Методические рекомендации к лабораторным работам для студентов специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии» (стр. 2 из 5)
Составить отчёт о проделанной работе.
3.4 Лабораторная работа № 4
Изучить электрическую принципиальную схему лабораторного стенда и метод для измерения частоты. В соответствии с изученным разработать ПО, реализующее данный метод на лабораторном стенде.
Рассматривая лабораторный стенд как рабочее средство измерения частоты, рассчитать его пределы измерения. Применяя разработанное ПО, выполнить N измерений частоты, значение которой находится в пределах измерения. Значение N должно быть достаточным, для того, чтобы установить зависимость погрешности измерения, от значения измеряемой частоты. Вывести эту зависимость.
Составить отчёт о проделанной работе.
3.5 Лабораторная работа № 5
Изучить электрическую принципиальную схему лабораторного стенда и метод для измерения сдвига фаз. В соответствии с изученным разработать ПО, реализующее данный метод на лабораторном стенде.
Снять перемычку с переключателей. Рассматривая лабораторный стенд как рабочее средство измерения сдвига фаз провести измерения при частотах порядка 100 Гц, 1 кГц, 10 кГц, применяя разработанное ПО. Провести теоретический расчёт сдвига фаз при указанных частотах. Сопоставить результаты и обосновать их расхождение. Рассчитать погрешность измерений.
Установить перемычку на переключатель таким образом, чтобы выводы резистора R1 оказались замкнутыми. Выполнить действия, аналогичные действиям при снятой перемычке, при частотах 50 Гц, 500 Гц, 5 кГц.
Установить перемычку на переключатель таким образом, чтобы выводы резистора R2 оказались замкнутыми. Выполнить действия, аналогичные действиям при снятой перемычке, при частотах 200 Гц,
2 кГц, 20 кГц.
Составить отчёт о проделанной работе.
3.6 Лабораторная работа № 6
Изучить электрическую принципиальную схему лабораторного стенда для изучения логических анализаторов и методы их построения на лабораторном стенде.
Разработать ПО, позволяющее в реальном времени на экране монитора графически отображать логические состояния исследуемых сигналов. Предусмотреть масштабирование по времени. Определить максимальную частоту изменения исследуемых сигналов, при которой возможна их непрерывная фиксация.
Составить отчёт о проделанной работе.
1ПРИЛОЖЕНИЕ А
Измерение постоянного напряжения и тока
времяимпульсным методом
Структурная схема цифрового вольтметра (ЦВ) для измерения постоянного напряжения времяимпульсным методом приведена на рисунке А.1. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы этой схемы при измерении положительного и отрицательного напряжений, приведены на рисунке А.2.
= = – компаратор; & – логическое И;
=1 – ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; CT – счетчик;
DC – дешифратор; G – генератор опорной частоты;
ВУ – входной усилитель; ВД – входной делитель;
ГЛИН – генератор линейно изменяющегося напряжения;
ГПИ – генератор периода измерения; ДП – детектор полярности;
ИП – индикатор полярности; ЦИ – цифровой индикатор
Рисунок А.1 – Структурная схема ЦВ
времяимпульсного типа
1
1
1
а – при измерении положительного напряжения;
б – при измерении отрицательного напряжения
Рисунок А.2 – Временные диаграммы
Рассмотрим алгоритм работы схемы при измерении положительного напряжения (см. рисунки А.1, А.2а).
При нажатии кнопки «Пуск» (момент времени t0 на рисунке А.2) генератор периода измерения выдает импульс 7 (см. рисунок А.1) для сброса показаний десятичного счётчика и одновременно импульс 1 запускает генератор линейно изменяющегося напряжения, с которого на компараторы подается напряжение пилообразной формы 2. Это напряжение изменяется от значения Umax до значения Umin. Измеряемое напряжение Ux подаётся через входной усилитель или входной делитель (в зависимости от выбранного предела измерений) на первый компаратор. В момент равенства измеряемого напряжения Ux и напряжения пилообразной формы, подаваемого на второй вход компаратора, компаратор переключается (момент времени t1). В момент прохождения пилообразного напряжения через нуль переключается второй компаратор, на второй вход которого подается нулевой потенциал (момент времени t2). Импульсы 4 и 3 соответственно с выходов компараторов подаются на схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, на выходе которой формируется импульс Tx, длительность которого пропорциональна входному измеряемому напряжению Ux. Импульс длительностью Tx подается на двухвходовую схему И, на другой вход которой подается сигнал с генератора опорной частоты 8. На выходе схемы И в течение интервала Tx формируется пачка импульсов, частота которых соответствует опорной частоте. Число импульсов в пачке Nx пропорционально длительности импульса Tx и, следовательно, измеряемому напряжению. Число импульсов Nx подсчитывается десятичным счетчиком, дешифруется и отображается на цифровом индикаторе. Зависимость числа импульсов Nx от измеряемого напряжения определяется по формуле
где
– период опорной частоты, с; 
– частота генератора опорной частоты, Гц; 
– скорость изменения (крутизна) линейно изменяющегося напряжения, В/с;
– коэффициент преобразования напряжения Ux во входном усилителе (или делителе); 
– входное напряжение, В.При настройке прибора подбором частоты на выходе опорного генератора f0 и крутизны линейно изменяющегося напряжения k1 добиваются того, чтобы значение Nx точно соответствовало значению измеряемого напряжения Ux (например, чтобы Ux = 1 В = 1000 мВ соответствовало Nx = 1000 импульсов).
Очередность срабатывания компараторов определяет полярность измеряемого напряжения. При положительном напряжении первым переключается компаратор, на один из входов которого подаётся измеряемое напряжение Ux, а затем компаратор, один из входов которого подключен к общему проводу. При отрицательном напряжении очерёдность срабатывания компараторов противоположна. Для определения очередности срабатывания компараторов служит детектор полярности. Выход детектора подключен к индикатору полярности.
Возврат генератора линейно изменяющегося напряжения в исходное состояние и подготовка схемы к очередному измерению осуществляются импульсом генератора периода измерения после истечения времени Т1+ Т2.
Измерение постоянного напряжения времяимпульсным методом получило широкое распространение благодаря сравнительной простоте реализации, в том числе на интегральных микросхемах. Погрешность метода определяется нестабильностью генератора линейно изменяющегося напряжения (непостоянством k1), нестабильностью порога переключения компараторов, нестабильностью генератора опорной часты. Основной недостаток метода – невозможность подавления напряжения помех. Для устранения этого недостатка на входе прибора включают фильтр, что приводит к существенному увеличению времени измерения.
Поскольку напряжение и ток связаны по закону Ома, методы, используемые для измерения постоянного напряжения, можно использовать и для измерения тока. Измерение осуществляется косвенно (рисунок А.3).
Рисунок А.3
В разрыв цепи включается образцовый резистор Rобр. С помощью высокочувствительного прибора измеряется падение напряжения Uобр на резисторе Rобр. Измеряемый ток Ix определяется по формуле
.Для получения минимальной погрешности сопротивления Rобр должно быть значительно меньше сопротивления цепи, в которой измеряется ток.
Схема электрическая принципиальная стенда для изучения метода измерения постоянного напряжения и тока времяимпульсным методом приведена в Приложении Е.
Схема выполнена со следующими упрощениями: в схеме стенда отсутствуют блоки входного усилителя и входного делителя, схема детектора полярности (измеряется только положительное напряжение); функции генератора периода измерения, счётчика, дешифратора и цифрового индикатора реализуются микроконтроллером внутрисхемного эмулятора [2].
Измеряемое напряжение подаётся непосредственно на вход компаратора, который выполнен на операционном усилителе DA1 (см. Приложение Е). Измеряемое напряжение формируется подстроечным резистором R22.
Для получения линейно изменяющегося напряжения используется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), реализованный как
резистивная матрица R-2R (компоненты R5-R21). Входы ЦАП подключены к порту P1 внутрисхемного эмулятора, [2]. Программно формируя код на входах ЦАП, возможно получить на выходе сигнал любой формы, в том числе и линейно изменяющийся с требуемой крутизной.