- 1 -

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

им. В.И. Ульянова (Ленина)” (СПбГЭТУ)

Кафедра теоретических основ радиотехники

____________________________________________________

А.А.ДАНИЛИН

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы по дисциплине

“Приборы и техника радиоизмерений”

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ

ИНТЕРФЕЙСЫ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Санкт-Петербург

2017 г.

- 2 -

В работе изучаются методы создания измерительных систем (ИС) с помо-

щью стандартного последовательного интерфейса RS232C. Исследуется протокол

обмена данными между компьютером и измерительным прибором - мультимет-

ром, измеряются параметры цифровых сигналов в интерфейсе. Изучаются методы

управления измерительными приборами с помощью команд стандарта SCPI, ре-

жимы работы цифрового осциллографа при исследовании аналоговых и цифро-

вых сигналов.

1. Последовательный интерфейс RS-232C

Для построения измерительных систем радиального типа часто используют

последовательный интерфейс RS-232C (Recommended Standard 232). Он разрабо-

тан в 1962 г. ассоциацией Electronic Industries Association (EIA) для связи ЭВМ с

удаленными устройствами при минимальном количестве линий в шине. В 1969 г.

появилась третья модификация (RS-232C), которая явилась основой последова-

тельного COM-порта персональных компьютеров. Достоинства интерфейса –

простота, минимальная стоимость, высокая помехоустойчивость, способность

использовать телефонные и другие двухпроводные сети. Недостатки – соединение

только двух устройств, малая скорость обмена, относительно сложные устрой-

ства управления передачей и приемом информации.

Изначально интерфейс был задуман для связи по протоколу «точка-точка»

двух терминальных устройств на расстояние до 15 м, максимальная скорость пе-

редачи 115 кбит/с. Конструктивно интерфейс предусматривает два типа применя-

емых разъемов (DB25 или DE9), однако в измерительной технике применяют ис-

ключительно 9-штырьковые разъемы. Обозначение наиболее важных линий ин-

терфейса приведено на рис. 1.

1 DCD

2 RxD

3 TxD

4 DTR

5 GND

6 DSR

7 RTS

8 CTS

9 RI

Рис. 1. 9-пиновый разъем интерфейса RS-232C

- 3 -

Укажем назначение наиболее важных линий интерфейса, используемых для

передачи информации между прибором и контроллером в ИС:

TD или TxD (transmitted data) – передаваемые данные (выход передатчи-

ка);

RD или RxD (received data) – принимаемые данные (вход приемника);

RTS (request to send) – выход запроса передатчика;

СTS (clear to send) – выход приемника для разрешения передачи данных;

GND или SG (signal ground) – сигнальная земля;

Последовательность информационных битов передается по линиям приема

данных RxD и передачи данных TxD, соединенных между устройствами «крест-

накрест». Подтверждение достоверности приема и передачи информации («кви-

тирование») осуществляют сигналами RTS и CTS. Передатчик устанавливает сиг-

нал RTS, приемник, обнаружив его, завершает текущую операцию и отвечает сиг-

налом CTS. В простейшем случае - без квитирования передачи и приема –для свя-

зи достаточно 3 линий («нуль-модемный» кабель RS232C) (рис.2).

Логической единице передаваемой информации в интерфейсе RS232C соот-

ветствует отрицательный уровень напряжения –12...-3 В. Логическому нулю со-

ответствует диапазон положительных напряжений +3...+12 В. Между уровнями –

3...3 В имеется зона нечувствительности, обеспечивающая помехозащищенность

приемника.

Протокол обмена данными использует асинхронный метод передачи тексто-

вых символов. Длительность передачи одного двоичного разряда выбирается из

стандартных скоростей передачи 50,75, 110,150, 300, 600,1200, 2400,9600,19200,

38400, 57600, 115200 бит/сек (Бод). Формат данных на примере передачи символа

L (4Ch) представлен на рис.3.

Рис. 2. Нуль-модемный кабель для связи компьютера и измерительного прибора

- 4 -

Когда по сигнальной линии не передаются данные (состояние ожидания), на

ней присутствует отрицательное напряжение, соответствующее логической еди-

нице. Передача символа начинается со стартового бита (логический нуль). При-

емник начинает принимать младший бит передаваемых данных после перехода от

нуля к единице в конце стартового бита. В посылке передаются 7 или 8 информа-

ционных битов последовательно от младшего к старшему биту. Таким образом,

на рис. 3 биты надо считывать справа-налево (01001101=4Ch). Для проверки пра-

вильности передачи информации в пакете может присутствовать бит четности.

Его значение устанавливается из условия: сумма всех единиц данных (включая и

сам бит четности) должна быть четным числом. Несовпадение означает ошибку

по контролю четности. В завершение посылки передаются один или два стоп-бита

(логическая единица).

Формат посылки данных устанавливают до начала передачи как в приборе,

так и в компьютере. Необходимо задать скорость, количество бит, наличие или

отсутствие бита четности (E/N), количество стоп-бит. Например, формат 9600/8-

N-1 означает программирование интерфейса на скорость 9600, размер 8 бит, пере-

дачу без контроля четности с одним стоп-битом. Длительность битов определя-

ются выбранной скоростью передачи и задаются внутренними генераторами так-

товых импульсов как передатчика, так и приемника.

Рис. 3. Передача байта данных 01001010 =4Ch по шине интерфейса

- 5 -

2. Программирование приборов через измерительные интерфейсы

Программирование приборов в измерительной системе осуществляют путем

посылок команд (текстовых строк ASCI) по интерфейсу, связывающему компью-

тер и приборы. В 1990 году был стандартизован универсальный язык программи-

рования измерительных систем SCPI (Standard Commands for Programmable

Instruments). Он определяет общий набор команд для программируемых приборов

и измерительных устройств любого вида для различных интерфейсов.

Приборы, удовлетворяющие стандарту SCPI , должны уметь правильно ин-

терпретировать команды и их небольшие вариации (например, сокращенную

форму записи). Например, при запросе FREQ? прибор возвратит текущую уста-

новку частоты в одном из предопределённом стандартом форматов, независимо

от типа прибора. Все приборы стандарта SCPI должны иметь возможность посы-

лать и принимать данные, запрашивать обслуживание и отвечать на сообщение

очистки устройства. Для этого определен формат стандартных команд, посылае-

мых в приборы, и формат ответов на запросы, выдаваемых приборами.

В лабораторной работе использован цифровой мультиметр GDM-8246, кото-

рый имеет последовательный интерфейс RS-232C. Они поддерживает обязатель-

ные команды SCPI (таблица 1).

Таблица 1.

Мнемоника Группа Описание

*IDN? Данные прибора Запрос идентификации

*RST Управление прибором Сброс

*CLS Статус прибора Очистить статус

*WAI Синхронизация Ожидание завершения

*OPC Синхронизация Завершение операции

*OPC? Синхронизация Запрос завершения

*TST Управление прибором Самотестирование

Команда управления прибором стандарта SCPI состоит из следующих эле-

ментов: заголовок команды, параметр (если он необходим), разделитель (рис.4).

Рис. 4. Структура команды стандарта SCPI

- 6 -

Заголовок команды состоит из ключевого слова (включающего корневой

узел) и окончания. Например,:SYSTem:AUTO:STATe. Прописными буквами вы-

деляется обязательная часть слова команды, строчными – необязательная, опуска-

емая при сокращенной форме. Для отделения ключевого слова команды от слова

более низкого уровня используют двоеточие. Параметр команды отделен пробе-

лом. При использовании более чем одного параметра, между ними вставляют за-

пятую.

Параметры команды могут быть булевскими (0 или 1), целыми, дробными,

числами с плавающей запятой (+1.0E+1), строками символов. Можно в пределах

одной строки сообщения прибору посылать две и более команды - в этом случае

их разделяют точкой с запятой. Пример команды для установки цифрового муль-

тиметра в режим измерения постоянного напряжения на пределе 10 вольт:

«CONF:VOLT:DC 10».

В таблице 2 приведены основные команды программирования мультиметра

GDM-8246, используемые в лабораторной работе.

Таблица 2

:CONFigure:VOLTage:AC Выбор режима измерения переменного

напряжения

:CONFigure:VOLTage:DC Выбор режима измерения постоянного

напряжения

:CONFigure:VOLTage:ACDC Выбор режима измерения полного

среднеквадратического значения

напряжения (с учетом постоянной со-

ставляющей)

:CONFigure:SFRequency Режим измерения частоты

:VALue? Чтение результата с основного дисплея

(напряжение)

:SVALue? Чтение результата с дополнительного

дисплея (частота)

:READ? Чтение данных основного и дополни-

тельного дисплеев

:CONFigure:AUTo 1 Режим автоизмерений включен

Обязательная часть команды выделена большими буквами. Для выбора диа-

пазона измерения напряжения используется числовой параметр 0 (устанавливает

- 7 -

автовыбор диапазона) или 12 – максимальный диапазон 50 В. При включенном

режиме автоизмерений выбор диапазона осуществляется автоматически

3. Принцип действия и структурная схема цифрового осциллографа

Для исследования сигналов в интерфейсах измерительных систем наиболее

подходят цифровые запоминающие осциллографы. Напомним, что в традицион-

ном электронно-лучевом осциллографе (ЭЛО) применяют аналоговый способ со-

здания изображения исследуемого сигнала на экране ЭЛТ. Свойством памяти та-

кой осциллограф не обладает (кроме устаревших осциллографов с запоминаю-

щими ЭЛТ). Поэтому ЭЛО пригоден для наблюдения только повторяющихся сиг-

налов. Наблюдать сигналы асинхронных измерительных систем таким осцилло-

графом невозможно.

Принцип осциллографирования, основанный на преобразовании аналогово-

го сигнала в поток цифровых данных, запоминаемый в ОЗУ и отображаемый на

экране в виде массива светящихся точек, получил название цифровой осцилло-

графии, а соответствующие ему приборы - цифровыми осциллографами (ЦО).

Особенностью построения ЦО является разделение блоков оцифровки входного

сигнала и блоков построения изображения на экране.

Преобразование мгновенных значений сигнала в цифровые коды и сохране-

ние их в блоке памяти позволяет решить ряд задач, недоступных аналоговым ос-

циллографам:

Возможность работы ЦО с одиночными и случайными сигналами, которые

запоминаются и затем выводятся на экран. Именно поэтому ЦО часто назы-

вают цифровыми запоминающими осциллографами - Digital Storage Oscillo-

scope (DSO);

Достижение высокой точности измерения напряжения и временных интер-

валов, характерной для цифровых приборов;

Повышение полосы пропускания путем использования современных быст-

родействующих АЦП;

Расширение возможностей синхронизации и запуска;

Проведение косвенных измерений (например, спектрального анализа сигна-

ла) с индикацией результатов на экране;

Возможность подключения к измерительным системам.

- 8 -

Обобщенная структурная схема цифрового осциллографа представлена на

рис.1.5.

Входной блок канала Y (входной коммутатор, аттенюатор, усилитель) вы-

полняет обычные для любого осциллографа функции – регулировку чувствитель-

ности, переключение «открытый - закрытый» вход, усиление сигнала. Далее сиг-

нал поступает на быстродействующий аналого-цифровой преобразователь. Точ-

ность квантования сигнала по уровню задается выбором разрядности АЦП. Раз-

ность между соседними дискретными уровнями АЦП называется интервалом

квантования – он определяет разрешающую способность цифрового осциллогра-

фа по напряжению. Количество выборок значений сигнала в единицу времени

определяется тактовой частотой АЦП (дискретизация по времени). Как правило,

используют равномерную дискретизацию – мгновенные отсчеты сигнала берутся

через равные отрезки времени (интервалы дискретизации). Интервал дискретиза-

ции определяет быстродействие осциллографа, – чем меньше этот интервал, тем

более короткие процессы можно наблюдать на экране без искажения.

Массив цифровых данных с АЦП поступает в оперативное запоминающее

устройство (ОЗУ). При формировании изображения данные сигнала последова-

тельно извлекаются из ОЗУ. Для управления выборкой из ОЗУ используют счет-

чик адресов. Момент начала формирования изображения (как и в аналоговом ос-

циллографе) определяется устройством запуска (синхронизации). С этого устрой-

ства на микропроцессор поступает импульс, соответствующий началу входного

сигнала (или сигналу внешнего запуска). Дополнительно в ЦО предусматривают

большое количество программных способов запуска на основе анализа всего

преобразованного сигнала.

Блок памяти ЦО состоит из двух частей: быстрое буферное ОЗУ (БОЗУ) и

медленное ОЗУ (МОЗУ). МОЗУ представляет собой оперативное запоминающее

устройство микропроцессорной системы. Оно имеет большую емкость и исполь-

Вход Y дБ Усилитель

Внешний запуск

ЖКИ

Устройство запуска

ОЗУ

АЦП

#

МПССчетчик адреса

Счетчик развертки

Y

X

Рис. 5. Структурная схема цифрового осциллографа

- 9 -

зуется микропроцессором для хранения результатов вычислений и обработки

входных отсчетов, данных изображения (видеопамять) и пр.

БОЗУ осуществляет прием данных от АЦП в реальном времени с частотой

дискретизации входного сигнала. Оно построено по принципу FIFO (первым во-

шел – первым вышел), то есть при записи нового отсчета исчезает самый «ста-

рый». Объем БОЗУ («глубина памяти» ЦО) – важнейший параметр осциллографа.

Он определяет максимальное количество точек, которыми может быть представ-

лен исследуемый сигнал. Глубина памяти связана с установленным на осцилло-

графе коэффициентом развертки Кр (временным масштабом изображения) и ча-

стотой дискретизации fд соотношением 10p ДK f (длина шкалы осциллографа

обычно 10 делений).

Рассмотрим основные режимы работы программного блока развертки ЦО.

Он формирует коды, указывающие номер столбца, соответствующего отобража-

емой точке. Номер строки дисплея определяется кодом преобразованного значе-

ния сигнала. Наиболее простой режим работы блока развертки имитирует работу

самописца (режим самописца- ROLL mode). Он заключается в следующем. Вход-

ной сигнал непрерывно записывается в БОЗУ. Одновременно отсчет сигнала вы-

водится в правом краю экрана. При поступлении следующего отсчета осцилло-

грамма сдвигается на один столбец влево. Процесс повторяется с каждым новым

отсчетом. Таким образом, осциллограмма на экране плавно смещается справа

налево, имитируя движение ленты самописца. При достижении левой части экра-

на самый старый отсчет теряется. Очевидно, что такое изображение можно

наблюдать только при медленных развертках, в противном случае изображение

будет смещаться слишком быстро.

Для наблюдения неповторяющихся сигналов используют одиночный режим

развертки (single shot mode). В нем отсутствует непрерывный вывод отсчетов на

экран. Кадр изображения строится последовательно (в реальном времени) по от-

счетам входного сигнала с момента возникновения события запуска (например,

ручного нажатия кнопки ПУСК, подачи внешнего сигнала запуска) (рис.6).

- 10 -

Скорость вывода осциллограммы может не совпадать со скоростью оциф-

ровки сигнала. Это позволяет реализовать режим растяжки изображения с со-

хранением его параметров даже для одиночного режима развертки.

Для наблюдения повторяющихся сигналов используют непрерывный режим

развертки (refresh mode). Этот режим аналогичен автоколебательному или жду-

щему режимам аналогового осциллографа. В автоколебательном режиме запуска

кадры изображения непрерывно строятся даже в отсутствие события запуска. В

ждущем режиме кадр строится только при появлении события запуска.

При построении изображения сигнала чаще всего используется небольшая

часть БОЗУ. Это позволяет реализовать в ЦО режимы «предзапуска» и «послеза-

пуска». Напомним, что аналоговый ЭЛО воспроизводит на экране входной сигнал

только после импульса запуска. Информация о сигнале до запуска на экране от-

сутствует. В ЦО событие запуска (например, фронт входного сигнала, приход

внешнего импульса запуска) делит содержимое БОЗУ на две части – буфер пред-

пусковых данных (предзапись) и буфер послепусковых данных (послезапись). Ес-

ли при построении изображения осуществить сдвиг адресов БОЗУ (например,

считывать данные, предшествующие событию запуска), то на экране воспроизво-

дится форма сигнала, предшествующая запуску. Сдвиг адресов в другую сторону

позволяет получить задержанный относительно события запуска сигнал. Таким

образом, режим предзапуска позволяет «заглянуть в прошлое» на ту часть сигна-

ла, которая предшествовала запускающему импульсу. Режим послезапуска обес-

печивает задержку изображения относительно момента запуска. Регулировка ре-

жимов запуска осуществляют ручкой смещения осциллограммы по горизонтали

(). Стандартный режим запуска ЦО – 50% предзапись-50% послезапись. При

этом точка запуска строится в центре экрана индикатора (рис. 7).

ивх

итакт

Запись в

БОЗУ

t

t

Рис. 6. Построение осциллограммы сигнала в режиме реального времени

- 11 -

Цифровые осциллографы имеют широкий выбор режимов синхронизации и

запуска. Событие запуска в ЦО имеет смысл начала построения осциллограммы –

по фронту, срезу, по определенной длительности сигнала, по заданному численно

уровню сигнала. Синхронизация по длительности импульса (или по выбросу) –

это запуск развертки по длительности импульса, меньшей или большей выбран-

ного значения, равной или не равной выбранному. Для исследования цифровых

сигналов применяют запуск по кодовому слову, по заданному количеству им-

пульсов, по сигналам шин интерфейсов (например, USB, CAN, I2C и др.). Это мо-

гут быть стартовые биты кадра данных, состояния начала и конца пакета данных

и др.

Цифровые осциллографы, как правило, имеют режимы автоматических и

курсорных измерений. Автоматические измерения параметров сигналов позво-

ляют определить период и частоту сигнала, длительность импульса и время его

нарастания, максимальное и минимальное значение сигнала, его размах, среднее и

среднеквадратическое значения и пр. Важно помнить, что в этом режиме выво-

дится результат обработки информации о сигнале, представленном на экране.

Курсорные измерения позволяют вывести на экран численные значения напряже-

ния и длительности в точках расположения курсоров. Обычно курсоры имеют вид

вертикальных и горизонтальных линий, которые вручную перемещают по экрану.

Результат курсорных измерений выводятся как в абсолютных единицах для каж-

дого курсора, так и в виде разности значений напряжения или времени между

курсорами.

и1

изап

Запись в БОЗУt

t

Предзапись Послезапись

100 % послезапуск

100 % предзапуск 50 % предзапуск50 % послезапуск

Рис. 7. Режимы предзапуска и послезапуска ЦО

- 12 -

4. Технические характеристики цифрового осциллографа

АКИП 4126/1A (SIGLENT SDS2074)

Цифровой запоминающий осциллограф АКИП-4126/1, используемый в ла-

бораторной работе, имеет следующие технические параметры (таблица 3).

Таблица 3.

Характеристика Значение

Количество каналов 4

Частота дискретизации АЦП 1 ГГц

Полоса пропускания по уровню -3 дБ 70 МГц

Время нарастания переходной характе-

ристики

5 нс

Скорость обновления осциллограмм 110 000/с

Разрешающая способность экрана 800х480 (диагональ 20см)

Максимальная длина записи (глубина

памяти)

14 Мбайт

Диапазон коэффициентов отклонения

Ко

2 мВ/дел….10В/дел

Погрешность установки Ко ±3%

Диапазон коэффициентов развертки Кр 1 нс/дел…50с/дел

Погрешность установки Кр ±0.0025%

Входной импеданс 1 МОм, 23 пФ или 50 Ом

Осциллограф обеспечивает режимы работы: выборка, пиковый детектор,

усреднение, растяжка, режим XY, линейная интерполяция и интерполяция типа

sin(x)/x. Предусмотрены автоизмерения 32 параметров сигнала, курсорные изме-

рения, математические функции: сложение и вычитание, умножение и деление,

производная, интеграл, корень квадратный, частотный анализ (БПФ) сигналов в

каналах. Опционально доступны: функциональный генератор с прямым цифро-

вым синтезом сигналов разной формы до 25 МГц, программный декодер последо-

вательных протоколов цифровой связи и 8-канальный логический анализатор.

Осциллограф управляется с передней панели (рис.8) кнопками и ручками,

причем некоторые ручки имеют функцию нажатия (например, для установки ну-

левого значения позиции осциллограммы). Переключение режимов прибора осу-

ществляют с помощью функционального экранного меню, управляемого шестью

кнопками под экраном. Для перехода вверх между уровнями меню предусмотре-

на кнопка возврата UP. Плавная регулировка параметров осуществляется ручкой

УПРАВЛЕНИЕ (Adjust), выбор нужного значения – нажатием этой кнопки. Для

сохранения данных и скриншотов используется USB разъем на передней панели.

- 13 -

5. Описание лабораторной установки

В состав лабораторной установки входит персональный компьютер,

связанный с цифровым мультиметром GDM-8246 последовательным

интерфейсом RS232C. Для его подключения переведите прибор в режим

установки клавишами <SHIFT><SET>. Затем нажмите клавишу выбора

интерфейса <RS232> . На табло появится текущая скорость передачи интерфейса .

Она должна быть 9600, в противном случае установите ее клавишами

(<ВВЕРХ><ВНИЗ>. Завершите ввод клавишей <ENTER>.

В качестве источника сигналов используется функциональный генератор

GFG-8219A с некалиброванным уровнем выходных сигналов и цифровой шкалой

частоты. Наблюдение сигналов интерфейса и измерение их параметров

Осциллограф

АКИП-4126/1А

Мультиметр

GDM 8246

Функциональный

генератор

GFG-8219Aкан.1 кан.2 кан.4

VRS232

COM1

TxD RxD OUTPUT

Рис. 9. Структурная схема лабораторной установки

Рис. 8. Цифровой запоминающий осциллограф АКИП 4126/1A

- 14 -

производят с помощью многоканального цифрового осциллографа АКИП

4126/1A , подключенного к линиям интерфейса TX и RX с помощью

разветвителя-переходника (рис.9).

В работе используется передача и прием данных в последовательном

интерфейсе в режиме 9600/8-N-1 (скорость передачи COM-порта 9600, число

битов – 8, проверка на четность – отсутствует, 1 стоп-бит, контроль потока –

отключен). Если параметры в компьютере выставлены неверно, то их надо

исправить в диспетчере устройств компьютера для порта COM1. Для установки

режима порта можно ввести команду:

mode com1 baud=9600 parity=n data=8 stop=1

или запустить командный файл com9600.bat, содержащий эту строку.

6. Задание и указания к выполнению лабораторной работы

1. Наблюдение сигналов интерфейса и измерение их параметров

Включите приборы лабораторной установки. Для упрощения настройки ос-

циллографа используйте предварительно выбранный режим работы прибора, за-

писанный в энергонезависимую память под №1.

Этот режим предусматривает:

Два канала для наблюдения сигналов интерфейса (кан 1 и кан 2) с ко-

эффициентом отклонения 10V/div;

Один канал (кан 4) для вывода на экран сигнала генератора;

Режим запуска ЦО –<Ждущий, Источник -> КАН1>, коэффициент раз-

вертки 1 ms/div.

Загрузку режима произведите, выполняя цепочку команд

<Запись/Вызов ->Вызов->Настройки №1 ->Press То Recall>.

Для записи и чтения команд и данных, передаваемых по последовательному

интерфейсу, существует довольно много программ. В работе используется про-

грамма Advanced Serial Port Monitor (ASPM). Она позволяет посылать на прибор

строки команд управления им и принимать текстовые сообщения с результатами

измерения от прибора. Протокол обмена выводится в окно с указанием времени

посылки и приема команд и сообщений.

Формат ввода команд – текстовая строка с автоматическим добавлением

символа завершения <LF>. В окне протокола посылаемая команда выводится в

следующем виде:

- 15 -

<Время посылки команды>

<строка команды><LF> [длина посылаемой команды] <TX>.

В окне протокола посылаемые команды выделяются зеленым цветом.

Формат принимаемой информации:

<Время приема строки информации>

<принятая строка><LF> [длина принятой строки] <RX>.

Запустите программу ASPM и откройте порт COM1 компьютера. Пошлите

на мультиметр команду идентификации <*IDN?> . На экране ЦО появится сиг-

нал, передаваемый по линии TxD (кан 1). Прибор по этой команде должен вы-

дать строку идентификации, содержащую название фирмы- изготовителя, марку

прибора, номер прошивки программного обеспечения.

Просмотрите сигналы интерфейса совместно на линиях TxD и RxD. Для

этого в первом и втором каналах осциллографа установите коэффициенты откло-

нения 10V/div, коэффициент развертки 10ms/div (значение выводится вверху

экрана в виде <M 10.0 ms>). Повторите команду <*IDN?>. На экране появится

пачка импульсов строки передаваемой команды (кан 1) и ответный пакет (кан 2).

Сохраните вид экрана (скриншот). Для этого вставьте внешний флеш-

накопитель в USB- разъем и выполните цепочку команд:

<Запись/Вызов ->Сохранить->Тип BMP ->Экран инверсия->Press То Save>.

В выпадающем меню выберите имя файла и повторно нажмите <Press То Save>.

В дальнейшем используйте указанную методику сохранения скриншотов.

Включите ручной режим вертикальных курсоров (<Курсоры->Режим

ручной->X, Источник ->КАН1>). Регулировку положения курсоров осуществ-

ляйте ручкой <Установка>, переключение между первым и вторым курсорами –

нажатием этой ручки. Поочередно перемещая курсоры, установите их на начало

пакетов TxD и RxD (кан 1 и кан 2) . Запишите время задержки отклика прибора

на команду. Сравните его с разностью времен посылки команды и приема сооб-

щения в протоколе программы.

Определите длительность одного бита сигнала TxD. Для этого надо растя-

нуть изображение сигнала в кан1 подбором коэффициента развертки (50…100

мкс/дел) так, чтобы получить удобный для измерения масштаб изображения не-

скольких битов сигнала. Повторите команду <*IDN?>. С помощью курсоров из-

мерьте длительность одного бита (самого короткого импульса в пачке) и рассчи-

тайте скорость передачи (она обратна длительности бита). Сравните полученное

значение с установленной скоростью передачи 9600 бит/с.

Измерьте значения напряжения сигнала Umin и Umax, соответствующие

логическим уровням «1» и «0». Для этого используйте горизонтальные курсоры

(<Курсоры->Режим ручной->Y, Источник ->КАН1>). Результаты курсорных

измерений длительности и уровней занесите в таблицу по форме 1. Выключите

режим <Курсоры>.

- 16 -

Измерьте параметры одного бита сигнала с помощью блока автоматических

измерений ЦО. Включите режим измерений, выполнив цепочку команд <Измер->

КАН1->Все Измер Вкл>. Установите коэффициент развертки 1 мс/дел и повто-

рите ввод команды идентификации <*IDN?>. На экране, кроме сигнала послан-

ной команды, появится таблица его параметров, измеренных осциллографом. За-

несите в таблицу по форме 1 значения максимального <Max> и минимального

<Min> уровней сигнала в интерфейсе, а также его размах <Pk-Pk>. Запишите в

таблицу результаты измерения длительности самого короткого импульса (дли-

тельность одного бита команды) < -Width>, его фронта <Rise> и среза <Fall>.

Выключите режим <Измер>.

Проведите декодирование сообщения, передаваемого по линии TxD. Для

этого в окне передаваемой команды введите один произвольный текстовый сим-

вол (цифру или букву). Установите коэффициент развертки 500 ms/div. Пошлите

символ на прибор. Зарисуйте цифровой сигнал и сделайте скриншот экрана.

В соответствии с протоколом передачи информации интерфейса (см. рис.3)

запишите последовательность передаваемых битов (например, в виде 0-0011 0010

-1-0-01010000-1). Она содержит два байта -ASCII коды передаваемого символа и

символа завершения строки LF (0Ah) – и служебные биты. Первый бит слева – это

стартовый бит сообщения, имеющий логический уровень 0 (высокий уровень сиг-

нала!). Далее идут 8 битов символа, причем сначала передаются младшие биты!

Поэтому байт символа надо читать справа налево. Вслед идут два служебных би-

та – стоповый, равный 1, и стартовый бит следующего символа, равный 0. В при-

веденной выше строке передается ASCII - символ <L>, код которого равен 4Ch

(0100 1100).

Проверьте правильность расшифровки битовой последовательности сооб-

щения по данным декодера ЦО, которые выводятся в строке внизу экрана. Вве-

дите строку из четырех символов (например, произвольную последовательность

четырех цифр) и произведите ее декодирование аналогичным способом.

2. Программирование мультиметра через последовательный интерфейс

В данном пункте лабораторной работы исследуется режим управления

мультиметром через последовательный интерфейс RS232C.

Подайте на вход мультиметра гармонический сигнал от функционального

генератора GFG-8255A. Установите частоту сигнала в районе 1 кГц, регулятор

амплитуды – в среднее положение. Наблюдайте выходной сигнал генератора, ис-

пользуя кан 4 ЦО в автоколебательном режиме развертки (Авто), синхронизация

по каналу 4 (<Меню синхр ->Источник КАН4>).

Установите на мультиметре исходный режим работы командами сброса и

очистки прибора <*RST;*CLS >. Затем переключите его в режим измерения

- 17 -

среднеквадратического значения переменного напряжения командой (см. табл. 2)

<:CONF:VOLT:AC 0>.

Переключите ЦО в ждущий режим (кнопка <Ждущий>). Далее настройте

ЦО на запуск по второму каналу (<Меню синхр ->Источник КАН2>), коэффи-

циент развертки 1 ms/div. Пошлите на прибор команду измерения и чтения ре-

зультата <:VALUE?> . Наблюдайте сигнал команды, посылаемой на прибор, на

линии TxD (кан 1). Отрегулируйте положение осциллограммы сигнала RxD, что-

бы он умещался на экране целиком (ручка <Смещение>). Сохраните скриншот

экрана.

Проведите декодировку ответа прибора, используя встроенный программ-

ный декодер последовательного интерфейса ЦО (<Декодир>). Он выводит на

экран строку шестнадцатеричных символов, переданных по линии RxD. Запишите

декодированную строку и, используя таблицу кодов ASCII (таблица 4), восстано-

вите текстовую строку сообщения прибора. Сравните ее с полученной через про-

грамму ASPM.

Включите на мультиметре совместный режим измерения частоты и напря-

жения командой <:CONF:SFR> . Затем с помощью команды <:READ?> измерьте

частоту и среднеквадратическое значение напряжения. Занесите полученные от

мультиметра результаты в таблицу по форме 2.

Включите режим измерения параметров сигнала в 4 канале ЦО (<Измер –>

Источник КАН4>,< Все Измер Вкл>) и запишите результат измерения частоты

(Freq) и среднеквадратического значения (RMS) сигнала генератора , получен-

ных в измерительном блоке осциллографа. Сравните полученные данные с ре-

зультатами, переданными от мультиметра.

Повторите аналогичные измерения среднеквадратического значения напря-

жения и частоты для треугольного и прямоугольного сигналов генератора, ис-

пользуя мультиметр и блок измерения ЦО. Результаты измерения занесите в таб-

лицу по форме 2.

Выключите режим <Измер>.

- 18 -

Содержание отчета по лабораторной работе

Отчет должен содержать структурную схему лабораторной работы, таблицы

результатов измерений, графики сигналов интерфейса, краткие выводы.

Таблица 4

ASCII коды

.0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .9 .A .B .C .D .E .F

0. NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS HT LF VT FF CR SO SI

1. DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ESC FS GS RS US

2. ! " # $ % & ' ( ) * + , - . /

3. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < = > ?

4. @ A B C D E F G H I J K L M N O

5. P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _

6. ` a b c d e f g h i j k l m n o

7. p q r s t u v w x y z { | } ~ DEL

Рекомендуемые формы таблиц

Форма 1

Параметр

Курсорные из-

мерения

Режим ИЗМЕ-

РЕНИЕ

Umax, В

Umin, В

Up-p, В

Tимп, мкс

Tф, мкс

Tср, мкс

- 19 -

Форма 2

Форма сигнала

U, В

мульти-

метр

F, кГц

мульти-

метр

RMS,V

ЦО

Freq, KHz

ЦО

Синус.

Треуг.

Меандр

Контрольные вопросы

1. Какие достоинства и недостатки последовательного интерфейса

RS232C?

2. Каковы электрические параметры сигналов последовательного интер-

фейса? Как в нем обеспечивают помехоустойчивость?

3. Чем определяется длительность сигнала одного бита сообщения?

4. Поясните структуру сообщения последовательного интерфейса. В каких

случаях применяют бит четности?

5. Какие линии используют в кабеле интерфейса? Для чего используют

сигналы этих линий?

6. Каково назначение системы команд SCPI? Какой формат команд используют в

этой системе?

7. Почему традиционный электронно-лучевой осциллограф малопригоден для ис-

следования сигналов последовательного интерфейса?

8. Какой режим развертки целесообразно применять для наблюдения сигнала по-

следовательного интерфейса?

- 20 -

Список литературы

1. Данилин А.А. , Лавренко Н.С. Измерения в радиоэлектронике/Учеб посо-

бие. – СПб.: Издательство Лань, 2017. - 408с. (шифр библиотеки ЛЭТИ З

842/ Д18)

2. Хамадулин Э.Ф. Методы и средства измерений в телекоммуникационных

системах: учеб. Пособие. - М.: Издательство "Юрайт", 2016.-365с

3. Данилин А.А. , Лавренко Н.С. Приборы и техника радиоизмерений. Учеб.

пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. -204с (шифр библиотеки

ЛЭТИ З 842/ Д18)

4. Приборы и техника радиоизмерений : лаб. практикум / С. А. Баруздин, А. А.

Данилин, Д. О. Москалец ; Санкт-Петербургский государственный электро-

технический университет им. В.И. Ульянова (Ленина) "ЛЭТИ". - СПб. : Изд-

во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2012. - 103 с. (шифр библиотеки ЛЭТИ З 22/Б26)

5. Дворяшин Б. В. Метрология и радиоизмерения. М.: Академия, 2005.

6. Метрология и радиоизмерения./Под. ред. В.И.Нефедова - М.:Высш. шк.,

2003