 |
Расчет нормирующего усилителя
|
|
|
|
Нормирующий усилитель может быть построенный на базе операционного усилителя LM741 представлен на рисунке 3.5.
|
|
Коэффициент усиления приведенной схемы рассчитывается по формуле 
, таким образом, для нахождения значений R1 и R2 необходимо знать требуемый коэффициент усиления нормирующего усилителя.
Максимальное значение амплитуды входного сигнала, приемлемое для АЦП равно 
, максимальное значение амплитуды входного сигнала датчика равно 
, коэффициент усиления ФНЧ 
, коэффициент усиления ДУ 
, коэффициент усиления нормирующего усилителя равен
| (2.27) |
| (2.28) |
Таким образом, принимаем 
и 
.
Разработка программного обеспечения
Общие сведения
Программное обеспечение разрабатывается в виде стандартного приложения для операционной системы Windows, как наиболее распространенная среди потенциальных пользователей разрабатываемого программного продукта. Использование оконного интерфейса в стиле Windows позволяет сделать приложение наглядным и простым в использовании, осуществляя управление процессом спектрального анализа, включая операции ввода данных, визуализации результатов в виде графиков и колонки цифровых значений, завершения работы.
Назначение программы
Разрабатываемая программа предназначена для моделирования работы системы обработки информации, состоящей из АЦП и блока анализа. Блок анализа позволяет находить характеристики генерируемого временного ряда, производить прямое и обратное преобразование Фурье и анализировать полученные результаты, оценивать спектральную плотность мощности несколькими способами. В программе предусмотрен блок, генерирующий исходный временной ряд, поступающий на вход АЦП.
|
|
|
Входные данные
Входными данными для программы являются данные, указанные в техническом задании на курсовое проектирование: разрядность АЦП; динамический диапазон напряжений АЦП; период дискретизации АЦП; амплитуда входного сигнала; число отсчетов (элементов генерируемого временного ряда); число гармоник и их величины; разрешение по частоте; погрешность оценивания спектральных плотностей; число усредняемых участков.
Выходные данные
Выходными данными программы, наглядно представленные в виде графиков и выводящиеся в файлы с соответствующими названиями, являются: сгенерированные ряды данных (временные, комплексные, амплитудные) и характеристики этих рядов (оценка математического ожидания, дисперсии, среднеквадратичного отклонения и т.д.), спектральные плотности мощностей.
Функции
Программа состоит из четырех модулей: основной; функция, выполняющая прямое дискретное преобразование Фурье; функция, выполняющая обратное преобразование Фурье; функция, выполняющая быстрое прямое и обратное дискретное преобразование Фурье.
Остальные возможности реализованы в теле основной программы по нажатию определённых кнопок, такие как: функции очистки данных, загрузки и сохранения данных, функций вычисления грубой и усредненных оценок СПМ, функций окон сглаживания Гудмена и Гудмена-Эноконса-Отнеса. Схема программы приведена в приложения Б. Текст программных модулей приведен в приложении А.
Основной модуль предназначен для ввода всех входных параметров и вызова функций в последовательности, необходимой для указанного вида обработки данных. После получения входных данных выполняется их проверка. Затем производится вызов подпрограмм дискретного (прямого и обратного) и быстрого преобразования Фурье, а также подпрограмм оценки спектральной плотности мощности в комплексе с различными методами осреднения и сглаживания.
|
|
|
Функция вычисления БПФ
void fft_fun(float *x, float *y, int n, int ind) осуществляет вычисление прямого или обратного быстрого преобразования Фурье в зависимости от значения переменной ind. Другие переменные, передаваемые в эту функцию:
x, y – вещественные массивы размерности N;
n – количество отсчетов (длина участка).
Функция вычисления дискретного преобразования Фурье
void dpf_fun(float *x, float *y, int N) осуществляет вычисление прямого дискретного преобразования Фурье. Переменные, передаваемые в эту функцию:
*x, *y – вещественные массивы размерности N;
N – количество отсчетов.
Функция вычисления обратного дискретного преобразования Фурье
void odpf_fun(float *x, float *y, int N) осуществляет вычисление обратного дискретного преобразования Фурье. Переменные, передаваемые в эту функцию:
*x, *y – вещественные массивы размерности N;
N – количество отсчетов.
Функция моделирования работы АЦП
void __fastcall TForm1::Button1Click(TObject *Sender) - Моделирует генерацию сигнала от датчика со всеми заданными параметрами (частоты, амплитуда) и последующую дискретизацию сигнала с заданным периодом дискретизации Т. Также вычисляет ошибку квантования её оценку математического ожидания, дисперсию, СКО.
Функция оценки спектральной плотности мощности
void __fastcall TForm1::BitBtn1Click(TObject *Sender) – По нажатию на эту кнопку программа выполняет оценку спектральной плотности мощности, в соответствие с введёнными параметрами. При этом есть возможность проводить оценку грубую, сглаженную усреднением по частотам или по участкам, либо с применением окон Гудмена или Гудмена-Эноксона-Отнеса.
|
|
|
