Αρχή και δομή εργασίας ψηφιακού παλμογράφου
Με την ανάπτυξη της ηλεκτρονικής τεχνολογίας και την αλλαγή, οι απαιτήσεις μέτρησης κυκλώματος έχουν γίνει υψηλότερες, στην ηλεκτρονική παραγωγή θα διαπιστώσετε ότι η μέτρηση πολλών παραμέτρων δεν είναι ικανό πολύμετρο, όπως ένας μικροελεγκτής I/O θύρα της κυματομορφής εξόδου ή την παραγωγή ενισχυτών για τη μέτρηση της απόκρισης συχνότητάς του και ούτω καθεξής. Επομένως, οι παλμογράφοι είναι φυσικά ίδιοι με τα πολύμετρα και έχουν γίνει απαραίτητο εργαλείο για τους ηλεκτρονικούς μηχανικούς και τους λάτρεις.
Εισαγωγή αρχής λειτουργίας και δομής
Το τμήμα υλικού του συστήματος ψηφιακού παλμογράφου είναι μια πλακέτα λήψης δεδομένων υψηλής ταχύτητας. Μπορεί να επιτύχει είσοδο δεδομένων δύο καναλιών, κάθε συχνότητα δειγματοληψίας μπορεί να φτάσει τα 60 Mbit/s. Λειτουργικά, το σύστημα υλικού μπορεί να χωριστεί σε: ενίσχυση μπροστινού σήματος (ενισχυτής εισόδου FET) και μονάδα κλιματισμού (ενισχυτής μεταβλητού κέρδους), μονάδα μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό υψηλής ταχύτητας (πρόγραμμα οδήγησης ADC, ADC), μονάδα λογικής ελέγχου FPGA , κατανομή ρολογιού, συγκριτής υψηλής ταχύτητας, μονάδα ελέγχου MCU (DSP), μονάδα επικοινωνίας δεδομένων, οθόνη υγρών κρυστάλλων (LCD). ), μονάδα επικοινωνίας δεδομένων, οθόνη LCD, έλεγχος οθόνης αφής, διαχείριση τροφοδοσίας και μπαταρίας και έλεγχος πληκτρολογίου και πολλά άλλα μέρη.
Το σήμα εισόδου μετατρέπεται από τον προενισχυτή και το ρυθμιζόμενο κύκλωμα απολαβής σε τάση εισόδου που πληροί τις απαιτήσεις του μετατροπέα A/D. Το ψηφιακό σήμα που μετατρέπεται από τον μετατροπέα A/D αποθηκεύεται προσωρινά από το FPGA ή τη μνήμη λήψης FIFO και στη συνέχεια μεταδίδεται στον υπολογιστή μέσω της διεπαφής επικοινωνίας για επακόλουθη επεξεργασία δεδομένων ή ελέγχεται απευθείας από τον μικροελεγκτή θα συλλεχθεί και θα εμφανιστεί στην οθόνη LCD οθόνη.
Οι συσκευές αναφοράς είναι οι εξής
Σε αυτά τα μέρη, το πιο σημαντικό είναι το κύκλωμα προγραμματισμένης ενίσχυσης (εξασθένησης) και το κύκλωμα μετατροπής A/D, επειδή αυτά τα δύο κυκλώματα είναι ο λαιμός του ψηφιακού παλμογράφου, το κύκλωμα προγραμματισμένης ενίσχυσης (εξασθένησης) καθορίζει το εύρος ζώνης εισόδου και την κατακόρυφη ανάλυση του παλμογράφου. , Το κύκλωμα μετατροπής A/D καθορίζει την οριζόντια ανάλυση του παλμογράφου, η οποία καθορίζει άμεσα την απόδοση του παλμογράφου των δύο αναλύσεων. Αυτά τα δύο μέρη του κυκλώματος θα μετρηθούν σήματα στο πίσω μέρος του κυκλώματος επεξεργασίας που απαιτούνται για το σήμα δεδομένων, αυτό το τμήμα του κυκλώματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ολοκληρωμένα κυκλώματα υψηλής απόδοσης καθώς και ένας μικρός αριθμός περιφερειακών συσκευών που αποτελούν ένα απλό σχέδιο κυκλώματος, ο εντοπισμός σφαλμάτων είναι επίσης πολύ απλός. Το πιο δύσκολο κομμάτι του παλμογράφου πρέπει να είναι η διαδικασία, δηλαδή το λογισμικό. Το λογισμικό φέρει όλες τις εργασίες επεξεργασίας και ελέγχου δεδομένων του ψηφιακού παλμογράφου, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου δειγματοληψίας A/D, του ελέγχου οριζόντιας ταχύτητας σάρωσης, του ελέγχου κατακόρυφης ευαισθησίας, της επεξεργασίας οθόνης, της μέτρησης κορυφής σε κορυφή, της μέτρησης συχνότητας και άλλων εργασιών. Μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη χρήση ενός πολύ διαδεδομένου μικροελεγκτή που κυκλοφορεί σήμερα στην αγορά ως μικροεπεξεργαστή και προγραμματισμού σε γλώσσα C.
Προγραμματισμένο κύκλωμα ενίσχυσης (εξασθένησης) και κύκλωμα τροφοδοσίας
Το σήμα εισάγεται από έναν κοινό αισθητήρα παλμογράφου X10X1 στο κύκλωμα ενίσχυσης (εξασθένησης). Ο ρόλος του κυκλώματος προγραμματισμένης ενίσχυσης (εξασθένησης) είναι να ενισχύει ή να εξασθενεί το σήμα εισόδου για προσαρμογή, έτσι ώστε η τάση σήματος εξόδου στις απαιτήσεις τάσης εισόδου του μετατροπέα A/D εντός του εύρους της καλύτερης μέτρησης και παρατήρησης, Το προγραμματισμένο κύκλωμα ενισχυτή στο καθορισμένο κέρδος εύρους ζώνης πρέπει να είναι επίπεδο. Καθώς το κύκλωμα παλμογράφου περιέχει ψηφιακό και αναλογικό δύο μέρη, προκειμένου να αποφευχθεί η αμοιβαία παρεμβολή, έτσι το ψηφιακό μέρος του τροφοδοτικού και το αναλογικό τμήμα του τροφοδοτικού χωριστά, αντίστοιχα, παρέχουν ένα σύνολο τροφοδοσίας ± 5V DC και επαγωγή και χωρητικότητα κατασκευασμένη από μόνωση φίλτρου
Μνήμη flash και κύκλωμα ρολογιού
Επειδή ο μετατροπέας A/D καταγράφει μεγάλο όγκο δεδομένων σήματος, η εσωτερική μνήμη flash του μικροελεγκτή δεν είναι αρκετή για χρήση, επομένως το κύκλωμα μπορεί να επιλέξει κάποια εξωτερική μνήμη για χρήση, αλλά και ως τρόπο εγγραφής της οθόνης LCD. Η μνήμη flash χρησιμοποιείται επίσης ως προσωρινή μνήμη για την εγγραφή της οθόνης LCD. Για να ληφθεί το σήμα ρολογιού αναφοράς, ο μικροελεγκτής συνδέεται επίσης με έναν κρύσταλλο, ο οποίος χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της πραγματικής συχνότητας του εξωτερικού σήματος κυματομορφής.
Μονάδα ελέγχου FPGA
Τα FPGA είναι ημι-προσαρμοσμένα ASIC που επιτρέπουν στους σχεδιαστές κυκλωμάτων να προγραμματίζουν τις δικές τους λειτουργίες για συγκεκριμένες εφαρμογές. Ο σχεδιασμός χρησιμοποιεί δύο διαφορετικές μεθόδους: σχηματική είσοδο και είσοδο VHDL. Η μονάδα ελέγχου εκτελεί τις περισσότερες από τις εργασίες ελέγχου, παρέχοντας τα κατάλληλα σήματα ελέγχου για κάθε λειτουργική μονάδα ώστε να διασφαλίζεται η σωστή λειτουργία ολόκληρου του συστήματος. Πραγματοποιήστε συγκεκριμένα τις ακόλουθες λειτουργίες: κύκλωμα διαιρέτη συχνότητας και δημιουργία σημάτων ελέγχου μετατροπέα A/D Το σύστημα απόκτησης δεδομένων έχει ένα ευρύ φάσμα μέτρησης, ένα κύκλωμα διαιρέτη συχνότητας έχει σχεδιαστεί μέσα στο FPGA για την επίτευξη διαφορετικών συχνοτήτων δειγματοληψίας για διαφορετικές συχνότητες των μετρούμενων σημάτων για να διασφαλιστεί ότι τα δεδομένα που συλλέγονται είναι πιο ακριβή. Η μονάδα διαίρεσης συχνότητας υλοποιείται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο γραφικής εισόδου και η εσωτερική της δομή φαίνεται στο σχήμα 4. Στο σχήμα 4, η χρήση της σκανδάλης T στην είσοδο είναι 1, κάθε ακμή του ρολογιού όταν η έξοδος θα μεταπηδήσει για να επιτευχθεί η διαίρεση συχνότητας . Ταυτόχρονα, μπορούμε να δούμε ότι η είσοδος του T-flip-flop αποτελείται από κάποιους λογικούς συνδυασμούς, οι οποίοι αποτελούν το κλειστό ρολόι. Για τα κλειστά ρολόγια, η λειτουργία ρολογιού αναλύεται προσεκτικά για να αποφευχθεί η επίδραση των γρεζιών. Ενώ το κλειστό ρολόι είναι εγγυημένο ότι δεν έχει επικίνδυνα γρέζια στο σήμα του ρολογιού όταν πληρούνται οι ακόλουθες δύο προϋποθέσεις, το κλειστό ρολόι μπορεί να λειτουργήσει εξίσου αξιόπιστα με το παγκόσμιο ρολόι.
Για το σχεδιασμό του μετατροπέα A/D, το σήμα ελέγχου του μόνο δύο: σήμα εισόδου ρολογιού CLK και ενεργοποίηση του σήματος εξόδου OE. Το σήμα CLK απευθείας μέσω του σήματος εισόδου ενεργού κρυστάλλου 60M, ενώ το σήμα OE μέσω του εσωτερικού FPGA και CLK την ίδια συχνότητα και την ίδια φάση του σήματος ρολογιού αντιστρέφεται για να πάρει, έτσι ώστε να ανταποκριθεί ακριβώς στη μετατροπή του χρονισμού του μετατροπέα A/D σχέσεις.
Μετατροπή A/D υψηλής ταχύτητας. κύκλωμα
Ψηφιακός παλμογράφος στο πιο σημαντικό κύκλωμα είναι το κύκλωμα μετατροπής A/D, ο ρόλος του είναι να μετρηθεί η δειγματοληψία σήματος και να μετατραπεί σε ψηφιακά σήματα στη μνήμη, είπε ότι είναι ένας ψηφιακός παλμογράφος λαιμό δεν είναι πάρα πολύ, επειδή καθορίζει άμεσα τον ψηφιακό παλμογράφο μπορεί να μετρηθεί στην υψηλότερη συχνότητα, σύμφωνα με το θεώρημα Nyquist, η συχνότητα δειγματοληψίας είναι τουλάχιστον 2 φορές η υψηλότερη συχνότητα του σήματος που πρέπει να μετρηθεί προκειμένου να αναπαραχθεί το σήμα που μετράται. Στους ψηφιακούς παλμογράφους, η συχνότητα δειγματοληψίας πρέπει να είναι τουλάχιστον 5 έως 8 φορές τη συχνότητα του υπό δοκιμή σήματος, διαφορετικά δεν μπορεί να παρατηρηθεί η κυματομορφή του σήματος.
