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

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