background image

 

1

Miernictwo cyfrowe, laboratorium 

Generowanie i analiza widmowa sygnałów 

1. Wprowadzenie 

W zależności od docelowego zastosowania karty pomiarowe mogą być zaopatrzone 
również  w  kanały  wyjściowe  umożliwiające  generowanie  sygnałów  analogowych 
bądź  wytwarzanie  sterujących  sygnałów  cyfrowych.  Celem  bieżącego  laboratorium 
jest  wygenerowanie  przykładowych  przebiegów  o  różnym  kształcie. Wygenerowane 
przebiegi poddane zostaną analizie widmowej. 

2. Konstrukcja wirtualnego urządzenia 

Panel  czołowy  urządzenia  wirtualnego  przedstawiony  został  na  rysunku  1. 

Urządzenie  umożliwia  generowanie  kilku  przebiegów  za  pomocą  wyjścia 
analogowego  karty  pomiarowej.  Możliwe  jest  określenie  typu,  amplitudy  i 
częstotliwości  żądanego  sygnału.  Współbieżnie  z  procesem  generowania  możliwa 
jest  rejestracja  napięcia  w  jednym  z  wybranych  kanałów  wejściowych.  Dla 
zwiększenia czytelności interfejsu kontrolki odpowiedzialne za poszczególne zadania 
pogrupowane zostały za pomocą ramek, które wraz z innymi elementami wizualnymi 
o charakterze dekoracyjnym znajdują się w palecie 

Decorations głównego menu. 

 

 

Rysunek 1: Panel czołowy urządzenia wirtualnego 

 

background image

 

2

Panel zawiera dwa wykresy (

Modern/Graph/Waveform Graph). Górny wykres służy 

do  wizualizacji  rejestrowanego  przebiegu  napięciowego  podczas  gdy  dolny  służyć 
będzie do prezentacji jego widma amplitudowego. 
 

Na  panelu  znajduje  się  kontrolka  w  formie  menu  mająca  służyć  do  zmiany 

kształtu  generowanego  sygnału.  Umieszcza  się  ją  poprzez  wybór  elementu 
Modern/Ring  &  Enum/Menu  Ring  z  głównego  menu.  Po  kliknięciu  na  nią  PM  i 
wybraniu pozycji 

Edit Items… wyświetlone zostanie okno pozwalające na określenie 

dopuszczalnych  wariantów  tworzonego  menu  wyboru.  Jako  warianty  podać  należy 
jakąś nazwę odpowiadającą sygnałowi sinusoidalnemu, trójkątnemu i prostokątnemu. 
Nazwa  pozycji  powinna  być  jedynie  zrozumiała  dla  użytkownika  urządzenia, 
znaczenie ma kolejność pozycji menu, ponieważ numer każdej z nich określał będzie 
sposób  działania  fragmentu  schematu  blokowego  tworzonego  w  dalszej  części 
ć

wiczenia. 

W  zależności  do  gustu  artystycznego  twórcy  urządzenia  wirtualnego 

kolorystyka  elementów  wizualnych  może  być  zmieniana  za  pomocą  odpowiedniego 
narzędzia.  Aktywuje  się  je  poprzez  kliknięcie  na  obszarze  panelu  PM  trzymając 
SHIFT.  W  skutek  powyższej  operacji  pojawia  się  przybornik  przedstawiony  na 
rysunku 2. 
 

 

Rysunek 2: Przybornik środowiska LabVIEW 

 
Dolny  segment  przybornika  z  pędzlem  i  kolorowymi  kwadratami  pozwala  na 
uaktywnienie  narzędzia  służącego  do  kolorowania  wybranych  elementów.  We 
wcześniejszych  wersjach  środowiska  przybornik  służył  do  wyboru  narzędzia 
używanego  w  danej  chwili  przez  konstruktora  (strzałka  do  przesuwania  elementów, 
szpulka do łączenie itd.). W nowszych wersjach narzędzie zmienia się automatycznie 
pod  warunkiem,  że  „zapalone”  jest  górne  zielone  pole.  Ponieważ  operacja  wyboru 
narzędzia  do  kolorowania  dezaktywuje  opcję  automatycznego  wybierania  narzędzia 
po  dokonaniu  żądanego  kolorowania  interfejsu  można  ją  włączyć  powtórnie  przez 
ponowne rozwinięcie przybornika i kliknięcie na zieloną „lampkę”. 
 

Za  funkcjonowanie  wirtualnego  urządzenia  odpowiedzialny  jest  schemat 

blokowy  przestawiony  na  rysunku  3.  Zawiera  on  poznany  uprzednio  tor  służący  do 
rejestracji  sygnału  za  pomocą  jednego  z  wejść  analogowych  wzbogacony  o 
wykorzystanie  bufora  zapewniającego  pogodzenie  szybkości  przetwarzania  danych 
przez  kartę  z  szybkością  wewnętrznej  magistrali  komputera  (

Measurement 

IO/DAQmx – Data Acquisition/Task Config Carl/Buffer Node). Powyższy element 
nazywany  jest  węzłem  właściwości  a  odpowiednią  właściwość  wybiera  się  z  menu 
PM,  pozycja 

Properties.  Kolejnym  nowym  elementem  jest  struktura  (Bundle

pozwalająca  prawidłowo  wyskalować  oś  odciętych  wykresu.  Uzyskuje  się  ją 
wybierając 

Programming/Cluster,  Class  &  Variant/Bundle  i  rozciągając  świeżo 

umieszczoną kontrolkę tak aby pojawiło się trzecie wejście połączeniowe. Pierwsze z 
wejść  informuje  o  wartości,  od  której  ma  rozpoczynać  się  oś  współrzędnych 

background image

 

3

(podłączone  zero),  druga  to  informacja  o  kroku  osi  (w  tym  miejscu  podłączona 
zostaje  odwrotność  częstości  próbkowania  czyli  krok  czasowy),  trzecia  służy  do 
podłączenia  linii  danych  do  wyświetlenia.  Nieco  poniżej  znajduje  się  podobny  blok 
funkcjonalny  z  dodatkiem  procedury 

Signal  Processing/Spectral/Amplitude  and 

Phase  Spectrum.  Służy  ona  do  wyliczania  widma  sygnału  czyli  jego  obrazu  w 
dziedzinie częstotliwości. 

 

Rysunek 3: Schemat blokowy wirtualnego urządzenia 

 
 

W dolnej części schematu widoczny jest blok odpowiedzialny za generowanie 

przebiegu  przez  kartę.  Jest  on  podobny  do  omawianego  poprzednio  toru 
pomiarowego. Istotną różnicę stanowi sposób działania procedury tworzenia zadania 
pomiarowego  ustawiony  na 

AO  Voltage  (Analog  Output  czyli  tworzone  jest  wyjście 

sygnału  analogowego).  Podobnie  jak  w  przypadku  zadania  rejestracji  tutaj  również 
mieszczona  jest  procedura  sterująca  wielkością  bufora.  Wewnątrz  głównej  pętli 
znajduje  się  dodatkowa  ramka  podłączona  do  elementu  „Rodzaj  sygnału”.  Jest  to 
instrukcja  wyboru  powiązana  z  utworzonym  uprzednio  menu  służącym  do  zmiany 
kształtu  generowanego  sygnału.  Ramka  instrukcji  wyboru  znajduje  się  w 
Programming/Structures/Case  Structure.  Bezpośrednio  po umieszczeniu  zawiera 
ona  przyłącze  instrukcji  sterującej  (prostokąt  ze  znakiem  zapytania)  w  kolorze 
zielonym.  Oznacza  to,  że  domyślnie  przystosowana  jest  do  sterowania  za  pomocą 
zmiennej  o  charakterze  logicznym  prawda/fałsz.  Połączenie  do  elementu  „Rodzaj 
sygnału”  powoduje  jej  automatyczne  dostosowanie  do  większej  ilości  możliwych 
wariantów wybieranych z menu. W górnej części ramki znajduje się przełącznik który 
początkowo umożliwia wstawienie dwóch wariantów instrukcji wyboru. W przypadku 
gdy konieczna jest obsługa większej ilości przypadków po kliknięciu na przełączniku 
PM i wybranie pozycji 

Add Case After lub Before możliwe jest dodawanie kolejnych. 

Dla  prawidłowego  działania  programu  konieczne  jest  aby  jeden  z  wariantów  był 
domyślny.  Dlatego  jeśli  żaden  nie  ma  oznaczenia 

Default  widocznego  przy  liczbie 

dla  jednego  (dowolnego)  należy  wybrać 

Make  This  Default  Case  z  menu  PM.  W 

background image

 

4

zależności  od  wyboru  dokonywanego  z  poziomu  menu  na  panelu  czołowym 
wykonywana  będzie  zawartość  ramki  o  odpowiednim  numerze.  W  przypadku 
omawianej  aplikacji  na  rysunku  3  przedstawiono  tylko  jeden  wariant  odpowiadający 
wybraniu  fali  prostokątnej.  Zawartość  wszystkich  wariantów  instrukcji  wyboru 
przedstawiono na rysunku 4.  
 

 

Rysunek 4: Warianty instrukcji wyboru 

 
Zgodnie  z  rysunkiem  4  wirtualne  urządzenie  powinno  umożliwiać  generowanie 
sygnału sinusoidalnego, trójkątnego i prostokątnego. 
 

3. Wykonanie pomiarów i sprawozdania 

 

Utworzone 

urządzenie 

umożliwi 

wykonanie 

kilku 

doświadczeń. 

sprawozdaniu  powinno  znaleźć  się  krótkie  wprowadzenie  dotyczące  sposobu 
realizacji ćwiczenia oraz spostrzeżenia dotyczące każdej z poczynionych obserwacji. 
Uzyskane  przebiegi  mogą  zostać  zilustrowane  zrzutami  ekranowymi  bądź 
samodzielnymi  szkicami.  Warto  również  zwrócić  uwagę  na  polecenie 

Eksport 

Simplified  Image…  dostępne  w  menu  po  kliknięciu  na  wykres  w  trakcie  działania 
programu. W trakcie badań warto zwrócić uwagę na następujące fakty: 

1.  Karta  pomiarowa  nie  podłączona  do  żadnego  źródła  sygnału  powinna 

pokazać  szumy,  których  widmo  może  zawierać  prążek.  Czy  jest  on  w  jakiś 
sposób specyficzny? 

2.  Przewody  podłączone  jedynie  do  kanału  wejściowego  powinny  umożliwiać 

pomiar  napięcia  w  sposób  analogiczny  do działania  wirtualnego woltomierza. 
Prawidłowy  odczyt  napięcia  pozwala  zweryfikować  działanie  programu  jak 
również jakość połączeń. 

3.  Jako  źródło  sygnału  wykorzystana  zostaje  ta  sama  karta,  która  służy  do 

rejestracji  dlatego  wolne  końcówki  przewodów  należy  połączyć  z  jednym  z 
dwóch kanałów wyjściowych AO0 bądź AI1 oraz z masą sygnału analogowego 
AO GND. Czy na ekranie urządzenia wirtualnego pojawia się sygnał zgodny z 
żą

danym? 

4.  Widmo  sygnału  sinusoidalnego  powinno  mieć  postać  pojedynczego  prążka. 

Czy  wysokość  prążka  jest  proporcjonalna  do  żądanej  amplitudy  sygnału? 
Powinna  być  gdyż  program  oblicza  widmo 

amplitudowe.  Proszę  jednak 

sprawdzić  czy  wysokość  prążka  zgadza  się 

dokładnie  z  nastawianą 

amplitudą. 

5.  Czy  położenie  prążka  widma  sygnału  sinusoidalnego  odpowiada  ustawianej 

częstotliwości fali zawsze, nigdy czy tylko czasami? 

6.  Jak  wyglądają  widma  amplitudowe  sygnału  prostokątnego  i  trójkątnego?  Czy 

można  doszukać  się  jakiejś  zależności  między  ich  postacią  a  zadawaną 
częstotliwością sygnału generowanego?