Đề tài Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các phần tử và hệ thống điều khiển theo nguyên lý phỏng sinh học

Charactericstics trên trang Edit, FSD sẽ mở giao diện để kiểm tra đặc tính vào ra của bộ điều khiển mờ đ−ợc chọn. Do có thể có 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đè tài Đè tài cấp nhà n−ớc KC.03-09 130 nhiều đầu vào nên chỉ vẽ đặc tính của vào – ra của đầu ra với một đầu vào, các đầu vào còn lại là hằng số. Hình 5.9: Đặc tính vào – ra theo Txp1 khi Tmdn1=12.68; Imdn1=1.84. ý nghĩa của các đối t−ợng trên giao diện nh− sau: 1- Thanh tr−ợt thay đổi giá trị của biến vào thứ nhất. 2- Nút lệnh chọn biến vào thứ nhất để vẽ đặc tính vào-ra. 3- Vùng hiển thị các giá trị vào và luật hợp thành t−ơng ứng. 4- Thanh tr−ợt thay đổi giá trị của biến vào thứ hai. 5- Nút lệnh chọn biến vào thứ hai để vẽ đặc tính vào-ra. 6- Thanh tr−ợt thay đổi giá trị của biến vào thứ ba. 7- Nút lệnh chọn biến vào thứ ba để vẽ đặc tính vào-ra. 8- In đặc tính. 9- Vùng đồ thị vẽ đặc tính vào – ra. 10- Tọa độ hiện tại trên đặc tính. 11- Thay đổi giá trị biến vào đã chọn. 12- H−ớng dẫn sử dụng giao điện vẽ đặc tính. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đè tài Đè tài cấp nhà n−ớc KC.03-09 131 13- Thoát khỏi chế độ vẽ đặc tính. Hình 5.10: Đặc tính vào – ra theo Txp1 khi Tmdn1=14.58; Imdn1=0.72. 5.4. H−ớng dẫn sử dụng FSC.dll Sau khi thiết kế xong một hệ điều khiển đa tham số phức tạp trên cơ sở lôgic mờ bằng FSD ta l−u các dữ liệu về cấu trúc của hệ mờ đó vào một CSDL là một file nào đó có dạng *.fcs, ví dụ HeThongTBKTDB.fcs. CSDL của hệ mờ trên có thể coi là cơ sở dữ liệu tri thức của hệ điều khiển đa tham số phức tạp vì nó phản ánh những kinh nghiệm, suy đoán của con ng−ời trong việc ra các quyết định điều khiển cho các hệ điều khiển phức tạp. Tuy nhiên, bản thân FSD và CSDL do nó tạo ra vẫn ch−a có khả năng điều khiển các quá trình thực tế. Để thực hiện các quá trình đó phải có một chủ thể để nhận các thông tin đầu vào và sử dụng các tri thức, kinh nghiệm về điều khiển đã đ−ợc tạo ra bởi con ng−ời bằng công cụ FSD. Chủ thể này chính là bộ điều khiển đa tham số, các chức năng của nó đ−ợc tích hợp trong file FSC.dll và đ−ợc thực hiện khi gọi hàm fscControl của nó. Tr−ớc khi hệ thống ĐKBKS thực hiện quá trình điều khiển, thực chất là quá trình suy luận của hệ mờ cần chuyển tải các dữ liệu tri thức mờ đã đ−ợc xây dựng tr−ớc vào hệ thống, sau đó mới thực hiện các thao tác suy luận mờ trên cơ sở các thông tin Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đè tài Đè tài cấp nhà n−ớc KC.03-09 132 đầu vào để đ−a ra các giá trị ra phù hợp. Nh− vậy, hàm fscControl có ba tham số sau: path: kiểu dữ liệu là string, mô tả đ−ờng dẫn đến CSDL chứa tri thức của hệ mờ. Input: kiểu dữ liệu là mảng một chiều kiểu double, chứa giá trị mẫu hiện tại của tất các đầu vào. Output:kiểu dữ liệu là mảng một chiều kiểu double, chứa giá trị ra của tất các đầu ra. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đè tài Đè tài cấp nhà n−ớc KC.03-09 133 Kết luận Hệ thống TBKTĐB đ−ợc điều khiển theo nguyên lý ĐKPSH có nhiều −u điểm v−ợt trội so với hệ thống TBKTĐB đ−ợc điều khiển theo nguyên lý cũ. Thật vậy, nếu hệ thống với các đặc điểm kỹ thuật công nghệ còn những hạn chế nh−: - Các chức năng tự động hoá của hệ cũ còn hạn chế. ƒ Trong nhiều tr−ờng hợp ch−a tự động chuyển chế độ làm việc phù hợp theo các sự kiện. ƒ Độ chính xác các quá trình điều chỉnh ổn định các thông số kỹ thuật nh− nhiệt độ, độ ẩm ch−a cao (ví dụ sai số ổn định nhiệt độ khoảng ±0.30 C). ƒ Số l−ợng các kênh đo - điều khiển không nhiều. - Có chức năng tự động chẩn đoán trạng thái kỹ thuật một số tr−ờng hợp, nh−ng còn ít và chỉ hiển thị bằng đèn, không l−u đ−ợc các lỗi. - Ch−a có chức năng tự động nhận dạng đếm khách tham quan. - Dữ liệu l−u trữ còn ít và không tự động l−u trữ đ−ợc vào máy tính. - Khả năng kết nối, phát triển mở rộng còn hạn chế. Thì hệ thống TBKTĐB đ−ợc điều khiển theo nguyên lý ĐKPSH có những đặc điểm kỹ thuật công nghệ v−ợt trội sau: - Tính năng điều khiển đ−ợc nâng cao lên cao rất nhiều. - Tự động quyết định hoặc nhắc nhở ng−ời vận hành chuyển các chế độ làm việc của hệ thống cho phù hợp với các sự kiện. - Các quá trình điều chỉnh các thông số kỹ thuật nh− nhiệt độ, độ ẩm đạt đ−ợc độ chính xác rất cao (ví dụ sai số ổn định nhiệt độ khoảng ± 0.050 C). - Có khả năng điều khiển đ−ợc nhiều quá trình phức tạp. - Quản lý đ−ợc số l−ợng lớn các kênh đo (150 kênh), điều khiển (153 kênh). - Có khả năng chẩn đoán trạng thái kỹ thuật rất tốt. - Trong quá trình vận hành cho phép bổ sung, cập nhật các tri thức về các luật điều khiển, các quyết định điều khiển, chẩn đoán hệ thống. Có khả năng l−u trữ thông tin về trạng thái làm việc của hệ thống. - Tự động nhận dạng đếm và cộng tích luỹ l−ợng khách tham quan hàng ngày, hàng tháng, hàng năm. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đè tài Đè tài cấp nhà n−ớc KC.03-09 134 - Dữ liệu phong phú đ−ợc tự động l−u trữ vào CSDL chuẩn. - Tự động hoá tạo các bảng biểu báo cáo về tình trạng và các thông số của hệ thống trong ca làm việc. - Có khả năng mở rộng kết nối, phát triển. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 135 Phần 2 Hệ thống mô phỏng bán tự nhiên thời gian thực phục vụ đánh giá thử nghiệm hệ điều khiển thiết bị bay Ch−ơng 6. Cấu trúc hệ thiết bị mô phỏng bán tự nhiên thời gian thực 6.1 Mạch đồng bộ............................................................................................ 6.1.1 Sơ đồ khối và các ứng dụng.................................................................... 6.1.2 Đo l−ờng và đếm các xung đơn. ............................................................. 6.1.3. Tạo xung đơn và chuỗi xung. ................................................................ 6.2 Mạch tạo tín hiệu................................................................................................ 6.2.1. Sơ đồ khối và các ứng dụng. .................................................................. 6.2.2 Chế độ Arb (Arbitrary- Tuỳ ý). .............................................................. 6.2.3. Chế độ DDS (Direct Digital Synthesis – Tổng hợp số trực tiếp). .......... 6.2.4. Kích phát (Triggering)........................................................................... 6.2.5. Tín hiệu đầu ra bộ đánh dấu. ................................................................. 6.3 Kết nối phần cứng và tín hiệu vào, ra. ............................................................... 6.3.1. Kết nối phần cứng hệ mô phỏng tín hiệu rađa để nhận dạng ................ 6.3.2 Kết nối phần cứng hệ mô phỏng tín hiệu rađa mục tiêu bay .................. ch−ơng 7. ch−ơng trình máy tính mô phỏng tín hiệu và quá trình điều khiển thiết bị bay 7.1 Xây dựng thuật toán tạo qui luật tín hiệu mục tiêu bay trong hệ thiết bị mô phỏng.............................................................................................................. 7.1.1 Các tham số xác định toạ độ mục tiêu trong không gian........................ 7.1.2 Quy luật thay đổi toạ độ của mục tiêu khi chuyển động thẳng đều.......... 7.1.3 Quy luật thay đổi toạ độ của mục tiêu khi chuyển động có gia tốc pháp tuyến .................................................................................................. 7.2 Ch−ơng trình máy tính mô phỏng quá trình điều khiển thiết bị bay .................. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 136 7.2.1 Mở rộng khả năng tổ chức ch−ơng trình máy tính mô phỏng tín hiệu rađa phản xạ từ các kiểu mục tiêu thực tế trên cơ sở phần cứng của đề tài KC.03-09..... 7.2.2 Ch−ơng trình máy tính mô phỏng tín hiệu Rada và các tham số chuyển động của mục tiêu. ........................................................................................... 7.2.3 Ch−ơng trình máy tính mô phỏng tín hiệu Video hình ảnh mục tiêu bay quan sát từ Camera. ............................................................................ 7.3 Tóm tắt các đặc tính kỹ thuật của phần cứng hệ thiết bị mô phỏng bán tự nhiên thời gian thực. ................................................................................................ 7.3.1. Mạch đồng bộ........................................................................................ 7.3.2. Mạch tạo tín hiệu. .................................................................................. 7.3.3. Khả năng tạo lập các dạng tín hiệu rađa phản xạ từ các loại mục tiêu bay..................................................................................................... Kết luận về sản phẩm Hệ thống thiết bị mô phỏng bán tự nhiên thời gian thực để đánh giá thử nghiệm hệ điều khiển…………………………........................ Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 137 Ch−ơng 6 cấu trúc hệ thiết bị mô phỏng bán tự nhiên thời gian thực 6.1 Mạch đồng bộ. 6.1.1 Sơ đồ khối và các ứng dụng. Mạch đồng bộ chính là một bộ định thời gian / đếm xung. Sơ đồ khối của mạch này nh− sau: Hình 6.1 Sơ đồ khối mạch đồng bộ. Mạch gồm hai bộ định thời gian vào/ra (0 và 1) với 8 bộ đếm lên/xuống 32 bit. Với bộ tạo dao động 80 MHz, mạch có 3 thời gian cơ sở (Timebase) là 100 kHz, 20 MHz và 80 MHz. Mỗi bộ đếm có một cổng điều khiển (GATE), một đ−ờng lựa chọn đếm lên/xuống (UP_DOWN), một đ−ờng tín hiệu vào (SOURCE) và một đ−ờng tín hiệu ra (OUT). Mạch còn cung cấp một cổng vào/ra số 32 bit (DIO), 8 trong số 32 đ−ờng này dành riêng cho vào/ra số, còn lại là các đ−ờng dùng chung. Định thời gian vào/ra (1) Định thời gian vào/ra (0) Địa chỉ Dữ liệu Điều khiển Giải mã địa chỉ Tạo dao động 80 MHz N ối g hé p và o/ ra Đ−ờng PFI Ngắt N gắ t Bo ar d lin es Giao diện PCI Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 138 Sơ đồ đấu nối các chân của mạch đ−ợc trình bày ở hình 6.2. Mạch có 68 chân vào/ra, ngoài các chân dùng riêng. Ví dụ nh− chân 10 chỉ dùng cho chế độ vào/ra số. Các chân dùng chung tuỳ theo ngữ cảnh sử dụng mà có chức năng khác nhau. Ví dụ nh− chân 34, trong chế độ bộ đếm nó có chức năng là đầu vào bộ đếm 2, còn trong chế độ DIO nó là đầu vào của bit thứ 32 của tín hiệu số 32 bit. ý nghĩa của các chân nh− sau: + DIO (Digital Input/Output): Vào ra số. + PFI (Programmable Function Input): Đầu vào chức năng lập trình đ−ợc. Hình 6.2 Sơ đồ các chân của mạch đồng bộ. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 139 + SOURCE: Đ−ờng tín hiệu vào. + GATE: Đ−ờng tín hiệu điều khiển. + UP_DOWN: Đ−ờng xác lập đếm lên hoặc xuống. Các ứng dụng chính của mạch đồng bộ bao gồm: 1) Đo l−ờng và đếm các xung đơn. 2) Tạo xung đơn và chuỗi xung. 6.1.2 Đo l−ờng và đếm các xung đơn. a. Đếm các xung đơn: - Trong chức năng này, bộ đếm sẽ đếm các xung đầu vào sau khi nó đ−ợc kích hoạt. Bộ đếm có thể đ−ợc kích hoạt thông qua 1 lệnh phần mềm hoặc nhờ tín hiệu kích hoạt, tín hiệu kích hoạt này có thể là tín hiệu trong hoặc ngoài. Bộ đếm có thể đếm lên hoặc đếm xuống tuỳ theo việc thiết lập điều khiển UP_DOWN. Hình 6.3 Đếm xung đơn. - Bộ đếm cũng có thể đếm có điều khiển, nó sẽ đếm khi tín hiệu điều khiển kích hoạt và ng−ng đếm khi tín hiệu điều khiển không kích hoạt. b. Đo l−ờng xung: - Trong chức năng này, tín hiệu đầu vào đ−ợc xem nh− thời gian cơ sở để đo l−ờng các xung xuất hiện trong tín hiệu điêù khiển. Giá trị của bộ đếm sẽ đ−ợc l−u trong thanh ghi HW Save khi phép đo hoàn thành. - Đo chu kỳ: Bộ đếm sử dụng tín hiệu đầu vào để đo chu kỳ của tín hiệu điều khiển. Nó sẽ đếm số lần x−ờn tăng của xung đầu vào giữa 2 x−ờn kích hoạt của xung điều khiển. Bắt đầu đếm Tín hiệu vào Giá trị của bộ đếm Bắt đầu đếm Tín hiệu điều khiển Tín hiệu vào Giá trị của bộ đếm Hình 6.4 Đếm xung có điều khiển Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 140 Hình 6.5 Đo chu kỳ xung. - Đo độ rộng xung: Cũng t−ơng tự nh− đo chu kỳ, nh−ng ở đây, bộ đếm chỉ đếm khi tín hiệu điều khiển vẫn đang trong trạng thái hoạt động. Hình 6.6 Đo độ rộng xung. - Đo khoảng cách giữa 2 x−ờn xung: T−ơng tự nh− phép đo độ rộng xung, chỉ khác là có 2 tín hiệu đo l−ờng: Tín hiệu điều khiển và tín hiệu phụ. Cạnh kích hoạt của tín hiệu phụ sẽ kích hoạt bộ đếm bắt đầu đếm, còn cạnh kích hoạt của tín hiệu điều khiển sẽ dừng đếm. Hình 6.7 Đo khoảng cách giữa 2 x−ờn xung. 6.1.3. Tạo xung đơn và chuỗi xung. a. Tạo xung đơn. - Trong chức năng này, bộ đếm sẽ tạo ra một xung có đặc tr−ng xác định tr−ớc sau khi nó đ−ợc kích hoạt. Bộ đếm sẽ sử dụng tín hiệu vào nh− thời gian cơ sở để tạo xung, tín hiệu điều khiển có thể đ−ợc dùng để kích hoạt. - Tạo xung đơn: Bộ đếm sẽ tạo ra một xung đơn với thời gian trễ và độ rộng xung có thể lập trình đ−ợc. Hình 6.8 minh hoạ một xung đơn có trễ là 4 và độ rộng xung là 3. Tín hiệu điều khiển Tín hiệu vào Giá trị của bộ đếm Giá trị thanh ghi HW Save Bắt đầu đếm Khoảng đo Tín hiệu phụ Tín hiệu điều khiển Tín hiệu vào Giá trị bộ đếm Giá trị thanh ghi HW Tín hiệu điều khiển Tín hiệu vào Giá trị của bộ đếm Giá trị thanh ghi HW Save Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 141 Hình 6.8 Tạo xung đơn - Tạo xung có kích phát một lần: T−ơng tự nh− tạo xung đơn ngoại trừ việc có xung kích phát từ tín hiệu điều khiển. Xung kích phát sẽ kích hoạt bộ đếm tạo ra một xung đơn có thời gian trễ và độ rộng xung có thể lập trình đ−ợc. Hình 6.9 minh hoạ việc tạo một xung đơn có trễ là 4 và độ rộng xung là 3. Hình 6.9 Tạo xung có kích phát một lần. - Tạo xung có kích phát nhiều lần: T−ơng tụ nh− tạo xung có kích phát một lần ngoại trừ việc bộ đếm sẽ tạo xung mỗi khi có xung kích phát từ tín hiệu điều khiển. Bộ đếm sẽ bỏ qua các x−ờn kích phát mà nó nhận đ−ợc khi đang trong quá trình tạo xung. Các xung phát là nh− nhau và có thời gian trễ, độ rộng xung có thể lập trình đ−ợc. Hình 6.10 minh hoạ việc tạo 2 xung có trễ là 5 và độ rộng xung là 3. b. Tạo chuỗi xung. - Tạo chuỗi xung liên tục: Bộ đếm sử dụng tín hiệu vào làm thời gian cơ sở để tạo ra chuỗi xung có tần số và chu kỳ làm việc (duty cycle) xác định tr−ớc (lập trình đ−ợc). Bạn có thể thay đổi tần số và chu kỳ làm việc của chuỗi xung khi vẫn đang ở trong tiến trình tạo xung. Tín hiệu điều khiển Tín hiệu vào Tín hiệu ra Tín hiệu điều khiển Tín hiệu vào Tín hiệu ra Hình 6.10 Tạo xung có kích phát nhiều lần. Bắt đầu đếm Tín hiệu vào Tín hiệu ra Tín hiệu vào Tín hiệu ra Hình 6.11 Tạo chuỗi xung liên tục. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 142 - Tạo chuỗi xung nhảy tần: Trong chế độ này, tín hiệu điều khiển sẽ điều chế tần số và chu kỳ làm việc của chuỗi xung. Bộ đếm thực hiện việc điều chế này bằng cách cho tín hiệu điều khiển lựa chọn từ hai tập tham số chuỗi xung khác nhau. Hình 6.12 cho thấy khi tín hiệu điều khiển ở mức cao, bộ đếm tạo ra chuỗi xung có tần số cao và độ rộng xung nhỏ, còn khi tín hiệu điều khiển ở mức thấp, bộ đếm tạo ra chuỗi xung có tần số thấp và độ rộng xung lớn. Hình 6.12 Tạo chuỗi xung nhảy tần. - Tạo chùm xung: Trong chế độ này, bộ đếm sẽ tạo ra một chùm xung có số l−ợng xung xác định tr−ớc. Pha thấp và cao của chùm xung có thể lập trình đ−ợc. Các giá trị này đ−ợc xác định nh− là các bội số của thời gian cơ sở (chính là tín hiệu vào). Hình 6.13 minh hoạ một chùm hai xung có độ trễ là 2 và độ rộng là 3. Hai bộ đếm sẽ đ−ợc sử dụng đồng thời cho ứng dụng này. Hình 6.13 Tạo chùm xung. 6.2 Mạch tạo tín hiệu. 6.2.1. Sơ đồ khối và các ứng dụng. Chú thích cho các khối: - RTSI (Real-Time System Integration): Tổ hợp hệ thống thời gian thực. - PCI (Peripheral Component Interconect): Chuẩn nối ghép trong của các thiết bị ngoại vi. - PXI: Chuẩn thiết bị dạng modul (khối) đ−ợc pháp triển trên cơ sở chuẩn CompactPCI. - DDS (Direct Digital Synthesys): Tổng hợp số trực tiếp. - FIFO (First In First Out): Bộ nhớ vào tr−ớc ra tr−ớc. Tín hiệu điều khiển Tín hiệu ra Bắt đầu Tín hiệu vào Tín hiệu ra Bắt đầu đếm Dừng đếm Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 143 Sơ đồ khối của mạch nh− sau: Hình 6.14 Sơ đồ khối mạch tạo tín hiệu. - DAC (Digital-Analog Conveter): Bộ chuyển đổi số – t−ơng tự. - PLL (Phase-Locked Loop): Vòng khoá pha. Mạch gồm các thành phần chính sau: - Giao diện bus PXI, PCI hoặc ISA với các giao thức Plug and Play đảm bảo cho việc kết nối thiết bị một cách thuận tiện. - Bộ sắp xếp dãy dạng sóng (Waveform Sequencer) thực hiện các chức năng nh− phân chia bus dữ liệu, điều khiển các trigger, các bộ lọc, các bộ tiêu hao, đồng hồ, chỉ lệnh FIFO, … - Bộ điều khiển bộ nhớ có nhiệm vụ điều khiển bộ nhớ dạng sóng trong khối bộ nhớ. Dữ liệu từ bộ nhớ đ−ợc đ−a tới bộ biến đổi số – t−ơng tự (DAC) thông qua một bộ lọc số nội suy nửa băng (Half-band interpolating digital filter). Đầu ra của DAC sẽ đ−a tới các bộ khuyếch đại, tiêu hao, và cuối cùng là tới bộ nối ghép vào/ra. Mạch tạo tín hiệu hoạt động ở hai chế độ: Arb và DDS. - Chế độ Arb (Arbitrary- Tuỳ ý): Là chế độ cho phép tạo các dạng sóng đ−ợc xác định bởi nhiều bộ đệm đ−ợc liên kết hoặc lặp lại theo một trình tự nào đó. Chế độ này mềm dẻo hơn chế độ DDS. Kênh PXI/PCI Đ−ờng dữ liệu Đ−ờng kích hoạt RTSI/PXI Nối ghép bộ nhớ N ối g hé p số Điều khiển bộ nhớ Điều khiển AMM Điều khiển RTSI Điều khiển FIFO Điều khiển DDS Điều khiển t−ơng tự Điều khiển bộ lọc Điều khiển kích hoạt Điều khiển đồng hồ Xắp thứ tự dạng sóng Chỉ lệnh FIFO Bộ nhớ truy vấn + DDS Mạch tạo mẫu Bộ lọc số Tiêu hao, lọc, khuyếch đại Bộ dò v−ợt ng−ỡng Đồng hồ và PLL ARB Đồng bộ Tham trỏ PLL Giao diện Bus Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 144 - Chế độ DDS (Direct Digital Synthesis – Tổng hợp số trực tiếp): Dùng để tạo các dạng sóng chuẩn nh− sóng hình sin, xung vuông, xung tam giác, … chế độ này giới hạn là chỉ dùng một bộ đệm và kích th−ớc bộ đệm phải đúng bằng 16.384 mẫu. Sơ đồ nối ghép của mạch đ−ợc thể hiện ở hình 6.15 Sau đây chúng ta sẽ xem xét chi tiết các ứng dụng trên và các vấn đề khác có liên quan. 6.2.2 Chế độ Arb (Arbitrary- Tuỳ ý). Chế độ Arb sử dụng bộ nhớ dạng sóng để l−u giữ nhiều bộ đệm dạng sóng. Các dạng sóng đ−ợc l−u ở dạng danh sách các giai đoạn (staging list) theo kiểu bộ nhớ FIFO, bộ nhớ này còn ch−a thông tin về số vòng lặp và liên kết giữa các bộ đệm. a. Bộ nhớ dạng sóng: Bộ nhớ dạng sóng có kích th−ớc là 2 triệu mẫu, mỗi mẫu 16 bit (2 Mega từ 16 bit). Nh− vậy chúng ta có thể l−u đ−ợc các dạng sóng rất dài trong bộ nhớ của mạch, đảm bảo cho tốc độ phát tín hiệu cần thiết. 2 triệu mẫu bộ nhớ dạng sóng đ−ợc chia Hình 6.15 Sơ đồ nối ghép vào/ra mạch tạo tín hiệu. Chú thích: + ARB OUT: Đ−ờng tín hiệu ra. + SYNC OUT: Tín hiệu ra hình Sin kiểu TTL. + EXT TRIG: Tín hiệu kích hoạt từ ngoài. + MARKER OUT: Tín hiệu ra của bộ đánh dấu. + PLL REF: Đầu vào vòng khoá pha. + DIGITAL PATTERN: Đầu ra tín Mạch tạo tín hiệu Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 145 thành 8 băng, mỗi băng 256 kilo từ 16 bit. 8 băng này đ−ợc dịch chuyển tuần tự để thu đ−ợc luồng dữ liệu 16 bit duy nhất. Hình 6.16. Cấu trúc bộ nhớ dạng sóng. b. Kích th−ớc tối thiểu và độ phân giải của bộ đệm. - Cấu trúc của bộ nhớ dạng sóng bắt buộc các giới hạn về kích th−ớc và độ phân giải của bộ đệm. Kích th−ớc tối thiểu của bộ đệm là 256 mẫu, và các bộ đệm phải là bội số của 8. - Tr−ớc khi bắt đầu phát các dạng sóng, cần phải nạp các bộ đệm lên bộ nhớ dạng sóng ở dạng các mẫu số 16 bit. Một số l−ợng hữu hạn các mẫu này tạo thành một bộ đệm dạng sóng, hay còn đ−ợc gọi là đoạn dạng sóng (Waveform segment). Để phát các bộ đệm, cần phải chuẩn bị một danh sách các giai đoạn (Staging list) hoặc một danh sách thứ tự (Sequence list), trong đó chứa thứ tự của các giai đoạn. Mỗi giai đoạn sẽ xác định bộ đệm, số vòng lặp và độ lệch đánh dấu (Marker offset) của bộ đệm. - Hình 6.17 minh hoạ các khái niệm về các mẫu, bộ đệm, giai đoạn, danh sách giai đoạn, liên kết và lặp lại dạng sóng. c. Giai đoạn dạng sóng (Waveform Staging): Hình 6.18 minh hoạ giai đoạn dạng sóng trong phần cứng. Số l−ợng tối đa các giai đoạn dạng sóng mà chỉ lệnh FIFO có thể l−u trữ trong chế độ Arb là 292. 2 M từ 16 bit 256 k x 16 bit 256 k x 16 bit 256 k x 16 bit 256 k x 16 bit 256 k x 16 bit 256 k x 16 bit 256 k x 16 bit 256 k x 16 bit Điều khiển bộ nhớ D ữ liệ u dạ ng s ón g Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 146 Hình 6.17 Liên kết và lặp lại các dạng sóng. Hình 6.18 Sơ đồ khối giai đoạn dạng sóng. Mỗi giai đoạn đ−ợc tạo thành từ 4 chỉ lệnh: - Thứ tự bộ đệm: Xác định thứ tự của bộ đệm sẽ đ−ợc phát. - Kích th−ớc bộ đệm: Xác định kích th−ớc của bộ đệm sẽ đ−ợc phát. - Số lần lặp lại: Xác định số lần lặp lại của bộ đệm sẽ đ−ợc phát. Tối đa là 65535. - Độ lệch đánh dấu: Xác định vị trí điểm đánh dấu sẽ đ−ợc tạo ra bên trong bộ đệm (Chi tiết thêm về điểm đánh dấu sẽ đ−ợc đề cập tới ở phần sau). 6.2.3. Chế độ DDS (Direct Digital Synthesis – Tổng hợp số trực tiếp). - Chế độ DDS tạo ra các dạng sóng chuẩn với độ chính xác tần số cao, ổn định, và có thể chuyển đổi tần số nhanh. Nếu muốn tạo các dạng sóng chuẩn thì nên dùng chế độ này. Mẫu dạng sóng A Phân đoạn / bộ đệm dạng sóng 1 Giai đoạn dạng sóng 1 (Số vòng lặp = 3) Giai đoạn dạng sóng 3 (Số vòng lặp = 1) Giai đoạn dạng sóng 2 (Số vòng lặp = 2) Mẫu dạng sóng B Phân đoạn / bộ đệm dạng sóng 2 Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3 Liên kết dạng sóng (Danh sách các giai đoạn) Tạo dao động 80 MHz Bộ đếm 16 bit Điều khiển bộ nhớ Tạo địa chỉ và sắp xếp thứ tự Bộ nhớ dạng sóngDữ liệu vào (16) Dữ liệu ra (16) Thứ tự bộ đệm Kích th−ớc bộ đệm Số vòng lặp b.đệm Độ lệch đánh dấu Chỉ lệnh FIFO Các chỉ lệnh Đ ịa c hỉ Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 147 - Mạch tạo tín hiệu sử dụng một bộ tích luỹ (Accumulator) 32 bit tốc độ cao với bộ nhớ truy vấn và một bộ DAC 12 bit cho việc tạo các dạng sóng. - Hình 6.19 mô tả sơ đồ khối của việc tạo dạng sóng dựa trên DDS. Hình 6.19 Sơ đồ khối của việc tạo dạng sóng dựa trên DDS. - Bộ nhớ truy vấn chỉ dùng cho chế độ DDS mà không dùng cho chế độ Arb. Bạn có thể l−u một chu kỳ của một dạng sóng tuần hoàn bất kỳ vào bộ nhớ truy vấn, sau đó có thể thay đổi tần số của dạng sóng đó chỉ bằng một chỉ lệnh duy nhất. Với sóng hình sin, tần số có thể lên tới 16 MHz, và với độ phân giải 10 mHz. Do chế độ này sử dụng bộ tích luỹ nên việc tạo dạng sóng sẽ lặp lại điểm bắt đầu của bộ nhớ truy vấn sau khi tạo tới cuối của bộ nhớ này. - Trong chế độ DDS, mỗi giai đoạn sẽ đ−ợc tạo thành từ 2 chỉ lệnh: Chỉ lệnh tần số sẽ xác định tần số của dạng sóng, còn chỉ lệnh thời gian sẽ xác định khoảng thời gian mà tần số đó đ−ợc tạo ra. - Nhảy tần và quét tần số: Bạn có thể định nghĩa một danh sách các giai đoạn để thực hiện việc nhảy tần và quét tần số. Danh sách giai đoạn sẽ sử dụng cùng một dạng sóng đã nạp vào bộ nhớ truy vấn, chỉ khác nhau ở tần số phát ra. Số l−ợng tối đa các giai đoạn là 512, thời gian tối thiểu cho việc phát một tần số là 3 às. 6.2.4. Kích phát (Triggering). Có thể dùng kích phát để bắt đầu phát một dạng sóng. Nguồn kích phát và các chế độ kích phát sẽ đ−ợc trình bày d−ới đây. a. Nguồn kích phát. - Nguồn kích phát có thể lựa chọn đ−ợc bằng phần mềm, theo ngầm định thì phần mềm sẽ tạo ra nguồn kích phát. Bạn cũng có thể dùng tín hiệu kích phát ngoài từ một chân trên bộ nối ghép vào/ra số, từ các đ−ờng kích phát RTSI (Real-Time Tạo dao động 80 MHz Bộ nhớ truy vấn Dữ liệu ra (16)Tần số Thời gian Tần số Thời gian Chỉ lệnh FIFO Bộ đếm 16 bit Bộ sắp xếp thứ tự Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Đề tài cấp Nhà n−ớc KC.03-09 148 System Integration – Tổ hợp hệ thống thời gian thực), hoặc từ các đ−ờng TTL (Transistor- Transistor Logic) nh− trong hình 6.20. Hình 6.20 Các nguồn kích phát tạo tín hiệu. - Nếu muốn kích phát tín hiệu một cách tự động, chúng ta có thể dùng phần mềm. Với kích phát ngoài, cần x−ờn tăng của xung kích phát đ−a tới đầu vào EXT_TRIG, tín hiệu này nên giữ ở mức thấp cho tới sau khi việc tạo dạng sóng đ−ợc bắt đầu trong phần mềm. b. Chế độ kích phát đơn. Các dạng sóng đã định nghĩa trong danh sách giai đoạn sẽ đ−ợc phát liên tiếp sau khi có một tín hiệu kích phát. - Trong chế độ Arb: Hình 6.21 sử dụng các giai đoạn 1, 2, và 3 trong hình 6.17 để minh hoạ hoạt độn