Программно-аппаратная система эмуляции электронных устройств, их функциональных узлов и используемых в них сигналов

Предлагаемая полезная модель относится к области вычислительной техники и может быть использована для физической эмуляции электронных устройств, а также их функциональных узлов и сигналов, используемых в них, в частности, для обучения и приобретения навыков работы с электронной аппаратурой. Задачей полезной модели является упрощение физической эмуляции электронных устройств и расширения арсенала эмулируемых устройств без необходимости создания новых сменных блоков таких устройств и изменения аппаратной части системы. Указанная задача решается в предлагаемой системе, содержащей источники сигналов, панель органов управления и индикации, контрольно-измерительное оборудование, путем использования одного блока формирования, обработки и измерения сигналов, снабженного устройством распознавания формируемых электронных устройств и конфигурации системы, сменных лицевых панелей, снабженных коммутационными гнездами, совмещаемыми с соответствующими коммутационными гнездами панели органов управления и индикации при наложении одной из сменных лицевых панелей на нее, при этом блок формирования, обработки и измерения сигналов через интерфейс двунаправленной шиной связан с панелью органов управления и индикации, с контрольно-измерительным оборудованием и источниками сигналов. 1с. и 1 з.п.п. ф-лы, 2 илл.

Предлагаемая полезная модель относится к области вычислительной техники и может быть использована для физической эмуляции электронных устройств, а также их функциональных узлов и сигналов, используемых в них, в частности для обучения и приобретения навыков работы с электронной аппаратурой.

Известен программно-аппаратный стенд для эмуляции цифровых устройств (см. патент РФ на изобретение №2221272, М.кл. G 06 G 7/06, опубл. 10.01.2004 г.), который содержит компьютер с моделирующим программным обеспечением и блок сбора и выдачи информации, выполненный в виде обменного регистра-стенда, имеющего наборное поле с набором трафаретов с отверстиями под входные и выходные двойные коммутационные гнезда с условным графическим изображением эмулирующих устройств и набором коммутационных шнуров. Кроме того устройство содержит параллельно-последовательные регистры стендовой сети и поля генераторов нулей и единиц и индикаторов выходных функций. Причем последовательный выход параллельно-последовательного входного регистра соединен с параллельным портом компьютера.

Данное устройство позволяет эмулировать электронные устройства только в виртуальном пространстве и не позволяет осуществлять физическое моделирование электронных устройств, их узлов и демонстрировать, наблюдать и изучать методы обработки сигналов в таких системах.

Известен лабораторный стенд для моделирования функциональных схем систем связи (см. А.В.Борисенко «Теория электрической связи:

Методические рекомендации к лабораторным работам». Часть 1. изд. СПбГУТ; СПбГУИГТМО, СПб, 2004 г.), который комплектуется пятью сменными блоками: 1. Преобразование сигналов в нелинейной цепи, 2. Частотный модем, 3. Дискретизация сигналов во времени (Теорема Котельникова), 4. Автогенераторы, 5. Модулятор-демодулятор. Эти блоки снабжены гнездами контрольных точек, органами управления и индикации. Кроме того стенд содержит источники сигналов и измерительные приборы: блоки Кодер-1, АЦП и сумматор, светодиодные табло переданного и принятого сообщений, ЦАП и блок контроля ошибок, блок индикации, в котором расположены измерительные приборы постоянного и переменного напряжений, а также движковый

потенциометр смещения. Сменные блоки электрически соединяются с источниками сигналов и измерительными приборами ленточными многожильными кабелями с разъемами, на которых имеется буквенная маркировка названия сменного блока.

Для выполнения лабораторных работ кроме стенда используются двухканальный осциллограф и персональный компьютер с необходимым программным обеспечением для выполнения ряда специальных измерительных и демонстрационных функций.

Данный лабораторный стенд позволяет моделировать реальные электронные системы, однако требует постоянной смены блоков при моделировании и демонстрации различных систем связи. Кроме того, для моделирования других электронных систем требуется создание новых сменных блоков и, соответственно, использование дорогостоящей измерительной аппаратуры, а также дополнительные изменения аппаратной части стенда, а следовательно, дополнительных материальных вложений.

Данное устройство принято за прототип.

Задачей полезной модели является упрощение физического моделирования электронных устройств и расширения арсенала моделируемых электронных устройств без необходимости создания новых сменных блоков таких устройств и изменения аппаратной части системы.

Решение указанной задачи обеспечивается в программно-аппаратной системе эмуляции электронных устройств, их функциональных узлов и используемых в них сигналов, содержащей источники сигналов, панель органов управления и индикации, контрольно-измерительное оборудование, средства формирования и обработки сигналов, отличающейся тем, что она содержит сменные лицевые панели с коммутационными гнездами, совмещаемыми с соответствующими коммутационными гнездами панели органов управления и индикации при наложении одной из сменных лицевых панелей на нее, при этом упомянутыми средствами формирования и обработки сигналов снабжен имеющийся в системе блок формирования, обработки и измерения сигналов, который дополнительно содержит средства для измерения сигналов и устройство распознавания формируемых электронных устройств и конфигурации системы, через интерфейс связанное двунаправленной шиной с органами управления панели органов управления и индикации, при этом блок формирования, обра6отки и измерения сигналов связан через интерфейс двунаправленной шиной с органами индикации панели органов управления и индикации, с контрольно-измерительным оборудованием и источниками сигналов.

Для дополнительной отладки и настройки при моделировании электронных устройств система может содержать универсальный компьютер, подключаемый входной шиной к соответствующей выходной шине блока формирования, обработки и измерения сигналов.

В отличие от прототипа, где каждая сменная панель содержит в своем составе устройство формирования и обработки сигналов, свою панель органов управления и индикации для физического моделирования соответствующего электронного устройства, предлагаемая система содержит один блок формирования, обработки и измерения сигналов, который, в отличие от устройств формирования и обработки прототипа, имеет дополнительную функцию измерения сигналов и является аппаратно-программным устройством, которое с помощью входящего в него устройства распознавания формируемых электронных устройств и конфигурации системы позволяет осуществлять идентификацию электронного устройства, которое необходимо смоделировать, и соответственно менять конфигурацию всей системы для формирования, обработки и измерения сигналов, соответствующих этому электронному устройству. Это исключает необходимость создания новых аппаратных частей системы каждый раз при моделировании нового электронного устройства и значительно упрощает физическое моделирование любых новых электронных устройств

Предлагаемая программно-аппаратная система эмуляции электронных устройств, их функциональных узлов и используемых в них сигналов поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена структурная схема системы, а на фиг.2 - функциональная схема эмулятора лабораторного оборудования, обеспечивающего создание соответствующего электронного устройства (в данном примере рассматривается создание лабораторной работы по исследованию методов модуляции).

В соответствии с фиг.1 система содержит блок 1 формирования, обработки и измерения сигналов, снабженный устройством 2 распознавания формируемых электронных устройств и конфигурации системы, которое через интерфейс связано двунаправленной шиной с органами 3 управления панели 5 органов управления и индикации, блок 1 формирования, обработки и измерения сигналов связан также через интерфейс двунаправленной шиной с органами 4 индикации панели 5 органов управления и индикации, с контрольно-измерительным оборудованием бис источниками 7 сигналов.

К блоку 1 формирования, обработки и измерения сигналов для дополнительной отладки и настройки системы при эмуляции может подключаться универсальный компьютер 8 с соответствующим программным обеспечением. Система снабжена также сменными лицевыми панелями 9 с коммутационными гнездами 10. Каждая лицевая панель 9 соответствует определенному электронному устройству, которое может быть эмулировано системой. Создание лицевых панелей для новых электронных устройств не является трудоемкой задачей, поскольку не требует создания отдельных блоков формирования и обработки сигналов для каждой из них, необходимо лишь соответствующее выполнение в них коммутационных гнезд 10.

Коммутационные гнезда 10 соответствующей лицевой панели 9 должны быть совмещены при наложении лицевой панели 9 на панель 5 органов управления и индикации с коммутационными гнездами последней, соответствующими контрольным точкам моделируемого устройства. При этом от органов 3 управления панели 5 на устройство 2 распознавания формируемых электронных устройств и конфигурации системы поступает управляющий сигнал, в соответствии с которым блок 1 формирования, обработки и измерения сигналов формирует контролируемые управляющие сигналы, соответствующие контрольным точкам (на соответствующих коммутационных гнездах) эмулируемого электронного устройства. Эти сигналы поступают также на контрольно-измерительное оборудование 6.

При этом органами 4 индикации панели 5 отображается схема соответствующего эмулируемого электронного устройства и могут быть отображены сигналы, имеющие место в данном устройстве. Необходимые для работы системы сигналы подаются от источников 7 сигналов.

В соответствии с фиг.2 рассмотренная в качестве примера функциональная схема используемого электронного оборудования для эмуляции лабораторной работы по исследованию методов модуляции содержит в блоке 1 формирования, обработки и измерения сигналов генераторы 11 высокой и 12 низкой частоты, связанные двунаправленной шиной соответственно с переключателями 13 и 13' (управления частотой) и 14 и 14' (управления амплитудой) панели 5 органов управления и индикации, а также амплитудный, частотный и фазовый модуляторы 15, 16 и 17 соответственно и анализатор 18 спектра, связанные двунаправленной шиной с соответствующими контактами переключателя 19 сигналов панели 5 органов управления и индикации, который соединен также с контрольно-измерительным оборудованием 6.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

При включении устройства блок 1 формирования, обработки и измерения сигналов конфигурируется в исходное состояние, в котором он представляет собой микроконтроллер, к которому через двунаправленную шину подключена панель 5 органов управления и индикации.

После установки в исходное состояние микроконтроллер определяет установлена ли одна из сменных панелей 9 на панель 5 органов управления и индикации. При обнаружении установленной сменной лицевой панели 9 с помощью устройства 2 распознавания формируемых электронных устройств и конфигурации системы микроконтроллер осуществляет ее идентификацию.

После этого блок 1 формирования, обработки и измерения сигналов перепрограммируется в зависимости от установленной на панели 5 органов управления и индикации сменной лицевой панели 9, которая соответствует определенной лабораторной работе (определенному электронному устройству). Таким образом, осуществляется эмуляция

лабораторного оборудования для обеспечения выполнения лабораторной работы, соответствующей установленной сменной лицевой панели 9.

Рассмотрим пример эмулирования лабораторного оборудования при установке сменной лицевой панели 9, соответствующей одной из лабораторных работ - в нашем примере лабораторной работе по исследованию методов модуляции (фиг.2).

При включении предлагаемого устройства блок 1 формирования, обработки и измерения сигналов конфигурируется в исходное состояние и представляет собой микроконтроллер, определяющий наличие на панели 5 органов управления и индикации установленной сменной лицевой панели 9. Надписи на установленной сменной лицевой панели 9 в данном примере указывают, что она соответствует лабораторной работе по исследованию методов модуляции, и в этом случае придается определенное функциональное назначение органам управления (положению переключателей 13, 13', 14, 14', 19): регулирования частоты и амплитуды генераторов 11 и 12 высокой и низкой частоты соответственно, коммутации выходных сигналов амплитудного, частотного и фазового модуляторов 15, 16, 17 соответственно, и анализатора 18 спектра, находящимся на панели 5 органов управления индикации.

Идентификация функционального назначения данной сменной лицевой панели 9 осуществляется с помощью устройства 2 распознавания формируемого электронного устройства и конфигурации системы. В соответствии с этим блоком 1 формирования, обработки и измерения сигналов осуществляется генерация сигналов высокой и низкой частоты, амплитудная, частотная и фазовая модуляция и спектральное преобразование сигналов в соответствии с состоянием упомянутых выше органов управления.

При этом подключение через переключатель 19 контрольно-измерительного оборудования 6 позволяет наблюдать форму и спектр исследуемых сигналов, имеющих место в данной лабораторной работе.

Органами 4 индикации в панели 5 органов управления и индикации отображаются параметры генерируемых сигналов и состояние переключателей 13, 13', 14, 14', 19.

Рассмотрим пример выполнения блоков предлагаемого устройства. Блок 1 формирования, обработки и измерения сигналов может быть выполнен на отладочном модуле DK-NIOS-2C35N (см. на сайте в сети Интернет http: //www.altera.com/products/devkits/kit-dev platforms.jsp), при этом входящее в этот блок устройство 2 распознавания формируемых электронных устройств и конфигурации системы можно выполнить на флэш-памяти типа W25P32 (см. на сайте в сети Интернет http://www.winbond - USA.com). Органы 3 управления панели 5 органов управления и индикации могут

представлять собой переключатели ПГ3 5П6НВ П3 (см. на сайте в сети Интернет http://elkom.org/).

Органы 4 индикации панели 5 органов управления и индикации могут быть выполнены на ВС2004А (см. на сайте в сети Интернет http://www.fush.lv/Bolvmin/Data/BC2004A.pdf).

В качестве контрольно-измерительного оборудования 6 может использоваться осциллограф С1-127 (см. на сайте в сети Интернет http://www.prompribors.ru/).

В качестве источника 7 сигналов может быть использована видеокамера KЗC-S650CH (см. на сайте в сети Интернет http://www.akvilona.ru/brands/ktc/model/).

В качестве универсального компьютера 8 может быть использован компьютер Интел Р4 3 гГц.

1. Программно-аппаратная система эмуляции электронных устройств, их функциональных узлов и используемых в них сигналов, содержащая источники сигналов, панель органов управления и индикации, контрольно-измерительное оборудование, средства формирования и обработки сигналов, отличающаяся тем, что она содержит сменные лицевые панели с коммутационными гнездами, совмещаемыми с соответствующими коммутационными гнездами панели органов управления и индикации при наложении одной из сменных панелей на нее, при этом блок формирования, обработки и измерения сигналов снабжен устройством распознавания формируемых электронных устройств и конфигурации системы, через интерфейс связанным двунаправленной шиной с органами управления панели органов управления и индикации, блок формирования, обработки и измерения сигналов связан через интерфейс двунаправленной шиной с органами индикации панели органов управления и индикации, с контрольно-измерительным оборудованием и с источниками сигналов.

2. Программно-аппаратная система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена универсальным компьютером, подключаемым входной шиной к соответствующей выходной шине блока формирования, обработки и измерения сигналов.