Описание программ
Все программное обеспечение, управляющее автоматизированной экспериментальной установкой для измерения ВАХ фотодиода, состоит из виртуального прибора (LabVIEW-программы) volt_amp.vi и библиотеки виртуальных подприборов volt_amp.llb (рис. 12).
Рис. 12. Библиотека виртуальных подприборов volt_amp.llb
Библиотека volt_amp.llb состоит из следующих виртуальных подприборов:
· svetodiod.vi
Эта программа заставляет светодиод излучать. Ее вид изображен на рис. 13.
Рис. 13. Блок-диаграмма виртуального подприбора svetodiod.vi
Суть работы этой программы сводится к записи байта в буфер цифрового порта платы NVL-08 (запись эта осуществляется путем записи байта по адресу 306h).
· kod_UI.vi
Эта программа получает код от основной программы и записывает его в буферные регистры ЦАПа платы NVL-08, подавая таким образом напряжение на последовательно соединенные фотодиод и резисторы, затем эта программа путем измерений и простых вычислений получает напряжение, падающее на фотодиоде, и протекающий через него ток. Полученные результаты отправляются основной программе volt_amp.vi. Часть программы kod_UI.vi представлена на рис. 14.
Рис. 14. Блок-диаграмма виртуального подприбора kod_UI.vi
· graph_work.vi
Эта программа обеспечивает работу с графиками. Основная ее задача состоит в том, чтобы полученные одномерные массивы подготовить к выводу на двухкоординатные графики. Часть программы graph_work.vi представлена на рис. 15.
Рис. 15. Блок-диаграмма виртуального подприбора graph_work.vi
Основная программа (виртуальный прибор volt_amp.vi) координирует действия рассмотренных выше подпрограмм. Кроме того, она обеспечивает диалог с пользователем, а также проводит некоторые вычисления. По этапам выполнения программу volt_amp.vi можно разделить на две основные части: первая часть предоставляет возможность изменения параметров эксперимента (в том числе освещенности фотодиода), а вторая проводит эксперимент, предоставляя пользователю возможность его прервать. Обе части программы volt_amp.vi приведены на рис. 16.
Рис. 16. Блок-диаграмма виртуального прибора volt_amp.vi
И, наконец, приведем иерархическую структуру разработанного программного обеспечения (включая поставляемые вместе с пакетом LabVIEW используемые в данной работе виртуальные подприборы):
Рис. 17. Иерархическая структура программного обеспечения
Руководство пользователя
Для управления созданной в данной работе учебной автоматизированной экспериментальной установкой необходимо запустить программу volt_amp.vi. После запуска этой программы вы увидите лицевую панель, на которой содержатся следующие элементы управления и индикации (см. рис. 18):
· Количество точек
Этот элемент управления позволяет задавать количество точек, которое следует получить в интервале напряжений, на котором измеряется ВАХ фотодиода.
· Количество измерений
Этим элементом управления задается число измерений ВАХ фотодиода. В итоге программа выдаст усредненную ВАХ.
· Напряжение, подаваемое на светодиод
Этой ручкой управления можно регулировать напряжение, подаваемое на светодиод, а значит, регулировать освещенность фотодиода.
· Начать эксперимент
После нажатия этой кнопки начнется процесс измерения ВАХ фотодиода.
· Текущее напряжение
Этот индикатор показывает напряжение, падающее на фотодиоде, в каждый момент времени.
· Текущий ток
Этот индикатор показывает ток, протекающий через фотодиод, в каждый момент времени.
· Количество проведенных измерений
Здесь отображается количество проведенных измерений ВАХ фотодиода в ходе эксперимента с заданным количеством измерений.
· ВАХ фотодиода
На этом графике по завершении эксперимента вы увидите полученную ВАХ фотодиода (усредненную).
· Погрешность измерения
На этом графике по завершении эксперимента отображается погрешность измерения тока при каждом подаваемом на фотодиод напряжении.
· Выход из программы
Рис. 18
После того, как вы установите параметры эксперимента, нажмите кнопку «Начать эксперимент». Предположим, что вы измеряете темновую ВАХ фотодиода, тогда после завершения эксперимента, лицевая панель примет вид, подобный показанному на рис. 19.
Рис. 19
Итак, темновая ВАХ получена (она отображена красным цветом)! Теперь программа ждет дальнейших указаний. Далее можно, например, подать на светодиод какое-нибудь напряжение и вновь начать эксперимент, после выполнения которого лицевая панель примет вид, как показано на рис. 20. Обратите внимание, что «свежая» ВАХ выделилась красным цветом, в то время как «устаревшая» ВАХ перекрасилась в белый. Если провести третий эксперимент, то новая (третья) ВАХ примет красный цвет, вторая ВАХ станет белой, а первая и вовсе исчезнет, и т.д.
Рис. 20
При желании можно записать полученную ВАХ в файл. Для этого следует нажать кнопку «Записать в файл». Если сделать это, то появится диалоговое окно, вид которого изображен на рис. 21. Здесь вам предстоит указать имя файла и путь его размещения.
Рис. 21
Формат записанного файла выглядит так, как показано на рис. 22.
Рис. 22
А теперь посмотрим, как выглядит лицевая панель во время измерения ВАХ фотодиода (рис. 23). Сразу отмечу, что непосредственно во время проведения эксперимента вы не сможете изменять какие-либо параметры, но вы можете прервать измерение ВАХ, нажав на кнопку «Прервать эксперимент» (она появляется вместо кнопки «Начать эксперимент»). После нажатия на эту кнопку появляется диалоговое окно, вид которого представлен на рис. 24.
Рис. 23
Рис. 24
Ну и, наконец, после нажатия на кнопку «Выход из программы», вы увидите диалоговое окно, показанное на рис. 25.
Рис. 25
Заключение
В результате выполнения данной работы:
· Создана на базе платы сбора данных NVL-08 учебная автоматизированная экспериментальная установка для измерения вольтамперной характеристики фотодиода при различной освещенности. При ее создании дополнительно разработан и изготовлен блок сопряжения, позволяющий управлять освещенностью фотодиода и увеличивать интервал измерения вольтамперной характеристики фотодиода (интервал напряжений).
· Разработано в среде программирования LabVIEW программное обеспечение, управляющее учебной автоматизированной экспериментальной установкой.
· Проведены тестовые измерения вольтамперных характеристик фотодиода при различных уровнях освещенности в локальном режиме.
· Мной получен опыт в разработке автоматизированных измерительных систем, а также в разработке программного обеспечения в среде LabVIEW.
Таким образом, проведенная работа является заделом для дальнейшей деятельности в области автоматизации физического эксперимента.
Список литературы
1) Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. 5-е изд., исправленное. - СПб.: Издательство «Лань», 2001. - 480 с.
2) Определение основных характеристик фотодиода: Методические указания к выполнению лабораторной работы. - Петрозаводский государственный университет. - 16 с.
3) Тревис Дж. LabVIEW для всех / Джеффри Тревис: Пер. с англ. Клушин Н.А. - М.: ДМК Пресс; ПриборКомплект, 2004. - 544 с.
4) Ермаков М.А. Разработка комплекса лабораторных работ с удаленным доступом на базе LabVIEW: Магистерская диссертация. - Петрозаводск: ФТФ, 2001. - 57 с.
5) Измерения и автоматизация: Каталог 2003 National Instruments. - National Instruments Russia, 2003. - 48 с.
6) LabVIEW 7 Express: Вводный курс / Пер. с англ. Тиме И.В. - М.: Издательство «ПриборКомплект», 2003. - 42 с.
7) Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments: Сборник трудов // Международная научно-практическая конференция. Москва, 14-15 ноября, 2003 г. - М.: Изд-во РУДН, 2003. - 309 с.
8) Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments: Программа конференции // Международная научно-практическая конференция. Москва, 14-15 ноября, 2003 г. - М.: Изд-во РУДН, 2003. - 24 с.
9) Образовательный сайт компании National Instruments: www.labview.ru
10) Документация к плате NVL-08. - Компания «Сигнал».
11) Автоматизация предприятий и лабораторий с помощью плат и блоков ввода / вывода для персональных компьютеров. - Компания «Сигнал»: www.signal.ru
12) Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ. - Изд. 6-е. - М.: Мир, 2003. - 704 с.
13) Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985. - 488 с.
14) Электронные компоненты ChipInfo: www.chipinfo.ru
15) Компания «Электроника»: www.radiodom.ru
16) Все о гражданской радиосвязи: www.cityradio.narod.ru