DSPJhon Fredy Maníos Quevedo Universidad Antonio Nariño Facultad de ingeniería electrónica Neiva-Huila 2017 Guía de inicio rápido para EMONA myDSP Bienvenido a la guía de inicio rápido EMONA myDSP. Siga los pasos a continuación para comenzar a utilizar EMONA myDSP de NI myDAQ ™. Con la myDSP, puede dar vida a la teoría que hay detrás Señales y sistemas con un tablero de aplicaciones de hardware DSP en tiempo real. 1) INSERCIÓN Y PUESTA EN MARCHA a) Asegúrese de que el myDAQ este desenchufado y apagado. b) conecte con cuidado y firmemente la myDSP en la unidad myDAQ. c) Enchufe un módulo de tablero (tal como el protoboard Elenco) en el myDSP, o simplemente utilizar el terminal conector 20 vías tornillo suministrado Con su myDAQ. d) Utilizar los 5 cables pelados previamente suministrados con el kit myDSP parchear señales entre myDSP puertos I / O y los instrumentos myDAQ. Ahora está listo para barrer la frecuencia de salida del generador de función y ver la salida filtrada en el osciloscopio de myDAQ. e) Plug-in de la myDAQ al PC mediante un cable USB y encender el aparato. f) Aparecerá el panel de instrumentos myDAQ . Abra el generador de función y alcance Instrumentos. g) En primer lugar establecer parámetros de la cobertura a 'Canal 0 está habilitada para AI 0 "y" Canal 1 está habilitado para la IA 1' y Ejecutar el instrumento. Debería ver 2 rastros apoyados en el ámbito de aplicación. Tenga en cuenta que una traza puede ser La superposición de la otra. h) A continuación, dejar la configuración del generador de funciones en su configuración predeterminada: Seno, 100 Hz, 1 Vpp, y RUN El instrumento. Debería ver 2 señales sinusoidales en el ámbito de aplicación. i) (frecuencia de barrido) El generador de funciones de 100 Hz a 10 kHz. La señal de salida en el Alcance (traza azul) reducirá en amplitud como la frecuencia aumenta por encima de 1 kHz, según Las especificaciones del filtro. El filtro por defecto myDSP el momento del encendido, pre- programado en la fábrica, es un Butterworth de cuarto orden LPF, con -3 dB de corte de 1 kHz. Experimento 1 - Una introducción a los instrumentos NI myDAQ Discusión preliminar El multímetro digital y un osciloscopio son probablemente las dos piezas más utilizadas de equipos de prueba en la industria electrónica. La mayor parte de las medidas necesarias para poner a prueba y / o reparación de los sistemas de electrónica se pueden realizar con sólo estos dos dispositivos. Al mismo tiempo, habría muy pocos laboratorios de electrónica o talleres que también no tienen una alimentación de CC y generador de funciones. Además de generar tensiones de prueba DC , la fuente de alimentación pueden ser utilizadas para alimentar el equipo bajo prueba. El generador de funciones se utiliza para Proporcionar una variedad de señales de prueba de corriente alterna. Es importante destacar que, NI myDAQ tiene estas cuatro piezas esenciales de equipos de laboratorio en una unidad (y otros). Sin embargo, en lugar de cada uno con su propia lectura o visualización digital, NI myDAQ envía la información a través de USB a un ordenador personal donde se muestran las mediciones en una sola pantalla. En el ordenador, los dispositivos NI myDAQ son llamados "instrumentos virtuales". Sin embargo, no deje que el término lo engañe. El multímetro digita es un dispositivos de medición real, no el software simulaciones. Del mismo modo, las fuentes de alimentación y de salida del generador de funciones reales voltajes DC. Así como los instrumentos mencionados anteriormente, el NI myDAQ tiene disponibles dos salidas analógicas y 8 E / S digital que puede ser controlado y se escribe en nuestro programa de LabVIEW y las lecturas procesada y visualizada en la pantalla. Cuando una unidad NI myDAQ está conectado a un PC se ejecutará automáticamente el Lanzador de Instrumento El panel como se muestra a continuación: Figura 1: Panel de instrumentos de NI myDAQ Launcher Este panel permite al usuario acceder a cada instrumento individual. Varios de ellos independientemente, los instrumentos son utilizados por los experimentos myDSP. Estos son el generador de funciones (FGEN), ANALIZADOR DINAMICO DE SEÑALES (DSA), el BODE ANALIZADOR (Bode) y la mayoría de las veces scope (scope).Estos instrumentos también pueden ser lanzados desde el propio myDSP SFP. Los otros instrumentos también pueden ser de uso en experimentos personalizados de los usuarios, tales como la Generador de onda arbitraria (ARB). Procedimiento: Se debe tomar unos 10 minutos para leer este experimento y explorar estas funciones. Generador de onda arbitraria Bode analizador Multímetro digital Analizador digital de señales PRACTICA LABORATORIO DSP Requisitos - Usar LabVIEW 2012 versión más nueva. -Usar NI DAQ y USB Cable -Usar EMONA tarjeta myDSP. -Conectores o jumpers. Procedimiento para la practica 4. Apague la unidad NI myDAQ desconectando su cable USB 5. Conecte la tarjeta myDSP a la unidad NI myDAQ. 6. Encienda el myDAQ conectándolo al PC utilizando el cable USB y espere el lanzador de instrumentos para mostrar. El PC puede hacer un sonido para indicar que la unidad myDAQ Si los altavoces están activados. 4. Inicié la practica EMONA myDSP_2-1_LV2012 de la carpeta. 5. Si se le pide que seleccione un número de dispositivo, ingrese el número que corresponda con el NI DAQ que está utilizando. 6. Ahora está listo para trabajar con el myDSP. Nota: Para detener la práctica de myDSP cuando hayas terminado el experimento, es preferible STOP en el propio myDSP SFP en lugar del botón STOP de la ventana de LabVIEW Arriba de la ventana. Esto permitirá al programa realizar un cierre ordenado y cerrar varios canales DAQmx que ha abierto. ESQUEMA DE CONEXTECIONES myDPS Y myDAQ Corregir el tablero de myDSP en modo 'análisis' de la siguiente manera: ao0 a ANALOG IN; ai0 a ANALOG IN; ai1 a DAC UNFILTERED; INPUT FILTER a NO. Modo: Diseño de filtro para ganancia Ejercicio 1 En la Parte 1 se configuran las operaciones de muestreo de las señales de prueba seleccionadas y se realizan observaciones en el dominio del tiempo. A continuación, se investiga el proceso inverso, recuperando la señal analógica, y examinando el efecto de varias tasas de muestreo. En la Parte 2 se vuelven a recorrer las investigaciones del dominio del tiempo de la Parte 1 con observaciones en el dominio de la frecuencia. Esto proporciona una estructura sistemática para los procesos involucrados y hace posible la interpretación matemática intuitiva. Equipado con esta visión, usted será capaz de formular fácilmente los criterios para elegir las tasas de muestreo eficientes con la estructura puesta a orden cero igual, la señal de entrada será muestreada por el ADC y directamente emitida por el DAC. Configure myDSP SFP para implementar un muestreo simple, sin elementos de retardo como sigue: Estructura de filtro: DF2; MODE: entrada de ganancia manual Frecuencia de muestreo = 10.000 Hz; Orden 0; Toque 0; Escala de entrada = 1; GANANCIAS: sin uso. ALCANCE: Arista activada con fuente Ch0; Base de tiempo = 1ms / div GENERADOR DE FUNCIÓN: 200 Hz, 1Vpp sine Aumente la frecuencia de la señal de entrada mientras visualiza las salidas de entrada y DAC sin filtrar. Vea si puede entender lo que está sucediendo a medida que barre hacia al menos 5 kHz y más allá. Tendrá que cambiar la base de tiempo según sea necesario. A continuación, consideramos la recuperación de la forma de onda analógica original del tren de muestreo. Vamos a utilizar un filtro de paso bajo para suavizar las esquinas irregulares de la señal escalonada generada con el Muestra/seguro. Esto tiene una buena probabilidad de tener éxito cuando las variaciones entre muestras son "relativamente pequeñas". ¿Cuán pequeño? Esto es lo que pretendemos averiguar. Este tipo de filtrado se llama "reconstrucción" de filtrado, por ejemplo: para "reconstruir" la señal original de sus muestras. Intente recuperar la señal analógica del tren de muestreo escalonado desde el Muestra/Seguro por medio de la salida DAC FILTERED. Muestre la salida del filtro y observe el efecto de aumentar la frecuencia de la señal de entrada. Recuerde que el filtro de reconstrucción - 3dB corte ancho de banda en el myDSP se fija en torno a 3kHz. Vea la entrada y la salida DAC FILTERED al hacer esto. Preste especial atención alrededor de las frecuencias 3kHz, 5kHz y 10kHz. Esto ayudará a ver las salidas DAC FILTERED y DAC UNFILTERED al mismo tiempo. No es necesario ver la entrada como usted sabe que es simplemente una onda senoidal, con frecuencia conocida establecida por el GENERADOR DE FUNCIÓN. Anote sus observaciones. Puesto que la frecuencia de muestreo se establece mediante una señal de reloj interna, podemos referirnos indistintamente a la velocidad de muestreo como una velocidad de reloj, y usar la unidad "Hz" en lugar de "muestras/seg. Con una frecuencia de entrada de 1kHz, repita esto para algunas otras frecuencias de muestreo, desde 10000Hz, hasta 3000Hz, digamos, documente sus lecturas. A partir de estas observaciones, ¿cuál es la tasa de muestreo mínima que considera adecuada para permitir la recuperación de la señal analógica de 1 kHz sin demasiada distorsión, sobre la base de este formato de muestreo (es decir, utilizando la función Muestra/Seguro. La sinusoide tiene un papel especial en los sistemas lineales. Resulta que las propiedades de muestreo de las ondas senoidales permiten establecer límites precisos para las tasas de muestreo. Esto se desarrolla a fondo en la Parte 2. Vuelva a cargar la frecuencia de muestreo para que sea de 10 kHz. Observe cuidadosamente el resultado cuando la frecuencia de muestreo es menor que dos muestras por período (por ejemplo, la frecuencia de entrada es superior a 5 kHz, para una frecuencia de muestreo de 10 kHz). La frecuencia de la onda senoidal recuperada en la salida del filtro habrá cambiado (use la salida del filtro como fuente de disparo para el alcance). La señal recuperada no es la onda senoidal a la entrada del muestreador. Parte 2: a través del dominio de la frecuencia ajuste la frecuencia del GENERADOR DE FUNCIÓN a 1 kHz. Vuelva a cargar el myDSP para que muestre a 10 kHz. Detenga el SCOPE y ejecute el DSA (analizador dinámico de señal o Analizador de espectrómetro), para ver las señales en los dominios de tiempo y frecuencia. Ver la señal myDSP SAMPLE CLK con el DSA. Como usted sabe de las preguntas previas, una onda cuadrada, con ciclo de trabajo 50:50 contendrá sólo armónicos impares de su frecuencia fundamental. En este caso, porque el ciclo de trabajo de SAMPLE CLK no es exactamente 50-50, también verá los armónicos pares de la señal. Enfoque en los armónicos principales a 10 y 20 kHz. Ahora mueva su punto de observación a la salida de DAC UNFILTERED, que es la onda sinusoidal de 1kHz muestreada. Al hacerlo, observe el cambio de espectro de armónicos individuales a 10, 20 y 30 kHz a un par de armónicos a 1 kHz a ambos lados de estos puntos. Repita este proceso varias veces hasta que lo vea claramente. Además, el espectro de la señal de muestreo contiene un componente grande a 1 kHz. Ejercicio 2 Procedimiento para la practica 4. Apague la unidad NI myDAQ desconectando su cable USB 5. Conecte la tarjeta myDSP a la unidad NI myDAQ. 6. Encienda el myDAQ conectándolo al PC utilizando el cable USB y espere el lanzador de instrumentos para mostrar. El PC puede hacer un sonido para indicar que la unidad myDAQ Si los altavoces están activados. 4. Inicié la practica EMONA myDSP_2-1_LV2012 de la carpeta. 5. Si se le pide que seleccione un número de dispositivo, ingrese el número que corresponda con el NI DAQ que está utilizando. 6. Ahora está listo para trabajar con el myDSP. Nota: Para detener la práctica de myDSP cuando hayas terminado el experimento, es preferible STOP en el propio myDSP SFP en lugar del botón STOP de la ventana de LabVIEW Arriba de la ventana. Esto permitirá al programa realizar un cierre ordenado y cerrar varios canales DAQmx que ha abierto. Filtros de Respuesta de Impulso Finito (FIR) Preparación Esta preparación proporciona la teoría esencial necesaria para que el trabajo de laboratorio tenga sentido. Este experimento no pretende proporcionar toda la teoría que necesita para comprender este tema, sino que simplemente tiene como objetivo darle la oportunidad de poner su comprensión en conferencias y libros de texto para practicar. Configure myDSP SFP de la siguiente manera: Modo: entrada de ganancias manuales Estructura DF2; Frecuencia de muestreo = 10kHz, orden 2; Toque 0; Escala de entrada = 1. Coeficientes: b _ {0} = 1,0; B1 = -1,3; B2 = 0,902 Todos los demás coeficientes = 0; GENERADOR DE FUNCIONES: 200 Hz; 1Vpp Onda sinusoidal ALCANCE: Base de tiempo 4ms; Disparador de borde ascendente en CH0; Nivel de activación = 0V, visualización de señales ANALOG IN & DAC UNFILTERED. Ejercicio 3 Ver la señal de entrada en CH0, y la salida con CH1. Compruebe que el intervalo de tiempo entre muestras es coherente con la frecuencia de reloj. Mida y trace la respuesta de magnitud en el rango de 200 Hz a 3kHz usando el GENERADOR DE FUNCIÓN. Obsérvese que la medición de la amplitud podría ser un poco desafiante en las frecuencias superiores debido al número reducido de muestras por ciclo de la señal de entrada. Se sugiere variar la base de tiempo apropiadamente. Confirme que la respuesta tiene una muesca profunda. Observe la ganancia en las frecuencias por encima de la muesca. Mida la frecuencia de la muesca y la profundidad con respecto a la respuesta en DC. También mida el retardo de tiempo en función de la frecuencia en varios puntos de interés. Utilizando los valores de b0, b1, b2 introducidos, aplique el método desarrollado en la sección de preparación para trazar los ceros de este filtro en el plano z. Compruebe que tiene el signo correcto de los coeficientes (los ceros deben estar en el medio plano derecho). Compare la respuesta de frecuencia medida con la gráfica de los ceros. Verifique que la frecuencia de muesca medida concuerde con la posición de los ceros (recuerde, la frecuencia en el punto de 180 grados en el círculo de la unidad corresponde a f_seguro / 2 = 1 / 2Ts Hz). Ejercicio 4 Procedimiento para la practica 4. Apague la unidad NI myDAQ desconectando su cable USB 5. Conecte la tarjeta myDSP a la unidad NI myDAQ. 6. Encienda el myDAQ conectándolo al PC utilizando el cable USB y espere el lanzador de instrumentos para mostrar. El PC puede hacer un sonido para indicar que la unidad myDAQ Si los altavoces están activados. 4. Inicié la práctica EMONA myDSP_2-1_LV2012 de la carpeta. 5. Si se le pide que seleccione un número de dispositivo, ingrese el número que corresponda con el NI DAQ que está utilizando. 6. Ahora está listo para trabajar con el myDSP. Nota: Para detener la práctica de myDSP cuando hayas terminado el experimento, es preferible STOP en el propio myDSP SFP en lugar del botón STOP de la ventana de LabVIEW Arriba de la ventana. Esto permitirá al programa realizar un cierre ordenado y cerrar varios canales DAQmx que ha abierto. Experimento 6 - Polos y ceros en el plano z: sistemas IIR Parte 1: se examina el comportamiento del resonador de segundo orden de base implementado sin ceros. Parte 2: se introducen ceros para generar respuestas de paso bajo, paso de banda, paso alto y paso completo usando la estructura de Forma Directa 2. GENERADOR DE FUNCIÓN: 1kHz Señal senoidal, 1Vpp Configuración de myDSP: Modo: diseño de corte Filtro DF2, frecuencia de muestreo 20kHz, orden 2, toque 0, escala de entrada = 0.02 Coeficientes: b0 = 1; B _ {1} = 2; B2 = 1; A0 = 1; A1 = + 1,6; A2 = -0,902 Todos los demás coeficientes = 0; ALCANCE: vea ANALOG IN & DAC UNFILTERED salida. Base de tiempo 4ms. Ejercicio 5 Parte 2 - IIR con avance: filtros de segundo orden En esta parte implementamos e investigamos el sistema en la Fig. 3. Obsérvese que el sistema con avance simplemente construye sobre el sistema anterior con retroalimentación solamente. También proporciona un nuevo punto de salida. La respuesta del sistema x0 para el sistema de retroalimentación, todo-polo está todavía disponible como un subconjunto dentro de esta nueva disposición y no se modifica por los elementos de alimentación adicionales. Los elementos avances simplemente añaden términos numéricos a la función de transferencia global que se convierte en y / u. Confirme que entiende esto Ejercicio 6.3 Ejercicio 6 - Diseño de filtros de especificación a implementación con LabVIEW En experimentos anteriores, usted ha operado el myDSP SFP en el modo "entrada de ganancias manuales", por lo que el diseño del filtro y la respuesta se muestran a partir de los valores de ganancia introducidos manualmente. En este experimento, cambiará al modo de "diseño de filtro a ganar", en el que el filtro se especifica por su tipo de filtro, la banda de paso del método y la banda de parada y las especificaciones de rizado. Cambie la pestaña MODE a la posición "Filtro de diseño a las ganancias ". ADVERTENCIA: si introduce especificaciones ilegales, el programa emitirá una advertencia y le dará la oportunidad de corregir la entrada. Por ejemplo, con un filtro de paso bajo si la frecuencia de banda de parada es menor que la frecuencia de banda de paso, esto se considerará entradas ilegales. Al arrancar, el myDSP SFP cargará un filtro de paso bajo Butterworth de 4º orden. Trate de reducir la frecuencia de la banda de parada a partir de 2000 Hz en pasos graduales de 100 Hz y observe cómo lo hace para que cambie el orden del filtro y la función de transferencia se vuelva cada vez más complicada. Recordando que la tarjeta myDSP solo puede implementar filtros hasta el orden 10 inclusive, cuando esté listo, presione el botón "EXTRACT HARDWARE GAINS" para cargar los coeficientes Desde la función de transferencia a las cajas HARDWARE GAINS listos para cargar al hardware. Presione "DOWNLOAD a myDSP", inicie el BODE ANALYZER y luego ejecute un gráfico BODE del filtro que ha diseñado. Ejercicio 7 Ejercicio 7.3