Казіміров О.М.

Вінницький національний технічний університет

Програмний емулятор для дослідження та розробки перетворювачів сигналів в системах автоматики та управління

Невпинне зростання наукової інформації, динаміка розвитку сучасного суспільства, піднесення соціальної ролі особистості та інтелектуалізація її праці, швидка зміна техніки та технології потребують від закладів освіти України забезпечення якісно нового рівня навчально-виховного процесу. Одним з напрямів, який допоможе здійснити означене завдання, є широке й ефективне використання засобів навчання.

Під засобами навчання ми розуміємо спеціально утворені об'єкти, які формують навчальне середовище та беруть участь у навчальній діяльності, виконуючи при цьому навчальну, виховну та розвивальну функції. Як знаряддя праці викладачів і студентів, засоби навчання сприяють оптимальному поєднанню теоретичних і практичних компонентів знань, приведенню змісту вищої освіти у відповідність до рівня розвитку науки і техніки та суспільства в цілому.

В якості такого засобу розроблено емулятор для дослідження аналого-цифрових (АЦП) сигналів.

АЦП служить для виміру напруги, тобто перетворення аналогової інформації в цифру. Амплітудам у діапазоні Vn + V ставиться у відповідність число n. Однією з характеристик АЦП є його розрядність, тобто кількість дискретних значень напруги, на які може ділитися весь робочий діапазон вхідних (аналізованих) напруг. Коли АЦП використовується для амплітудного аналізу, число, одержане на виході АЦП використовується для адресації пам'яті й називається номером каналу, а V - шириною каналу. Номер каналу несе інформацію про амплітудне значення сигналу. Амплітуда у свою чергу пов'язана з вимірюваною фізичною величиною (енергією, часом і т.п.). Максимальна кількість каналів пов'язана з розрядністю АЦП. АЦП нерідко служать інтерфейсом між вимірювальними апаратурами й комп'ютером (багатоканальні аналізатори, до складу яких входять АЦП, по суті, спеціалізовані ЕОМ) [1].

Сучасні АЦП звичайно мають до 14 двійкових розрядів (16384 каналів). Залежно від вимог експерименту виміри можуть вироблятися при різних діапазонах конверсії (512, 1024 і т.д.) аж до максимальної, обумовленої розрядністю АЦП [2].

Важливими характеристиками АЦП, використовуваних для спектроскопії, є інтегральна й диференціальна нелінійності.

Інтегральна нелінійність Iint характеризує відхилення реальної функції перетворення від ідеальної лінійної (рис. 1). Інтегральна нелінійність Iint визначається в такий спосіб:

Iint = 100(Vnom - Vact)/Vmax [умов. од.],

де (Vnom - Vact) - максимальне відхилення від лінійності.

Рисунок 1 - Ідеальна (суцільна) і реальна(пунктирна) функція перетворення

Диференціальна нелінійність Idif характеризує неоднорідність ширини каналів АЦП і визначається в такий спосіб [3].

Idif = 50(Wmax - Wmin)/Wavg [умов. од.],

де Wmax, Wmin й Wavg - максимальна, мінімальна й середня ширини каналів.

У якісних АЦП диференціальна нелінійність ~1%, а інтегральна <0.05% при 12-розрядному (4096 каналів) перетворенні [4].

Програмний продукт написаний на мові програмування C++ у середовищі Microsovt Visual Studio 7.0 з використанням прийомів об’єктно-орієнтованого програмування. В процесі розробки було використано набір інструментів, що входить в MFC, для розробки віконного інтерфейсу даного програмного продукту.

Програма складається з 2-х частин: тестування та безпосереднє вивчення роботи програмного емулятора, яке стає доступним лише після успішного завершення тестування.

На етапі тестування програма дає можливість ознайомитися з теоретичними відомостями, та в разі неуспішного проходження тесту можливість повторити спробу.

При роботі з емулятором є можливість в будь-який момент отримати додаткові відомості, та перевірити правильність поточних встановлених значень.

Література:

1. Федорков В. К. Современные АЦП и ЦАП – К.: Техника, 2002 – 403 с.

2. Бенькович Е. С. Практическое моделирование динамических систем – М: Додэка, 2002. - 444 с.

3. Телец В.А., Дягтяренко С. Г. Современные АЦП и ЦАП – Л.: Полиграфия, 1998 – 403с.

4. Рамбо, Д. UML 2.0. Объектно-ориентированное моделирование и разработка - СПб.: Питер, 2007. – 540 с.