1.2 Генераторы сигналов произвольной формы
Генераторы сигналов произвольной формы - цифровые генераторы, основанные на применении памяти, со способностью передачи через цифро-аналоговый преобразователь любой формы сигнала, включая нарисованную от руки или восстановленную путем захвата реального сигнала с помощью цифрового осциллографа. При его возможностях и способностях генератор сигналов произвольной формы позволяет пользователю увеличивать или уменьшать амплитуду и частоту, повторять сигналы так частот как это необходимо или изменять сигналы различными способами. Основной чертой генератора сигналов произвольной формы является переменная частота дискретизации, что позволяет генерировать превосходно повторяемые выходные сигналы сложной формы (рис.1.3).
Рисунок 1.3 Схема генератора сигналов произвольной формы
Частота сигнала будет определяться по используемой частоте дискретизации и количества точек в таблице памяти по следующей формуле:
формула
1
Либо частота дискретизации, либо длина таблицы памяти, либо они вместе могут быть настроены для получения желаемой частоты выходного сигнала. Поэтому с генератора сигналов произвольной формы, любой сигнал повторяется точно, без наложений. Будучи основанным на использовании памяти, генератор сигналов произвольной формы дает возможность пользователю программировать свою память путем деления ее на сегменты данных и использовать каждый сегмент индивидуально.
Рисунок 1.4 Воспроизведение сигнала с использованием сегментов: синус, меандр, треугольник, экспонента, шум, повторение сегмента меандра
Кроме того, генераторы сигналов произвольной формы обычно оснащены последовательным режимом, который позволяет связывать или повторять сегменты любым образом по выбору пользователя. Несколько расширенных режимов обеспечивают различные пути по формированию выходного сигнала: непрерывный, пошаговый, однократный, смешанный и т.д.
Генераторы сигналов произвольной формы могут быть синхронизированы для обеспечения многоканальных решений (рис. 1.5). Однако, использование различных частот дискретизации в генераторах сигналов произвольной формы затрудняет реализацию стандартных видов модуляции и быстрой перестройки частоты выходного сигнала.
Рисунок 1.5. Мультигенераторная синхронизация
1.3 Аналоги
Для преобразования цифрового сигнала в аналоговый используют устройства под названием цифро-аналоговые преобразователи. Как правило, они существуют в виде отдельных микросхем, которые порой труднодоступны. Если к цифро-аналоговому преобразователю не предъявляются серьёзные требования, то его можно сделать самостоятельно из обычных резисторов. Называется такой ЦАП – R -2R. Своё название он получил из-за номиналов, применяемых в нём резисторов с сопротивлениями R и 2*R. Сопротивления могут быть любыми, но в разумных пределах. Если поставить очень большие, например, по несколько мегаом, то нагрузка, которая подключена к выходу, внесет существенные искажения в сигнал. Напряжение начнёт проседать. В данном аналоге взяты резисторы с сопротивлениями 1 КОм и 2 КОм.
Рисунок 1.5
На отладочной плате ЦАП выглядит так:
Рисунок 1.6 Матрица R-2R на печатной плате.
Описание работы:
Каждый вход цифро-аналогового преобразователя имеет свой «вес». Входы расположены в порядке уменьшения веса слева направо. Таким образом, левый вход оказывает самое большое влияние на выходной сигнал, следующий за ним вдвое меньше и т.д. Самый последний вход изменяет выходной сигнал на маленькие милливольты. Если известна комбинация бит поступающая на вход цифро-аналогового преобразователя, то рассчитать напряжение очень легко. Предположим, что на входе у нас число 10010101 тогда выходное напряжение можно рассчитать по формуле:
Uвых=Uпит * (1 * 1/2 + 0 * 1/4 + 0 *1/8+ 1*1/16 + 0*1/32+1*1/64+0*1/128+1*1/256) Формула 2.
Согласно формуле 2 , напряжение на выходе будет равно 2.91 вольта. Uпит – напряжение питания микроконтроллера. При расчете использовалось значение 5 вольт. Таким образом, восьмибитный цифро-аналогового преобразователь способен выдать 256 различных напряжений с шагом около 20 милливольт, что вполне неплохо.
Применение
Применений у данного цифро-аналогового преобразователя несколько. В особенности, генератор сигналов различной формы.
Формирование пилообразного сигнала:
Рисунок 1.7 . Пилообразный сигнал
Формирование треугольного сигнала:
Рисунок 1.8 Треугольный сигнал
Формирование:
Рисунок 1.9. Произвольный сигнал
Преимущества и недостатки:
К преимуществам можно отнести:
Возможность увеличения разрядности;
Частота дискретизации;
Схемотехническая простота и повторяемость;
К недостаткам относятся:
Качество цифро-аналогового преобразователя сильно зависит от применяемых резисторов;
Сопротивление ключей порта микроконтроллера вносят искажения;
Большие габариты
2 . РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОГО МОДУЛЯ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА СИГНАЛОВ НА БАЗЕ ЦИФЗО-АНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ