200106_СДФ1_ПрИС

параметры x1 и y1 – определяют положение левого верхнего угла графического окна (в точках экрана); x2 и y2 – положение правого нижнего угла графического окна. В конце оператора можно задать номер цвета фона и цвет рамки, например

VIEW (x1, y1) – (x2, y2), цвет фона, цвет рамки

Оператор WINDOW позволяет задавать новую систему координат, не связанную с точками экрана (математическая или пользовательская система координат). Использование оператора WINDOW существенно упрощает процедуру построения графиков функций. Синтаксис оператора следующий

WINDOW (Xmin, Ymax) – (Xmax, Ymin)

параметры Xmin и Ymax – определяют значения математических координат для ле-

вого верхнего угла графического окна; а Xmax, Ymin	– значения математических
координат для правого нижнего угла графического окна.	Операторов VIEW и

WINDOW в программе может быть несколько – соответственно количеству используемых графических окон на экране.

3.1.Постройте график функции y = sin x вместе с координатными осями теперь в графическом окне с помощью операторов VIEW и WINDOW.

3.2.Постройте разметку осей: для оси x – через 90°, для y – через 0.5.

3.3.Сохраните программу под номером 3. Ниже приведен примерный вид программы построения графика в графическом окне

SCREEN 12 CLS

pi = 3.14159

VIEW (1, 1) – (400, 200), , 1 Xmin = – 10: Xmax = 360 + 10 Ymin = – 2: Ymax = 2

WINDOW (Xmin, Ymax)-(Xmax, Ymin)

LINE (0, 0) – (360, 0), 7

LINE (0, 2) – (0, – 2), 7

FOR x = 0 TO Xmax STEP 90

LINE (x, 0) – (x, .2)

NEXT x

FOR y = Ymin TO Ymax STEP .5

LINE (0, y) – (20, y)

NEXT y

ibeg = 0

FOR x = 0 TO 360 STEP 5 xr = x * pi / 180

y = SIN(xr)

IF ibeg = 1 THEN LINE – (x, y), 15

IF ibeg = 0 THEN PSET (x, y), 15: ibeg = 1 NEXT x

END

Объясните назначение каждого оператора в этой программе. Объясните роль, которую выполняет в программе переменная ibeg. Как будет выглядеть программа, если не использовать эту переменную?

Задание 4

Построение графика двух функций

вдвух отдельных графических окнах

4.1.Постройте графики двух функций y = sin x и y = cos x в два отдельных графических окна.

4.2.Выведите под построенными графиками соответствующие надписи «функция y = sin x » и «функция y = cos x » с помощью оператора LOCATE .

4.3.Сохраните программу под номером 4.

Задание 5

Построение графиков амплитудно-модулированного

ичастотно-модулированного сигналов

5.1.Измените программу 4 следующим образом. В первом окне выведите график АМ-сигнала.

Формула однотонального АМ-сигнала:

y = [1 + MАМ cos Ωt ] cos ωt ,

где Ω = 2π / T1 – частота модулирующего сигнала; T1 – период модулирующего сигнала; ω = 2π / T2 – частота несущего сигнала; T2 – период несущего сигнала; MАМ

– коэффициент модуляции.

Выберите следующие значения параметров сигнала:

интервал изменения t –	от 1 до N ;
N = 500; T1 = 200;	T2 = 20; MАМ = 0.5

5.2. Во втором окне выведите график ЧМ/ФМ сигнала. Формула однотонального ЧМ/ФМ сигнала:

y = cos[ωt + MЧМ sin Ωt],

Значения параметров выберите теми же за исключением индекса модуляции

MЧМ :

N = 500; T1 = 200; T2 = 20; MЧМ = 5.

Если вы все сделали правильно, на экране будут отображены два сигнала следующего вида

5.3.Сохраните программу под номером 5.

5.4.Изменяя значения исходных параметров T1, T2, MАМ и MЧМ, просмотрите как будут изменяться графики на экране.

5.5.Вставьте полученные на экране графики в документ Word. Для этого выполните следующие действия.

1) переведите экран в оконный режим одновременным нажатием клавиш

<Alt>/<Enter>;

2) скопируйте содержимое окна в Буфер Обмена – клавиши <Alt>/<Print Screen>;

3)Запустите графический редактор Paint командой Пуск/Программы/Стандартные/ Paint. Вставьте содержимое Буфера Обмена командой Правка/Вставить. Далее команда Рисунок/Обратить цвета;

4)теперь можно вставить рисунок в документ Word. Это можно сделать двумя способами: через Буфер Обмена (после выделения нужной области экрана) или через файл (после сохранения рисунка в виде файла на диске).

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Составьте отчет о выполненной работе. Отчет должен содержать:

1)название лабораторной работы;

2)назначение основных графических операторов;

3)названия заданий, текст программ с комментариями к основным операторам или фрагментам программы;

4)результаты выполнения программы (рисунок графика на экране).

Контрольные вопросы

1.Поясните, что такое точка (пиксел) экрана. Сколько точек располагается на экране монитора?

2.Для чего необходимо задавать масштаб при рисовании графика на экране?

3.Поясните действие оператора LINE–(x, y).

4.Поясните действие оператора VIEW. Какие возможности предоставляет оператор VIEW ?

5.Поясните действие оператора WINDOW. В чем преимущество использования оператора WINDOW ?

Библиографический список

1. Зельдер Г.А. Программируем на языке QuickBASIC 4.5.M. ABF, 1996.

432 c.

2.Алиев В.К. Языки Бейсик. М.: СОЛОН-Р, 2000.

3.Райтингер М., Муч Г. Visual Basic 6.0. Учебное пособие. Киев: Изд.группа BHV, 2000 (Серия «Библиотека студента»).

––––––––––––––––

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ ОСНОВНЫХ ТИПОВ СИГНАЛОВ. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИБОРА «АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА» СРЕДСТВАМИ ПАКЕТА EWB

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является исследование спектров основных типов сигналов на примере последовательности прямоугольных импульсов с различными значениями параметров сигнала – длительности, скважности и периода следования импульсов. Получение и анализ фурье-спектров сигналов проводится средствами пакета моделирования электронной лаборатории «Electronics Workbench» (EWB). Получение спектров программными средствами EWB имитирует работу реального прибора – «Анализатора спектра».

Задание 1

Работа с измерительными инструментами EWB. Задание параметров генератора сигналов

ипросмотр сигналов на осциллографе

1.1.Запустите программный пакет Electronics Workbench (EWB). Соберите схему (рис. 2.1), состоящую из двух элементов (измерительных инструментов) – Генератора сигналов (Function Generator) и Осциллографа (Oscilloscope) вместе с заземлением (Ground).

Рис. 2.1. Схема соединения генератора сигналов и осциллографа

1.2. Исследуйте возможности Генератора сигналов для генерирования различных видов сигналов (синусоидальный, треугольный, прямоугольный) и просмотрите вид этих сигналов на дисплее Осциллографа.

Для этого раскройте диалоговое окно вставленного на рабочее поле элемента Function Generator (двойной щелчок по элементу) и запишите в тетрадь назначение его параметров:

Frequency	–	частота сигнала;
Duty Cycle	–	коэффициент заполнения (длительность сигнала
		в процентах от периода); эта величина по своему
		смыслу обратная скважности;
Amplitude	–	амплитуда сигнала;
Offset	–	значение постоянной составляющей сигнала

1.3. Выберите для Генератора сигналов (Function Generator) режим прямоугольных сигналов.

Задайте параметры Генератора сигналов так, чтобы получить следующие сиг-

налы:

1)однополярные импульсы, амплитуда A = 10 В, длительность импульсов τИ =

1мс , скважность q = 2 ;

2)двуполярные импульсы, амплитуда A = 5 В (остальные параметры те же) ;

3)однополярные импульсы; параметры A и τИ, как в п.1, но со скважностью q

= 5 .

Запишите в тетрадь значения параметров Frequency, Duty Cycle, Amplitude, Offset для каждого из трех сигналов в соответствии с приведенной ниже табл. 2.1

Таблица 2.1

	№	τИ	q	T	Frequency	Duty	Amplitude	Offset
	п\п					Cycle
	1	1 мс	2
	2	1 мс	2
	3	1 мс	5

Зарисуйте осциллограммы сигналов, полученные на дисплее осциллографа.

1.4. Задайте параметры Генератора сигналов так, чтобы получить сигналы (однополярные импульсы, A = 10 В, период следования импульсов T = 10 мс) со следующими значениями длительности импульсов τИ:

1)τИ = 1 мс;

2)τИ = 2 мс;

3)τИ = 5 мс;

Рассчитайте значения частоты, скважности и значения параметра Duty Cycle. Запишите в тетрадь эти значения в соответствии с приведенной ниже табл. 2.2

							Таблица 2.2
№	τИ	q	T	Frequency	Duty	Amplitude	Offset
п\п					Cycle
1	1 мс		10 мс
2	2 мс		10 мс
3	5 мс		10 мс

Зарисуйте осциллограммы сигналов, полученные на дисплее осциллографа.

ЗАДАНИЕ 2 Работа с «Анализатором спектра»

2.1.Соберите схему, состоящую из двух элементов (измерительных инструментов) – Генератора сигналов (Function Generator) и Осциллографа (Oscilloscope), вместе с их заземлением (элемент Ground). Для генератора сигналов задайте тип сигналов – « синусоидальный», частота – 100 Гц, значение амплитуды оставьте без изменений (заданной по умолчанию 10 В). Раскройте окно Осциллографа и просмотрите сигнал, поступающий с Генератора сигналов.

2.2.Запустите Анализатор спектра EWB командой “Analysis / Fourier…”.

В раскрывшемся диалоговом окне “Fourier analysis” задайте значения следующих параметры поля “Analysis” :

Output node –	выбор номера узловой точки на схеме
	(оставить без изменений)
Fundamental frequency –	основная частота разложения Фурье (в Гц)
	(выбрать соответственно периоду сигнала, т.е. 100 Гц)
Number of harmonics –	число гармоник, которые будут отображаться на гра-
	фике спектра
	(выбрать равным 20 )

2.3. Нажмите кнопку “Simulate” .

После нажатия кнопки “Simulate” появится окно Анализатора спектра “Analysis Graphs” ( в общем случае – с тремя вкладками). Выберите вкладку “Fourier” с графиком спектра. Распахните окно Анализатора спектра на весь экран и проведите настройку окна и вида отображения графика.

Основные возможности настройки окна с помощью кнопок на инструментальной панели – это отображение сетки и наличие визирной линейки. Настроить можно также и вид отображения графика: частоту разметки осей, ширину линий спектральных составляющих и т.д.

Для настройки вида отображения графика щелкнете правой кнопкой мыши в пределах области графика и в появившемся локальном меню выберите пункт Properties. В результате появится диалоговое окно Graph Properties (с шестью отдельными вкладками). Выбирая определенную вкладку можно задать параметры отображения соответствующего элемента графика: нижней оси (Bottom Axis), левой оси (Left Axis) и т.д.

Настройка вида нижней оси (вкладка Bottom Axis):

Выберите на вкладке “Bottom Axis” значение параметра “Frequency” равным 2 (это частота делений разметки нижней оси, т.е. величина шага делений в единицах основной частоты).

Настройка ширины линий спектральных составляющих:

Выберите на вкладке “Traces” значение параметра “Pen Size” равным 2 (это значение определяет толщину линии).

Запишите в тетрадь название и назначение основных опций диалогового окна «Анализатора спектра»:

ЗАДАНИЕ 3 Спектр сигналов с одинаковой длительностью импульсов

при различной скважности

3.1.Повторите п.1.3 (задайте параметры Генератора сигналов Function Genera-

tor для получения прямоугольных импульсов с одинаковой длительностью τИ и переменной скважностью q (амплитуда A = 10 В; длительность импульсов τИ = 1 мс):

1) q = 2; однополярные импульсы;

2) q = 2; двуполярные импульсы;

3) q = 5; однополярные импульсы.

3.2.Получите осциллограммы сигналов и зарисуйте их в тетрадь.

3.3.Получите фурье-спектры заданных сигналов. При построении спектра значение шага по частоте (Fundamental frequency) Анализатора спектра должно соответствовать частоте следования импульсов. Настройте разметку оси частот (см. п.

2.3).

Зарисуйте полученные три графика спектров в тетрадь друг под другом с одинаковым масштабом частотной оси и оси амплитуд.

3.4. Объясните полученные результаты и запишите выводы в тетрадь.

ЗАДАНИЕ 4 Спектр сигналов с одинаковым периодом следования

при различной длительности импульсов

4.1. Повторите п. 1.4 (задайте параметры Генератора сигналов для получения однополярных прямоугольных сигналов с одинаковой частотой следования и переменной длительностью τИ (A = 10 В, период следования импульсов T = 10 мс):

1)τИ = 1 мс;

2)τИ = 2 мс;

3)τИ = 5 мс;

4.2.Получите осциллограммы сигналов и зарисуйте их в тетрадь.

4.3.Получите фурье-спектры заданных сигналов. Зарисуйте полученные три графика спектров в тетрадь друг под другом с одинаковым масштабом осей.

4.4.Объясните полученные результаты и запишите выводы в тетрадь.

ЗАДАНИЕ 5 Синтез сигнала с помощью суммирования гармоник

Проведите синтез прямоугольного сигнала со скважностью q = 2 по конечному числу составных гармоник с помощью последовательного соединения нескольких генераторов синусоидальных сигналов (для моделирования составных гармоник) и источника постоянного напряжения (для моделирования постоянной составляющей ряда Фурье).

В качестве генераторов синусоидального сигнала можно использовать стандартный элемент EWB – источник переменного напряжения (AC Voltage Source, дословно – источник напряжения переменного тока), а в качестве источника постоянного напряжения – элемент Battery. Суммирование сигналов можно осуществить как последовательным соединением источников, так и с помощью сумматора (стандартный элемент из группы элементов Controls). Примерный вид схемы соединения элементов показан на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема синтеза прямоугольного сигнала

В качестве амплитуд источников переменного напряжения (AC Voltage Source) U1, U2, … U9 следует задать значения амплитуд первых девяти ненулевых гармоник спектра Ak, т.е. это гармоники с номерами k = 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17. Значения амплитуд следует взять из графика спектра, полученного ранее с помощью Анализатора спектра для прямоугольных (однополярных или двуполярных) сигналов со скважностью q = 2.

Соответственно следует задать и начальные значения параметра Phase (фаза) источников переменного напряжения AC Voltage Source. Гармоники нечетных лепестков спектра U1, U3, … U9 должны иметь фазу 0, а гармоники четных лепестков спектра U2, U4, … U8 должны иметь фазу 180°. При этом следует иметь в виду следующее.

Фазы спектральных гармоник, равные 0 и 180°, соответствуют косинусоидальному сигналу. Поскольку источник переменного напряжения AC Voltage Source генерирует не косинусоиду, а синусоиду, к значению параметра Phase необходимо дополнительно прибавить 90° (в этом случае мы получим уже косинусоиду). Таким образом, для гармоник нечетных лепестков спектра следует задать значение параметра Phase, равное 90°, а для гармоник четных лепестков спектра – значение параметра Phase, равное 270°.

Значение источника постоянного напряжения U0 должно соответствовать постоянной составляющей спектра (см. график полученного раннее спектра). При этом значение постоянной составляющей спектра необходимо предварительно умножить на поправочный коэффициент, равный 1,41. Необходимость в этом коэффициенте обусловлена тем, что значения амплитуд источников переменного напряжения AC