Цифровой запоминающий осциллограф ЦЗО_01 на базе ПЭВМ типа IBM PC

Содержание

Введение…………………………………………………………………….…3 
1 Типы осциллографов…………………………………………………….….4 
2 Параметры осциллографов…………………………………………………4 
3 Структура и принцип работы цифрового осциллографа…………………5 
4 Адреса производителей осциллографов…………………………………..7 
5 Расчет вероятностной оценки суммарной случайной погрешности….....9 
6 Вывод…………………………………………………………………….....12 
7 Список используемой литературы…………………………………….….13

Краткое описание

Для того чтобы понять какую практическую цель преследуют осциллографы, необходимо знать следующее. Оосциллограф образован от слов «осциллум»- колебания, «графо» - пишу. Таким образом, осциллографы - это специальные измерительные приборы, при помощи которых наблюдают зависимости двух и более быстро изменяющихся величин. Если говорить более простым языком, то осциллографы - это приборы, на экране которых отображаются кривые напряжения или тока, как функции времени, т.е. эти приборы, предназначены для наблюдения за видами колебаний.

 

 

Все рефераты » Физика » Цифровой запоминающий осциллограф ЦЗО_01 на базе ПЭВМ типа IBM PC

Цифровой запоминающий осциллограф ЦЗО_01 на базе ПЭВМ типа IBM PC

Страница 1 из 2

ЦИФРОВОЙ ЗАПОМИНАЮЩИЙ ОСЦИЛЛОГРАФ ЦЗО_01 НА БАЗЕ ПЭВМ ТИПА IBM PC

1. ВВЕДЕНИЕ

Компьютеры в наше время становятся не только вычислительными средствами, они превращаются в универсальные виртуальные измерительные приборы. Устройства на основе персонального компьютера (ПК) - заменят стандартные измерительные приборы: вольтметры, самописцы, осциллографы, магнитографы, спектроанализаторы и другие на систему виртуальных приборов. Такая система будет состоять из компьютера, наличие которого сегодня необходимое условие высококачественных и быстрых измерений, и одной-двух плат сбора данных (ПСД), причем программная часть виртуального прибора может эмулировать переднюю управляющую панель стационарного измерительного устройства. Сама панель, сформированная на экране дисплея, становится панелью управления виртуального прибора. В отличие от реальной панели управления стационарного прибора такая виртуальная панель может быть многократно реконфигурирована в процессе работы. Пользователь виртуального прибора активизирует объект графической панели с помощью “мыши”, клавиатуры или прикладной программы.

НАЗНАЧЕНИЕ РС. ОПИСАНИЕ НАБОРА РЕШАЕМЫХ ЗАДАЧ.

Назначение: Цифровой запоминающий осциллограф на базе ультрабыстрой платы сбора данных (ПСД) ЛА-н10 и ПК типа IBM PC представляет собой новое направление развития измерительного оборудования. Предназначен для мониторинга (наблюдения), измерения временных и амплитудных параметров, регистрации как случайных (однократных), так и периодических сигналов. Сочетание измерительного устройства и ПК открывает новые возможности, недостижимые автономным устройствам в обработке, сохранении, предоставлении и передаче данных.

3. КРАТКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЗО_01

3.1. Регистрация сигнала.

Параметры входа:

3.1.1. Два однополосных канала.

Входной импеданс: 1МОм & 17пФ.

Диапазоны измеряемых напряжений:

± 5В; ± 2,5В; ± 1В; ± 0,5В -модификация ЛА-н10М4

± 1В; ± 0,5В; ± 0,2В; ± 0,1В - модификация ЛА-н10М5

Чувствительность - ± 1мВ

Защита по входу - ± 12мВ

Открытый или закрытый вход (АС или DC)

Частотный диапазон:

для одиночных сигналов - 50МГц;

для периодических сигналов (-3дБ) - 100МГц;

Частота дискретизации внутренняя от кварцевого генератора:

в одноканальном режиме для первого канала:

(100; 50; 25; … 0,006) МГц

в двухканальном режиме:

(50; 25; 12,5; … 0,003) МГц

Диапазон частот дискретизации задаваемый внешним

источником: 0 - 100 МГц

3.2. Одновременный просмотр всего массива данных на экране

3.3. Установка регулируемых параметров прибора:

смещение пост. составляющей;

фронт и уровень синхронизации.

3.4. Синхронизация.

Источник:

по одному из аналоговых каналов;

от внешнего ТТЛ совместимого сигнала;

положительный или отрицательный фронт;

частотный диапазон 100 МГц., Rвх= 1 МОм.

3.5. Сохранение сигнала в памяти:

в одноканальном режиме для первого канала:

64К отсчетов - модификация Б;

256К - модификация А;

в двухканальном режиме:

32К на канал или 128К, соответственно.

3.6. Запись предыстории.

Объем программируется.

3.7. Возможность задания разных частот дискретизации для истории и предыстории.

3.8. Быстрое обновление информации - 20мс, что позваляет использовать данный прибор в качестве обычного осциллографа.

3.9. Система измерительных маркеров.

3.10. Расширение до 16 каналов.

3.11. Программное обеспечение под Windows 3.1; 3.11; 95.

3.12.В комплект поставки входит:

ПСД ЛА - н10, ПО под WIN, ТО и ИЭ два щупа ЛА - HP9100

(1:1; 1:10; земля)

Ниже привожу основные характеристики некоторых ЦЗО

Таблица 3.1.

Сравнительная таблица наиболее распространенных ЦЗО

Наименование прибора	С1 - 137	С9 - 28	DS - 303P	ЦЗО_01	ЦЗО_02
Полоса пропускания сигнала	0 - 25МГц	0 - 100 МГц	0 - 30 МГц	0 - 100 МГц	0 - 200 МГц
Количество каналов	2	2	2	2	2
Частота дискретизации	1 МГц	20 МГц	20 МГц	100 МГц	400 МГц
Разрядность АЦП	8	8	8	8	8
Объем памяти	4 Кбайт	2 Кбайт	4 Кбайт	64 Кбайт (расширяемая до 256 Кбайт)	512 Кбайт

4. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА

4.1. Требования к программному обеспечению

Значительный скачек в технологии вычислительных средств позволяет в настоящее время осуществлять построение программных комплексов измерения и анализа временных параметров сигналов на базе ПЭВМ. Для решения задач измерения и анализа параметров и структуры сигнала можно использовать стандартный персональный компьютер, оснащенный дополнительными периферийными приемо - передающими устройствами.

Для работы такого комплекса необходимо программное обеспечение, позволяющее как обрабатывать сигналы, так и управлять оборудованием в режиме реального времени. Известные к настоящему времени программы такого типа (System View и т.д.) рассчитаны на работу с определенным типом аппаратного обеспечения, и для их корректного выполнения необходима работа устаревших однозначных операционных систем. Такие программы, как правило, узкоспециализированы, ограничены лишь приемом сигналов и не имеют функций, позволяющих производить анализ и обработку его параметров.

Известные программы другого типа ( Pspice и др.) , предназначенные для всестороннего анализа радиотехнических систем и сигналов, не позволяют работать с аппаратным обеспечением и не обеспечивают анализ в режиме реального времени. Добиться приемлимой скорости работы не удается, даже применив наиболее мощные процессоры Pentium II с тактовой частотой 450МГц. Важным недостатком является и то, что в них либо отсутствует, либо весьма примитивно представлена обработка в частотной области.

Таким образом, актуальной задачей является разработка программного обеспечения с максимальным быстродействием выполнения основных математических операций, обеспечением пользователя необходимым набором инструментов, позволяющим производить анализ и обработку сигналов как в частотной, так и во временной области. При этом необходимо обеспечить также совместную работу программного обеспечения и дополнительных аппаратных устройств ( АЦП, ЦАП блоков спецпроцессорной обработки сигналов ), а также скомпоновать модули программы в один пакет, обладающий максимальным удобством для пользователя.

Как известно, получить максимально быстрый машинный код можно, лишь используя язык программирования, допускающий непосредственное управление процессором. С учетом этого при разработке программного обеспечения необходимо ориентироваться на определенные семейства процессоров, например, семейства Pentium фирмы Intel, поскольку они наиболее распространены и в настоящее время вполне доступны.

Современные многозадачные ОС, такие, как Windows'95 и Windows NT, предоставляют пользователям удобный и простой интерфейс. В то же время разработка программ описываемого типа для таких систем весьма затруднительна. Необходимо максимально использовать функции ядра системы Windows, а также способы создания многопоточных программ, применение различных режимов синхронизации. В результате недостатки многозадачности, создающие определенные сложности при работе программ в режиме реального времени, могут быть обращены в достоинства. В программе возможно оптимальное построение потоков обработки данных, что обеспечивает высокое быстродействие даже при работе на одном компьютере нескольких прикладных программ.

При написании программного обеспечения необходимо использовать рекомендации фирмы Intel, на основании которых проводится оптимизация машинного кода. При этом все функции обработки данных пишутся на языке низкого уровня Ассемблер. Перечислим несколько принципов оптимизации.

Определенное размещение команд, а именно, правильное чередование команд обработки чисел с плавающей точкой и команд обработки целочисленных значений заставляют процессор оптимально использовать внутренний кэш и конвейерные потоки. За счет этого в ряде функций получен коэффициент “команды/такты” меньше единицы.

В программе активно используется математический сопроцессор, обрабатывающий числа с плавающей десятичной точкой. Как известно, он имеет стек, состоящий из 8 регистров. Оптимальное чередование математических команд-инструкций позволяет наиболее выгодно использовать этот стек. Обращение к регистрам стека происходит на внутренней частоте процессора, которая, как правило, превышает частоту шины компьютера, обеспечивающую работу с оперативной памятью.

Многие функции требуют циклической обработки данных. Грамотное планирование использования целочисленных регистров процессора, размещение в них наиболее часто используемых переменных также приводит к значительному повышению скорости вычислений.

Если программа определяет, что процессор оборудован технологией ММХ, то она активно использует все преимущества этой технологии.

При разработке использованы и другие способы оптимизации машинного кода. В качестве примера приведем следующие полученные результаты. Функции прямого и обратного преобразований Фурье выполняются на процессоре Pentium с частотой 166 МГц за 0,5 мс, что вдвое быстрее, чем библиотечные функции, распространяемые по сети Internet, в том числе и фирмой Intel. Работа функций, выполняющих циклическое суммирование или перемножение, осуществляется более чем в два раза быстрее, чем самые скоростные аналоги, выполненные по рекомендациям фирмы Intel.[4]

4.2. Описание работы программного комплекса

Рассмотрим подробнее работу всего комплекса. Он построен по модульному типу. Основу составляет персональный компьютер, который обеспечивает управление всеми устройствами, измерение основных параметров сигналов, их анализ и обработку. Связь программного обеспечения с приемопередающей аппаратурой осуществлена через специальные устройства аналого-цифрового и цифро-аналового преобразования, выполненные в виде плат, размещаемых в слотах материнской платы компьютера. (ЛА - н10М*)

Программный комплекс выполнен в виде стандартного многооконного интерфейса Windows'95. Для обеспечения максимального быстродействия используется непосредственный вызов функций ядра операционой системы. Поддержка специальных устройств осуществляется через драйверы Windows. Разработанный алгоритм формирования в памяти компьютера машинного кода, выполняющего обработку сигналов в модуле анализатора систем, позволяет добиться максимального быстродействия. При этом удалось добиться устойчивой работы анализатора систем в режиме реального времени на относительно дешевом процессоре Pentium с тактовой частотой 133 МГц.

Программное обеспечение поставляется в двух версиях:

Win_95-32-1. Коплект программного обеспечения, состоящего из 32 разрядной динамической библиотеки (DLL) , обеспечивающей интерфейс и полностью реализующий функционал устройства и виртуального драйвера, обеспечивающий эффективное взаимодействие с ПЭВМ (прерывания и канал ПДП) под управлением Windows'95. Для плат с частотой дискретизации АЦП до 1МГц.

Win_95-32-2. Для плат с частотой дискретизации АЦП более 1МГц.

4.3. Требования предъявляемые ПО к аппаратному обеспечению.

Из вышеизложенного материала видно, что при выборе комплектующих необходимо учитывать следующие требования:

• наличие операционной системы Windows'95 и занимаемый ею объем дискового пространства.
• Объем поставляемого ПО и требования изготовителя.
• Использование процессора с тактовой частотой, обеспечивающей устойчивую работу в режиме реального времени.
• Емкость и быстродействие оперативной памяти
• Возможность обновления библиотек и получение технической поддержки с помощью сети Internet.

Учитывая эти критерии, определим минимальные и рекомендуемые требования к аппаратному обеспечению. Результаты преведены в табл. 4.3.1.

Таблица 4.3.1.

Требования	Минимальные	Рекомендуемые
Материнская плата 1	256 К	512 К
Процессор 2 (МГц)	133	166 ММХ
ОЗУ (Мбайт)	8	16
Емкость HDD (ГБайт)	1,3	1,7
CD-ROM	8 -X	32-X
VIDEO	1 M	2 M
МОНИТОР 3	14''	15”
INTERNET	модем	HUB
SOUND CARD 4	Любая SB 16.
АС 5	Любые активные .
Клавиатура, мышь	Стандартные

Так как, х-ки “железа” будут рассмотрены позже, ограничимся размером “кэша”.

процессор Pentium фирмы Intel ( рекомендации разработчика программного комплекса ). Возможность использования прцессоров других производителей, рассмотрим ниже.

SVGA

Используется для звукового контроля НЧ диапазона, высокие качественные показатели не требуются.

Наличие их необязательно, поскольку ПК может работать и без них ( поставляются по желанию заказчика )

5. ВЫБОР КОМПЛЕКТУЮЩИХ ДЛЯ РС.

5.1. Системная плата

Материнская плата является основной составной частью РС. Это не только “сердце компьютера”, но и самостоятельный элемент, который управляет внутренними связями и взаимодействует через прерывания с другими внешними устройствами. В этом отношении материнская плата является элементом внутри РС, влияющим на общую производительность компьютера. Материнскую плату (Motherboard) также называют главной (Mainboard) или системной платой.