Описание схемы электрической функциональной. Функциональная схема разрабатываемого устройства приведена в приложении А. На функциональном уровне проектируемое устройство состоит из аппаратной и программной части.
Аппаратную часть в свою очередь можно разделить на следующие функциональные блоки 1 входное устройство 2 переключатель режима работы входа 3 усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 4 аналогово-цифровой преобразователь 5 устройство синхронизации и запуска 6 цифро-аналоговый преобразователь 7 схема регулировки коэффициента усиления 8 выходное устройство 9 устройство управления, обработки информации и сопряжения с шиной PCI 10 устройство конфигурации 11 фильтры питания 12 преобразователи напряжений питания.
Рассмотрим назначение отдельных блоков устройства и алгоритм их работы. Центральным блоком, управляющим работой всего устройства, является персональный компьютер, в системный блок которого подключается данное устройство, выполненное в виде платы с интерфейсом PCI. ПК выполняет следующие функции 1 считывание из памяти устройства данных, соответствующих входному воздействию 2 запись в память устройства данных, необходимых для формирования выходного сигнала 3 управление режимами работы устройства.
Входное устройство представляет собой частотно-скомпенсированный делитель напряжения с ограничителем выходного сигнала. Данный делитель служит для ослабления уровня входного воздействия в широкой полосе частот, а также для предохранения от выхода из строя вследствие перегрузки по напряжению последующих цепей.
Далее исследуемый сигнал подается на переключатель режима работы входа. Схема позволяет обеспечить работу устройства как с открытым входом, так и с закрытым. Выбор коэффициента усиления измерительного канала, а следовательно и чувствительности входа осуществляется с помощью усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. Выбор коэффициента усиления производится программно, его величина в виде цифрового кода подается с устройства управления. Аналогово-цифровой преобразователь представляет собой преобразо-ватель напряжение- код и предназначен для переноса информации из аналогового сигнала в цифровой эквивалент для последующей обработки на персональной ЭВМ. В устройстве предусмотрена возможность как внутреннего запуска так и запуска в режиме внешней синхронизации.
В режиме внешнего запуска устройство синхронизации и запуска формирует сигнал начала преобразования для АЦП. Цифро-аналоговый преобразователь представляет собой преобразователь код-напряжение.
ЦАП служит для генерации сигнала по данным, которые представляют его цифровую модель, и задаются пользователем. Выходное устройство представляет собой широкополосный усилитель с повышенной нагрузочной способностью и обеспечивает необходимый уровень сигнала и малое выходное сопротивление устройства. Коэффициент усиления выходного каскада задается схемой регулировки коэффициента усиления, выбор величины которого производится программно, его величина в виде цифрового кода подается с устройства управления.
Устройство управления, обработки информации и сопряжения с шиной PCI собрано на микросхеме ПЛИС. Внутренняя структура ПЛИС состоит из управляемого формирователя частоты преобразования блока АЦП, управляемого формирователя частоты блока ЦАП, регистра управления схем регулировки коэффициента усиления входных и выходных цепей, запоминающего устройства для накопления информации в цифровом виде, схемы сопряжения с шиной PCI. Шина PCI является мультиплексированной шиной адреса и данных со сложной системой управления.
Для обеспечения нормального функциони-рования устройства необходимо использовать схему сопряжения с шиной, которая обеспечивает все предъявляемые требования к устройству на шине, согласует все временные характеристики обмена данными ПЭВМ и данного устройства. Загрузка микросхемы ПЛИС производится по последовательному протоколу из микросхемы ПЗУ устройства конфигурации. Рассмотрим примерный цикл работы устройства. Сначала программой, выполняющейся на ПЭВМ производится установка режимов работы устройства включение переключателя, обеспечивающего установку режима работы входа, установление величины тактовой частоты для АЦП и ЦАП. В ЗУ микросхемы ПЛИС блока ЦАП записываются данные, из которых будет генерироваться выходной сигнал.
Далее из устройства управления подается сигнал разрешения преобразования для блоков АЦП и ЦАП. Данные с АЦП записываются в ЗУ микросхемы ПЛИС блока АЦП с частотой, с которой производится преобразование.
После заполнения ЗУ устройство вырабатывает сигнал запроса на прерывание. Программа, работающая в этот момент на ПЭВМ, считывает данные из ЗУ блока АЦП. Затем происходит передача сигналов управления - так происходит в течение всего цикла работы устройства. По его окончании, которое определяется программно, данные, накопленные в памяти ПЭВМ за цикл работы могут быть использованы для других целей - например, записаны в файл, на их основе можно произвести более точные и ресурсоемкие расчеты, невозможные в режиме реального времени просчет математически сложных уравнений для определения спектра сигнала и других характеристик. Питание устройства осуществляется от внутреннего источника ПК, по питающим линиям шины PCI. Питание аналоговых цепей осуществляется через LC-фильтры.
Для получения питающих напряжений -5В, 3,3В и 2,5В в устройстве используются два маломощных преобразователя напряжений питания. 3