Разработка базового комплекта контрольно-измерительных приборов для проведения лабораторных работ
Анализ существующих учебных стендов для организации учебного процесса в лабораториях по направлению "Информатика и вычислительная техника". Определение базовых контрольно-измерительных приборов и их характеристика. Прикладное программное обеспечение.
| Рубрика | Педагогика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.11.2015 |
| Размер файла | 3,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Требуется выбрать операционные усилители для входного аттенюатора и нормализатора, а также их компоненты. Необходимые характеристики ОУ для аттенюатора:
1. Высокое входное сопротивление.
2. Малая емкость по входу.
3. Полоса пропускания не менее 10 МГц.
Всем этим параметрам соответствует операционный усилитель AD8065ARZ, с полевыми транзисторами на входе, что обеспечивает входной импеданс равным: 1000 ГОм, 2.1 пФ. Полоса пропускания данного усилителя равняется 145 мегагерцам.
В качестве диодов предлагается использовать сборку диодов BAV199. Схема данного компонента представлена на рисунке 7.12:
Рис. 7.1 Схема диодной сборки BAV199
Падение напряжения на диоде при токе 1 миллиампер - 0.9 вольт, а значение паразитной емкости - 2 пФ. Максимальный прямой ток - 160 мА. В качестве номинала резистора, образующего RC цепь, выберем значение 300 Ом, соответственно, образованная RC цепь будет иметь частоту среза: 265 МГц, что во много раз больше расчетной частоты дискретизации АЦП.
Операционный усилитель, входящий в состав нормализатора должен иметь значение выходного тока не менее 160 мА. Под это требование подходит операционный усилитель TCA0372, который имеет значение выходного тока - 1А.
Полная схема данного узла в приложении 2.
7.3 Модуль связи с персональным компьютером
В качестве интерфейса связи, согласно разделу 6.3, был выбран интерфейс USB. Лидерами в области связи устройств посредством интерфейса USB, являются компании FTDI и Cypress. Данные компании предоставляют линейки контроллеров, реализующие данный вид связи.
Компания FTDI специализируется на аппаратных мостах, соединяющих шину USB с одним из стандартных интерфейсов, таких как UART или FIFO. Скорость передачи данных по USB - 12 мегабит в секунду, что соответствует скорости Full Speed стандарта USB 2.0. Существует линейка контроллеров, поддерживающий скорость 480 мегабит в секунду, соответствующий скорости High Speed стандарта USB 2.0. Максимальная скорость обмена таких модулей составляет 25 мегабит в секунду. Также для управления данным контроллером необходим внешний микроконтроллер, который организует работу интерфейса.
В отличии от компании FTDI, компания Cypress выпускает линейку микроконтроллеров EZ-USB FX2LP, которые имеют встроенное ядро 8051. Контроллеры этой серии также в состоянии работать с шиной USB на скорости High Speed. Одним из примеров контроллеров данной серии является микроконтроллер CY7C68013A [12].
Данный контроллер в состоянии организовать обмен данными с внешним миром посредством либо Slave FIFO, либо GPIF интерфейса. При организации коммуникации через Slave FIFO, ядро 8051 не участвует в процессе передачи данных, а правильность данных и управление передачей осуществляется с помощью внешнего устройства. Данный режим работы похож на описанный выше режим работы контроллеров компании FTDI.
Режим Master FIFO данного контроллера реализуется с помощью интерфейса GPIF. Интерфейс GPIF позволяет совершать обмен данными с персональным компьютером на высокой скорости. Контроллер 8051 в случае работы с GPIF лишь конфигурирует данный интерфейс и остается свободен для других задач во время передачи данных.
Из стандартных интерфейсов связи данный контроллер имеет интерфейс I2C. Данный интерфейс позволит соединить данный контроллер со вспомогательным микроконтроллером.
Для уменьшения затрат на конечный комплект оборудования, целесообразнее использовать готовый модуль с контроллером CY7C68013A, например использовать модуль от компании Waveshare Electronics.
Общий вид модуля показан на рисунке 7.13:
Рис. 7.1 Модуль CY7C68013A, Waveshare Electronics
7.3.1 Интерфейс GPIF
Интерфейс GPIF позволяет организовать обмен по 8 или 16 битной шине. Интерфейс также имеет 3 входа для внешних сигналов, а также 3 управляющих выхода.
Так как для АЦП требуется тактирующий сигнал, данный сигнал будет формироваться на одном из управляющих выходов. Данный выход одновременно подключается к тактирующим входам обоих АЦП.
Шина данных АЦП первого канала будет подключена к младшим 8 разрядам 16 битной шины данных, а шина данных АЦП второго канала к 8 старшим разрядам шины.
Полная схема модуля CY7C68013A от компании Waveshare Electronics в приложении 3.
7.4 Узел генерации сигналов
В качестве ядра генератора сигналов предлагается использовать микросхему прямого цифрового синтеза частоты. Одним из решений данной проблемы является применение микросхемы AD9833, производства компании Analog Devices.
Микросхема AD9833 позволяет синтезировать сигналы следующей формы:
1. Синус
2. Треугольник
3. Меандр
Данные формы выходного сигнала удовлетворяют всем требованиям из раздела 5. Максимальная выходная частота равняется 12.5 МГц, при частоте тактового сигнала - 25 МГц. Размер задающего частоту регистра равняется 28 битам, что позволяет получить дискретность установки выходной частоты равную 0.1 Гц.
Максимальная амплитуда выходного сигнала данной микросхемы равняется 0.65 вольтам. Соответственно, для получения необходимых напряжений из раздела 5, необходимо усилить выходной сигнал, причем коэффициент усиления будет различаться для каждого из выходных напряжений.
7.4.1 Усиление сигнала
Для усиления сигнала целесообразнее применить операционный усилитель в неинвертирующем включении. Операционный усилитель должен иметь размах выходного напряжения близкий к напряжению питания. Это так называемые rail to rail операционные усилители.
В качестве усилителя с описанными параметрами можно применить усилитель AD8041. Данный усилитель имеет полосу пропускания аналогового сигнала равную 160 мегагерцам.
Для получения необходимого коэффициента усиления предлагается использовать сборку из резистивных делителей, коммутацию которых производить с помощью твердотельных оптореле.
Так как оптореле имеет некое внутренне сопротивление, обычно лежащее в пределах от 40 до 80 Ом, для более точной настройки усиления предлагается использовать подстроечные резисторы, которые необходимо настроить на необходимое сопротивление при первом тестировании узла.
Схема усилителя показана на рисунке 7.14:
Рис. 7.1 Схема усилителя выходного сигнала генератора
Конденсатор С1 применен для фильтрации помех на выходе AD9833. Номиналы резисторов R2 и R3 - 2 и 4 кОм соответственно. Резисторы R4,R5,R6 - подстроечные резисторы на 2 кОм. Номинал резистора R1 - 10 кОм. U1, U2, U3 - твердотельные оптореле CPC1035N. Компонент U4 - операционный усилитель AD8041.
Повторитель
Для неизменных выходных параметров схемы логичнее всего применить операционный усилитель, включенный в режиме повторителя. В качестве операционного усилителя также возможно применение AD8041. Выходной ток данного усилителя равняется 50 мА, что является приемлемым значением.
Полная схема данного узла в приложении 4.
7.5 Вспомогательный модуль
Вспомогательный модуль должен осуществлять контроль и управление над узлами №1, №2, и №4. Все необходимые операции, которые должен выполнять вспомогательный модуль, перечислены в таблице 20:
Таблица 20
|
Узел |
Выполняемые операции |
|
|
№1, преобразование и стабилизация питания |
Широтно-импульсная модуляция выходного сигнала. Замер выходного тока и напряжения. |
|
|
№2, узел ввода и обработки аналоговой информации |
Управление двумя оптореле. Широтно-импульсная модуляция напряжения смещения для двух каналов. Управление аттенюаторами. |
|
|
№3, модуль связи с ПК |
Связь с модулем по интерфейсу I2C |
|
|
№4, узел генерации сигналов |
Управление тремя оптореле. Управление AD9833 по интерфейсу SPI. |
Замер значений с узла №1 целесообразнее производить с помощью внешнего АЦП, так как чаще всего внутренний АЦП микроконтроллеров имеет неподходящие характеристики. В качестве интерфейса сопряжения АЦП с микроконтроллером целесообразнее выбрать SPI, так как данный интерфейс обладает большей возможной скоростью, нежели I2C, а также уже используется микросхемой AD9833.
Так как программно-управляемый источник питания и генератор сигналов управляются только вспомогательным модулем, необходимо предусмотреть аппаратные средства управления данными узлами для пользователя. Данную возможность предлагается реализовать с помощью датчиков угла поворота (ДУП). Необходимо два ДУП:
1. Для изменения выходного напряжения импульсного преобразователя.
2. Для изменения частоты синтезируемого сигнала, формы сигнала, амплитуды сигнала.
В качестве устройства отображения предлагается использовать монохромный графический жидкокристаллический дисплей производства компании "МЭЛТ" - MT-12864J [13]. Данный дисплей имеет разрешение 128х64 точки и управляется контроллером KS0108. Для подключения к микроконтроллеру данному дисплею требуется 14 линий передачи данных.
Для звуковой индикации целесообразнее применить звуковой излучатель. Данное решение позволит сообщить пользователю о нештатной ситуации, а также позволит информировать пользователя по окончанию выполнения заданной задачи.
7.5.1 Технические требования к вспомогательному микроконтроллеру
Микроконтроллер должен обладать следующими интерфейсами:
1. SPI
2. I2C
Также, микроконтроллер должен обладать тремя выводами широтно-импульсной модуляции, с разрешением не менее 16 бит. Количество всех необходимых линий микроконтроллера и их назначение перечислены в таблице 21:
Таблица 21
|
Подключение |
Количество |
|
|
Дисплей |
14 |
|
|
Интерфейс SPI |
3 |
|
|
Линия выбора АЦП |
1 |
|
|
Линия выбора генератора сигналов |
1 |
|
|
Широтно-импульсная модуляция |
3 |
|
|
Два оптореле узла АЦП |
2 |
|
|
Мультиплексоры узла АЦП |
6 |
|
|
Три оптореле узла генератора сигналов |
3 |
|
|
Интерфейс I2C |
2 |
|
|
Линии управления двумя ДУП |
6 |
|
|
Линия включения импульсного преобразователя |
1 |
|
|
Звуковой излучатель |
1 |
|
|
Всего |
43 |
Соответственно, микроконтроллер должен обладать следующими параметрами:
1. Стандартные интерфейсы: I2C, SPI.
2. Количество ШИМ каналов: не менее трех.
3. Разрешение ШИМ каналов: 16 разрядов.
4. Количество линий ввода\вывода: не менее 43.
5. Напряжение питания: +5 вольт.
7.5.2 Выбор компонентов и полная схема узла
В качестве АЦП предлагается выбрать AD7811. Данный АЦП обладает разрешением 10 бит, и позволяет производить измерения входного сигнала с частотой около 430 кГц. Количество каналов данного АЦП - 4, что подходит нам, так как планируется использовать всего два. Оставшиеся каналы будет возможно использовать при дальнейших улучшениях разработки.
В качестве микроконтроллера предлагается выбрать микроконтроллер AtMega64A [14], который обладает следующими параметрами:
Таблица 22
|
Параметр |
Значение |
|
|
Рабочая частота |
16 МГц |
|
|
ШИМ каналы |
6, с программируемым разрешением от 1 до 16 бит |
|
|
Наличие интерфейса SPI |
Да |
|
|
Наличие интерфейса I2C |
Да |
|
|
Количество линий ввода/вывода |
53 |
|
|
Количество внешних прерываний |
8 |
Данный микроконтроллер подходит по всем параметрам. Полная схема данного узла в приложении 5.
8. Разработка протокола обмена
8.1 Принцип работы шины USB
Топологию USB шины можно представить в виде дерева (рисунок 8.1).
Рисунок 8.1 Топология шины USB
Корнем дерева является хост. В его задачи входит:
1. Подключение/отключение устройств.
2. Контроль статуса устройства.
3. Управление потоками данных.
4. Распределение питания.
На шине USB всегда присутствует только один хост. В связи с этим принято указывать направление передачи пакета относительно хоста. Если пакет передается от хоста - поток имеет направление OUT, в обратном случае - IN. В нашем случае хостом является персональный компьютер. К хосту могут быть подключено до 127 подчиненных устройств. Подчиненные устройства не могут самостоятельно послать данные по шине USB. Для инициализации любой передачи устройство должно получить соответствующую команду от хоста. [15]
Каждое починенное устройство представляет собой набор конечных точек (endpoints), с которыми хост обменивается информацией. Конечная точка с нулевым номером всегда присутствует в каждом устройстве. Через нее хост производит изначальную конфигурацию устройства.
Архитектура USB поддерживает четыре типа передачи данных:
1. Control.
2. Interrupt.
3. Bulk.
4. Isochronous.
Тип Control используется для изначальной конфигурации и последующего контроля USB устройства. Тип Interrupt используется при необходимости обмена данными через установленный временной интервал.
Самый распространенный тип передачи - Bulk. При таком типе передачи гарантируется целостность передачи данных, но не гарантируется время доставки. Максимальный размер передаваемого пакета на скорости High Speed - 512 байт.
Последний тип передачи - Isochronous. Данный тип гарантирует фиксированное время доставки, но не гарантирует целостность данных.
8.2 Разработка протокола обмена персонального компьютера с комплектом оборудования
Для связи персонального компьютера и модуля используется интерфейс USB. Компания Cypress предоставляет библиотеку работы с данным интерфейсом, поставляемую вместе с контроллерами CY7C68013A, которая предоставляет функции для работы с данным контроллером, как на стороне самого контроллера, так и на стороне ПК.
Данная библиотека организует реализацию протокола USB, так что необходимо всего лишь определить формат передаваемого пакета, тип передачи и конечную точку.
Контроллер CY7C68013A имеет 7 конечных точек. Возможная организация контрольных точек в памяти контроллера показана на рисунке 8.2:
Рисунок 8.1 Возможные организации буферов контрольных точек микроконтроллера CY7C68013A
Для отправки данных с ПК на контроллер воспользуемся конечной точкой EP1OUT. В качестве типа передачи - выберем Bulk, так как данный тип передачи гарантирует целостность передаваемых данных, что важно, так как мы передаем управляющие команды. Данная точка, на скорости High Speed имеет максимальный размер пакета равный 64 байтам.
В физической реализации мы используем два одноканальных АЦП, но со стороны компьютера знать это не обязательно. Со стороны компьютера мы будем указывать один из каналов - первый или второй, а микроконтроллер сам определит, к какому АЦП обращаться.
На микроконтроллер необходимо передать номер команды, номер выбранного канала и устанавливаемое значение. В первом байте будет передаваться номер команды и номер канала. Затем следует передать устанавливаемое значение. Так как для смещения используется 16 битное число, для поля значения выделим два байта.
Старшие шесть бит первого байта будут являться полем команды. Два младших бита первого байта будут являться номером канала. Данное решение позволяет передавать 32 различных команды для одного из четырех возможных каналов в одном байте. Нам потребуется определить всего три команды и два канала. Список необходимых команд:
1. Команда для переключения аттенюатора - 0000002.
2. Команда для выполнения смещения - 0000012.
3. Команда переключения входа - 0000102.
Список каналов:
1. Первый канал - 002.
2. Второй канал - 012.
В качестве значения для команды переключения аттенюатора будет передаваться номер канала, на который необходимо переключиться. В качестве значения для команды выполнения смещения будет передаваться 16 битное число. Старшие восемь бит числа будут записаны во второй байт, младшие восемь бит - в третий байт. В качестве значения для команды переключения входа будет передаваться одно из двух значений состояния данного входа.
Для того чтобы длина значащих байт была одинаковая для всех команд, для команд №1 и №3 продублируем значение из второго байта в третий. Формат пакета передачи данных с ПК на контроллер показан на рисунке 8.3:\
Рисунок 8.2 Формат пакета передачи данных с ПК на основной контроллер
Для приема данных на ПК с контроллера выберем конечную точку EP6IN с размером буфера, равным 512 байт и двойной буферизацией. В качестве типа передачи - выберем Bulk. Формат передачи: каждый нечетный байт - значение первого модуля АЦП, каждый четный байт - значение второго модуля АЦП. Длина пакета - 512 байт.
9. Разработка прикладного программного обеспечения узлов комплекта оборудования
9.1 Логика организации работы комплекта оборудования
Основным управляющим узлом является программное обеспечение на персональном компьютере. Основные задачи программного обеспечения:
1. Запрос данных от основного контроллера.
2. Обработка полученных данных.
3. Визуализация обработанных данных.
4. Передача управляющих команд на основной контроллер.
Основной контроллер является ведомым узлом относительно программного обеспечения, но ведущим для вспомогательного контроллера. Задачи, выполняемые основным контроллером:
1. Непрерывный опрос аналого-цифровых преобразователей.
2. Передача данных по запросу от программного обеспечения.
3. Прием управляющих команд от программного обеспечения.
4. Трансляция управляющих команд вспомогательному микроконтроллеру.
Задачи, выполняемые вспомогательным микроконтроллером можно разделить на две группы. В первой группе находятся следующие задачи:
1. Прием управляющих команд от основного контроллера.
2. Управление узлом ввода и обработки аналоговой информации.
Выполнение данных задач инициируются только в случае получения соответствующей команды от ведущего контроллера. Вторая группа задач выполняется независимо от остальных управляющих узлов.
1. Контроль и управление импульсным источником питания.
2. Управление генератором сигналов.
3. Опрос аппаратных средств управления.
4. Вывод вспомогательной информации на дисплей.
Структурная схема организации логического взаимодействия представлена на рисунке 9.1:
Рис. 9.1 Структурная схема организации взаимодействия между узлами комплекта и ПК
Со стороны программного обеспечения формируется запрос на получение данных. Если буфер основного контроллера полон, разрешается передача пакета от основного контроллера к программному обеспечению. Если буфер не полон, программное обеспечение повторяет запрос, пока буфер не заполнится.
Как только программное обеспечение получает пакет, начинается процесс обработки, а именно разбор данного пакета на значения первого и второго каналов.
Независимо от этих операций пользователь может инициировать передачу управляющей команды. Команда формируется в зависимости от состояния элементов управления графического интерфейса.
Основной контроллер осуществляет непрерывный опрос двух АЦП, и помещает их значения в буфер. При заполненном буфере разрешается передача пакета от контроллера к программному обеспечению. При получении управляющего пакета вызывается прерывание, в котором принятый пакет транслируется на вспомогательный контроллер по интерфейсу I2C.
Вспомогательный контроллер осуществляет непрерывное получение значений выходных параметров программно управляемого импульсного преобразователя, а также реагирует на внешние прерывания с органов управления комплектом оборудования. При получении команды от основного контроллера, текущие задания прерываются, и управление передается функции выполнения принятой команды.
9.2 Алгоритм работы прикладного программного обеспечения
После запуска программы производится поиск и инициализация комплекта оборудования. По команде пользователя стартует основной цикл программы. Если программа была запущена до подключения комплекта, произойдет попытка однократной инициализации. Если программе не удается найти или инициализировать комплект оборудования - выдается сообщение об ошибке.
В основном цикле программа запрашивает данные с основного контроллера. Ожидаемый размер пакета - 512 байт. Если данные получены - программа переходит в режим обработки полученных данных. Если основной контроллер вместо данных прислал отказ - программа будет повторять запрос до тех пор, пока контроллер не пришлет ожидаемые данные.
В режиме обработки программа разделяет полученные данные на два списка со значениями для каждого из двух каналов. Также реализуется программная синхронизация, в соответствии с заданными значениями на форме ввода. На форме ввода значений синхронизации пользователем выбирается срабатывание либо по фронту сигнала, либо по спаду, а также уровень синхронизации. Так как поток принимаемых данных имеет равный интервал, при анализе потока первое значение, удовлетворяющее условиям триггера, выводится в центр экрана с помощью функции визуализации. При дальнейшей обработке, при повторном срабатывании триггера, точка срабатывания становится центром экрана, а предыдущая точка смещается влево. Также есть возможность вывода данных на экран без синхронизации.
По окончанию данного процесса программа переходит к процедуре запроса следующих данных. Данный цикл действий будет повторяться, пока не поступит прерывание от пользователя.
9.3 Алгоритм работы программы основного контроллера
Основной контроллер управляет двумя АЦП с помощью интерфейса GPIF. Данный интерфейс представляет собой набор гибко конфигурируемых средств, позволяющих реализовать управление большинством интерфейсов. Ядро GPIF - программируемый цифровой автомат. Ядро тактируется от внутреннего генератора с частотой 48 или 30 мегагерц.
Управление данным автоматом осуществляется с помощью дескрипторов диаграмм. Дескрипторы диаграмм описывают состояние линий модуля GPIF во время его работы. Компания Cypress предоставляет утилиту графической разработки дескрипторов под названием GPIF Designer, которая позволяет осуществить построение диаграмм для управления ядром GPIF. Общий вид данной утилиты показан на рисунке 9.2:
Рис. 9.1 Общий вид утилиты GPIF Designer
Для получения данных с АЦП на него необходимо подать тактовый сигнал, начиная с низкого уровня. При спаде сигнала на шине данных АЦП гарантированно находятся действительные данные.
Диаграмма, осуществляющая данный алгоритм показана на рисунке 9.3:
Рис. 9.2 Диаграмма управления АЦП
Линия CTL0 изначально имеет значение логического нуля. На первом такте данная линия переводится в состояние логической единицы. На втором такте линия опять принимает значение логического нуля. Таким образом, генерируется тактовый сигнал для микросхем АЦП. Частота полученного тактового сигнала - 24 мегагерц, при рабочей частоте ядра равной 48 мегагерц.
Линия данных принимает значение единицы на втором такте, сигнализируя автомату, что данные выставлены на шину и доступны для чтения. В регистре Status осуществляется управление состоянием автомата после второго такта. Для нашего случая необходимо задать остановку выполнения автомата.
Интерфейс GPIF может работать либо при контроле ядра 8051, либо как отдельное устройство. В нашем случае ядро 8051 будет осуществлять контроль над данным интерфейсом, принимая решения о его запуске, исходя о наличии не полного буфера данных.
Контроллер после загрузки и инициализации необходимых регистров попадает в бесконечный цикл, в котором производится опрос буфера. Если буфер не полный - программа вызывает запуск временной диаграммы чтения из АЦП. Как только буфер заполнится - разрешается передача данного буфера контроллеру USB для дальнейших манипуляций.
При поступлении от программного обеспечения управляющей команды вызовется обработчик прерывания, в котором необходимо транслировать полученный байты на вспомогательный микроконтроллер через встроенный интерфейс I2C. В библиотеке, предоставляемой компанией Cypress, содержатся функции работы с данным интерфейсом. Для передачи данных следует воспользоваться функцией I2C_write ().
9.4 Алгоритм работы программы вспомогательного контроллера
В основном цикле программы производится опрос АЦП, подключенного по интерфейсу SPI. Контроллер получает значение выходного напряжения импульсного преобразователя и значение падения напряжения, проходящего через токовый шунт, усиленного с помощью операционного усилителя. Далее, по закону Ома, производится расчет выходного тока и вызывается функция отображения результатов работы на дисплей.
Также разрешено два внешних прерывания от кнопок датчиков угла поворота. При срабатывании одного из прерываний, программа переходит на постоянный опрос значений от датчиков угла поворота. Также запускается таймер, который начинает отсчитывать пять секунд. По окончании работы таймера программа перейдет в изначальное состояние и продолжит цикличный опрос АЦП.
Первый датчик угла поворота управляет выходным напряжением импульсного преобразователя. При изменении значения этого ДУП вызывается функция, корректирующая выходное напряжение. Второй ДУП управляет узлом генерации сигналов. Поддерживается три режима управления:
1. Управление частотой выходного сигнала.
2. Управление амплитудой сигнала.
3. Управление формой сигнала.
Смена режима управления осуществляется нажатием кнопки на втором ДУП. Любое изменение значения на любом ДУП обнуляет таймер. Для возвращения к стандартному режиму работы пользователю необходимо не использовать интерфейсы управления в течение пяти секунд. По окончанию работы таймера комплект оборудования выдаст долгий звуковой сигнал, сообщающий о возвращении в стандартный режим работы.
При получении команды от основного контроллера программа перейдет в функцию обработки полученной команды, предварительно запретив внешние прерывания, так как команды от основного контроллера имеют наивысший приоритет обработки.
10. Анализ полученных результатов
Разработанный комплект контрольно-измерительного оборудования включает в своем составе следующие приборы:
1. Осциллограф.
2. Генератор сигналов.
3. Управляемый блок питания.
4. Блок постоянных источников напряжения.
Разработанный осциллограф на базе узла ввода и обработки аналоговой информации обладает следующими техническими характеристиками:
1. Частота выборок - 24Мвыб/c.
2. Максимальная чувствительность - 15 мВ/дел.
3. Количество каналов - 2.
4. Полоса пропускания - 20 МГц.
Данный осциллограф можно применить для исследования формы сигнала изменяющегося с частотой не выше 5 МГц.
Генератор сигналов в состоянии синтезировать частоты следующей формы: синус, меандр, треугольник, и обладает следующими техническими характеристиками:
1. Максимальная частота генерации - 12.5 МГц.
2. Амплитуда выходного сигнала - +1.8В, +3.3В, +5В.
3. Дискретность установки частоты - 0.1 Гц
Генератор в состоянии синтезировать образцовый синусоидальный сигнал с частотой 5 МГц.
Дискретность установки напряжения управляемого блока питания - 0.1 вольт. Максимальный выходной ток - 2.5 ампера. Максимальный выходной ток блока постоянных источников напряжения - 450 миллиампер на каждый канал.
Технические характеристики базового комплекта оборудования полностью удовлетворяют требованиям, обозначенным ранее. Соответственно, данный базовый комплект оборудования можно применить на лабораторных работах образовательной программы "Информатика и вычислительная техника", перечисленных в разделе 4.
Заключение
В рамках данной выпускной квалификационной работы проведено рассмотрение дисциплин направления "Информатика и вычислительная техника", а также определен набор и характеристики, необходимых для обучения, контрольно-измерительных приборов, входящих в состав комплекта.
Произведен анализ схемотехнических решений, позволяющих реализовать базовый комплект оборудования лабораторного стенда, и проведен выбор соответствующей элементной базы. Разработан алгоритм совместной работы узлов комплекта, составлен протокол обмена данными между комплектом оборудования и компьютером.
Также разработано программное обеспечение для всех узлов базового комплекта оборудования и прикладное программное обеспечение для компьютера.
Спроектированный, в результате работы, базовый комплект оборудования лабораторного стенда может быть использован в ходе изучения множества дисциплин, входящих в состав образовательной программы "Информатика и вычислительная техника". Таким образом, в ходе лабораторных работ, студенты смогут получить практические навыки использования контрольно-измерительных приборов, что, в свою очередь, ведет к повышению уровня подготовки бакалавров.
Список литературы
1. Учебная техника: Каталог продукции. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.electrolab.ru. Дата обращения: 01.03.2015.
2. National Instruments: Образовательное оборудование. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.ni.com/ni-elvis/. Дата обращения: 05.03.2015.
3. MikroElektronika: Universal development tools. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.mikroe.com. Дата обращения: 08.03.2015.
4. Высшая школа экономики: Бакалаврская программа "Информатика и вычислительная техника". [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.hse.ru/ba/isct/. Дата обращения: 09.03.2015.
5. Чип и Дип: Источники питания в корпусе. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.chipdip.ru/catalog-show/cased-power-supply/. Дата обращения: 13.04.2015.
6. Чип и Дип: Фильтры. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.chipdip.ru/catalog-show/filters/. Дата обращения: 13.04.2015.
7. LM2596SIMPLE SWITCHER ® Power Converter 150 kHz3A Step-Down Voltage Regulator, National Semiconductor, 2002.
8. Страничка эмбеддера: DC-DC на MC34063. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://bsvi.ru/dc-dc-na-mc34063/. Дата обращения: 17.04.2015.
9. MC7900 Series1.0 A Negative Voltage Regulators, Semiconductor Components Industries, 2006.
10. Чип и Дип: Реле твердотельные. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.chipdip.ru/catalog-show/solid-state-relays/. Дата обращения: 19.04.2015.
11. EInfo: Каталог компонентов. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.einfo.ru/catalog/. Дата обращения: 22.04.2015.
12. CY7C68013A EZ-USB FX2LP™ USB Microcontroller High-Speed USB Peripheral Controller, Cypress Semiconductor, 2006.
13. Компания МЭЛТ: графические ЖК индикаторы. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.melt.com.ru/ Дата обращения: 24.04.2015.
14. ATmega64A Summary, Atmel Corporation, 2013.
15. Дмитрий Чекунов. Программисту USB устройств Часть 1. Знакомство с USB // Современная электротехника, 2004, №10.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Цель проведения и методы оценочной процедуры. Составление контрольно-измерительных материалов для итоговой аттестации по технической механике. Структуризация банка заданий. Оценка результатов тестирования. Экспертиза и апробация банка тестовых заданий.
дипломная работа [240,4 K], добавлен 25.05.2014Тестирование как способ оценки знаний обучающихся. Контрольно-измерительные инструменты для экзаменов с высокими ставками: преимущества и недостатки разных заданий. Мировая практика экзаменов с высокими ставками. Анализ исходного и симулированных тестов.
дипломная работа [440,2 K], добавлен 02.12.2017Условия, способствующие эффективному использованию контрольно-аттестационного комплекта в процессе обучения экономике. Разработка методических рекомендаций по его использованию в процессе обучения. Особенности оценки качества формируемых знаний.
курсовая работа [48,3 K], добавлен 21.02.2010Повышение эффективности обучения информатике базового курса на примере программно-методического комплекса "Информатика и ИКТ". Системообразующая роль информатики в организации учебного процесса с использованием информационно-коммуникационных технологий.
дипломная работа [334,2 K], добавлен 07.12.2014Организация учебного процесса в высшей школе. Роль лабораторных работ в учебном процессе. Требования к уровню освоения содержания дисциплины "Биофизика". Методическая разработка лабораторных работ практикума. Проведение педагогического эксперимента.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 18.12.2013Выявление сущности понятия контрольно-оценочной деятельности обучающихся и её видов. Характеристика возрастных особенностей развития контрольно-оценочных умений в младшем школьном возрасте. Особенности организации самостоятельной работы в начальной школе.
дипломная работа [328,8 K], добавлен 23.09.2017Основные цели учебного предмета "Информатика". Объекты окружающего мира и информация. Виды информации и ее восприятие человеком. Первоначальные приемы работы с компьютером. Аппаратное и программное обеспечение компьютера. Упражнения для снятия утомления.
учебное пособие [563,9 K], добавлен 23.02.2009Цели использования лабораторных работ в обучении математике, этапы подготовки и проведения. Аналитический обзор лабораторных работ по математике, предлагаемых в литературе для учителей и учащихся. Методические рекомендации к проведению лабораторных работ.
дипломная работа [490,1 K], добавлен 23.04.2011Урок как форма организации учебного процесса в школе. Методические особенности организации и проведения уроков информатики. История происхождения и распространения деловых обучающих игр. Содержание предмета "Информатика" в проведении урока - деловой игры.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 25.11.2012Проектирование программы подготовки рабочего по специальности "Слесарь по контрольно-измерительным приборам и автоматике". Постановка целей изучения темы и выбор дидактических материалов. Разработка бинарных действий преподавателя и учащихся на уроке.
курсовая работа [6,5 M], добавлен 07.04.2014
