Analog Discovery – laboratorium pomiarowe na dłoni: generowanie sinusa za pomocą „drabiny”

Firma Digilent Inc. oferuje doskonałe zestawy bardzo pomocne w nauce elektroniki, w pomiarach i testowaniu różnych układów elektronicznych. W artykule przedstawiamy współpracę przyrządów wchodzących w skład zestawu Analog Discovery, na przykładzie eksperymentu przeprowadzonego z użyciem elementów zestawu Analog Parts Kit.

Analog Discovery to zestaw wirtualnych przyrządów pomiarowych o doskonałych, jak dla urządzeń tej klasy, parametrach i możliwościach. Ocena tego urządzenia wypada szczególnie korzystnie w odniesieniu do jego ceny.

Kamami jest oficjalnym dystrybutorem firmy Digilent w Polsce.

Elektronika urządzenia Analog Discovery mieści się w obudowie o wymiarach 68×82×19 mm. W tak małej objętości zmieszczono bardzo atrakcyjne przyrządy stanowiące podstawowe wyposażenie stanowiska pomiarowego. Są to:

  • 2-kanałowy oscyloskop z wejściami różnicowymi,
  • 2-kanałowy generator arbitralny,
  • zasilacz dostarczający napięcia +5 i –5 V,
  • generator przebiegów cyfrowych o konfigurowalnej liczbie linii wyjściowych (maksymalnie 16),
  • analizator stanów logicznych, także o konfigurowanej liczbie wejść,
  • analizator widma (oryginalna nazwa Network Analyzer) służący do zdejmowania charakterystyk częstotliwościowych w zakresie do 10 MHz,
  • 2-kanałowy woltomierz cyfrowy DC, True RMS, AC RMS,
  • rejestr statycznych wejść/wyjść cyfrowych.

W zestawie Analog Parts Kit znajdują się podzespoły elektroniczne, które mogą być wykorzystane do przeprowadzenia wielu ciekawych eksperymentów z elektrotechniki, teorii obwodów, elektroniki itp. Ważnym elementem jest uniwersalne pole montażowe, na którym w ciągu kilku minut, bez używania lutownicy można połączyć układ elektroniczny (fotografia 1).

 

Fot. 1. Układ eksperymentalny zmontowany z elementów zestawu Analog Parts Kit

Fot. 1. Układ eksperymentalny zmontowany z elementów zestawu Analog Parts Kit

 

 

Przykład praktyczny – generowanie przebiegu sinusoidalnego
Obliczenia do eksperymentu

Większość przyrządów pomiarowych zestawu Analog Discovery może pracować jednocześnie. Dzięki temu możliwe jest wykonanie wszechstronnych pomiarów urządzeń elektronicznych z uwzględnieniem sygnałów cyfrowych i analogowych. Jako przykład przedstawimy eksperyment, w którym metodą cyfrową zostanie wygenerowany przebieg sinusoidalny. W eksperymencie będziemy korzystać z kilku przyrządów zestawu Analog Discovery. Przebieg sinusoidalny powstanie na wyjściu 4-bitowej rezystorowej drabinki wagowej, sterowanej z generatora odpowiednio dobranych sekwencji cyfrowych. Napięcie wyjściowe takiej drabinki (rysunek 2) jest wprost proporcjonalne do stanu linii wejściowych D0…D3 traktowanego jako 4-bitowa liczba binarna. Liczba możliwych poziomów napięć na wyjściu drabinki jest więc równa 16. Aby wygenerować sinusoidę należy zatem podawać na wejścia drabinki odpowiednio dobraną sekwencję cyfrową. Stany wyjść generatora przebiegów cyfrowych odpowiadają chwilowej wartości napięcia sinusoidy.

 

Rys. 2. Rezystorowa drabinka wagowa

Rys. 2. Rezystorowa drabinka wagowa

 

Powstaje pytanie, w jaki sposób zaprojektować sekwencję cyfrową i jak ją wygenerować. Do obliczenia zostanie wykorzystany popularny arkusz kalkulacyjny – Excel. Zakładamy, że jeden pełny okres sinusoidy będzie się składał z 64 próbek, zatem w kolumnie A definiujemy odpowiadające im momenty czasowe (rysunek 3).

 

Rys. 3. Formuła definiująca interwały próbkowania

Rys. 3. Formuła definiująca interwały próbkowania

 

Rys. 4. Formuła definiująca sinusoidę

Rys. 4. Formuła definiująca sinusoidę

 

O autorze

Jarosław Doliński
Jarosław Doliński jest absolwentem Wydziału Elektroniki na Politechnice Warszawskiej. Pracował w Przemysłowymi Instytucie Telekomunikacji oraz Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, gdzie zajmował się konstruowaniem urządzeń transmisji danych. Współpracował z Zakładem Urządzeń Teatralnych m.in. w zakresie konstrukcji interkomów teatralnych i urządzeń dla inspicjentów. Brał także udział w pracach projektowych rejestratorów urządzeń wiertniczych i elektroniki montowanej na żurawiach mobilnych. Obecnie prowadzi firmę zajmująca się konstruowaniem i produkcją urządzeń elektronicznych dla rehabilitacji i wspomagania treningu sportowego. Jest autorem czterech książek poświęconych elektronice i mikrokontrolerom, współpracuje ponadto z miesięcznikami „Elektronika Praktyczna”, „Elektronik” oraz „Świat Radio”.