Đề tài Xây dựng một phòng thí nghiệm ảo lý thuyết mạch trên cơ sở mạng máy tính

Lời nói đầu Khi xây dựng một phòng thí nghiệm cho sinh viên học tập nghiên cứu, cần phải trang bị khá nhiều thiết bị hiện đại và chuyên dụng. Trong thực tế, do sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, nên các hệ thống thiết bị phục vụ cho bài toán kỹ thuật luôn được phát triển không ngừng và vì sự hạn chế về kinh phí nên các phòng thí nghiệm nhà trường khó có thể trang bị đầy đủ và kịp thời các thiết bị thực để đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu. Đây là một trong những nguyên nhân khiến cho các sinh viên khi ra trường lúng túng, bỡ ngỡ trong các thao tác thực hành và vì thế hiệu quả công việc giảm đi rất nhiều. Có thể khắc phục hạn chế này bằng cách xây dựng một phòng thí nghiệm ảo có đủ các trang thiết bị hiện đại với mục đích giúp các sinh viên có thể làm quen với mặt máy, thao tác trên các núm nút, đọc chỉ số thiết bị đo một cách thành thạo trước khi làm việc với các thiết bị thật. Thiết bị ảo có những lợi thế rất lớn về giá cả, chỉ tiêu chất lượng và tính linh hoạt so với thiết bị thực. Do vậy, việc xây dựng một phòng thí nghiệm ảo bao gồm các thiết bị đo lường hiện đại cùng các panel thí nghiệm tổng hợp tạo ra một hiệu quả đáng kể về kinh tế và có ý nghĩa rất lớn trong công tác đào tạo, giảng dạy và nghiên cứu tại các nhà trường. Với mục đích nghiên cứu, xây dựng một phòng thí nghiệm ảo Lý thuyết mạch trên cơ sở mạng máy tính và các thiết bị ảo chuyên dụng phục vụ cho công tác đào tạo giảng day môn học Lý thuyết mạch , đồ án của em bao gồm các nội dung chính như sau: Chương 1: Trình bày về ngôn ngữ lập trình LabVIEW trong các bài toán điều khiển, ghép nối, mô phỏng thiết bị ảo và các kỹ thuật lập trình tạo thiết bị ảo trên LabVIEW. Chương 2: Trình bày lưu đồ thuật toán và các bước thiết kế xây dựng thiết bị ảo cho phòng thí nghiệm Đo lường - Lý thuyết mạch. Chương 3: Trình bày về phần mềm EWB trong mô phỏng nguyên lý hoạt động của mạch điện tử và các bước xây dựng một bài thí nghiệm Lý thuyết mạch trên EWB. Chương 4: Sử dụng kết quả nghiên cứu của các chương trước để tổ chức xây dựng một phòng thí nghiệm ảo Đo lường - Lý thuyết mạch. Do hạn chế về thời gian và trình độ nên đồ án không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy giáo và các bạn đồng nghiệp. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TSKH Nguyễn Công Định, KS Cao Hữu Tình, các thầy giáo trong khoa Kỹ thuật Điều khiển và Trung tâm Công nghệ Mô phỏng - HVKTQS đã quan tâm và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án của mình.

pdf70 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 15/06/2013 | Lượt xem: 1661 | Lượt tải: 4download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Xây dựng một phòng thí nghiệm ảo lý thuyết mạch trên cơ sở mạng máy tính, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
phÐp ng−êi sö dông thay ®æi thµnh c¸c tuú chän cña riªng m×nh. Th«ng th−êng chóng ta chØ thay ®æi Picture Item cña c¸c thµnh phÇn H×nh 1.27: Lùa chän mét Control c¬ së ®Ó ph¸t triÓn thµnh Custom Control H×nh 1.28: ChÕ ®é Customize 22 cña mét Control. Khi nµy cã thÓ click chuét ph¶i vµo ®èi t−îng vµ chän Picture Item tõ menu-popup nh− h×nh 1.29. - B−íc 4: Dïng cöa sæ Edit Icon ®Ó so¹n th¶o biÓu t−îng cña Custom Controls (thao t¸c nh− viÖc so¹n th¶o biÓu t−îng cho mét VI). Sau cïng ghi lªn ®Üa víi tªn më réng *.ctl. §Ó sö dông mét Custom Controls trong Cotrols Palette ta lùa chän Select a Control. Khi nµy mét hép tho¹i xuÊt hiÖn cho phÐp ng−êi sö dông lùa chon Custom Controls cÇn thiÕt (h×nh 1.30). Cã thÓ x©y dùng mét th− viÖn c¸c Custom Controls vµ cµi vµo Control Palette trong líp User Controls ®Ó tiÖn sö dông cho c¸c bµi to¸n cã liªn quan. H×nh 1.29: Sö dông menu-popup ®Ó chän picture item cña control H×nh 1.30: H«p tho¹i lùa chän mét Custom Controls 23 KÕt luËn ch−¬ng 1 LabVIEW lµ mét ng«n ng÷ lËp tr×nh rÊt m¹nh vµ chuyªn dông cho c¸c bµi to¸n ®iÒu khiÓn, ghÐp nèi vµ m« pháng thiÕt bÞ ¶o. Sö dông LabVIEW trong bµi to¸n m« pháng rÊt hiÖu qu¶ vÒ mÆt kinh tÕ. Trong ch−¬ng nµy, em ®· tr×nh bµy ®Æc ®iÓm, kü thuËt lËp tr×nh c¬ b¶n còng nh− n©ng cao trªn LabVIEW ®Ó lµm c¬ së cho viÖc x©y dùng c¸c thiÕt bÞ ¶o vµ phßng thÝ nghiÖm ¶o Lý thuyÕt m¹ch - nhiÖm vô chÝnh cña ®å ¸n. 24 Ch−¬ng 2: X©y dùng c¸c thiÕt bÞ ¶o cho phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch §èi víi c¸c thiÕt bÞ ¶o trong phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch, chóng ta cã thÓ x©y dùng theo c¸c h−íng sau: - X©y dùng mét thiÕt bÞ m« pháng b¸n tù nhiªn trªn m¸y tÝnh, bao gåm mét card ADC ghÐp víi m¸y tÝnh, vµ mét phÇn mÒm ®iÒu khiÓn, ghÐp nèi ®Ó giao tiÕp víi card. Theo h−íng nµy, thiÕt bÞ m« pháng cã thÓ ®−îc sö dông ®Ó thu thËp d÷ liÖu (th«ng qua card ADC) vµ ph©n tÝch, xö lý còng nh− l−u tr÷ trªn m¸y tÝnh. - ThiÕt kÕ mét thiÕt bÞ ¶o, m« pháng nguyªn lý ho¹t ®éng vµ giao diÖn sö dông theo mét thiÕt bÞ vËt lý thùc. Khi nµy cã thÓ x©y dùng mét hÖ thèng thiÕt bÞ ¶o theo c¸c thiÕt bÞ vËt lý hiÖn ®¹i, cho phÐp ng−êi sö dông lµm quen víi thiÕt bÞ còng nh− c¸ch sö dông chóng. Víi h−íng tiÕp cËn thø hai, mét thiÕt bÞ ¶o cÇn tho¶ m·n c¸c yªu cÇu sau: - ThiÕt bÞ ¶o ph¶i ®−îc x©y dùng theo ph−¬ng tr×nh ®éng lùc häc cña thiÕt bÞ thùc. §©y lµ mét yªu cÇu b¾t buéc ®èi víi mçi thiÕt bÞ ¶o ®Ó chóng cã thÓ ho¹t ®éng chÝnh x¸c nh− thiÕt bÞ vËt lý thùc. §Ó gi¶i quyÕt ®iÒu nµy, ®ßi hái ng−êi thiÕt kÕ ph¶i n¾m v÷ng nguyªn lý ho¹t ®éng cña tõng thiÕt bÞ cô thÓ vµ x©y dùng ch−¬ng tr×nh theo ph−¬ng tr×nh ®éng lùc häc cña chóng. - ThiÕt bÞ ¶o cÇn cã mét front panel nh− thiÕt bÞ vËt lý ®−îc m« pháng. §iÒu nµy cã nghÜa lµ cÇn ph¶i x©y dùng trªn thiÕt bÞ ®o l−êng ¶o c¸c nóm, nót, mµn hiÓn thÞ nh− thiÕt bÞ thËt ®Ó ng−êi sö dông cã thÓ thao t¸c vµ xem kÕt qu¶ trªn chóng. §©y lµ mét yªu cÇu quan träng trong c¸c bµi to¸n m« pháng nãi chung vµ trong bµi to¸n x©y dùng thiÕt bÞ ¶o nãi riªng. 25 - TiÕp cËn tèt nhÊt víi tÝnh thêi gian thùc cña hÖ thèng. §©y lµ mét yªu cÇu khã vµ trªn thùc tÕ khã cã thÓ gi¶i quyÕt triÖt ®Ó. Ng−êi thiÕt kÕ chØ cã thÓ lµm cho hÖ thèng thiÕt bÞ ¶o cña m×nh tiÖm cËn tíi tÝnh thêi gian thùc b»ng c¸ch lùa chän ng«n ng÷ lËp tr×nh hiÖu qu¶, phï hîp vµ x©y dùng thuËt to¸n lËp tr×nh tèi −u nhÊt. - HÖ thèng ph¶i cã tÝnh më, tøc lµ ph¶i cã tÝnh linh ho¹t cao, cho phÐp kÕt nèi vµ trao ®æi d÷ liÖu dÔ dµng víi c¸c phÇn mÒm øng dông kh¸c. ThiÕt bÞ ¶o ph¶i cã kh¶ n¨ng kÕt nèi, trao ®æi qua c¸c cæng vµ card phÇn cøng vµo – ra ®Ó cã thÓ x©y dùng mét hÖ thèng m« pháng b¸n tù nhiªn. Tõ c¸c yªu cÇu c¬ b¶n kÓ trªn cã thÓ nhËn thÊy r»ng, ngoµi viÖc ph¶i n¾m ch¾c cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ, ®Ó bµi to¸n m« pháng thiÕt bÞ ¶o ®¹t hiÖu qu¶ cao nhÊt ng−êi lËp tr×nh cÇn ph¶i lùa chän mét c«ng cô lËp tr×nh chuyªn dông cho bµi to¸n m« pháng ph−¬ng tr×nh ®éng lùc häc, hç trî cho viÖc x©y dùng giao diÖn mÆt m¸y ¶o vµ cã kh¶ n¨ng ghÐp nèi vµ ®iÒu khiÓn víi c¸c thiÕt bÞ phÇn cøng. Tõ nh÷ng kÕt qu¶ ph©n tÝch vµ ®¸nh gi¸ ë ch−¬ng mét cho thÊy: Cã thÓ sö dông ng«n ng÷ LabVIEW cho bµi to¸n x©y dùng c¸c thiÕt bÞ ¶o cho phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. Qu¸ tr×nh x©y dùng mét thiÕt bÞ ¶o trªn LabVIEW sÏ bao gåm c¸c vÊn ®Ò sau: - X©y dùng giao diÖn cho thiÕt bÞ m« pháng: §Ó thiÕt bÞ ¶o cã hiÖu qu¶ cao nhÊt th× ngoµi viÖc x©y dùng m· nguån m« t¶ ph−¬ng tr×nh ®éng lùc häc cña thiÕt bÞ thùc, cÇn ph¶i x©y dùng cho thiÕt bÞ ¶o mét giao diÖn sö dông gièng nh− thiÕt bÞ vËt lý ®−îc m« pháng. §Ó lµm ®−îc ®iÒu nµy, trong ph¹m vi ®å ¸n cña m×nh, em ®· dùa vµo c¸c tµi liÖu vÒ giao diÖn ®i kÌm thiÕt bÞ ®Ó x©y dùng mét th− viÖn ®iÒu khiÓn tuú biÕn phôc vô cho thiÕt kÕ c¸c thiÕt bÞ ¶o cña phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. 26 - KÕt nèi vµ trao ®æi d÷ liÖu: Trong phßng thÝ nghiÖm §o l−êng – Lý thuyÕt m¹ch, chøc n¨ng chÝnh cña c¸c thiÕt bÞ lµ ph¸t c¸c tÝn hiÖu víi d¹ng chuÈn hoÆc thu vµ hiÓn thÞ c¸c tÝn hiÖu. Nh− vËy, mét c¸ch tù nhiªn khi x©y dùng thiÕt bÞ ¶o, chóng ta sÏ nghÜ ngay ®Õn viÖc x©y dùng chóng nh− mét terminal trong mét m¹ng thiÕt bÞ ¶o. §iÒu nµy cßn cho phÐp ng−êi sö dông thao t¸c víi c¸c thiÕt bÞ ¶o mét c¸ch ®éc lËp víi nhau lµm t¨ng tÝnh thêi gian thùc cña hÖ thèng phßng thÝ nghiÖm ¶o. Khi nµy phßng thÝ nghiÖm ¶o sÏ ®−îc x©y dùng nh− mét m¹ng cña c¸c thiÕt bÞ ®o l−êng vµ panel thÝ nghiÖm, kÕt nèi vµ trao ®æi d÷ liÖu víi nhau th«ng qua mét m¹ng côc bé. H×nh 2.1 minh ho¹ mét m¹ng thiÕt bÞ thÝ nghiÖm ¶o. Vµ theo c¸ch ®Æt vÊn ®Ò vÒ kÕt nèi vµ trao ®æi d÷ liÖu trong thiÕt bÞ ¶o, ta cã thÓ x©y dùng mét thuËt to¸n ®iÒu khiÓn chung cho thiÕt bÞ ¶o nh− l−u ®å thuËt to¸n sau: Instrument 1 Instrument 2 Instrument N Input Process Output Data Flow H×nh 2.1: M« h×nh mét m¹ng thiÕt bÞ ¶o 27 Sau ®©y em xin tr×nh bµy chi tiÕt qu¸ tr×nh x©y dùng c¸c thiÕt bÞ ¶o trong phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. 2.1. X©y dùng m¸y t¹o tÝn hiÖu chuÈn ¶o M¸y ph¸t tÝn hiÖu chuÈn lµ mét thiÕt bÞ kh«ng thÓ thiÕu trong phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. ThiÕt bÞ nµy ®−îc dïng ®Ó t¹o ra c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo chuÈn h×nh sin hoÆc xung vu«ng cho c¸c bµi thÝ nghiÖm. Trong th− viÖn thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông phôc vô cho viÖc x©y dùng phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch, em ®· x©y dùng thiÕt bÞ LS27A, mét m¸y ph¸t tÝn hiÖu sin vµ xung vu«ng do h·ng LEADER chÕ t¹o, ®−îc sö dông nhiÒu trong c¸c phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. 2.1.1. Nguyªn lý lµm viÖc vµ c¸c ®Æc tÝnh kü thuËt LS27A lµ thiÕt bÞ ph¸t tÝn hiÖu tÇn sè thÊp. C¸c ®Æc tÝnh kü thuËt c¬ b¶n cña nã nh− sau: B¾t ®Çu ThiÕt lËp ®−êng truyÒn ®Ó thu, ph¸t tÝn hiÖu Thu vµ xö lý tÝn hiÖu nhËn ®−îc. HiÓn thÞ kÕt qu¶ Ph¸t tÝn hiÖu tíi terminal cã yªu cÇu KÕt thóc Cã yªu cÇu ph¸t tÝn hiÖu kh«ng ? KÕt thóc ? H×nh 2.2: L−u ®å thuËt to¸n ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ ¶o Cã Cã Kh«ng Kh«ng 28 - D¶i tÇn tõ 10Hz ®Õn 1MHz víi 5 b¨ng tÇn. - Sai sè: ±(5% + 2Hz) trong d¶i [10Hz - 1MHz]. ±(3% + 2Hz) trong d¶i [100Hz - 100KHz]. - Trë kh¸ng ra: 600Ω. - TÝn hiÖu sin ®Çu ra tõ 10Hz ®Õn 1MHz, ®iÖn ¸p 5V víi sai sè: D−íi 0,5% trong d¶i 200Hz - 100KHz. D−íi 1% trong d¶i 100Hz - 500KHz. D−íi 2% trong d¶i 10Hz - 1MHz. - TÝn hiÖu xung tõ 10Hz ®Õn 100KHz, ®iÖn ¸p 5V. - Cã ®Çu vµo ®ång bé. §Ó lÊy tÝn hiÖu ra, chóng ta lµm nh− sau: - ThiÕt lËp c«ng t¾c WAVEFORM ë vÞ trÝ tÝn hiÖu sin hoÆc xung vu«ng theo yªu cÇu. - ThiÕt lËp c«ng t¾c HIGH - LOW ë vÞ trÝ tuú thuéc vµo møc suy gi¶m tÝn hiÖu, vÞ trÝ LOW t−¬ng øng víi møc suy gi¶m 1/10 (40dB). - ThiÕt lËp tÇn sè nhê chuyÓn m¹ch FREQUENCY RANGE vµ nóm xoay FREQUENCY. - BËt c«ng t¾c nguån POWER. - §iÒu chØnh nóm FINE ®Ó nhËn ®−îc ë ®Çu ra OUTPUT d¹ng tÝn hiÖu víi tÇn sè vµ møc ®iÖn ¸p theo yªu cÇu. 2.1.2. L−u ®å thuËt to¸n x©y dùng thiÕt bÞ ¶o LS27A Tõ c¸c ®Æc tÝnh kü thuËt tr×nh bµy ë trªn, chóng ta cã thÓ x©y dùng ®−îc l−u ®å thuËt to¸n ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ nh− sau: 29 Trong ch−¬ng tr×nh, c¸c tham sè cña tÝn hiÖu sÏ ®−îc thay ®æi nh− ®¸p øng cña c¸c sù kiÖn xuÊt hiÖn bëi t¸c ®éng cña ng−êi sö dông lªn c¸c ®iÒu khiÓn trªn giao diÖn mÆt m¸y cña thiÕt bÞ ¶o. Khi x©y dùng m¸y ph¸t tÝn hiÖu chuÈn ¶o th× ®Æc tuyÕn còng nh− møc suy gi¶m tÝn hiÖu kh«ng phô thuéc vµo trë kh¸ng vµo/ra vµ d¶i tÇn c«ng t¸c cña thiÕt bÞ. Do vËy, ®Ó ch−¬ng tr×nh ®¬n gi¶n h¬n mµ vÉn ®¶m b¶o ho¹t ®éng theo ®óng ph−¬ng tr×nh ®éng häc cña thiÕt bÞ th× c¸c ®iÒu khiÓn vÒ møc suy gi¶m (c«ng t¾c HIGH - LOW) sÏ kh«ng ®−îc sö dông. Trong m¹ng thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông dïng cho phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch th× tÝn hiÖu chÝnh lµ d÷ liÖu ®−îc trao ®æi gi÷a c¸c ch−¬ng tr×nh. §èi víi mçi thiÕt bÞ cô thÓ cã c¸c yªu cÇu kh¸c nhau vÒ th«ng tin cña tÝn hiÖu vµo (nh− tham sè vÒ biªn ®é, tham sè vÒ tÇn sè, tham sè vÒ pha,..). Do vËy, khi x©y dùng c¬ së d÷ liÖu cho tÝn hiÖu cÇn ph¶i phï hîp víi tÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ trong th− viÖn vµ ®¶m b¶o khi cËp nhËt c¸c thiÕt bÞ míi B¾t ®Çu ThiÕt lËp c¸c tham sè cña tÝn hiÖu theo gi¸ trÞ mÆc ®Þnh Thay ®æi c¸c tham sè cña tÝn hiÖu theo yªu cÇu KÕt thóc Cã thay ®æi c¸c tham sè cña tÝn hiÖu kh«ng ? KÕt thóc ? H×nh 2.3: L−u ®å thuËt to¸n ®iÒu khiÓn m¸y ph¸t tÝn hiÖu chuÈn ¶o LS27A Cã Cã Kh«ng Kh«ng Ph¸t tÝn hiÖu vµo m¹ng 30 chóng ph¶i trao ®æi d÷ liÖu ®−îc víi c¸c thiÕt bÞ tr−íc ®ã. Trong thiÕt bÞ ¶o LS27A d÷ liÖu ra ®−îc x©y dùng gåm c¸c tr−êng sau: - Freq: Chøa th«ng tin vÒ tÇn sè cña tÝn hiÖu. - Wave: Chøa th«ng tin vÒ d¹ng tÝn hiÖu (h×nh sin hoÆc xung vu«ng). - Ampli: Chøa th«ng tin vÒ biªn ®é tÝn hiÖu. - Data: Bao gåm th«ng tin vÒ sè mÉu tÝn hiÖu, tÇn sè lÊy mÉu vµ m¶ng d÷ liÖu cña tÝn hiÖu trong mét chu kú. C¬ së d÷ liÖu nµy ®¶m b¶o ®ñ th«ng tin vÒ tÝn hiÖu ®Ó c¸c ch−¬ng tr×nh cã thÓ trao ®æi víi nhau. M¶ng d÷ liÖu chøa tÝn hiÖu trong mét chu kú thùc chÊt lµ m¶ng tÝn hiÖu ®−îc l−îng tö ho¸ theo th¬× gian. V× vËy ®Ó ®¶m b¶o kh«i phôc l¹i chÝnh x¸c tÝn hiÖu ta cÇn ph¶i thay ®æi sè mÉu vµ tÇn sè lÊy mÉu theo tÇn sè cña tÝn hiÖu. NÕu gi÷ nguyªn tÇn sè lÊy mÉu vµ thay ®æi sè l−îng mÉu theo tÇn sè tin hiÖu th× víi c¸c tÝn hiÖu cã tÇn sè trong d¶i MHz, sè l−îng mÉu tÝn hiÖu cÇn ph¶i cã lµ rÊt lín. Do vËy khi nµy tèc ®é xö lý cña ch−¬ng tr×nh gi¶m ®i rÊt nhiÒu vµ kh«ng ®¸p øng ®−îc tÝnh thêi gian thùc cña hÖ thèng. Trong ®å ¸n em thùc hiÖn l−îng tö ho¸ tÝn hiÖu theo c¸ch gi÷ cè ®Þnh sè mÉu tÝn hiÖu vµ thay ®æi tÇn sè lÊy mÉu theo c«ng thøc: Fs = F.#s/10 (2.1) ë ®©y: Fs: TÇn sè lÊy mÉu. F: TÇn sè tÝn hiÖu. #s: Sè mÉu tÝn hiÖu. Víi #s chän b»ng 1000, ®¶m b¶o tèt tÝnh thêi gian thùc cña hÖ thèng vµ kh«i phôc chÝnh x¸c tÝn hiÖu trong d¶i tÇn c«ng t¸c cña thiÕt bÞ LS27A. Block Diagram cña ch−¬ng tr×nh m« pháng m¸y ph¸t tÝn hiÖu chuÈn ¶o LS27A ®−îc minh ho¹ ë h×nh 2.4. 31 H×nh 2.4: Block Diagram cña m¸y ph¸t ¶o LS27A Toµn bé ch−¬ng tr×nh n»m trong mét vßng lÆp while loop víi ®iÒu kiÖn tho¸t lµ tr¹ng th¸i cña nót Power. T¹i ®©y, c¸c tham sè chÝnh cña tÝn hiÖu nh− tÇn sè, biªn ®é, d¹ng tÝn hiÖu ®−îc thay ®æi bëi ng−êi thao t¸c vµ göi ®Õn modul t¹o tÝn hiÖu (SubVI Fcn) vµ ph¸t lªn m¹ng theo form d÷ liÖu ®· tr×nh bµy ë môc trªn. Modul Fcn - modul chÝnh cña ch−¬ng tr×nh cã nhiÖm vô t¹o ra m¶ng d÷ liÖu tÝn hiÖu víi tÇn sè vµ møc ®iÖn ¸p theo yªu cÇu. Trong modul nµy em sö dông hµm Basic Function Generator trong th− viÖn Waveform Generation ®Ó H×nh 2.5: Block Diagram cña modul Fcn 32 t¹o khèi ph¸t tÝn hiÖu (h×nh 2.5). Hµm nµy nhËn c¸c tham sè vµo lµ TÇn sè, biªn ®é, d¹ng tÝn hiÖu, sè mÉu tÝn hiÖu, tÇn sè lÊy mÉu (x©y dùng theo c«ng thøc (2.1)) vµ ph¸t ra mét cluster chøa m¶ng tÝn hiÖu vµ c¸c th«ng tin vÒ mÉu. 2.1.3. X©y dùng giao diÖn m« pháng mÆt m¸y cho thiÕt bÞ ¶o LS27A §Ó x©y dùng mÆt m¸y cho thiÕt bÞ ¶o LS27A, em ®· t¹o mét th− viÖn ®iÒu khiÓn tuú biÕn dùa trªn c¸c nóm nót, mµn hiÓn thÞ cña thiÕt bÞ thùc vµ x©y dùng ®−îc mét giao diÖn m« pháng nh− h×nh 2.6. Trªn mÆt m¸y m« pháng nµy, ng−êi dïng cã thÓ sö dông c¸c nóm nót, chuyÓn m¹ch ®Ó thay ®æi tÇn sè, biªn ®é, d¹ng tÝn hiÖu cña m¸y ph¸t tÝn hiÖu chuÈn LS27A ®Ó ph¸t tÝn hiÖu vµo m¹ng thÝ nghiÖm ¶o cho c¸c bµi thÝ nghiÖm §o l−êng – Lý thuyÕt m¹ch. 2.2. Ph©n tÝch nguyªn lý vµ x©y dùng m¸y hiÖn sãng ¶o LS1020 M¸y hiÖn sãng – Oscilloscope lµ thiÕt bÞ ®o v¹n n¨ng dïng ®Ó quan s¸t d¹ng tÝn hiÖu vµ ®o c¸c tham sè tÝn hiÖu ®iÖn (biªn ®é, tÇn sè, pha,..). KÕt qu¶ ®o hiÓn thÞ d−íi d¹ng ®å thÞ hai chiÒu, trong ®ã trôc däc (trôc Y) tû lÖ víi c−êng ®é, cßn trôc ngang (trôc X) tû lÖ víi chu kú tÝn hiÖu. Cã nhiÒu kiÓu H×nh 2.6: Giao diÖn sö dông cña m¸y ph¸t tÝn hiÖu ¶o 33 oscilloscope ®−îc ph©n lo¹i theo cÊu t¹o nh−: oscilloscope ®iÖn tö, oscilloscope c¬, oscilloscope mét tia, hai tia,.. song víi tÝnh chÊt thùc tiÔn cña thiÕt bÞ, ë ®©y ta chØ xem xÐt m¸y hiÖn sãng ®iÖn tö lo¹i hai tia – lµ thiÕt bÞ ®−îc sö dông phæ biÕn trong c¸c phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch hiÖn nay. Trong ®å ¸n cña m×nh, em ®· x©y dùng m¸y hiÖn sãng ¶o m« pháng theo thiÕt bÞ LS1020 - mét oscilloscope hai tia cña h·ng LEADER. 2.2.1. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¸y hiÖn sãng ¶o LS1020 LS1020 lµ m¸y hiÖn sãng lo¹i hai tia, tÝnh n¨ng kü thuËt c¬ b¶n cña nã nh− sau: - Mµn h×nh: 6 inch. - D¶i tÇn c«ng t¸c: 20MHz. - ChÕ ®é lµm viÖc: Mét kªnh (CH1 hoÆc CH2), hai kªnh (CH1 vµ CH2) vµ chÕ ®é X-Y (X-CH1, Y-CH2). - HÖ sè lÖch ®øng: 0,5mV/v¹ch - 5V/v¹ch. - Thêi gian quÐt: 0,1μs/v¹ch - 0,2s/v¹ch. - Bé hiÖu chuÈn: §iÖn ¸p ra 0,5Vp-p ±2, tÇn sè 1KHz, xung vu«ng. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ ®−îc tr×nh bµy ë d¹ng s¬ ®å khèi trªn h×nh 2.7. S¬ ®å nµy biÓu diÔn nguyªn lý ho¹t ®éng cña mét kªnh tÝn hiÖu. Mµn h×nh TÝn hiÖu vµo KhuÕch ®¹i Y Bé t¹o quÐt KhuÕch ®¹i X CM¹ch ®ång bé TÝn hiÖu ®ång bé Kªnh lÖch ®øng H×nh 2.7: S¬ ®å nguyªn lý m¸y hiÖn sãng Kªnh t¹o quÐt 34 §©y lµ cÊu tróc ®¬n gi¶n nhÊt cña m¸y hiªn sãng ho¹t ®éng trong chÕ ®é quÐt liªn tôc. Cã thÓ m« t¶ ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ nh− sau: TÝn hiÖu ®Çu vµo ®−îc chia lµm hai ®−êng. §−êng thø nhÊt ®i qua bé khuÕch ®¹i cña kªnh lÖch ®øng, t¹i ®©y tÝn hiÖu ®−îc hiÖu chØnh bëi c¸c chiÕt ¸p dÞch tia vµ chuyÓn m¹ch hÖ sè lÖch ®øng råi ®i tíi ®Çu vµo Y cña phÇn hiÓn thÞ. §−êng thø hai ®−îc ®−a tíi ®Çu vµo cña bé chuyÓn m¹ch ®ång bé. T¹i ®©y, tuú thuéc vµo chÕ ®é ®ång bé (®ång bé trong hoÆc ®éng bé ngoµi) mµ tÝn hiÖu cÇn ®o hoÆc tÝn hiÖu ®ång bé ngoµi (®−îc ®−a vµo ®Çu vµo thø hai cña bé chuyÓn m¹ch) sÏ ®−îc chän ®Ó kÝch ho¹t cho bé t¹o quÐt. §Çu ra cña bé t¹o quÐt lµ mét d·y xung r¨ng c−a cã chu kú TRC tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: TRC = N.TTH. ë ®©y N lµ sè nguyªn d−¬ng, TTH lµ chu kú tÝn hiÖu cÇn ®o. D·y xung nµy sau khi qua bé khuÕch ®¹i cña kªnh t¹o quÐt ®−îc ®−a tíi ®Çu vµo X cña phÇn hiÓn thÞ. T¹i ®©y cÆp tÝn hiÖu X-Y sÏ ®iÒu khiÓn èng tia ®iÖn tö ®Ó hiÓn thÞ trªn mµn h×nh d¹ng tÝn hiÖu cÇn quan s¸t. Trong thùc tÕ ngoµi chÕ ®é ®ång bé ngoµi vµ ®ång bé trong cßn cã chÕ ®é ®ång bé b»ng ®iÖn ¸p l−íi vµ chÕ ®é quÐt ®îi (phôc vô cho viÖc ®o c¸c tÝn hiÖu kh«ng tuÇn hoµn hoÆc cã chu kú lín). Tuy nhiªn víi phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch th× chÕ ®é ®−îc sö dông phæ biÕn nhÊt lµ chÕ ®é quÐt liªn tôc ®ång bé trong, ®©y còng lµ chÕ ®é ho¹t ®éng cña m¸y hiÖn sãng ®−îc m« pháng trong ®å ¸n. Mét vÊn ®Ò quan träng cÇn chó ý khi thiÕt kÕ x©y dùng m¸y hiÖn sãng lµ vÊn ®Ò ®ång bé ®iÖn ¸p quÐt víi tÝn hiÖu cÇn ®iÒu khiÓn. Ta biÕt r»ng, môc ®Ých cña bé t¹o quÐt lµ t¹o ra ®−îc mét d·y xung r¨ng c−a liªn tôc cã chu kú b»ng sè nguyªn lÇn chu kú tÝn hiÖu cÇn quan s¸t. Trong mét phÐp ®o, cÇn x¸c M¹ch so s¸nh M¸y ph¸t xung r¨ng c−a UTH Ung−ìng URC H×nh 2.8: CÊu t¹o bé t¹o quÐt 35 ®Þnh pha cña tÝn hiÖu, do ®ã cÇn cã biÖn ph¸p ®iÒu khiÓn thêi ®iÓm b¾t ®Çu ph¸t xung r¨ng c−a. §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy, trong m¸y hiÖn sãng LS1020, bé t¹o quÐt ®−îc x©y dùng theo s¬ ®å minh ho¹ ë h×nh 2.8. Khi ®iÖn ¸p tÝn hiÖu b»ng ®iÖn ¸p ng−ìng, ë ®Çu ra m¹ch so s¸nh xuÊt hiÖn mét xung kÝch ho¹t cho m¸y ph¸t xung r¨ng c−a ho¹t ®éng. KÕt qu¶ ta t¹o ®−îc d·y xung r¨ng c−a ®ång bé víi tÝn hiÖu cÇn quan s¸t. ViÖc ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ng−ìng Ung−ìng sÏ lµm thay ®æi thêi ®iÓm t¹o xung r¨ng c−a t−¬ng øng víi pha ban ®Çu cña tÝn hiÖu, do vËy cho phÐp quan s¸t ®−îc sù dÞch pha cña tÝn hiÖu cÇn ®o. 2.2.2. L−u ®å thuËt to¸n vµ ch−¬ng tr×nh m« pháng thiÕt bÞ LS1020 XuÊt ph¸t tõ s¬ ®å nguyªn lý tr×nh bµy ë môc tr−íc ta cã thÓ x©y dùng ®−îc l−u ®å thuËt to¸n ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ nh− sau: Toµn bé qu¸ tr×nh m« pháng ®−îc ®Æt trong mét vßng lÆp While Loop víi ®iÒu kiÖn tho¸t lµ tr¹ng th¸i cña nót Power (minh ho¹ ë h×nh 2.10). ViÖc x¸c ®Þnh c¸c kÕt nèi víi thiÕt bÞ ph¸t, chuÈn bÞ qu¸ tr×nh thu tÝn hiÖu ®−îc thùc hiÖn trong Modul Focus (SubVI Focus). Tuú thuéc vµo tr¹ng th¸i cña hai ®iÒu B¾t ®Çu Më kÕt nèi tíi c¸c thiÕt bÞ ph¸t ®Ó thu tÝn hiÖu X¸c ®Þnh chÕ ®é quÐt vµ kªnh d÷ liÖu cÇn hiÓn thÞ KÕt thóc KÕt thóc ? H×nh 2.9: L−u ®å thuËt to¸n ®iÒu khiÓn m¸y hiÖn sãng ¶o LS1020 Cã Kh«ng HiÓn thÞ d÷ liÖu ra mµn h×nh 36 khiÓn CH1 vµ CH2 modul nµy sÏ thiÕt lËp mét hoÆc hai kÕt nèi theo giao thøc cã d¹ng dstp://MachineName cho hµm DataSocket Read ®Ó ®äc d÷ liÖu. DataSocket Read lµ hµm ®äc d÷ liÖu tõ m¹ng theo giao thøc TCP/IP, ë ®©y MachineName lµ tªn m¸y cã chøa thiÕt bÞ ph¸t tÝn hiÖu mµ ch−¬ng tr×nh cÇn ®o vµ hiÓn thÞ. Sau khi ®· thiÕt lËp ®Þa chØ ®Ó thu d÷ liÖu, ch−¬ng tr×nh sÏ thùc hiÖn thu, xö lý vµ hiÓn thÞ tÝn hiÖu. Khi nµy tuú thuéc vµo chuyÓn m¹ch vmode mµ tõng Frame trong cÊu tróc Case sÏ ®−îc thùc hiÖn t−¬ng øng víi c¸c chÕ ®é mét kªnh (CH1 hoÆc CH2), hai kªnh (ALT) hay chÕ ®é quÐt trßn (X-Y). - ChÕ ®é quÐt mét kªnh: §−îc thùc hiÖn bëi SubVI One CH khi ®Çu vµo cña m¸y hiÖn sãng ¶o chØ cã mét ®−êng tÝn hiÖu. H×nh 2.11 minh ho¹ Block diagram cña SubVI nµy. D÷ liÖu vµo ®−îc chia lµm hai ®−êng. Mét ®−êng ®i th¼ng tíi kªnh Y cña khèi hiÖn sãng th«ng qua khèi khuÕch ®¹i vµ chuyÓn dÞch trôc Y (Modul Ky). Mét ®−êng ®−a vµo kÝch ho¹t bé t¹o quÐt theo nguyªn lý quÐt liªn tôc ®ång bé trong (®· tr×nh bµy ë trªn). Trong ch−¬ng tr×nh bé t¹o quÐt ®−îc x©y dùng tõ hµm Formula Waveform H×nh 2.10: Block diagram cña LS1020.vi 37 sÏ t¹o ra tÝn hiÖu quÐt d¹ng r¨ng c−a ®−a tíi ®Çu vµo X cña khèi hiÓn thÞ. - ChÕ ®é quÐt hai kªnh: §−îc thùc hiÖn bëi SubVI TwoCh.vi khi chuyÓn m¹ch vmode ®Æt ë chÕ ®é hai kªnh (ALT). H×nh 2.12 minh ho¹ ho¹t ®éng cña m¸y hiÖn sãng ¶o trong chÕ ®é nµy. B¶n chÊt cña qu¸ tr×nh xö lý ë ®©y lµ viÖc thu d÷ liÖu vµ hiÓn thÞ chóng mét c¸ch lÇn l−ît tíi mµn h×nh (chÕ ®é quÐt lÇn l−ît trong oscilloscope LS1020). §Ó thÊy ®−îc sù lÖch pha cña hai tÝn hiÖu, H×nh 2.11: Block diagram cña OneCH.vi H×nh 2.12: Ho¹t ®éng cña m¸y hiÖn sãng ¶o trong chÕ ®é hai kªnh 38 trong ch−¬ng tr×nh sö dông chung mét tÝn hiÖu quÐt. TÝn hiÖu nµy ®−îc kÝch ho¹t bëi mét trong hai kªnh tÝn hiÖu cÇn ®o. - ChÕ ®é quÐt X-Y: §−îc thiÕt lËp khi chuyÓn m¹ch vmode ®Æt ë thang X-Y. Khi nµy tÝn hiÖu vµo ®−îc ®−a trùc tiÕp tíi kªnh lÖch ®øng (kªnh Y) vµ kªnh t¹o quÐt (kªnh X). H×nh 2.13 minh ho¹ Block diagram cña ch−¬ng tr×nh t−¬ng øng víi chÕ ®é quÐt X-Y (SubVI X- Y). T¹i ®©y tÝn hiÖu ®−îc nhËn tõ hai khèi ®Çu vµo, qua khèi khuÕch ®¹i vµ göi tíi khèi hiÓn thÞ. 2.2.3. ThiÕt kÕ giao diÖn cho m¸y hiÖn sãng ¶o LS1020 LS1020 lµ mét thiÕt bÞ ®o vµ hiÓn thÞ. Do vËy, ®Ó ch−¬ng tr×nh m« pháng cã hiÖu qu¶ cao nhÊt th× ngoµi viÖc x©y dùng ch−¬ng tr×nh ho¹t ®éng theo ®óng ph−¬ng tr×nh ®éng lùc häc cña thiÕt bÞ, cßn cÇn ph¶i thiÕt kÕ ®−îc H×nh 2.13: Block diagram cña SubVI X-Y.vi 39 mét giao diÖn mÆt m¸y ¶o ®Ñp vµ sinh ®éng khiÕn ng−êi sö dông cã c¶m gi¸c nh− lµm viÖc víi thiÕt bÞ thËt khi thao t¸c víi c¸c ®iÒu khiÓn cña thiÕt bÞ m« pháng. Trong ®å ¸n cña m×nh, em ®· x©y dùng mét th− viÖn ®iÒu khiÓn tuú biÐn phôc vô cho viÖc thiÕt kÕ mÆt m¸y ¶o vµ ®· x©y dùng ®−îc mÆt m¸y ¶o nh− h×nh 2.14. Trªn giao diÖn mÆt m¸y ¶o nµy, ng−êi sö dông cã thÓ lùa chän vµ ®iÒu chØnh c¸c chuyÓn m¹ch, nóm nót ®Ó nhËn ®−îc kÕt qu¶ hiÓn thÞ trªn mµn hiÖn sãng ®óng nh− trªn thiÕt bÞ thùc. 2.3. X©y dùng tÇn mÐt sè ¶o LDC - 823A TÇn mÐt lµ mét trong nh÷ng ph−¬ng tiÖn ®o quan träng trong lÜnh vùc ®o l−êng, dïng ®Ó ®o tÇn sè hoÆc chu kú cña tÝn hiÖu. Trong ®å ¸n cña m×nh, em ®· x©y dùng tÇn mÐt sè ¶o LDC - 823A, mét thiÕt bÞ ®o tÇn sè cã ®é chÝnh x¸c cao, d¶i tÇn réng, dÔ dµng hiÖu chuÈn, hay ®−îc sö dông trong c¸c phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. H×nh 2.14: MÆt m¸y cña Oscilloscope ¶o LS1020 40 2.3.1. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ TÇn mÐt sè LDC - 823A lµ thiÕt bÞ ®o tÇn sè vµ chu kú cña tÝn hiÖu trong d¶i tÇn 10Hz-250MHz víi møc vµo cùc ®¹i 20mVrms, bé hiÓn thÞ 8 ch÷ sè. ThiÕt bÞ nµy cã c¸c chØ tiªu kü thuËt nh− sau: - §o tÇn sè: Ph¹m vi ®o 10Hz - 250MHz. Sai sè ±1®v hµng thÊp nhÊt ± sai sè bé dao ®éng chuÈn. - §o chu kú: Ph¹m vi ®o 100ms - 1μs. Sai sè ±1®v hµng thÊp nhÊt ± sai sè bé dao ®éng chuÈn ± sai sè ®ång bé. - Møc suy gi¶m: 1, 1/10. - D¹ng tÝn hiÖu: AC. - Trë kh¸ng vµo: 1MΩ vµ 50Ω (hë m¹ch). - Dao ®éng chuÈn: 10MHz. - Bé hiÓn thÞ: 8 ch÷ sè d¹ng LED 7 ®o¹n. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña tÇn mÐt sè trong hai phÐp ®o tÇn sè vµ chu kú ®−îc minh ho¹ ë s¬ ®å khèi h×nh 2.15 vµ 2.16. Bé t¹o xung chuÈn Bé chia tÇn Kho¸ K Bé ®Õm xung Bé gi¶i m· Khèi hiÓn thÞ Dao ®éng cÇn ®o H×nh 2.15: Ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ trong phÐp ®o tÇn sè 41 - Nguyªn t¾c biÕn ®æi cña tÇn mÐt sè trong phÐp ®o tÇn sè lµ lÊp ®Çy kho¶ng thêi gian mÉu b»ng d·y xung cã tÇn sè cÇn ®o. Khi nµy, tÝn hiÖu tõ bé t¹o xung chuÈn qua bé chia tÇn t¹o ra kho¶ng thêi gian mÉu më kho¸ K. Xung víi tÇn sè cÇn ®o qua kho¸ K tíi bé ®Õm. KÕt thóc qu¸ tr×nh biÕn ®æi, khèi hiÓn thÞ hiÓn thÞ tÇn sè cÇn ®o. - Nguyªn t¾c biÕn ®æi trong phÐp ®o chu kú lµ lÊp ®Çy chu kú cÇn ®o b»ng d·y xung cã tÇn sè cao, æn ®Þnh. Khi nµy tÝn hiÖu tõ bé t¹o xung chuÈn qua kho¸ K trong thêi gian më ®óng b»ng chu kú tÝn hiÖu vµo. Sè xung ®Õm ®−îc tØ lÖ thuËn víi chu kú cÇn ®o vµ ®−îc hiÓn thÞ trªn khèi hiÓn thÞ sè. C¸ch ®o thø nhÊt th−êng ®−îc sö dông ®Ó ®o tÝn hiÖu cã tÇn sè lín, æn ®Þnh, cßn ®èi víi c¸c tÝn hiÖu cã chu kú lín th−êng ¸p dông c¸ch ®o thø hai (®o chu kú). 2.3.2. X©y dùng thuËt to¸n vµ ch−¬ng tr×nh m« pháng thiÕt bÞ MÆc dï ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ trong hai chÕ ®é cã kh¸c nhau, song vÒ b¶n chÊt cña phÐp ®o ®Òu lµ ®Õm sè xung trong kho¶ng më cña kho¸ b»ng mét chu kú. V× thÕ cã thÓ ®−a ra l−u ®å thuËt to¸n ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ tÇn mÐt sè ¶o LDC -823A nh− sau: Bé t¹o xung chuÈn Bé chia tÇn Kho¸ K Bé ®Õm xung Bé gi¶i m· Khèi hiÓn thÞ Dao ®éng cÇn ®o H×nh 2.16: Ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ trong phÐp ®o chu kú 42 Thùc chÊt cña viÖc lùa chän chÕ ®é ®o chu kú hoÆc ®o tÇn sè lµ nh»m môc ®Ých t¨ng tÝnh chÝnh x¸c cña phÐp ®o ë c¸c d¶i tÇn kh¸c nhau cña tÝn hiÖu cÇn ®o. Trong thiÕt bÞ m« pháng, ®é tin cËy vµ sai sè phÐp ®o kh«ng phô thuéc nhiÒu vµo d¶i tÇn cña tÝn hiÖu. Do vËy, ®Ó ch−¬ng tr×nh ®ì phøc t¹p, em chØ m« pháng ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ tÇn mÐt sè trong chÕ ®é ®o chu kú. LÊy nghÞch ®¶o gi¸ trÞ nµy ta sÏ ®−îc kÕt qu¶ phÐp ®o tÇn sè. Trong thùc tÕ, kÕt qu¶ hiÓn thÞ ë thiÕt bÞ thËt kh«ng cè ®Þnh mµ thay ®æi liªn tôc (tÊt nhiªn trong giíi h¹n sai sè cho phÐp, ®· tr×nh bµy ë phÇn ®Æc tÝnh kü thuËt cña thiÕt bÞ) bëi c¸c sai sè ngÉu nhiªn. Trong ch−¬ng tr×nh, ®Æc ®iÓm nµy sÏ ®−îc m« pháng b»ng c¸ch céng thªm vµo tÝn hiÖu ra mét l−îng sai sè t¹o bëi hµm Random trong th− viÖn Numeric Functions. §iÒu nµy lµm cho ch−¬ng tr×nh m« pháng sinh ®éng, gièng thùc h¬n mµ vÉn kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn kÕt qu¶ ®o. L−îng sai sè t¹o ngÉu nhiªn nµy sÏ bá ®i khi thiÕt bÞ ¶o ®−îc dïng ®Ó ®o tÝn hiÖu thùc qua card ADC. B¾t ®Çu - ThiÕt lËp xung chuÈn ®Ó ®iÒu khiÓn sù ®ãng më cña kho¸. - §−a tÝn hiÖu cÇn ®o tíi ®Çu vµo kho¸. Xö lý d÷ liÖu vµ hiÓn thÞ KÕt thóc KÕt thóc ? H×nh 2.17: L−u ®å thuËt to¸n ®iÒu khiÓn tÇn mÐt ¶o LDC - 823A Cã Kh«ng §Õm sè xung ë ®Çu ra m¹ch kho¸ Chän chÕ ®é - §iÒu khiÓn m¹ch kho¸ ®ãng më theo chu kú tÝn hiÖu cÇn ®o. - §−a xung chuÈn tíi ®Çu vµo cña kho¸. §o tÇn sè §o chu kú 43 Víi c¸c ph©n tÝch trªn, toµn bé ch−¬ng tr×nh m« pháng n»m trong Block diagram ®−îc minh ho¹ ë h×nh 2.18. Ch−¬ng tr×nh sö dông hµm DataSocket Read ®Ó ®äc tÝn hiÖu vµo. Sau khi ®· ®o ®−îc chu kú (hoÆc tÇn sè), gi¸ trÞ nµy ®−îc ®−a vµo bé ghi dÞch ®Ó t¸ch thµnh c¸c gi¸ trÞ theo tõng ®¬n vÞ vµ ®−a tíi phÇn hiÓn thÞ (lµ c¸c ®iÒu khiÓn tuú biÕn m« pháng c¸c LED 7 ®o¹n). 2.3.3. X©y dùng mÆt m¸y cho thiÕt bÞ ¶o Cuèi cïng, ®Ó hoµn tÊt qu¸ tr×nh thiÕt kÕ tÇn mÐt ¶o, chóng ta tiÕn hµnh x©y dùng giao diÖn mÆt m¸y ¶o cho thiÕt bÞ. ë ®©y, em ®· x©y dùng ®−îc mét th− viÖn ®iÒu khiÓn tuú biÕn vµ thiÕt kÕ ®−îc mÆt m¸y ¶o cho thiÕt bÞ nµy nh− minh ho¹ ë h×nh 2.19. Ta cã thÓ thao t¸c víi c¸c nóm nót trªn thiÕt bÞ ¶o ®Ó chän chÕ ®é ®o tÇn sè hoÆc chu kú tÝn hiÖu vµ xem kÕt qu¶ nh− trªn thiÕt bÞ thùc. H×nh 2.18: Block diagram cña ch−¬ng tr×nh m« pháng tÇn mÐt ¶o LDC -823A 44 KÕt luËn ch−¬ng 2 ThiÕt bÞ ¶o chuyªn dông lµ mét thµnh phÇn c¬ b¶n ®Ó x©y dùng mét phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. Trong ch−¬ng hai em ®· ph©n tÝch ®Æc ®iÓm cña thiÕt bÞ ¶o, thuËt to¸n x©y dùng ch−¬ng tr×nh trªn ng«n ng÷ LabVIEW vµ tr×nh bµy qu¸ tr×nh x©y dùng mét sè thiÕt bÞ ¶o quan träng trong phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. Víi cïng mét thuËt to¸n vµ ph−¬ng ph¸p x©y dùng thiÕt bÞ ¶o nh− ®· tr×nh bµy ë ch−¬ng nµy, em ®· x©y dùng ®−îc mét th− viÖn thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông ®Ó phôc vô cho viÖc tæ chøc phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch phôc vô ®µo t¹o gi¶ng d¹y. H×nh 2.19: MÆt m¸y cña tÇn mÐt ¶o LDC - 823A 45 Ch−¬ng 3: X©y dùng c¸c bμi thÝ nghiÖm m« h×nh ho¸ trªn m«i tr−êng EWB 3.1. PhÇn mÒm chuyªn dông ph©n tÝch m¹ch ®iÖn tö EWB EWB (Electronics Workbench) lµ mét ch−¬ng tr×nh chuyªn dông dïng ®Ó m« pháng vµ tù ®éng ph©n tÝch c¸c m¹ch ®iÖn tö. EWB cã c¸c th− viÖn linh kiÖn ®iÖn tö ®Ó x©y dùng mét m¹ch ®iÖn ¶o vµ c¸c ph−¬ng ¸n ph©n tÝch m¹ch cho phÐp ng−êi sö dông thiÕt kÕ x©y dùng c¸c m¹ch ®iÖn tö vµ kiÓm tra ho¹t ®éng theo s¬ ®å nguyªn lý cña chóng. H×nh 3.1 minh ho¹ giao diÖn chÝnh cña EWB. EWB bao gåm mét toolbar chøa c¸c th− viÖn linh kiÖn ®iÖn tö rÊt phong phó cho phÐp ng−êi sö dông dÔ dµng khai th¸c ®Ó thiÕt kÕ c¸c m¹ch ®iÖn cña m×nh. Cã thÓ kÓ ra mét sè th− viÖn linh kiÖn ®iÖn tö hay ®−îc sö dông nh−: H×nh 3.1: Giao diÖn chÝnh cña ch−¬ng tr×nh EWB 46 - Sources: Lµ th− viÖn chøa c¸c lo¹i nguån nu«i cho m¹ch ®iÖn. H×nh 3.2 minh ho¹ th− viÖn Sources. - Basic: Lµ th− viÖn chøa c¸c kiÓu linh kiÖn c¬ b¶n nhÊt cña mét m¹ch ®iÖn tö. Th− viÖn nµy ®−îc ph©n líp theo kiÓu cña linh kiÖn nh− líp ®iÖn trë, líp cuén c¶m, líp tô ®iÖn, líp chuyÓn m¹ch,.. H×nh 3.3 minh ho¹ cho th− viÖn Basic. - Analog ICs: Lµ th− viÖn c¸c IC t−¬ng tù. H×nh 3.4 minh ho¹ cho th− viÖn nµy. - Digital ICs: Lµ th− viÖn IC sè. H×nh 3.5 minh ho¹ mét th− viÖn IC sè trªn EWB. H×nh 3.2: Sources Library H×nh 3.3: Basic Library H×nh 3.4: Analog ICs Library H×nh 3.5: Digital ICs Library 47 §Ó ph©n tÝch mét m¹ch ®iÖn, EWB ®−a ra nhiÒu ph−¬ng ¸n kh¸c nhau, cã thÓ kÓ ra ®©y mét sè ph−¬ng ¸n ph©n tÝch hay dïng nh−: - Transient: Ph©n tÝch qu¸ tr×nh qu¸ ®é. - Fourier: Ph©n tÝch Fourier. - Pole - zero: M« t¶ to¸n theo ®iÓm cùc - ®iÓm kh«ng. - Transfer Function: M« t¶ to¸n theo hµm sè truyÒn. - Monte Carlo: Ph©n tÝch Monte - Carlo. §Ó sö dông c¸c ph−¬ng ¸n ph©n tÝch nµy cã thÓ lùa chän trªn toolbar hoÆc tõ menu Analysis. Víi th− viÖn linh kiÖn ®iÖn tö phong phó vµ kh¶ n¨ng ph©n tÝch m¹ch chÝnh x¸c, EWB rÊt hiÖu qu¶ trong viÖc m« pháng nguyªn lý ho¹t ®éng cña c¸c m¹ch ®iÖn còng nh− kiÓm tra sù ho¹t ®éng cña c¸c m¹ch ®−îc thiÕt kÕ tr−íc khi ®−a chóng vµo ho¹t ®éng trong c¸c thiÕt bÞ vËt lý thùc. Trong ®å ¸n cña m×nh, em sö dông EWB nh− mét c«ng cô x©y dùng c¸c panel thÝ nghiÖm phôc vô cho phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. 3.2. Kü thuËt lËp tr×nh c¬ b¶n vµ n©ng cao trªn EWB 3.2.1. C¸c b−íc x©y dùng ch−¬ng tr×nh trªn EWB - T¹o mét file ch−¬ng tr×nh míi tõ menu File >> New hoÆc më file ch−¬ng tr×nh ®· x©y dùng tr−íc ®ã tõ menu File >> Open, khi nµy mét hép tho¹i xuÊt hiÖn (h×nh 3.6) cho phÐp lùa chän file ch−¬ng tr×nh ®Ó më víi tªn më réng lµ *.ewb. H×nh 3.6: Hép tho¹i më mét ch−¬ng tr×nh trªn EWB 48 - ThiÕt kÕ m¹ch cho ch−¬ng tr×nh: Tõ th− viÖn linh kiÖn lùa chän c¸c linh kiÖn cÇn thiÕt cho ch−¬ng tr×nh b»ng c¸ch kÝch chän råi rª chóng xuèng cöa sæ so¹n th¶o. Mçi linh kiÖn ®−îc chän sÏ cã c¸c nót ®Çu vµo vµ ra ®Ó nèi víi c¸c linh kiÖn kh¸c. §Ó nèi hai linh kiÖn víi nhau, ta trá chuét tíi vÞ trÝ nót cña mét linh kiÖn, Ên gi÷ chuét tr¸i vµ rª tíi vÞ trÝ nót cÇn nèi cña linh kiÖn kia. Khi nµy gi÷a hai linh kiÖn xuÊt hiÖn mét d©y nèi t−¬ng ®−¬ng víi d©y dÉn ®iÖn hoÆc ®o¹n m¹ch in gi÷a hai linh kiÖn ®iÖn tö thËt. H×nh 3.7 minh ho¹ hai linh kiÖn vµ gi©y nèi gi÷a chóng. §Ó thay ®æi tham sè cña mét linh kiÖn, kÝch ®óp chuét lªn linh kiÖn ®ã. Khi nµy xuÊt hiÖn mét hép tho¹i thuéc tÝnh nh− minh ho¹ ë h×nh 3.8. Tõ hép tho¹i nµy ta cã thÓ lùa chän vµ thay ®æi c¸c tham sè cña linh kiÖn nh− gi¸ trÞ, ®¬n vÞ, nh·n,.. theo ®óng víi yªu cÇu cña thiÕt kÕ. H×nh 3.7: C¸c linh kiÖn ®iÖn tö ¶o x©y dùng trªn EWB H×nh 3.8: Hép tho¹i lùa chän thuéc tÝnh cña linh kiÖn 49 - Sau khi ®· x©y dùng xong m¹ch, thùc hiÖn ch¹y m« pháng hoÆc ph©n tÝch ®Ó kiÓm tra ho¹t ®éng cña m¹ch. KÕt thóc qu¸ tr×nh x©y dùng sao l−u lªn ®Üa víi tªn më réng lµ *.ewb. 3.2.2. KÕt nèi vµ trao ®æi d÷ liÖu trªn EWB MÆc dï EWB m« pháng nguyªn lý ho¹t ®éng cña c¸c m¹ch ®iÖn tö rÊt tèt, nh−ng khi m« pháng mét bµi thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch trªn EWB hiÖu qu¶ mang l¹i kh«ng cao v× h¹n chÕ vÒ giao diÖn sö dông. §Ó kh¾c phôc ®iÒu nµy, cã thÓ sö dông EWB nh− mét øng dông nÒn ®Ó ph©n tÝch vµ m« pháng nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch vµ xuÊt kÕt qu¶ sang phÇn m« pháng giao diÖn m¹ch trªn LabVIEW. Do vËy, cÇn thiÕt ph¶i ®i s©u vµo ph©n tÝch vµ xem xÐt kh¶ n¨ng kÕt nèi vµ trao ®æi d÷ liÖu cña phÇn mÒm EWB. EWB lµ mét phÇn mÒm ®ãng gãi. PhÇn mÒm nµy kh«ng hç trî c¸c giao thøc truyÒn d÷ liÖu theo kiÓu DDE hoÆc TCP/IP. Do vËy, trong ®å ¸n cña m×nh em ®· gi¶i quyÕt vÊn ®Ò kÕt nèi vµ trao ®æi d÷ liÖu trªn EWB b»ng c¬ chÕ trao ®æi qua file víi hai modul Piecewise Linear Source (PWL) vµ Write Data. - PWL lµ modul ph¸t tÝn hiÖu trong th− viÖn Soucrces. Modul nµy cho phÐp ®äc d÷ liÖu tõ c¸c file vµ chuyÓn chóng thµnh d¹ng tÝn hiÖu ®Çu vµo cho c¸c m¹ch ®iÖn m« pháng. H×nh 3.9 minh ho¹ modul PWL . H×nh 3.9: Modul PWL vµ hép tho¹i thuéc tÝnh cña nã 50 §Ó sö dông PWL ta lùa chän chóng trong th− viÖn råi ®−a vµo ch−¬ng tr×nh. KÝch ®óp chuét vµo modul nµy ®Ó lµm xuÊt hiÖn hép tho¹i lùa chän thuéc tÝnh (h×nh 3.9). PWL cho phÐp sö dông file d÷ liÖu lµ c¸c file text chøa mét b¶ng c¸c ®iÓm thêi gian vµ gi¸ trÞ t−¬ng øng (®¬n vÞ lµ Volt). Mçi mét dßng cña file t−¬ng øng víi mét ®iÓm, cã ®Þnh d¹ng nh− sau: Time Voltage. Gi¸ trÞ trung gian gi÷a c¸c ®iÓm sÏ ®−îc néi suy tuyÕn tÝnh. Sau khi thiÕt lËp thuéc tÝnh cho PWL ta cã thÓ chän chóng vµo t¹o thµnh mét subcircuit (sö dông c«ng cô Creat Subcircuit) víi tªn gäi FromLV (h×nh 3.10) ®Ó sö dông trong c¸c m¹ch cã trao ®æi d÷ liÖu víi LabVIEW. - Write Data lµ modul thu tÝn hiÖu trong th− viÖn Miscellaneous. Modul nµy cho phÐp ghi c¸c d÷ liÖu ®Çu ra cña m¹ch ra file text víi tªn file lùa chän tõ hép tho¹i thuéc tÝnh vµ ®Þnh d¹ng nh− cña modul PWL. T−¬ng tù nh− trªn chóng ta cã thÓ x©y dùng mét subcircuit víi tªn gäi ToLV tõ Write Data ®Ó sö dông trong c¸c m¹ch cã trao ®æi d÷ liÖu víi LabVIEW (h×nh 3.11). 3.3. X©y dùng c¸c bµi thÝ nghiÖm lý thuyÕt m¹ch trªn c«ng cô EWB Tõ c¸c ph©n tÝch ë trªn ta thÊy r»ng, c¸c bµi thÝ nghiÖm lý thuyÕt m¹ch phôc vô cho phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch x©y dùng trªn EWB sÏ bao gåm c¸c modul c¬ b¶n nh− sau (h×nh 3.12): H×nh 3.10: Subcircuit FromLV H×nh 3.11: Subcircuit ToLV vµ modul Write Data 51 - Modul thÝ nghiÖm chÝnh: M« pháng theo nguyªn lý ho¹t ®éng cña bµi thÝ nghiÖm. Modul nµy ®−îc x©y dùng theo c¸c b−íc trong môc 3.2.1. - Modul FromLV: §äc d÷ liÖu tõ LabVIEW th«ng qua file. - Modul ToLV: XuÊt d÷ liÖu tíi LabVIEW th«ng qua file. Hai modul FromLV vµ ToLV lµ hai modul kÕt nèi vµ trao ®æi d÷ liÖu, cã mÆt trong tÊt c¶ c¸c bµi thÝ nghiÖm. ViÖc x©y dùng chóng ®· ®−îc tr×nh bµy ë môc 3.2.2. Nh− vËy c«ng viÖc c¬ b¶n cßn l¹i lµ x©y dùng m¹ch theo s¬ ®å nguyªn lý cña tõng bµi thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch cô thÓ trong modul thÝ nghiÖm chÝnh. D−íi ®©y lµ minh ho¹ mét bµi thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch ®−îc x©y dùng trªn EWB: Modul thÝ nghiÖm chÝnh Modul ToLV Modul FromLV H×nh 3.12: CÊu tróc chung cña mét panel thÝ nghiÖm lý thuyÕt m¹ch H×nh 3.13: M¹ch läc d¶i th«ng 52 §©y lµ bµi thÝ nghiÖm kh¶o s¸t ®Æc tuyÕn biªn ®é tÇn sè vµ pha tÇn sè cña m¹ch läc d¶i th«ng. §Ó kh¶o s¸t ®Æc tÝnh tÇn sè cña m¹ch, ë ®Çu ra ta cã thÓ nèi tíi mét m¸y vÏ ®å thÞ bode. Khi nµy kÕt qu¶ nhËn d−îc sÏ cã d¹ng nh− h×nh 3.14. Víi cïng víi mét cÊu tróc nh− trªn, em ®· x©y dùng ®−îc 7 bµi thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch trªn EWB (xem trong phÇn Phô lôc). KÕt luËn ch−¬ng 3 EWB lµ mét c«ng cô m« pháng ®éng häc cña m¹ch ®iÖn rÊt hiÖu qu¶. Trong ch−¬ng 3 em ®· ph©n tÝch c¸c −u ®iÓm vµ h¹n chÕ cña EWB, tõ ®ã ®Ò xuÊt ®−îc gi¶i ph¸p x©y dùng c¸c bµi thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch trªn m«i tr−êng nµy. Theo c¸c gi¶i ph¸p ®−îc ®Ò xuÊt trong ch−¬ng nµy ®å ¸n ®· x©y dùng ®−îc mét th− viÖn c¸c bµi thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch phôc vô cho viÖc thiÕt kÕ, x©y dùng phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. H×nh 3.14: §å thÞ ®Æc tÝnh biªn ®é - tÇn sè cña m¹ch läc d¶i th«ng 53 Data Flow Client Client Server H×nh 4.1: M« h×nh Client/Server Control Flow Ch−¬ng 4: Tæ chøc phßng thÝ nghiÖm ¶o trªn c¬ së m¹ng m¸y tÝnh vμ c¸c thiÕt bÞ ¶o Dùa vµo c¸c kÕt qu¶ ®· x©y dùng ®−îc ë ch−¬ng hai vµ ch−¬ng ba, trong ch−¬ng nµy em sÏ tr×nh bµy viÖc thiÕt kÕ, tæ chøc mét phßng thÝ nghiÖm ¶o trªn c¬ së m¹ng m¸y tÝnh vµ c¸c thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông. 4.1. X©y dùng c¸c bµi thÝ nghiÖm ¶o vÒ Lý thuyÕt m¹ch dùa trªn m¹ng m¸y tÝnh vµ c¸c thiÕt bÞ ¶o XuÊt ph¸t tõ thùc tÕ, mét bµi thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch th−êng bao gåm mét panel thÝ nghiÖm chÝnh vµ c¸c m¸y ®o kh¸c nhau nh− m¸y ph¸t tÝn hiÖu, multimeter, oscilloscope,.. chóng ta thÊy r»ng, cã thÓ x©y dùng c¸c bµi thÝ nghiÖm ¶o Lý thuyÕt m¹ch trªn m« h×nh m¹ng Client/Server kÕt hîp c¸c thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông. Machine Server chøa panel thÝ nghiÖm ¶o vµ lµ n¬i thao t¸c c¬ b¶n cho mét bµi thÝ nghiÖm. Cßn Machine Client chøa th− viÖn thiÕt bÞ ¶o vµ cho phÐp Server gäi tõ xa (Remote Control) ®Ó lùa chän c¸c thiÕt bÞ ®o l−êng chuÈn bÞ cho mét bµi thÝ nghiÖm. C¸c bµi thÝ nghiÖm ¶o vÒ Lý thuyÕt m¹ch theo m« h×nh Client/Server cã thÓ ®−îc x©y dùng nh− h×nh 4.1. 54 - Machine Client: Lµ th− viÖn thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông phôc vô cho c¸c bµi thÝ nghiÖm ¶o Lý thuyÕt m¹ch. Khi ®−îc kÝch ho¹t giao diÖn ch−¬ng tr×nh sÏ cã d¹ng nh− h×nh 4.2. VÒ thùc chÊt Virtual Laboratory Instruments (VLI) lµ mét vßng lÆp While Loop nhËn th«ng ®iÖp ®iÒu khiÓn tõ Machine Server. Tuú thuéc vµo c¸c th«ng ®iÖp ®iÒu khiÓn nhËn ®−îc, VLI sÏ kÝch ho¹t c¸c thiÕt bÞ t−¬ng øng ®Ó phôc vô cho c¸c bµi thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch t−¬ng øng. - Machine Server: Chøa c¸c panel thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch vµ lµ n¬i thao t¸c, ®iÒu khiÓn chÝnh ®Ó tiÕn hµnh mét bµi thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch. Khi ®−îc kÝch ho¹t, giao diÖn chÝnh cña ch−¬ng tr×nh (víi tªn gäi lµ Virtual Laboratory Electronics - VLE) sÏ xuÊt hiÖn nh− minh ho¹ d−íi h×nh 4.3. H×nh 4.2: Virtual Laboratory Instruments 55 Nh− ®· tr×nh bµy ë ch−¬ng ba, panel thÝ nghiÖm lý thuyÕt m¹ch ®−îc x©y dùng trong ®å ¸n lµ kÕt hîp cña phÇn m« pháng giao diÖn trªn LabVIEW vµ phÇn m« pháng nguyªn lý ho¹t ®éng trªn EWB. Modul m« pháng nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch trªn EWB lµ modul Èn ®· tr×nh bµy ë ch−¬ng tr−íc. ë ®©y, em sÏ tr×nh bµy kü h¬n vÒ giao diÖn m« pháng cña mét panel thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch. Panel thÝ nghiÖm x©y dùng trªn LabVIEW bao gåm ba khèi c¬ b¶n: Khèi ghi d÷ liÖu ra file, khèi m« pháng giao diÖn m¹ch thÝ nghiÖm vµ khèi ®äc d÷ liÖu tõ file. Khèi ghi d÷ liÖu ra file: Cã nhiÖm vô ®äc d÷ liÖu tõ c¸c thiÕt bÞ ph¸t, ghi chóng ra file text theo ®Þnh d¹ng cña PWL (®· tr×nh bµy ë ch−¬ng tr−íc) lµm ®Çu vµo cña mét bµi thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch. H×nh 4.4 minh ho¹ Block diagram cña khèi ghi d÷ liÖu ra file. H×nh 4.3: Virtual Laboratory Electronics 56 Khèi m« pháng giao diÖn m¹ch thÝ nghiÖm: M« pháng mét c¸ch trùc quan c¸c linh kiÖn ®iÖn tö trªn m¹ch thÝ nghiÖm theo m¹ch nguyªn lý trong EWB. H×nh 4.4: Block Diagram cña SubVI Write to EWB H×nh 4.5: SubVI Read from EWB 57 H×nh 4.6: M¹ch dao ®éng xung 555 Khèi ®äc d÷ liÖu tõ File: Cã nhiÖm vô ®äc d÷ liÖu tõ file text (t¹o bëi modul Write Data trong EWB), chuÈn ho¸ chóng vµ ph¸t tíi c¸c thiÕt bÞ ®o vµ hiÓn thÞ trong m¹ng thiÕt bÞ ¶o. Do c¸c ®iÓm d÷ liÖu trong file d÷ liÖu t¹o bëi EWB ®−îc néi suy tuyÕn tÝnh, trong khi b−íc thêi gian lÊy mÉu trong LabVIEW l¹i lµ h»ng sè cho nªn d÷ liÖu nhËn ®−îc ph¶i ®−îc chuÈn ho¸. H×nh 4.5 minh ho¹ khèi ®äc d÷ liÖu víi modul chuÈn ho¸ lµ SubVI Noisuy - Sö dông hµm Interpolation trong Numeric Functions. Nh− vËy qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn trªnVLE sÏ gåm c¸c thao t¸c sau: - Më mét panel thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch. - KÝch ho¹t tõ xa c¸c thiÕt bÞ ph¸t vµ thiÕt bÞ ®o. - B¾t ®Çu mét qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm. D−íi ®©y, em xin minh ho¹ qu¸ tr×nh tiÕn hµnh mét bµi thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch trªn c¬ së m¹ng vµ c¸c thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông. - KÝch ho¹t VLE ë Machine Server vµ VLI ë Machine Client. - Lùa chän menu Select Panel TN trªn VLE ®Ó chän bµi thÝ nghiÖm. Trong minh ho¹ nµy bµi thÝ nghiÖm ®−îc chän lµ m¹ch ph¸t xung sö dông IC 555. Khi nµy giao diÖn cña VLE cã d¹ng nh− sau: 58 H×nh 4.7: VLI víi thiÕt bÞ hiÓn thÞ lµ LS1020 - KÝch ho¹t tõ xa thiÕt bÞ LS1020 tõ VLE b»ng c¸ch chän menu Select Instrument Output víi tªn m¸y lµ Machine Client vµ tªn thiÕt bÞ lµ LS1020, khi nµy trªn VLI m¸y hiÖn sãng ¶o LS1020 sÏ ®−îc kÝch ho¹t ®Ó ®o d¹ng xung trªn m¹ch thÝ nghiÖm (h×nh 4.7). - KÝch chän menu Simulation trªn VLE ®Ó b¾t ®Çu thÝ nghiÖm. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm ®−îc hiÓn thÞ ë m¸y hiÖn sãng (h×nh 4.7). Cã thÓ thay ®æi c¸c tham sè linh kiÖn trong m¹ch ®Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng lµm viÖc cña IC 555. 4.2. Tæ chøc phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch phôc vô ®µo t¹o, gi¶ng d¹y Trªn c¬ së m¹ng m¸y tÝnh vµ c¸c thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông, m« h×nh mét phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch cã d¹ng nh− h×nh 4.8. Phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch n»m trong mét kh«ng gian 3D, trong ®ã cã c¸c ®èi t−îng lµ c¸c thiÕt bÞ ¶o vµ c¸c panel thÝ nghiÖm gióp sinh viªn cã c¸i nh×n tæng thÓ vÒ kiÕn tróc mét phßng thÝ nghiÖm §o l−êng – M¹ch ®iÖn tö víi c¸c trang thiÕt bÞ hiÖn ®¹i. Ng−êi sö dông cã thÓ thao t¸c chuét hoÆc bµn phÝm, di chuyÓn trong kh«ng gian ¶o nµy ®Ó lùa chän c¸c thiÕt bÞ, panel 59 Phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng-Lý thuyÕt m¹ch T¹o kh«ng gian 3D C«ng cô kÕt nèi c¸c bµi thÝ nghiÖm trªn 3D PhÇn 3D Th− viÖn c¸c ®èi t−îng 3D Th− viÖn c¸c thiÕt bÞ ¶o ®o l−êng vµ hiÓn thÞ Th− viÖn c¸c thiÕt bÞ ¶o t¹o tÝn hiÖu PhÇn 2D Th− viÖn c¸c m¹ch vµ Panel thÝ nghiÖm C¸c c«ng cô ®ång bé vµ qu¶n lý m¹ng PhÇn kÕt nèi bµi thÝ nghiÖm tr−íc khi thùc hµnh thÝ nghiÖm PhÇn thao t¸c thùc hµnh thÝ nghiÖm vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ thÝ nghiÖm H×nh 4.8: M« h×nh phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng – Lý thuyÕt m¹ch thÝ nghiÖm vµ kÕt nèi chóng thµnh mét bµi thÝ nghiÖm cô thÓ. Trong qu¸ tr×nh thao t¸c kÕt nèi thÝ nghiÖm, mäi thao t¸c sai ®Òu ®−îc ghi l¹i vµ th«ng b¸o cho ng−êi sö dông biÕt. Khi tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ta thao t¸c trªn mÆt m¸y c¸c thiÕt bÞ ¶o vµ trªn panel thÝ nghiÖm t−¬ng øng ®Ó nhËn ®−îc kÕt qu¶ ®óng nh− thùc hiÖn trªn c¸c thiÕt bÞ ®o l−êng vµ hiÓn thÞ trong phßng thÝ nghiÖm. Tõ m« h×nh 4.8 ta thÊy cã thÓ x©y dùng mét phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch thµnh hai phÇn lµ phÇn 3D vµ phÇn 2D. PhÇn 2D lµ phÇn thao t¸c thùc hµnh thÝ nghiÖm vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ thÝ nghiÖm. VÒ c¬ b¶n phÇn nµy ®· ®¶m b¶o m« pháng ®Çy ®ñ c¸c chøc n¨ng, 60 ho¹t ®éng còng nh− c¸c thao t¸c thùc hµnh trªn mét phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. Chóng ®−îc x©y dùng dùa trªn th− viÖn thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông (bao gåm th− viÖn c¸c thiÕt bÞ ph¸t tÝn hiÖu, th− viÖn c¸c thiÕt bÞ ®o l−êng, hiÓn thÞ), th− viÖn c¸c m¹ch, panel thÝ nghiÖm vµ c¸c c«ng cô ®ång bé, qu¶n lý m¹ng . §Ó phßng thÝ nghiÖm ¶o t¨ng thªm tÝnh trùc quan, sinh ®éng cã thÓ x©y dùng cho m« h×nh thªm phÇn 3D. PhÇn nµy bao gåm c¸c ®èi t−îng 3D vµ kh«ng gian 3D m« pháng phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch vµ c¸c thao t¸c kÕt nèi thiÕt bÞ vµ bµi thÝ nghiÖm tr−íc khi thùc hµnh thÝ nghiÖm. PhÇn nµy cã thÓ ®−îc x©y dùng ®éc lËp víi phÇn 2D dùa trªn c¸c c«ng cô vµ ng«n ng÷ lËp tr×nh hç trî viÖc m« pháng trong kh«ng gian 3D. Néi dung ®å ¸n lµ mét nh¸nh cña ®Ò tµi cÊp nhµ n−íc KC 01 - 07, trong ®ã nhãm nghiªn cøu ®· x©y dùng ®−îc phÇn 2D, ®¶m b¶o cho qóa tr×nh thao t¸c thùc hµnh thÝ nghiÖm trªn phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. Trong thêi gian tíi, nhãm sÏ hoµn thiÖn phÇn 2D vµ tiÕp tôc x©y dùng phÇn 3D ®Ó t¹o ra mét s¶n phÈm hoµn chØnh vÒ phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. kÕt luËn ch−¬ng 4 Dùa trªn kÕt qu¶ nghiªn cøu vµ x©y dùng c¸c th− viÖn thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông vµ panel thÝ nghiÖm Lý thuyÕt m¹ch - kÕt qu¶ cña ch−¬ng hai vµ ch−¬ng ba, trong ch−¬ng nµy em ®· x©y dùng ®−îc c¸c bµi thÝ nghiÖm ¶o vÒ Lý thuyÕt m¹ch, tõ ®ã ®−a ra m« h×nh vµ tæ chøc x©y dùng phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch trªn c¬ së m¹ng m¸y tÝnh vµ c¸c thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông. Cã thÓ sö dông phßng thÝ nghiÖm ¶o nµy trong c«ng t¸c ®µo t¹o vµ gi¶ng d¹y m«n häc Lý thuyÕt m¹ch ®iÖn tö trong c¸c tr−êng §¹i häc vµ Cao ®¼ng Kü thuËt. 61 KÕt luËn chung Trong qu¸ tr×nh lµm ®å ¸n, víi sù nç lùc cña b¶n th©n vµ ®−îc sù chØ b¶o tËn t×nh cña thÇy gi¸o PGS TSKH NguyÔn C«ng §Þnh, ®å ¸n lu«n ®¶m b¶o ®óng tiÕn ®é vµ ®¹t ®−îc môc tiªu ®Æt ra ban ®Çu lµ: Nghiªn cøu x©y dùng phßng thÝ nghiÖm ¶o Lý thuyÕt m¹ch trªn c¬ së m¹ng m¸y tÝnh vµ c¸c thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông. §å ¸n ®· ®¹t ®−îc c¸c néi dung cô thÓ nh− sau: - Tr×nh bµy c¸c kü thuËt lËp tr×nh c¬ b¶n vµ n©ng cao trªn ng«n ng÷ LabVIEW lµm c¬ së cho viÖc x©y dùng phßng thÝ nghiÖm ¶o Lý thuyÕt m¹ch vµ c¸c bµi to¸n kü thuËt kh¸c. - X©y dùng ®−îc mét th− viÖn thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông phôc vô cho môc ®Ých tæ chøc phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. - X©y dùng ®−îc c¸c bµi thÝ nghiÖm cña m«n häc Lý thuyÕt m¹ch trªn m«i tr−êng EWB dïng trong phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. - Tæ chøc ®−îc mét phßng thÝ nghiÖm ¶o trªn c¬ së m¹ng m¸y tÝnh vµ c¸c thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông phôc vô cho viÖc gi¶ng d¹y m«n häc Lý thuyÕt m¹ch ®iÖn tö. Víi c¸c kÕt qu¶ ®· ®¹t ®−îc, ®å ¸n cã mét ý nghÜa cao vÒ mÆt thùc tiÔn, t¹o tiÒn ®Ò cho viÖc x©y dùng c¸c phßng thÝ nghiÖm ¶o phôc vô ®µo t¹o, gi¶ng d¹y trong c¸c tr−êng §¹i häc vµ Cao ®¼ng Kü thuËt. Do vÊn ®Ò cßn míi mÎ vµ b¶n th©n cßn cã nh÷ng h¹n chÕ nªn ®å ¸n kh«ng tr¸nh khái nh÷ng sai sãt. Em rÊt mong nhËn ®−îc sù th«ng c¶m vµ c¸c ý kiÕn ®ãng gãp ®Ó ®å ¸n cña m×nh ®−îc hoµn thiÖn h¬n. Hµ néi 6 - 2003 62 Tμi liÖu tham kh¶o 1. Ph−¬ng Xu©n Nhµn, Hå Anh Tuý (1997), Lý thuyÕt m¹ch tËp I, II, NXB Khoa häc & Kü thuËt, Hµ Néi. 2. §ç Huy Gi¸c (1998), Lý thuyÕt m¹ch - TÝn hiÖu, NXB Häc viÖn Kü thuËt Qu©n sù, Hµ Néi. 3. Ph¹m Minh Hµ (1999), Kü thuËt m¹ch ®iÖn tö, NXB §¹i häc B¸ch khoa, Hµ Néi. 4. Bïi V¨n S¸ng (1999), §o l−êng V« tuyÕn ®iÖn, HVKTQS, Hµ Néi. 5. Bïi V¨n S¸ng, Mai Quèc Kh¸nh (1999), H−íng dÉn thÝ nghiÖm thùc hµnh §o l−êng ®iÖn V« tuyÕn ®iÖn, HVKTQS, Hµ Néi. 6. D−¬ng Tö C−êng (2000), Lý thuyÕt m¹ch ®iÖn tö vµ tù ®éng thiÕt kÕ m¹ch b»ng m¸y tÝnh, NXB Khoa häc & Kü thuËt, Hµ Néi. 7. §Æng V¨n §øc, LËp tr×nh Visual C, NXB Khoa häc & Kü thuËt, Hµ Néi. 8. NguyÔn TiÕn, §Æng Xu©n H−êng, NguyÔn V¨n Hoµi (1999), Gi¸o tr×nh c¨n b¶n vÒ m¹ng, NXB Gi¸o dôc, Hµ Néi. 9. Gary W.Johnson (1994), LabVIEW Graphical Programming, McGraw-Hill, Inc. 10. Nationnal Instruments Corporation (1998), LabVIEW User Manual. 11. Interactive Technologies Ltd (1999), Electronics Workbench Pro. 63 Phô lôc C¸c bµi thÝ nghiÖm m« h×nh ho¸ sö dông trong phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch: Bµi 1: Kh¶o s¸t ®Æc tuyÕn biªn ®é tÇn sè vµ pha tÇn sè cña m¹ch läc d¶i th«ng. Bµi 2: Kh¶o s¸t ®Æc tuyÕn biªn ®é tÇn sè vµ pha tÇn sè cña m¹ch ®¶o pha. 64 Bµi 3: Kh¶o s¸t ®iÖn ¸p ra m¹ch chØnh l−u mét nöa chu kú. Bµi 4: Kh¶o s¸t ®iÖn ¸p ra m¹ch æn ¸p. Bµi 5: Kh¶o s¸t ®iÖn ¸p ra m¹ch dao ®éng xung 555. 65 Bµi 6: Kh¶o s¸t ®Æc tuyÕn biªn ®é tÇn sè vµ pha tÇn sè cña m¹ch khuÕch ®¹i ©m tÇn - IC. Bµi 7: Kh¶o s¸t ®Æc tuyÕn biªn ®é tÇn sè vµ pha tÇn sè cña m¹ch khuÕch ®¹i ©m tÇn. 66 Giao diÖn mÆt m¸y cña mét sè thiÕt bÞ ¶o chuyªn dông sö dông trong phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch. M¸y ph¸t tÝn hiÖu chuÈn ¶o LS27A: M¸y ph¸t tÝn hiÖu sè ¶o 3241: 67 M¸y hiÖn sãng ¶o LS1020: Multimeter ¶o: 68 TÇn mÐt sè ¶o LDC823A: 69 Môc lôc Lêi nãi ®Çu ........................................................................................................ 1 Ch−¬ng 1: Kü thuËt lËp tr×nh hç trî t¹o thiÕt bÞ ¶o trªn LabVIEW .................. 3 1.1. Kh¸i niÖm vÒ phÇn mÒm ®å ho¹ LabVIEW .....................................................3 1.2. Kü thuËt lËp tr×nh c¬ b¶n trªn LabVIEW .........................................................3 1.2.1. CÊu tróc ch−¬ng tr×nh ................................................................................3 1.2.2. C¸c c«ng cô hç trî lËp tr×nh.......................................................................6 1.2.3. C¸c b−íc x©y dùng ch−¬ng tr×nh trªn LabVIEW ......................................8 1.2.4. Kh¸i niÖm vµ c¸ch x©y dùng mét SubVI ...................................................8 1.2.5. Gì rèi ch−¬ng tr×nh..................................................................................12 1.2.6. VÝ dô minh ho¹ ........................................................................................14 1.3. LËp tr×nh n©ng cao hç trî t¹o thiÕt bÞ ¶o trªn LabVIEW................................16 1.3.1. Trao ®æi th«ng tin vµ lËp tr×nh m¹ng b»ng LabVIEW.............................16 1.3.2. ThiÕt kÕ custom controls..........................................................................19 Ch−¬ng 2: X©y dùng c¸c thiÕt bÞ ¶o cho phßng thÝ nghiÖm §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch ..................................................................................................... 24 2.1. X©y dùng m¸y t¹o tÝn hiÖu chuÈn ¶o ..............................................................27 2.1.1. Nguyªn lý lµm viÖc vµ c¸c ®Æc tÝnh kü thuËt ...........................................27 2.1.2. L−u ®å thuËt to¸n x©y dùng thiÕt bÞ ¶o LS27A........................................28 2.1.3. X©y dùng giao diÖn m« pháng mÆt m¸y cho thiÕt bÞ ¶o LS27A..............32 2.2. Ph©n tÝch nguyªn lý vµ x©y dùng m¸y hiÖn sãng ¶o LS1020 .........................32 2.2.1. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¸y hiÖn sãng ¶o LS1020...............................33 2.2.2. L−u ®å thuËt to¸n vµ ch−¬ng tr×nh m« pháng thiÕt bÞ LS1020 ................35 2.2.3. ThiÕt kÕ giao diÖn cho m¸y hiÖn sãng ¶o LS1020 ...................................38 2.3. X©y dùng tÇn mÐt sè ¶o LDC - 823A .............................................................39 2.3.1. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ .............................................................40 2.3.2. X©y dùng thuËt to¸n vµ ch−¬ng tr×nh m« pháng thiÕt bÞ .........................41 2.3.3. X©y dùng mÆt m¸y cho thiÕt bÞ ¶o ...........................................................43 Ch−¬ng 3: X©y dùng c¸c bµi thÝ nghiÖm m« h×nh ho¸ trªn m«i tr−êng EWB 45 3.1. PhÇn mÒm chuyªn dông ph©n tÝch m¹ch ®iÖn tö EWB...................................45 70 3.2. Kü thuËt lËp tr×nh c¬ b¶n vµ n©ng cao trªn EWB ...........................................47 3.2.1. C¸c b−íc x©y dùng ch−¬ng tr×nh trªn EWB ............................................47 3.2.2. KÕt nèi vµ trao ®æi d÷ liÖu trªn EWB.......................................................49 3.3. X©y dùng c¸c bµi thÝ nghiÖm lý thuyÕt m¹ch trªn c«ng cô EWB...................50 Ch−¬ng 4: Tæ chøc phßng thÝ nghiÖm ¶o trªn c¬ së m¹ng m¸y tÝnh vµ c¸c thiÕt bÞ ¶o ................................................................................................................. 53 4.1. X©y dùng c¸c bµi thÝ nghiÖm ¶o vÒ Lý thuyÕt m¹ch dùa trªn m¹ng m¸y tÝnh vµ c¸c thiÕt bÞ ¶o ....................................................................................................53 4.2. Tæ chøc phßng thÝ nghiÖm ¶o §o l−êng - Lý thuyÕt m¹ch phôc vô ®µo t¹o, gi¶ng d¹y................................................................................................................58 KÕt luËn chung ................................................................................................ 61 Tµi liÖu tham kh¶o........................................................................................... 62 Phô lôc............................................................................................................. 63

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfXây dựng một phòng thí nghiệm ảo Lý thuyết mạch trên cơ sở mạng máy tính.pdf
Luận văn liên quan