БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ЦИФРОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И ГЕНЕРАЦИИ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к измерительно-вычислительной технике и может быть использована в осциллографии для измерения параметров электрических цепей и исследования спектральных характеристик сигналов.
Известен двухканальный цифровой осциллограф по авт. св. СССР №1705749, дата публикации 15.01.1992 г.
Известно устройство по патенту №33237 на полезную модель «Многофункциональный цифровой вычислительный прибор для измерения и генерации сигналов «ОСЦИГЕН», (дата приоритета 20.06.2003 г, дата публикации 10.10.2003 г.), который принимаем за прототип.
Устройство по патенту на полезную модель №33237 содержит аналого-цифровые преобразователи входных каналов, программируемую логическую матрицу, оперативную память, блок синхронизации, цифро-аналоговые преобразователи, тактовый генератор, персональный компьютер со стандартным интерфейсом.
Недостатком устройства-прототипа является его недостаточное быстродействие для некоторых специальных задач обработки сигналов.
Задачей полезной модели является проведение комплексных измерений электрических сигналов в широком диапазоне частотных и временных характеристик и исследование характеристик электрических цепей. Поставленная задача решается созданием универсального измерительного комплекса, сочетающего в себе двухканальный цифровой осциллограф с двухканальным генератором с возможностями программной модуляции сигналов заданной формы. Отличительной чертой данного прибора является то, что оперативная память как генератора, так и осциллографа является локальной и реализована в программируемой логической матрице, причем, для генератора применена схема, реализующая прямой цифровой синтез сигналов, что позволяет увеличить быстродействие обработки, сократить необходимый объем памяти и уменьшить аппаратные затраты.
На фиг.1 изображена упрощенная блок-схема прибора. На фиг.1 приняты следующие обозначения:
1 - стандартный интерфейс типа LPT или USB 2.0 с персональным компьютером (ПК);
2 - программируемая логическая матрица, содержащая интерфейс связи с ПК, которая осуществляет обработку сигналов и управление прибором с помощью команд, поступающих из ПК; арифметическо-логические блоки, буферы сигналов, регистры
адреса, оперативную память, программируемый делитель частоты;
3 - аналого-цифровой преобразователь канала А осциллографа;
4 - аналого-цифровой преобразователь канала В осциллографа;
5 - блок синхронизации, управляющий разверткой (сканированием адресов оперативной памяти) по возникновению события синхронизации;
6 - цифро-аналоговый преобразователь канала С генератора;
7 - цифро-аналоговый преобразователь канала D генератора;
8 - тактовый генератор.
На фиг.2 изображена упрощенная схема программируемой логической матрицы (блок 2 на фиг.1).
На фиг.2 приняты следующие обозначения:
2.1 - программируемый делитель частоты;
2.2 - блок адресов памяти;
2.3 - оперативная память канала А осциллографа;
2.4 - оперативная память канала В осциллографа;
2.5 - оперативная память канала С генератора;
2.6 - оперативная память канала D генератора;
2.7 - дешифратор;
2.8 - программируемая задержка;
2.9 - блок управления памятью;
2.10 - блок связи.
Прибор функционирует следующим образом. Цикл измерения начинается с занесения из ПК 1 через интерфейсы LPT или USB текущих параметров измерительного процесса из ПК1 в локальную оперативную память осциллографа 2.3, 2.4 и генератора 2.5, 2.6 через блок адресов памяти 2.2. В оперативную память генераторов 2.5 и 2.6, находящуюся в программируемой логической матрице 2, заносятся таблицы генерируемых сигналов заданной формы и задаются величины приращения фазы, определяющие частоты генераторов в схеме прямого цифрового синтеза. В качестве параметров осциллографа используются величины программируемой задержки записи данных после события синхронизации, коэффициент деления программируемого делителя частоты, определяющего временное разрешение, режим синхронизации. Для их задания используется блок связи 2.10, находящийся в программируемой логической матрице 2 и необходимые регистры, определяющие работу прибора в каждом из программируемых режимов. Данные для цифро-аналоговых преобразователей 6 и 7 считываются из блоков оперативной памяти генератора 2.5 и 2.6. Оцифрованные данные каналов А и В осциллографа от блоков 3 и 4 через дешифратор 2.7 заносятся по адресам оперативной памяти осциллографа в блоках 2.3 и 2.4. Управление адресами осуществляется блоком 2.9 управления памятью. Данный процесс может повторяться многократно. Частота повторения задается тактовым генератором 8 и программируемым
делителем частоты 2.1, находящимся в программируемой логической матрице 2. Если происходит событие синхронизации, выделяемое блоком синхронизации 5, адрес памяти продолжает увеличиваться до значения, определяемого программируемой задержкой 2.8, затем процесс записи данных прекращается, и накопленные в оперативной памяти 2.3, 2.4 осциллографа данные через блок связи 2.10 пересылаются в ПК 1. Возможна и пересылка данных и без события синхронизации, когда адрес достигнет определенного (максимального) значения. Данные могут обрабатываться в программируемой логической матрице 2 в режиме непрерывного потока, когда из первичных отсчетов от аналого-цифровых преобразователей каналов каналов А и В осциллографа (блоки 3 и 4) выделяется последовательность, состоящая из результатов обработки заданного числа отсчетов по выбранному алгоритму усреднения. Эта последовательность данных передается в ПК 1, а первичные данные циклически сохраняются в оперативной памяти 2.3, 2.4 осциллографа. В ПК 1 данные подвергаются обработке и отображаются на мониторе ПК 1. Затем цикл обработки данных повторяется.
Процесс оцифровки, обработки и отображения данных может осуществляться и в непрерывном режиме. При этом возможна и остановка процесса с заданной блоком 2.8 задержкой после события синхронизации и просмотра фрагмента данных до и после события с более высоким разрешением по времени за счет ввода отсчетов из блоков оперативной памяти 2.3 и 2.4 осциллографа.
За счет использования локальной оперативной памяти прибора достигается высокая скорость обработки данных, что позволяет использовать прибор в различных системах, включая учебно-методические и научные исследования, медицину, автоматические системы управления.