лабораторные работы на NI ELVIS

Сообщение будет создаваться с помощью генератора сигналов произвольной формы NI ELVIS.

Интерактивные панели управления (ИПУ), используемые в данной

лабораторной работе:

Осциллограф (OSC) и генератор сигналов произвольной формы

(Arbitrary Waveform Generator - ARB).

Компоненты, используемые в данной лабораторной работе:

Резистор 1 кОм (коричневый, черный, красный)

2 резистора по 100 кОм (коричневый, черный, желтый)

ОУ 741 либо ОУ 753 на полевых транзисторах

Канцелярские скрепки

Задание 6.1. Передатчик

Выпрямите скрепку и обрежьте ее, чтобы получился кусочек проволоки длиной около 6 сантиметров. Одним из концов вставьте её в выходной разъем функционального генератора. После запуска ИПУ FGEN на этой антенне появится переменное напряжение, которое приведет к генерации слабого радиочастотного сигнала. Такая же антенна, расположенная на расстоянии примерно одного сантиметра, будет принимать данный сигнал, который затем будет усиливаться до приемлемого уровня.

Вначале для проверки передатчика мы будем использовать синусоидальный сигнал. Поэтому выполните соответствующие настройки функционального

генератора: тип сигнала - синусоидальный, амплитуда - 5 вольт, частота - 10 кГц.

Задание 6.2. Приемник

Второй скрепке придайте форму ступеньки со следующими параметрами: длина приемной части около 6 см. высота около б мм и ширина - 13 мм. Коротким концом вставьте антенну в разъем на макетной плате. Средняя секция будет упираться в плату и позволит вращать антенну вокруг короткого конца. Длинную часть установите вертикально и параллельно антенне передатчика (см. фотографию выше).

Соберите простейшую схему инвертирующего усилителя с высоким КУ на базе ОУ 741 или 753.

На макетной плате NI ELVIS присоедините резистор 1 кОм к инвертирующему входу (контакт 2), а резистор смещения 100 кОм к неинвертирующему входу (контакт 3) ОУ. Оставшиеся контакты резисторов присоедините к «земле» (Ground). Второй резистор номиналом 100 кОм используйте для создания обратной связи. Питание +15 В подайте на контакт 7 ОУ, а -15 В на контакт 4. Номинально схема будет иметь КУ равный 100. Для увеличения КУ необходимо использовать другие комбинации резисторов. Приемную антенну присоедините к входу схемы (контакт 3). Сигнал с выхода ОУ (контакт 6) подайте на осциллограф.

Задание 6.3. Проверка передатчика и приемника

Для проверки тракта приемник-передатчик мы будем использовать синусоидальный сигнал. Проверьте все соединения и включите питание макетной платы. Сдвиньте антенну приемника на несколько миллиметров от антенны передатчика. BNC-разъем канала А осциллографа на лицевой панели

станции присоедините к выходу ОУ (контакт 6) и «земле». Настройки осциллографа должны быть следующими:

Channel A BNC Board

Trigger Settings FUNC_SYNC

Увеличивайте коэффициент усиления осциллографа до тех пор, пока не увидите синусоидального сигнала. Если вы все же не увидели сигнала, дотроньтесь до антенн кончиком пальца. Таким образом вы смоделируете высокий импеданс атмосферы и позволите распространяться слабому сигналу. Теперь подстройте амплитуду и частоту на ИПУ функционального генератора FGEX, чтобы увидеть хороший сигнал. Промерьте зависимость уровня сигнала от расстояния между антеннами приемника и передатчика. Расстояние можно легко измерить с помощью линейки. Вы увидите, насколько резко спадает уровень сигнала с увеличением расстояния. В своё время Маркони пришлось поднимать антенну на несколько десятков метров в высоту с помощью воздушного змея.

Теперь, когда тракт передатчик-приемник работает, самое время повторить передачу сообщения Маркони.

Первый трансатлантический сигнал, переданный Маркони

Первый радиочастотный передатчик Маркони состоял из разрядника (искровой промежуток), присоединенного к резонансной схеме, и очень длинной антенны, которая часто поднималась с помощью воздушного шара либо змея. Когда происходил разряд между двумя электродами, генерировался мощный радиочастотный импульс длительностью несколько миллисекунд. Не забывайте, что напряжение между электродами составляло 30 киловольт, а расстояние между ними было 1 сантиметр, поэтому токи достигали больших значений. Единичный разряд со следующей за ним паузой представлял собой точку в азбуке Морзе. Более длительный разряд с паузой символизировал тире. Вместе они образовывали необходимые коды для азбуки Морзе. Быстрая последовательность трех точек - это буква "S". Буква "О" кодируется тремя тире. Следовательно, сигнал бедствия S-O-S (Save Our Souls) будет выглядеть как:

точка-точка-точка тире-тире-тире точка-точка-точка

Для своего первого трансатлантического сообщения Маркони выбрал более простой сигнал: точка-точка-точка.

Задание 6.4. Создание специального тестирующего сигнала с помощью

генератора сигналов произвольной формы

Сигнал, символизирующий точку кода Морзе, обычно представляет собой осциллограмму, за которой следует пауза - отсутствие сигнала. Каждая из частей имеет продолжительность порядка 1/10 секунды. Тире в азбуке Морзе - это сигнал в три раза длительней осциллограммы точки, т.е. 3/10 секунды, за которым также следует пауза. Схема кодирования представляет собой генерацию простейших тональных посылок различной длительности. Так буква "S" имеет код точка-точка-точка или в двоичном виде 101010, где 1 - символизирует точку, а 0 - паузу. В более длинных сообщениях, состоящих из нескольких букв, таких как "SSS" используется более длинная пауза (4/10 секунды) между буквами. Следовательно, это сообщение можно записать как:

101010 0000 101010 0000 101010 0000

Если мы сможем сгенерировать такую осциллограмму на выходе цифроаналогового преобразователя (ЦАП) NI ELVIS, то её можно будет использовать для модуляции функционального генератора. Результирующий тонально-импульсный сигнал с FGEX можно использовать для передачи нашего сообщения.

В меню запуска инструментов NI ELVIS выберите функцию Arbitrary Waveform (осциллограмма произвольной формы). Генераторы сигналов произвольной формы позволяют генерировать уникальные осциллограммы, типа первого сообщения Маркони. Для создания осциллограмм можно использовать специальную программу под названием Waveform editor (Редактор осциллограмм). Чтобы запустить программу, нажмите кнопку

Waveform Editor.

ЦПУ {Arbitrary Waveform} позволяет генерировать осциллограммы на обоих выходах ЦАП - DAC0 и DAC1. Нажмите на кнопку обзора файлов рядом с окном ввода имени осциллограммы DAC0 Waveform Name. В меню осциллограмм выберите файл 1VSine1000.wdt. Когда вы нажмете кнопку запуска DAC0 play, то на выходном контакте DAC0 появится синусоидальное напряжение амплитудой 1 вольт и частотой 1000 Гц. Присоедините вход Канала А осциллографа к выходу DAC0. Нажмите кнопку DAC0 [Play/ Stop] и наблюдайте синусоидальную волну частотой 1 кГц на экране осциллографа.

Примечание. Для стабильного отображения сигнала на экране осциллографа задайте для него в качестве триггера Канал А.

Снова нажмите кнопку обзора файлов осциллограмм для DAC0, зайдите в библиотеку Hands-On NI ELVIS и выберите файл Morse.wdt. Этот файл обеспечит генерацию осциллограммы для буквы "S" кода Морзе. Нажмите кнопку Play и наблюдайте сигнал на осциллографе.

При реальной передаче данных необходимо изменить значение частоты обновления в окне Update Rate на 10000 S/s.

Задание 6.5. Демонстрация передачи сигнала по радиочастотному

каналу связи

Для завершения создания нашей передающей станции установите в макетную плату цифровую микросхему 7408 (четыре двухвходовых логических элемента И). Напряжение питания (+5В) подайте на контакт 14, а заземление (Ground) на контакт 7. Сигналы с выхода ЦАП DAC0 на макетной плате подайте на контакт l,ac выхода функционального генератора FGEN на

контакт 2 микросхемы 7408. Проволочную антенну передатчика присоедините теперь к контакту 3 микросхемы 7408.

Теперь настройте ИПУ функционального генератора на генерацию ТТЛ сигнала.

Выберите следующие параметры: Amplitude (Амплитуда)→ 2.2 V

Offset (Смещение) ->2.5 V Waveform (Форма сигнала) → Square (Меандр)

Frequency (Частота) → 1 kHz

Отправляемый и принимаемый сигналы можно увидеть на экране осциллографа. Для этого сигнал с контакта 3 микросхемы 7408 подайте в Канал А, а принимаемый сигнал с контакта 3 ОУ подайте в Канал Б осциллографа. Источником триггерного сигнала для осциллографа сделайте Канал А.

Теперь вы должны увидеть передаваемое сообщение "Sv в Канале А и принимаемый сигнал в Канале Б.

Примечание: Если еще более увеличить КУ приемника и преобразовать принимаемый сигнал в сигнал по току, то можно использовать небольшой громкоговоритель. Тогда вы услышите слабенький, но четкий сигнал «бип-бип-бип- пауза-бип-бип-бип».

Лабораторная работа 7

Цифровой термометр

Цель работы: Знакомство с перестраиваемым источником питания NI ELVIS и возможностями использования его совместно с элементами управления на лицевой панели рабочей станции и с виртуальными элементами управления на мониторе компьютера. Управление ими программно с помощью ВП LabVIEW.

Краткая теоретическая часть

Термистор представляет собой устройство, сделанное из полупроводникового материала и имеющее два выходных провода. Он имеет нелинейную зависимость выходного сопротивления и обладает отрицательным температурным коэффициентом. Термисторы являются идеальным выбором для измерения температуры в широком динамическом диапазоне и успешно применяются в схемах сигнализаторов перегрева.

Перестраиваемый источник питания (ПИП) будет использоваться для возбуждения термистора с сопротивлением 10 кОм в схеме делителя напряжения. Напряжение на термисторе взаимосвязано с его сопротивлением, которое, в свою очередь, является функцией его температуры. В данной лабораторной работе демонстрируется совместное использование элементов управления/индикаторов LabVIEW и API NI ELVIS с целью создания цифрового термометра.

Интерактивные панели управления (ИПУ), используемые в данной лабораторной работе

Цифровой омметр DMM[Ω] и цифровой вольтметр DMM[V], а также API

ПИП.

Компоненты, используемые в данной лабораторной работе

Резистор R1 номиналом 10 кОм (коричневый, черный, оранжевый) Термистор RT сопротивлением 10 кОм

Задание 7.1

Измерьте сопротивление резисторов в зависимости от температуры.

Запустите NI ELVIS, выберите функцию Digital Multimeter и нажмите кнопку Ohms, или произведите измерения с использованием мультиметра. Сначала присоедините резистор, затем термистор и проведите измерения их сопротивлений при комнатной температуре.

Затем нагрейте термистор, взяв его пальцами, и наблюдайте за изменением его сопротивления. Тот факт, что сопротивление уменьшается с увеличением температуры (отрицательный температурный коэффициент) является характерной особенностью термистора. Термисторы производятся из полупроводникового материала, чье удельное сопротивление

экспоненциальным образом зависит от окружающей температуры, что в итоге и приводит к нелинейной зависимости сопротивления термистора.

Произведите измерения сопротивления при нагреве в течении 30 сек, 1 мин, 2 мин. Данные для резистора и термистора занесите в таблицу и представьте в графическом виде.

Задание 7.2

Исследование влияния температуры на напряжение в схеме с термистором.

Теоретическая часть: Работа с перестраиваемым источником питания

Из меню выбора функций NI ELVIS выберите режим Variable Power Supplies (перестраиваемые источники питания). В рабочей станции NI ELVIS есть два управляемых источника питания с диапазонами от 0 до – 12 и от 0 до +12 вольт, каждый из которых обеспечивает рабочий ток до

500 мА.

На лицевой панели рабочей станции переведите переключатель VPS+ в положение Manual (Ручное управление).

Обратите внимание, что соответствующие элементы управления в окне Variable Power Supplies станут неактивны, и, следовательно, ими нельзя управлять с помощью мыши. Зеленый светодиод также свидетельствует о том, что ПИП переведен в режим ручного управления. В этом случае выходное напряжение можно изменять только ручками управления на лицевой панели станции.

Соедините проводами гнезда [VPS+] и [Ground] с входами для измерения напряжения цифрового мультиметра voltage DMM.

Выберите функцию DMM[V].

Поверните ручку управления VPS на лицевой панели станции и наблюдайте за изменением напряжения в окне DMM[V].

Примечание. Нулевое выходное напряжение для VPS+ достигается вращением ручки против часовой стрелки, а для VPS– - по часовой.

Переведите переключатель для VPS+ вниз (не ручное управление). Теперь можно использовать виртуальные элементы управления в окне Variable Power Supplies. Удерживая нажатой кнопку мыши, поверните виртуальную ручку для изменения выходного напряжения. Обратите внимание на кнопку [RESET], с помощью которой можно быстро сбросить напряжение до нуля. Источник отрицательного напряжения работает точно таким же образом (только напряжение его, естественно, отрицательно).

На макетной плате соберите схему делителя, используя резистор 10 кОм и термистор. Входное напряжение подайте с разъемов [VPS+] и [Ground]. С помощью подводящих проводов станции и функции DMM[V] измерьте напряжение на термисторе.

Убедитесь, что ручка подаваемого напряжения питания VPS+ повернута в крайнее левое положение, а переключатель находится в состоянии ручного режима управления Manual. Подайте питание на макетную плату и наблюдайте за напряжением на индикаторе DMM[V].

При увеличении напряжения от 0 до +5 вольт напряжение на термисторе возрастет примерно до 2.5 вольт. Уменьшите напряжение источника питания до +3 вольт.

Нагрейте термистор, дотронувшись до него кончиком пальца, и наблюдайте за уменьшением напряжения.