Порядок работы при настройке осциллографа NI ELVIS II
Оглавление
Введение
1. Контрольно-измерительные приборы NI ELVIS II ………...................
2. Введение в модуль расширения DATEX для выполнения
экспериментов ……………………............................................................22
3. Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) ……………………………....40
4. Демодуляция ИКМ-сигнала ……......................…………………… .....56
5. Дискретизация при импульсно-кодовой модуляции и частота
Найквиста …............................................................................................…79
6. Множественный доступ с временным разделением каналов ..........…95
7. Линейное кодирование и восстановление сигнала битовой
синхронизации …..............................................................................… 109
ВВЕДЕНИЕ
Методические указания содержат курс лабораторных работ по ключевым принципам основ функционирования систем информационного сервиса, оцифровки, кодирования и мультиплексирования, передачи и управления сигналами в современных системах телекоммуникаций.
Лабораторные работы построены на базе инженерной модульной системы Emona FOTEx состоящего из набора блоков (называемых модулями), которые соединяются друг с другом для выполнения экспериментов с цифровыми и оптоволоконными системами телекоммуникаций. Студенту предлагается задание: собрать, измерить и.
Лабораторные работы рассчитаны на студентов, имеющих базовый уровень математических знаний, начальные знания по физике и электротехнике. Благодаря инженерному подходу к "моделированию" на системе FOTEx, они смогут исследовать более сложные проблемы, выполнять дополнительные измерения.
Тренажер Emona FOTEx привлекает хорошо обоснованной экспериментальной методологией, которая оживляет “универсальный язык” телекоммуникаций – БЛОК-СХЕМЫ. Первоначально созданная в 1970-ом году Тимом Хуппером (Tim Hooper), ведущим лектором по телекоммуникациям университета Нового Южного Уэльса (University of New South Wales), Австралия, и в дальнейшем разрабатываемая фирмой Emona Instruments, Emona TIMS™ или “Telecommunications Instructional Modeling System” (“Учебная Система Моделирования Телекоммуникаций” используется тысячами студентов во всем мире, чтобы реализовать на практике любые формы модуляции и кодирования.
Блок-схемы служат для того, чтобы объяснять принцип действия электронных систем (например, таких как радиопередатчик), не задумываясь над тем, как работают внутренние электронные схемы. Каждый блок представляет собой часть электрической схемы, которая выполняет отдельную операцию и имеет соответствующее название. Примерами часто встречающихся в телекоммуникационном оборудовании блоков являются сумматор, умножитель, генератор и т.д.
Функциональные блоки FOTEx могут использоваться во многих экспериментах так же, как и узлы блок-схем могут по-разному комбинироваться при реализации различных приборов.
Модуль расширения Emona FOTEx полностью интегрирован с платформой NI ELVIS и программным окружением NI LabVIEW. Всеми аналоговыми и цифровыми входными и выходными сигналами FOTEx™ можно управлять при помощи элементов управления NI LabVIEW VI (виртуальных приборов).
Лабораторная работа № 1
ИЗУЧЕНИЕ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ПРИБОРОВ NI ELVIS II
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение основ функционирования современных контрольно-измерительных приборов
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Цифровой мультиметр (Digital multimeter) и осциллограф (Oscilloscope) два самых распространенных измерительных прибора, используемых в электронной промышленности. Большинство операций измерения, необходимых при тестировании и/или ремонте электронных систем, могут быть выполнены с помощью только этих двух приборов.
В то же время, найдется очень мало лабораторий или мастерских, в которых работают с электронными устройствами, где нет таких приборов, как источник питания постоянного тока (DC Power Supply) или генератор функций (Function Generator). Помимо того, что источник напряжения постоянного тока может выдавать тестовые сигналы, он еще может использоваться для питания тестируемого оборудования. Генератор функций используется для получения различных тестовых сигналов переменного тока.
Важно, что в NI ELVIS II содержатся все эти четыре (а также другие) основные компоненты лабораторного оборудования. Однако, вместо того, чтобы использовать в каждой компоненте собственный цифровой индикатор или графический дисплей, NI ELVIS II посылает результаты измерений через USB на персональный компьютер, где они отображаются на экране.
Реализованные с использованием компьютера приборы NI ELVIS II называются "виртуальными измерительными приборами". Однако, цифровой мультиметр и осциллограф - реальные измерительные приборы, а не программные симуляторы, так же, как и источник питания постоянного тока и генератор функций формируют на выходе реальные напряжения.
Оборудование для выполнения лабораторной работы:
· Персональный компьютер с соответствующим установленным программным обеспечением NI ELVIS II с USB-кабелем и блоком питания
· Модуль расширения Emona FOTEx для выполнения экспериментов
· Два проводника с разъёмами BNC - "банан" (2 мм)
· Набор соединительных проводников с разъёмами типа "банан" (2 мм)
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:
Часть A – Начало работы
1. Убедитесь, что питание NI ELVIS выключено, выключатель расположен на задней стенке устройства.
2. Осторожно вставьте модуль расширения Emona FOTEx в NI ELVIS.
3. Вставьте крепежные винты для фиксации модуля Emona FOTEx в NI ELVIS II.
Примечание 1: Это может быть уже сделано. Если нет, то винты входят в комплект с NI ELVIS II, и вставляются через отверстия в верхних правом и левом углах FOTEx
Примечание 2: Для предотвращения повреждения FOTEx эти действия должны выполняться при выключенном питании.
4. Установите переключатель Control Mode (режим управления) на модуле FOTEx (в верхнем правом углу) в положение Manual (ручной).
5. Подключите NI ELVIS II к ПК при помощи кабеля USB.
6. Включите питание NI ELVIS II, выключатель расположен на задней стенке устройства, затем включите питание макетной платы, этот выключатель расположен в правом верхнем углу рядом с индикатором питания.
7. Включите компьютер и дайте ему загрузиться.
8. Запустите программу NI ELVIS IImx по указанию преподавателя.
Примечание: Если программа NI ELVIS IImx запустилась успешно, появится окно “ELVISmx Instrument Launcher” – окно запуска измерительных приборов (рис. 1)
Рисунок 1
Часть В – цифровой мультиметр NI ELVIS II
Цифровой мультиметр NI ELVIS II (Digital Multimeter DMM) - прибор, который измеряет следующие электрические характеристики: постоянное и переменное напряжение, силу постоянного и переменного тока, сопротивление, емкость и индуктивность.
9. Щелкните мышкой по кнопке DMM в окне запуска измерительных приборов.
Примечание: Если виртуальный прибор Цифровой мультиметр был запущен успешно, появится окно прибора, как показано на рис. 2.
Рисунок 2
Режим цифрового мультиметра выбирается при помощи "программных" органов управления виртуального измерительного прибора вместо физических кнопок на NI ELVIS II. То есть для задания режима необходимо нажать соответствующую кнопку под заголовком Measurement and Settings (Измерения и настройки) рядом с указателем мыши на рисунке 2.
10. Наведите указатель мыши на эти элементы управления, но пока не щелкайте по ним.
Примечание: Когда вы это сделаете, то заметите всплывающее окно, в котором говорится, какой режим измерения активирует эта кнопка.
11. Пощелкайте по кнопкам напряжения (отмечены буквой V) и тока (отмечены буквой A).
Примечание 1: Обратите внимание, что кнопки на лицевой панели виртуального прибора анимированы. Когда вы щелкаете по любой из них, они меняются так, как будто вы действительно их нажали (включая) или отжали (выключая).
Примечание 2: Обратите внимание, что в окне "Banana Jack Connections" (соединение с гнездом типа "банан") отображается информация о том, какой разъем DMM на левой стороне NI ELVIS II необходимо использовать для этого конкретного измерения.
Важно, что простой запуск виртуального прибора DMM не активирует аппаратные средства прибора. Чтобы сделать это, необходимо нажать на программную кнопку с зеленой стрелкой Run (Запуск), и это необходимо проделывать каждый раз, когда вы запускаете виртуальный прибор DMM.
12. Щелкните по кнопке Run (Запуск) DMM.
13. Щелкая по очереди по кнопкам Measurement and Setting (Измерения и настройки), наблюдая за показаниями DMM.
Примечание: Обратите внимание, что в показаниях меняются единицы измерения (например, V для вольт, A для ампер и т.д.). Также в показаниях учитываются относительные численные значения измерений (например, m для мили-, М для Мега-и т.п.) Обратитесь к преподавателю, если вы не знакомы с метрической системой и множителями для единиц измерения.
Часть С - Регулируемые источники питания NI ELVIS II
Регулируемые источники питания NI ELVIS II (Variable Power Source- VPS) - приборы, которые могут одновременно выдавать два напряжения постоянного тока (положительное и отрицательное) на контакты Emona FOTEx. Функционирование источников вкратце рассматривается далее.
14. Щелкните мышкой по кнопке “VPS” в окне запуска измерительных приборов. ВП Variable Power Supply запустился успешно, появится окно прибора, как показано на рис. 3.
Некоторые настройки VPS можно изменить с помощью физических органов управления на правой стороне блока NI ELVIS II. Однако все настройки VPS могут быть выполнены помощи "программных" органов управления виртуального прибора. Такой способ предпочтительнее.
Рисунок 3
15. Щелкните по кнопке Цифрового мультиметра для перехода в режим измерения напряжения постоянного тока.
16. Соберите схему, изображенную на рис. 4.
Совет: используйте соединительные проводники со штекерами типа "банан" 4 мм - 2 мм.
Рисунок 4
17. Запустите ВП Variable Power Supply щелчком по кнопке Run (Запуск).
18. Измените на выходе положительного напряжения источника питания ВП Variable Power Supply с помощью мыши, «захватив и вращая» регулятор напряжении я (Voltage), показанный на рис. 5.
Рисунок 5
19. Сравните заданное значение напряжение и показания цифрового мультиметра. Показания должны быть близки, но, скорее всего, не будут точно совпадать.
20. Установите на выходе положительного напряжения источника питания Variable Power Supply ровно на 7.59 В, введя эту цифру в окно V, как показано на рис. 6, и нажав клавишу Enter.
Рисунок 6
21. Сравните введенное вами значение c показаниями цифрового мультиметра.
22. Нажмите кнопку Reset (сброс) под окном V и пронаблюдайте эффект.
23. Подключите цифровой мультиметр к выходу отрицательного напряжения источника питания Variable DC регулируемого источника питания.
24. Повторите действия по п.п. 18-23 для того. чтобы поработать с источником отрицательного напряжения питания.
Часть D – Осциллограф NI ELVIS II
Осциллограф NI ELVIS II – полнофункциональный двухканальный осциллограф, позволяющий инженерам и техникам измерять различные сигналы переменного тока и наблюдать их формы. Функционирование осциллографа вкратце рассматривается далее.
25. Закройте виртуальные приборы "Цифровой мультиметр" и "Регулируемый источник питания".
26. Щелкните мышкой по кнопке "Scope"(осциллограф) в окне запуска измерительных приборов.
Примечание: Если ВП осциллограф запустился успешно, появится окно прибора, как показано на рис. 7.
Рисунок 7
Осциллограф NI ELVIS II управляется при помощи органов управления на панели виртуального прибора. Хотя управлять осциллографом NI ELVIS II намного проще, чем другими типами осциллографов, все равно могут возникнуть некоторые небольшие проблемы, особенно если вы используете подобное оборудование впервые. На следующей странице представлен алгоритм действий, которые необходимо выполнить для подготовки к наблюдению и измерению сигналов в экспериментах с FOTEx.
Порядок работы при настройке осциллографа NI ELVIS II
27. Следуйте инструкции, приведённой ниже. Позовите преподавателя, если не сможете найти какой-либо элемент управления.
Примечание: Некоторые из настроек, описанных ниже, являются настройками по умолчанию при запуске. Тем не менее, проверьте их, чтобы быть уверенными, что используются нужные настройки.
General (Общие настройки )
i) Убедитесь, что в окошке Cursors On (курсоры включены) флажок не установлен. Vertical (Настройки каналов вертикального отклонения)
i) Убедитесь, что в управляющем элементе Channel 0 Source (источник канала 0) и Channel 1 Source (источник канала 1) выбрано SCOPE CH 1.
ii) Убедитесь, что в управляющем элементе Probe (пробник) для обоих каналов установлено 1х
iii) Выберите в списке Coupling (Соединение) для обоих каналов установлено АС (переменный ток)
iv) Установите элемент управления Scale (Масштаб) для обоих каналов в положение 1V/div (1 В/дел).
v) Проверьте, находится ли переключатель Vertical Position (позиция по вертикали) для обоих каналов в среднем положении.
Timebase (Масштаб по оси времени)
i) Установите элемент управления Time/Div (сек./дел.) в положение 500µs/div (500 мкс/дел.).
Trigger (Запуск)
Выберите в списке Type (Тип) вариант Edge (по фронту).
ii) Установите элемент управления Source (Источник) в положение CH 0 Source..
iii) Установите элемент управления Level (Уровень) в положение 0.
iv) Установите элемент управления Slope (Наклон) в положение 
28. Запустите ВП осциллограф, нажав кнопку Run (запуск).
В следующей части эксперимента вы ознакомитесь с работой осциллографа NI ELVIS II путем наблюдения и измерения сигнала FOTEx.
29. Соберите схему, как показано на рис. 8 ниже.
Примечание 1: Как вы увидите, осциллограмма в канале 0 осциллографа - зеленая, так что используйте зеленый проводник с разъемами BNC - "банан". Это будет очень полезно при использовании двух каналов одновременно.
Примечание 2: Обратите внимание, что соединение с выходом 2kHz SINE (синусоида 2 кГц) модуля Master Signals (Генератор опорных сигналов) должно выполняться при помощи красного штекера типа "банан". Чѐрный штекер типа "банан" нужно вставить в одно из гнезд GND (заземление) Emona FOTEx.
Рисунок 8
Выполняя измерения амплитуды сигнала переменного тока с помощью осциллографа, обычно измеряют пиковое (peak-to-peak) напряжение. Под этим понимается разность между самой низкой и самой высокой точками сигнала, как показано на рис. 9. Зная удвоенное напряжение, можно вычислить среднеквадратическое значение амплитуды.
Рисунок 9
Peak-to-Peak – пиковое напряжение
The period of one cycle – один период сигнал Другой важной измеряемой характеристикой сигнала переменного тока является период. Период – это время одного цикла, и это тоже показано на рис. 9.
Измерение амплитуды сигнала и определение его частоты при помощи обычного осциллографа немного более сложная задача, чем измерения с использованием цифрового мультиметра. Более того, новички при этом могут гораздо легче совершать ошибки. К счастью, осциллограф NI ELVIS реализует функцию измерения амплитуды и частоты и выводит результаты измерений на экран. На панели виртуального прибора эта информация отображается под масштабной сеткой, как показано на рис. 10.
Рисунок 10
30. Запишите результаты измерения напряжения (среднеквадратическое значение и значение пикового напряжения) и частоты в таблицу 1.
31. По измеренной частоте сигнала рассчитайте его период.
Таблица 1
| Среднеквадратичное значение напряжения | |
| Частота | |
| Пиковое напряжение | |
| Период |
Часть Е – Генератор функций NI ELVIS II
Генератор функций NI ELVIS II – прибор, который может формировать на выходе сигналы переменного тока различной формы, амплитуды и частоты и подавать их на контакты Emona FOTEx. Работа генератора функций вкратце рассматривается далее.
32. Щелкните мышкой по кнопке "FGEN" (генератор функций) в окне запуска измерительных приборов.
Примечание 1: Не закрывайте виртуальный осциллограф, потому что он вам пригодится для проверки правильности работы генератора функций.
Примечание 2: Если ВП генератор функций запустился успешно, появится окно прибора, как показано на рис. 11.
Рисунок 11
33. Запустите ВП генератор функций щелчком по кнопке Run (запуск).
34. Для наблюдения сигналов на выходе генератора соберите схему, показанную на рис. 12.
Примечание: Подключение к выходу генератора функций должно быть выполнено проводником с красной вилкой типа "банан".
Рисунок 12
35. Установите элемент управления Timebase (Масштаб по оси времени) осциллографа 2ms/div (2 мс/дел.)
Примечание: как только вы это сделаете, вы должны увидеть два полных цикла синусоидального сигнала.
36. Покрутите регулятор Amplitude (амплитуда) генератора функций влево и вправо и пронаблюдайте за эффектом.
37. Задайте амплитуду равной ровно 2.8 В, введя цифры в окно Vpp под виртуальным регулятором Amplitude и нажав клавишу Enter.
38. Покрутите регулятор Frequency (частота) генератора функций влево и вправо и пронаблюдайте за эффектом.
39. Задайте частоту сигнала генератора равной точно 135 Гц, введя цифры в окно Hz под регулятором частоты и нажав клавишу Enter.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2