Одна плата ADALM2000 – набор инструментов
Каждый студент, изучающий электронику, или радиолюбитель в какой-то момент должен перейти к работе с более сложным оборудованием, таким как генераторы сигналов, осциллографы, логические анализаторы и т.п. Такие приборы могут стоить целое состояние (обычно сотни, а то и тысячи долларов), и для них требуется больше пространства с целью использования и хранения.
Вот здесь-то и пригодится ADALM2000. Это доступный блок измерения электрических сигналов, питаемый от USB, который является расширенной версией модуля активного обучения ADALM1000.
Рисунок 1. Внешний вид ADALM2000.
Простой в использовании модуль активного обучения ADALM2000 предназначен для студентов и радиолюбителей с любым уровнем знаний и с любым опытом. Его можно использовать как для обучения под руководством преподавателя, так и для самостоятельного обучения, чтобы исследовать сигналы и системы с частотами до десятков мегагерц и создать фундамент для дальнейшего получения степеней в научных, технологических или инженерных дисциплинах – и для этого не потребуется выделять столько денежных средств и пространства, сколько требуется для покупки и использования лабораторного оборудования.
Рисунок 2. Модуль ADALM2000.
Source – Источник
±5 V, 50 Ω, 12-bit, 150 MSPS DAC with 30 MHz BW – 12-разрядный ЦАП со скоростью 150 MSPS и полосой пропускания 30 МГц, диапазон входных напряжений ±5 В, выходное сопротивление 50 Ом
Measure – Измерение
±25 V, 1 MΩ || 30 pF, 12-bit, 100 MSPS ADC with 25 MHz bandwidth – 12-разрядный АЦП со скоростью 100 MSPS и полосой пропускания 25 МГц, диапазон входных напряжений ±25 В, входное сопротивление 1 MОм, входная емкость 30 пФ
Power supply – Источник питания
Digital trigger – Цифровой триггер
Digital IO – Цифровые линии ввода/вывода
Модуль содержит 12-разрядные АЦП и ЦАП, работающие со скоростью 100 MSPS, благодаря чему это устройство, спокойно помещающееся в карман рубашки, обладает возможностями профессионального оборудования. Являясь более чем комбинацией нескольких компонентов, этот модуль обладает возможностями, которые пользователи могут понять, изучив основные принципы работы каждого компонента в составе устройства.
Рисунок 3. Расположение выводов ADALM2000.
Аппаратный модуль имеет следующие функции и особенности:
- USB 2.0 в режиме устройства и OTG (поддерживается LAN и Wi-Fi)
- Два аналоговых входа общего назначения:
- Дифференциальные линии 12-разрядного АЦП со скоростью 100 MSPS и полосой пропускания 25 МГц, диапазон входных напряжений ±25 В, входное сопротивление 1 MОм, входная емкость 30 пФ
- Два аналоговых выхода общего назначения:
- Синфазные линии 12-разрядного ЦАП со скоростью 150 MSPS и полосой пропускания 30 МГц, диапазон входных напряжений ±5 В, выходное сопротивление 50 Ом
- Два переменных источника питания:
- От 0 В до 5 В, от -5 В до 0 В, 50 мА
- 16 цифровых линий ввода или вывода:
- 3,3 В, 1,8 В, 100 MSPS, совместимые с 5 В
- Два цифровых триггера:
- 3,3 В или 1,8 В, 100 MSPS, совместимые с 5 В
Доступ к этому аппаратному модулю осуществляется посредством выходных линий устройства, изображенных на рисунке 3. Модуль поставляется с цветными кабелями в конфигурации 2×15 для облегчения разделения между частями модуля.
Что насчет программного обеспечения?
ADALM2000 работает как портативная лаборатория, которая при использовании функционирующим в качестве ведущего (хоста) персональным компьютером может повысить эффективность обучения в классе. Программный пакет Scopy компании Analog Devices поддерживает ADALM2000 и предоставляет интуитивно понятный графический интерфейс пользователя, позволяющий студентам быстрее обучаться, работать грамотнее и изучать больше. Scopy создан на основе технологии с открытым исходным кодом, которая позволяет любому изучить ее исходных код и добавлять новые функции.
Рисунок 4. Графический интерфейс пользователя Scopy.
В Scopy используются функции ADALM2000 для создания:
- Вольтметров
- Цифровых осциллографов
- Анализаторов спектра
- Источников питания
- Генераторов функций
- Генераторов сигналов произвольной формы
- 2-портовых сетевых анализаторов
- Цифровых логических анализаторов с анализаторами работы коммуникационных шин
- Цифровых генераторов последовательностей сигналов
- Цифровых статических линий ввода/вывода
Подробную информацию о том, как использовать каждый из этих инструментов, можно найти на вики-странице Scopy (https://wiki.analog.com/university/tools/m2k/scopy).
Что я могу делать с ADALM2000?
Для студентов, изучающих электронику и смежные технические дисциплины, доступна серия лабораторных материалов, в том числе для работы с коммуникационными схемами, схемами питания и другими цепями. Все ресурсы и примеры доступны на странице лабораторных работ для ADALM2000 (https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/labs). Вы также можете посетить образовательный раздел на EngineerZone® (https://ez.analog.com/university-program/b/blogs), чтобы почитать в блоге новые сообщения про ADALM2000/ADALM1000/ADALM-PLUTO.
Мы начнем наше путешествие с базового занятия по аналого-цифровым преобразователям, изучая как цифровые, так и аналоговые компоненты, которые может предложить ADALM2000. Одной из наиболее распространенных элементарных структур цифро-аналоговых преобразователей является резистивная матрица R-2R, в которой используются резисторы только двух различающихся друг от друга в соотношении 2:1 значений. Для ЦАП с разрядностью N требуется 2N резисторов.
При использовании в режиме напряжения на ножках резисторов резистивной матрицы R-2R (показанной на рисунке 5) присутствует один из двух уровней опорного напряжения на основе цифрового кода D0-7, при этом логический ноль представлен напряжением VREF–, а логическая единица – напряжением VREF+. В зависимости от входного цифрового кода напряжение VLADDER (показанное на рисунке 5) будет равно некоторому значению между этими двумя уровнями опорного напряжения. Отрицательное опорное напряжение (VREF–) зачастую является заземлением (0 В), а положительное опорное напряжение (VREF+) в нашем случае будет положительным напряжением питания 3,3 В.
Рисунок 5. Схема резистивной матрицы R-2R.
Рисунок 6. Схема соединений резистивной матрицы R-2R на макетной плате.
Материалы:
- Модуль активного обучения ADALM2000
- Макетная плата без необходимости пайки
- Соединительные провода
- Девять резисторов 20 кОм
- Девять резисторов 10 кОм
- Один усилитель OP27
Соберите на макетной плате схему 8-разрядной резистивной матрицы R-2R, изображенную на рисунке 6. Подключите восемь цифровых выводов, канал для вывода данных и выход AWG к резистивной матрице как показано на рисунке. Не забудьте подключить напряжение питания к линиям питания операционного усилителя.
Если установлены оба резистора R1 и R2, то настройте AWG1 на напряжение постоянного тока, равное опорному напряжению VREF+ ЦАП, которое будет равно напряжению питания +3,3 В цифровых КМОП-выходов. Благодаря этому формируется биполярное выходное напряжение, которое может изменяться от -3,3 В до +3,3 В. Отключите AWG1 и уберите резистор R1, чтобы на выходе было однополярное напряжение, изменяющееся от 0 В до +3,3 В. Запустите программу Scopy. Откройте инструмент Pattern Generator (генератор последовательностей сигналов). Выберите от DIO 0 до DIO 7 и сгруппируйте их. Теперь отредактируйте параметры. В поле Pattern установите Binary Counter (бинарный счетчик). Выход должен быть в режиме PP (подтяжка к положительному потенциалу питания). Установите частоту 256 кГц. Вы должны увидеть что-то похожее на то, что изображено на рисунке 7. Наконец, нажмите на кнопку Run.
Рисунок 7. Экран инструмента Pattern Generator.
Откройте инструмент Oscilloscope (осциллограф), включите канал 2 и установите временную шкалу на 200 мкс/дел. Удостоверьтесь, что вы нажали на зеленую кнопку Run. Вам также может потребоваться изменить диапазон вертикальной шкалы для канала. Для начала можно попробовать 1 В/дел. Вы должны увидеть (рисунок 8), что напряжение линейно возрастает от 0 В до 3,3 В. Период такого линейного изменения должен составлять 1 мс.
Рисунок 8. Экран осциллографа.
Измените цифровую последовательность сигналов. Вы можете попробовать, например, случайную последовательность или загрузить пользовательские последовательности, создав простой текстовый файл с расширением *.csv, в котором будет присутствовать столбец из чисел в диапазоне от 0 до 255 (для шины с разрядностью 8 бит). Здесь (https://minhaskamal.github.io/DownGit/#/home?url=https:%2F%2Fgithub.com%2Fanalogdevicesinc%2Feducation_tools%2Ftree%2Fmaster%2Fm2k%2Fimport_waveforms%2Fwaveforms_pg) имеется несколько файлов с готовыми последовательностями сигналов, которые вы можете загрузить и попробовать в качестве пользовательских последовательностей, среди них имеются синусоида, треугольник, гауссиан и т.д.
Вопросы:
- Используя закон Ома и формулу для параллельного соединения резисторов, определите выходное напряжение ЦАП с резистивной матрицей R-2R для каждого уровня опорного напряжения (0 В и 3,3 В), прикладываемого к входам D7 и D6. Пожалуйста, представьте результат в виде таблицы.
- Какое количество тока будет протекать через эту резистивную матрицу, когда вход D6 будет подключен к 3,3 В, а вход D7 – к земле?
Вы можете найти ответы в блоге StudentZone (https://ez.analog.com/studentzone).