Настольная рабочая станция NI ELVIS

Настольная рабочая станция и DAQ-устройство вместе образуют завершенную лабораторную установку. Рабочая станция обеспечивает подключение исследуемых объектов и определяет функциональность лабораторной установки.

На панели управления станции (рисунок 4.1) расположены простые органы управления встроенными приборами, а также удобные средства подключения к осциллографу и цифровому мультиметру NI ELVIS, BNC-разъемы и разъемы штекерного типа.

Программное обеспечение NI ELVIS маршрутизирует сигналы в настольной рабочей станции между приборами. Например, выходной сигнал функционального генератора может быть направлен на определенный канал модуля ввода-вывода и, в конечном счете, этот сигнал окажется на нужном канале осциллографа NI ELVIS.

Рабочая станция содержит также плату защиты, предохраняющую модуль ввода-вывода от повреждений, которые могут случиться при ошибочных действиях с лабораторным оборудованием.

В настольную рабочую станцию встроены аппаратно реализованные функциональный генератор и регулируемые блоки питания. Специально спроектированная в LabVIEW лицевая панель (Soft Front Panel – SFP) измерительных приборов объединяет функциональность DAQ-устройства и рабочей станции, предоставляя возможность работы со следующими приборами:

- функциональным генератором сигналов (Function Generator – FGEN);

- генератором сигналов произвольной формы (Arbitrary Waveform Generator – ARB);

- цифровым мультиметром (Digital Multimeter – DMM);

- осциллографом (Oscilloscope – Scope);

- анализатором амплитудно- и фазочастотных характеристик (Bode Analyzer);

- анализатором спектра (Dynamic Signal Analyzer – DSA);

- анализатором импеданса (Impedance Analyzer);

- анализатором вольтамперной характеристики двухполюсников (Two-Wire Current Voltage Analyzer);

- анализатором вольтамперной характеристики четырехполюсников (Three-Wire Current Voltage Analyzer);

- устройством чтения с цифровой шины (Digital Bus Reader);

- устройством записи на цифровую шину (Digital Bus Writer);

- регулируемыми источниками питания (Variable Power Supplies).

Функциональный генератор (Function Generator – FGEN) позволяет выбирать форму сигнала (синусоида, «меандр», «пила»), задавать его амплитуду и частоту. Кроме того, прибор дает возможность регулировать постоянную составляющую сигнала, осуществлять развертку сигнала по частоте, формировать сигналы с амплитудной (АМ) и частотной (ЧМ) модуляцией.

Генератор сигналов произвольной формы (Arbitrary Waveform Generator – ARB) служит для формирования аналоговых сигналов с помощью модуля ввода-вывода. Вы можете создавать различные типы сигналов, используя Waveform Editor (Редактор сигналов), который входит в состав программного обеспечения NI ELVIS.

Для генерации сигналов, созданных ранее этим редактором, их можно загружать в генератор из файлов.

Поскольку модуль ввода-вывода, как правило, имеет два аналоговых выхода, одновременно могут генерироваться два сигнала. Формирование сигналов может осуществляться в однократном или в непрерывном режиме. Максимальная скорость генерации сигналов зависит от максимальной частоты обновления данных в модуле ввода-вывода, к которому подключена рабочая станция NI ELVIS. Характеристики модуля ввода-вывода приведены в технической документации.

Цифровой мультиметр (Digital Multimeter – DMM) позволяет измерять следующие величины:

- напряжение постоянного тока (DC Voltage);

- напряжение переменного тока (AC Voltage);

- силу постоянного и переменного тока (Current DC and AC);

- активное сопротивление (Resistance);

- ёмкость (Capacitance);

- индуктивность (Inductance);

- работоспособность диода (Diode test);

- проверять целостность электрических проводников;

- выполнять «прозвонку» (Audible continuity).

Подключиться к мультиметру можно через макетную плату или с помощью разъёмов штекерного типа на передней панели рабочей станции.

Осциллограф (Oscilloscope – Scope) обладает всеми функциональными возможностями стандартного настольного прибора, который можно найти в любой учебной лаборатории.

Осциллограф NI ELVIS имеет два канала и снабжен регуляторами выбора масштаба, сдвига лучей, переключателями временной развертки, выбора источника и режима запуска. Свойство автомасштабирования позволяет регулировать масштаб по оси Y в зависимости от размаха переменного напряжения для лучшего отображения сигнала.

В зависимости от типа подключённого к NI ELVIS модуля ввода-вывода запуск может быть цифровой и аналоговый. Сигналы на осциллограф подаются через макетную плату или через разъёмы типа BNC, установленные на лицевой панели рабочей станции.

Внутри рабочей станции NI ELVIS предусмотрена возможность подключения к осциллографу сигналов от функционального генератора или цифрового мультиметра. Кроме того, программное обеспечение компьютеризированного осциллографа позволяет использовать курсоры для точных измерений параметров сигналов по осциллограмме на экране.

Скорость сбора данных осциллографа ограничена только максимальной частотой дискретизации модуля ввода-вывода, через который NI ELVIS подключен к компьютеру.

Анализатор амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик (Bode Analyzer) в NI ELVIS реализован путем развертки по частоте тестового сигнала, формируемого функциональным генератором, и измерения сигналов модулем ввода-вывода. Вы можете устанавливать частотный диапазон прибора, а также выбирать шкалу отображения – линейную или логарифмическую.

Анализатор спектра (Dynamic Signal Analyzer – DSA) особенно полезен на занятиях по углублённому изучению электротехники и физики. Этот прибор использует аналоговый вход модуля ввода-вывода для измерений, которые выполняются в непрерывном режиме или в однократном режиме. В этом приборе для определения спектра можете фильтровать сигнал и накладывать различные окна.

Анализатор импеданса (Impedance Analyzer) предназначен для измерения активной и реактивной составляющей сопротивления пассивных двухполюсников на заданной частоте.

Анализаторы вольтамперных характеристик двух- и четырехполюсников (Two-wire - и Three-wire Current-Voltage Analyzers) позволяют проводить тестирование параметров диодов и транзисторов, наблюдать их вольтамперные характеристики.

Анализатор двухполюсников предоставляет полную свободу в установке пределов изменения напряжения и тока, а также может сохранять данные в файл. Анализатор четырехполюсников позволяет задавать ток базы при измерениях параметров транзисторов n-p-n типа.

В обоих приборах предусмотрены курсоры для точных измерений параметров по кривой на экране.

Устройство чтения с цифровой шины (Digital Bus Reader) считывает цифровые данные с шины цифрового ввода (Digital Input – DI). Считывание может выполняться как в однократном, так и в непрерывном режиме.

Устройство записи на цифровую шину (Digital Bus Writer) выдает на шину цифрового вывода (Digital Output – DO) определенный пользователем шаблон цифрового сигнала. Шаблон можно создать вручную, а можно выбрать из определенных ранее, таких как «пила», «шахматная доска» или тест «бегущая единица». Вывод может осуществляться в непрерывном или однократном режиме. Выходы этого устройства не изменяются до тех пор, пока не будет подан следующий шаблон или пока прибор не будет закрыт. Выходные уровни сигналов совместимы с уровнями ТТЛ-элементов.

Регулируемые источники питания (Variable Power Supplies) позволяет изменять напряжения на их выходах – для источника отрицательного напряжения от –12 до 0 В, для источника положительного напряжения – от 0 до +12 В.

Кроме перечисленных приборов, в NI ELVIS имеется набор высокоуровневых функций LabVIEW, которые можно использовать для совершенствования средств отображения данных и организации экспериментов, а также для управления рабочей станцией NI ELVIS из LabVIEW.

В NI ELVIS версии 3.0 и выше управлять приборами NI ELVIS можно с помощью среды SignalExpress, которая не требует программирования. Из SignalExpress, помимо законченных приборов NI ELVIS, можно использовать общие функциональные возможности аппаратных средств NI ELVIS, такие как аналоговый ввод (AI), аналоговый вывод (AO), цифровой ввод/вывод (DIO) и счетчик/таймер (CTR).

Схема расположения компонентов на панели управления рабочей станции приведена на рисунке 1.21. Здесь описывается расположение компонентов для NI ELVIS первой версии. У рабочей станции второй версии расположение органов отличается от первой. Но назначение и название у них точно такое же.

 

 

Рисунок 1.21 -Панель управления настольной рабочей станции версии 1

 

Настольная рабочая станция снабжена следующими элементами управления и индикации:

1- SYSTEM POWER – индикатор включения питания NI ELVIS;

2 - PROTOTYPING BOARD POWER – выключатель питания макетной платы.

3- COMMUNICATIONS – переключатель режима управления NI ELVIS (переключатель связи) – шлет запрос на отключение программного управления.

В большинстве приложений этот переключатель устанавливают в положение Normal, в котором управление NI ELVIS передается компьютеру.

4 - VARIABLE POWER SUPPLY – элементы управления регулируемыми блоками питания. В состав этих элементов входит:

SUPPLY - - элементы управления источником отрицательного напряжения. Он имеет следующие переключатели и регуляторы:

MANUAL – переключатель режима управления источником (ручной или программный). В ручном режиме (Manual) регулятор VOLTAGE управляет источником отрицательного напряжения. В программном режиме источник отрицательного напряжения управляется через виртуальный прибор Variable Power Supply;

VOLTAGE – регулятор отрицательного выходного напряжения, диапазон изменения напряжения от –12 до 0В. Чтобы воспользоваться этим регулятором, необходимо установить переключатель Manual в режим ручного управления источниками питания.

SUPPLY+ -элементы управления источником положительного напряжения. Он имеет следующие переключатели и регуляторы:

MANUAL – переключатель режима управления источником (ручной или программный). В ручном режиме (Manual) регулятор VOLTAGE управляет источником положительного напряжения. В программном режиме этот источник управляется через виртуальный прибор Variable Power Supply;

VOLTAGE – регулятор положительного выходного напряжения, диапазон изменения напряжения от 0 до +12В. Чтобы воспользоваться этим регулятором, необходимо установить переключатель Manual в режим ручного управления источниками питания.

5 - FUNCTION GENERATOR – элементы управления функциональным генератором.

MANUAL – переключатель выбора режима управления функциональным генератором (ручной или программный).

В ручном режиме функциональным генератором управляют переключатель выбора функции, переключатель AMPLITUDE и регуляторы COARSE FREQUENCY и FINE FREQUENCY.

В программном режиме функциональный генератор управляется через виртуальный прибор FGEN.

Function - переключатель выбора формы генерируемого сигнала. NI ELVIS может генерировать синусоидальный, прямоугольный и треугольный сигналы;

AMPLITUDE - регулятор амплитуды генерируемого сигнала;

COARSE FREQUENCY - переключатель диапазона частот генерируемого сигнала;

FINE FREQUENCY - плавный регулятор частоты сигнала.

6 - DMM -гнезда для подключения к цифровому мультиметру:

CURRENT -гнезда для токовой цепи:

HI - вход положительной полярности для всех режимов работы мультиметра, кроме измерения напряжения;

LO - вход отрицательной полярности для всех режимов работы мультиметра, кроме измерения напряжения.

VOLTAGE -гнезда для напряжения:

HI - вход положительной полярности для измерения напряжения;

LO - вход отрицательной полярности для измерения напряжения.

Если вы используете входные гнезда цифрового мультиметра на лицевой панели, не подключайтесь к аналогичным входам на макетной плате. Подключая различные сигналы одновременно к гнездам мультиметра на макетной плате и к гнездам на панели управления, вы их замыкаете, что может повредить схему, собранную на макетной плате.

7 - SCOPE -разъемы для подключения осциллографа:

CH A - вход канала (channel) A осциллографа;

CH B - вход канала B осциллографа;

Trigger - вход синхронизации осциллографа.

Если вы используете входы осциллографа на передней панели, не подключайтесь к аналогичным гнездам на макетной плате. Подключая различные сигналы одновременно к гнездам осциллографа на макетной плате и к разъёмам на панели управления, вы их замыкаете, что может повредить схему, собранную на макетной плате.