wersja mobilna | kontakt z nami

Analog Discovery 2 w praktyce (2). Generator funkcyjny - przykłady

Numer: Marzec/2019

W artykule opisano zaawansowaną konfigurację generatora funkcyjnego wbudowanego w płytkę Analog Discovery 2. Umożliwia on nie tylko generowanie przebiegów o podstawowych kształtach, ale również udostępnia zaawansowane metody ich tworzenia.

Pobierz PDF

Jak wspomniano we wstępie, generator funkcyjny wbudowany w AD2 umożliwia nie tylko generowanie przebiegów o podstawowych kształtach, ale również udostępnia użytkownikowi zaawansowane metody umożliwiające uzyskanie niemal dowolnych sygnałów testowych:

  • Simple - tryb generowania przebiegów o podstawowych kształtach: sinusoidalnym, prostokątnym, trójkątnym, rampa, szum itd. Możliwe jest modyfikowanie najważniejszych parametrów, takich jak: amplituda, faza, częstotliwość, symetria.
  • Basic - rozszerzenie trybu simple. Modyfikowanie parametrów odbywa się za pomocą suwaków, ułatwiając uzyskanie przebiegu o pożądanym kształcie.
  • Custom - generowanie przebiegu o dowolnym kształcie, tworzonego na podstawie skryptu.
  • Play - generowanie przebiegu na podstawie pliku: tekstowego (*.txt), arkusza kalkulacyjnego (*.csv) lub dźwięku (*.wav).
  • Sweep - przemiatanie częstotliwości (na przykład, do pomiaru charakterystyk).
  • Modulation - przebieg zmodulowany amplitudowo (AM) lub częstotliwościowo (FM). Sygnał nośnej oraz informacji może być dowolnym przebiegiem generowanym w trybie simple.
Autor artykułu zdobył jedną z czterech głównych nagród w międzynarodowym konkursie inżynierskim Digilent Design Contest 2018, który odbył się w Rumunii. Przedmiotem konkursu było zaprojektowanie i skonstruowanie urządzenia na bazie sprzętu dostarczonego przez organizatora, w tym przypadku przyrządu Analog Discovery 2. Projekt Jakuba Wiczyńskiego o nazwie Additive Synthesizer otrzymał nagrodę specjalną Digilent Instrumentation Prize, przyznawaną za najlepsze wykorzystanie zasobów sprzętowych.

Rysunek 1. Globalne ustawienia generatora

Na rysunku 1 pokazano interfejs globalnych ustawień generatora funkcyjnego. Etykieta zakładki (1) zawiera przycisk globalnego włączenia generatora zsynchronizowany z przyciskiem Run All (2). Liczbę ustawianych kanałów można wybrać w polu Channels (w AD2 są dostępne dwa niezależne kanały generatora).

Rysunek 2. Globalne ustawienia kanału

Pole Na rysunku 2 pokazano globalne ustawienia kanału. Pole (1) umożliwia włączenie pojedynczego kanału. Znacznik Enable (2) na stałe włącza lub wyłącza kanał. Pole (3) umożliwia wybranie trybu. Ikona zębatki (4) służy ustawieniu poziomu napięcia, kiedy kanał jest wyłączony: napięcie proporcjonalne do wartości pierwszej próbki lub wartości składowej stałej.

Rysunek 3. Tryb "simple" generatora

Na rysunku 3 zilustrowano interfejs trybu simple generatora. Znaczenie poszczególnych pól:

  • Type - kształt przebiegu (np. sinusoidalny, prostokątny).
  • Frequency - częstotliwość przebiegu.
  • Amplitude - amplituda przebiegu.
  • Offset - składowa stała sygnału.
  • Symmetry - symetria przebiegu.
  • Phase - przesunięcie fazy przebiegu.

Symbol koła zębatego w prawym górnym rogu umożliwia dodanie kształtu przebiegu przez zastosowanie trybu custom, import z pliku lub edycję istniejącego przebiegu.

Tryb "basic" pokazano na rysunku 4. Jest to tryb "simple" wzbogacony o możliwość dostosowania parametrów przebiegu przez suwak o charakterystyce logarytmicznej. Pole (1) umożliwia (od lewej) dodanie nowego przebiegu przez tryb "custom", import przebiegu z pliku, edycję lub usunięcie istniejącego przebiegu. W polu (2) są wyświetlane istniejące kształty przebiegów.

Pole (3) jest interfejsem graficznym służącym do modyfikowania jednego z parametrów (częstotliwość, amplituda, składowa stała, symetria, faza). Znacznik umieszczony w górnym lewym rogu umożliwia ustawienie na stałe domyślnej wartości lub "odblokowanie" możliwości dostosowania parametru. Wartość (4) określa górny zakres parametru, a (7) dolny zakres. Poruszenie suwakiem (6) powoduje logarytmiczną zmianę wartości parametru (5).

Rysunek 5. Tryb"custom' generatora

Rysunek 6. Okno edycji nowego kształtu przebiegu

Rysunek 7. Tryb "play" generatora

Rysunek 8. Tryb "sweep" generatora

Rysunek 9. Tryb modulacji - w tym wypadku jest używana modulacja AM. Na wykresie pokazano nośną (przebieg zielony, Carrier), sygnał modulujący (niebieski, AM) oraz wynikowy (żółty, Output)

Rysunek 10. Skrypt generatora addytywnego

Rysunek 11. Generowanie addytywnego sygnału prostokątnego

Rysunek 12. Poprawnie zaimportowany przebieg użytkownikaRysunek 

13. Generowanie przebiegu, który będzie dodany do przebiegu wyjściowegoRysunek

14. Widok okna edycji przebiegu po dodaniu pierwszego przebiegu (sinusoidalnego)

Rysunek 15. Sygnał wynikowy - iloczyn przebiegu sinusoidalnego o dużej częstotliwości z przebiegiem trójkątnym

Rysunek 16. Ustawienie generatora funkcyjnego

Rysunek 17. Wyprowadzenia Analog Discovery 2

Rysunek 18. Pomiar sygnałów z generatora

Na rysunku 5 zilustrowano interfejs trybu "custom" generatora. Przycisk "New" umożliwia dodanie nowego przebiegu - otwiera okno pokazane na rysunku 6.

Przycisk "Import" pozwala na wczytanie przebiegu z pliku (dźwięk, tekst, arkusz kalkulacyjny), "Edit" umożliwia edycję istniejącego przebiegu a znak "-" usuwa istniejący przebieg.

W polu po lewej stronie są umieszczone istniejące przebiegi użytkownika, a po prawej stronie wypisane są parametry syntezy: częstotliwość sygnału, częstotliwość próbkowania, amplituda, składowa stała, przesunięcie fazy.

Tworzenie przebiegu o pożądanym kształcie może odbywać się na różne sposoby:

  • Func - użycie zdefiniowanych kształtów przebiegów.
  • Math - sygnał z definiowany przez równania matematyczne (skrypt użytkownika).
  • Values - podanie wartości poszczególnych próbek sygnału.
  • File - wczytanie pliku tekstowego, dźwiękowego lub arkusza kalkulacyjnego.
  • Alter - synteza kształtu przebiegu przez dodanie, odjęcie, mnożenie lub dzielenie dwóch przebiegów.

Po lewej stronie jest umieszczony interfejs tekstowy syntezy kształtu przebiegu. Na środku znajduje się wykres przedstawiający kształt przebiegu. Przycisk "Normalize" umożliwia dostosowanie amplitudy do największej możliwej wartości. Po prawej stronie jest wyświetlana tabela z wartościami poszczególnych próbek.

Tryb "play" umożliwia odtwarzanie pliku dźwiękowego. Przycisk "Import" (rysunek 7) służy do wczytania pliku, natomiast "-" usuwa plik. Lista wczytanych plików jest pokazywana poniżej przycisku "Import". Parametry dźwięku znajdują się w dolnej części interfejsu:

  • Frequency - częstotliwość próbkowania.
  • Amplitude - amplituda sygnału.
  • Offset - składowa stała.
  • Samples - liczba próbek.
  • Span - czas trwania pliku dźwiękowego.

Tryb "sweep" (rysunek 8) umożliwia zmianę częstotliwości oraz amplitudy przebiegu w czasie. Przemiatanie częstotliwości znajduje zastosowanie przy pomiarach charakterystyk i zostało opisane w poprzedniej części kursu. Wybór przebiegu odbywa się podobnie jak w trybie "simple", jednak dostępne są dodatkowe parametry:

  • Sweep to X [Hz] in Y [ms] - przemiatanie częstotliwości z bazowej do częstotliwości X w czasie Y.
  • Damp to X [V] in Y [ms] - tłumienie amplitudy z bazowej do X [V] w czasie Y [ms].

Na rysunku 9 pokazano ostatni tryb generatora - modulacja AM i FM. Nośna oraz przebieg modulujący amplitudę lub częstotliwość są wybierane jak w trybie "simple". Po prawej stronie znajduje się wykres modulacji - dla danego przykładu jest to modulacja AM.

Przykład 1: tworzenie przebiegu użytkownika

W tym przykładzie zostanie przedstawiony sposób tworzenia przebiegu użytkownika (custom). Będzie on miał charakter generatora addytywnego - synteza kształtu za pomocą sumy 10 przebiegów sinusoidalnych o częstotliwościach będących wielokrotnościami częstotliwości podstawowej (harmoniczne).

Aby uzyskać dostęp do okna tworzenia przbiegu, należy uruchomić generator funkcyjny, a następnie przejść do trybu "custom" (rysunek 2, punkt 3). Po kliknięciu na przycisk "New" (rysunek 5) zostanie wywołane okno edycji kształtu przebiegu (rysunek 6). Należy ustawić matematyczny tryb syntezy sygnału (zakładka "Math"). Skrypt generatora addytywnego zamieszczono na rysunku 10.

Dzięki zmianom wartości w tablicach "amp" (amplituda) i "ph" (faza) można uzyskać różne przebiegi, na przykład prostokątny, jak pokazano na rysunku 11. Po uzyskaniu pożądanego kształtu należy kliknąć przycisk "OK”"- zaprogramowany wzorzec kształtu powinien pojawić się na liście pokazywanej w trybie "custom" (rysunek 12).

Przykład 2: generowanie przebiegu metodą Alter

W tym przykładzie zostanie przedstawiony sposób generowania przebiegu za pomocą metody "Alter" polegającej na dodaniu, odjęciu, mnożeniu lub dzieleniu dwóch przebiegów. Aby uzyskać dostęp do okna tworzenia sygnału, należy uruchomić generator funkcyjny, następnie przejść do trybu "custom" (rysunek 2, punkt 3). Po kliknięciu na przycisk "New" (rysunek 5) zostanie wywołane okno edycji kształtu przebiegu (rysunek 6). Należy wybrać tryb "Alter" (zakładka "Alter").

Na początku przebieg zawiera same zera, więc pierwszą operacją będzie dodanie pierwszego przebiegu. Należy kliknąć przycisk "Alter with" i wybrać żądany przebieg, jak na rysunku 13. Przebieg wyjściowy po operacji dodawania pokazano na rysunku 14. Ma on kształt sinusoidalny, więc teraz można pomnożyć go, na przykład, przez przebieg trójkątny. W tym celu należy zaznaczyć opcję "X Multiply", kliknąć przycisk "Alter with" i wybrać przebieg trójkątny. Okno edycji przebiegu po wykonaniu operacji mnożenia pokazano na rysunku 15.

Przykład 3: obserwowanie przebiegów na oscyloskopie

W tym przykładzie zostanie opisany sposób dołączenia generatora do oscyloskopu w celu obserwacji przebiegów zdefiniowanych w poprzednich przykładach.

Okno generatora z uprzednio utworzonymi sygnałami zamieszczono na rysunku 16. Użyte będą dwa kanały – pierwszy kanał generuje przebieg z przykładu 1, natomiast drugi z przykładu 2.

Generator funkcyjny jest już skonfigurowany i generuje uprzednio zdefiniowane przebiegi dostępne w dwóch niezależnych kanałach. Kolejnym krokiem jest dołączone wyjść generatora do różnicowych wejść oscyloskopu (rysunek 17):

  • "1+" do "W1" (dodatnie wejście różnicowe oscyloskopu do pierwszego kanału generatora).
  • "2+" do "W2" (dodatnie wejście różnicowe oscyloskopu do drugiego kanału).
  • "1-" oraz "2-" do masy (przewód czarny).

Sygnały wyjściowe z generatora są doprowadzone do wejścia oscyloskopu, więc pozostaje jedynie skonfigurowanie oscyloskopu. Aby uruchomić oscyloskop, należy w menu głównym AD2 kliknąć przycisk "Scope".

Podstawowa konfiguracja oscyloskopu odbywa się w 4 krokach:

  1. Wybranie trybu akwizycji danych (Repeated, Screen, Shift, Record).
  2. Konfigurowanie wyzwalania podstawy czasu (trigger) - wybór źródła wyzwalania oraz jego poziomu.
  3. Konfigurowanie generatora podstawy czasu (przesunięcie oraz skala).
  4. Konfigurowanie poszczególnych kanałów (przesunięcie oraz skala).

Uruchomienie pomiarów odbywa się za pomocą przycisku 'Single" (pojedynczy pomiar) lub "Run" (pomiar w trybie ciągłym). Na rysunku 18 pokazano skonfigurowany oscyloskop, na którym są obserwowane sygnały z generatora. Widać, że kształt zmierzonych sygnałów odpowiada przebiegom zaprojektowanym w trybie "custom" generatora funkcyjnego.

Pomiar jest wyzwalany w momencie, gdy narasta napięcie w pierwszym kanale oscyloskopu i jego wartość osiągnie 5 mV (ustawienie wyzwalania w górnym panelu). Konfigurowanie skali i przesunięć odbywa się w panelu po prawej stronie. Aby dwa kanały mogły być wyświetlane niezależnie, należy je przesunąć względem siebie (przesunięcie pierwszego kanału o +1 V, a drugiego kanału o -1 V).

Jakub Wiczyński

Pozostałe artykuły

Sieć telefonii komórkowej 5G (2). Od teorii do praktykti budowania urządzeń

Numer: Maj/2019

Wydaje mi się, że większość inżynierów elektroników miała do czynienia z urządzeniami radiowymi przede wszystkim jako ich użytkownicy. To znaczy, konstruowali co prawda urządzenia transmitujące dane z wykorzystaniem fal radiowych, jednak używając z gotowych modułów lub innych urządzeń i co najwyżej dodając do nich jakąś antenę z oferty dystrybutorów. Ale ci, którzy choćby otarli się o zagadnienia związane z antenami ...

Bezpieczeństwo funkcjonalne ARM

Numer: Maj/2019

Warunkiem wprowadzenia na rynek wielu produktów w takich branżach, jak: sprzęt gospodarstwa domowego, motoryzacja, przemysł lub medyczna, jest spełnienie wymagań prawnych potwierdzających ich zgodność z normami bezpieczeństwa funkcjonalnego. Uzyskanie certyfikatu jest jednym z warunków dopuszczenia artykułu do sprzedaży i polega na spełnieniu norm bezpieczeństwa, co czyni dany produkt bezpiecznym dla użytkowników. Producentów ...

Wyświetlacze z serii HCMS-29xx firmy Avago Technologies

Numer: Maj/2019

W artykule zaprezentowano niezbyt popularne, głównie ze względu na cenę, wyświetlacze z serii HCMS. Moduł wyświetlacza zawiera nie tylko matryce LED 5×7, ale również wszystko to, co jest potrzebne do sterowania wyświetlaniem, czyli rejestry przesuwne, wewnętrzny oscylator multipleksowania, źródła prądowe oraz obwody kontroli parametrów pozwalające, na przykład, na zmianę jasności świecenia. W ofercie firmy są moduły ...

Ochrona podzespołów elektronicznych i maszyn przed wyładowaniami elektrostatycznymi

Numer: Maj/2019

Uwzględnianie wyładowań elektrostatycznych (ESD) podczas produkcji sprzętu elektronicznego może wydawać się stratą czasu i zasobów. Jednak zaniedbanie tego aspektu może doprowadzić do poważnych problemów z jakością, które ujawnią się kilka dni, tygodni lub nawet miesięcy po sprzedaży. W tym artykule wyjaśniono, dlaczego uwzględnienie ryzyka i wyzwań związanych z wyładowaniami elektrostatycznymi może zapobiec usterkom ...

Przemysłowe metody identyfikacji obiektów

Numer: Maj/2019

Coraz częściej napotykamy w otoczeniu różnorodne metody identyfikacji obiektów. Na co dzień posługują się nimi automatycy oraz osoby mające do czynienia z logistyką, ponieważ wymagają ich automatyczne metody transportu i wytwarzania. Bez naszej wiedzy mogą to robić kamery lub czujniki radarowe rozmieszczone w przestrzeni publicznej. Niewiele osób wie, że wprost nieprawdopodobną metodę rozpoznawania i oceny dają metadane ...

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Ze świata  Kobiety w elektronice    ...

Elektronika Praktyczna

Maj 2019

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym