкость цифровой обработки данных, например, с помощью математических функций.

Естественным развитием идеи виртуальных приборов-приставок к ПК, становится объединение всего комплекса измерительных средств в один многофункциональный прибор. При этом для обеспечения низкой стоимости прибора можно исключить из разрабатываемого устройства избыточную функциональность, при этом устройство должно обладать гибким, доступным для быстрой модернизации согласно поставленной задаче, программным обеспечением.

Разработанная измерительная установка, представляет собой малогабаритный прибор — многофункциональный осциллограф-приставку к ПК. Питание устройства осуществляется от шины USB. В совокупности с ПК установка представляет собой многофункциональный аппаратно-программный измерительный комплекс. Возможности комплекса позволяют использовать его в учебных лабораториях. Прибор имеет два канала аналогового ввода с полосой пропускания 50 кГц, двуканальный функциональный генератор, анализатор спектра. Предусмотрены способы накопления результатов измерения и сохранения их в базе данных ПК. Лабораторный стенд имеет встроенную защиту от короткого замыкания выходов генератора. Входные цепи защищены от перегрузки.

 

 

Базой устройства является микропроцессор ADuC842 фирмы Analog Devices. К микропроцессору подключена внешняя быстродействующая память. Входные цепи выполнены по схеме инструментального усилителя. Схема переключения диапазона реализована на электронных ключах. Управление ключами производится цифровыми линиями ввода-вывода микропроцессора. Функциональный генератор содержит два идентичных канала. Каждый канал реализован на базе микросхемы прямого цифрового синтеза (DDS) и встроенного в микроконтроллер цифроаналогового преобразователя. Амплитудой сигнала DDS управляет цифровой потенциометр. Диапазон выходных напряжений генератора от ‑10 В до 10 В, выходное сопротивление – 135 Ом.

 

Благодаря использованию корректирующего цифрового фильтра удалось добиться равномерности амплитудно-частотной характеристики в полосе пропускания входных цепей измерительной установки, неравномерность не превышает 0,5 дБ. Функциональный генератор работает в диапазоне частот – от 0 до 50 кГц, частота регулируется с точностью до 0,02 Гц. Генератор способен генерировать сигнал синусоидальной, треугольной, прямоугольной формы, предусмотрен режим генерации сигнала произвольной формы.

Примененные схемотехнические решения, а также методы цифровой обработки сигналов и коррекции, позволили добиться при измерении спектра сигнала отношения сигнал-шум 80 дБ, при этом точность измерения частоты спектральных составляющих сигнала составила 40 Гц.

 

Аналоговый ввод:

· Количество каналов 2

· Входной импеданс 1 МОм

· Разрядность 12 бит

· Чувствительность 100мВ (полная шкала)

· Максимальное входное напряжение ±20 В

· Диапазон частот 50 кГц

· Неравномерность АЧХ ±0.5 дБ

· Частота дискретизации на канал 200 кГц

· Максимальный размер памяти 32768 выборок

Анализатор спектра:

· Частотный диапазон 50 кГц

· Разрешение БПФ до 16384 строк

· Отношение сигнал-шум -80дБ

· Оконные функции:

· Хеннинга,

· Хемминга,

· Блэкмана,

· Окно с плоской вершиной,

· без окна.

· Дополнительные функции — масштабирование

 

Функциональный генератор:

· Количество каналов 2

· Диапазон частот 0–50 кГц

· Разрешение по частоте 0,02 Гц

· Частота дискретизации 6МГц

· Точность построения синуса 10 бит

· Точность построения сигнала треугольной формы 10 бит

· Регулирование амплитуды 8 бит

· Точность генератора произвольной формы12 бит

· Диапазон выходного сигнала ±10 В

· Максимальный выходной ток 10 мА

· Дополнительные функции: защита от короткого замыкания

 

Лабораторная и экспериментальная база любого российского университета достаточно консервативна в силу финансовых и материальных ограничений. Поэтому она практически не успевает отслеживать бурное развитие техники и неизбежно морально устаревает. В современных быстро изменяющихся условиях лабораторная и экспериментальная база ВУЗа не в состоянии поддерживать учебный процесс на должном уровне. Реальная экономическая ситуация в стране привела к тому, что оснастить одно рабочее место, включающее минимальный типовой набор традиционных измерительных приборов (осциллограф, импульсный и низкочастотный генераторы, частотомер, цифровой тестер), по текущим каталогам цен обходится в три раза дороже по сравнению с затратами на приобретение современной персональной ЭВМ типа Core2Duo. Поскольку компьютеры все же приобретаются, а также с учетом того, что на кафедрах уже имеется парк компьютеров, используя измерительные комплексы LESO4 и LESO3 можно дешево модернизировать оборудование лабораторий.