INSTRUKCJE POMOCNICZNE DO LABORATORIUM Z PRZEDMIOTU SYSTEMY CYFROWE 3

Transkrypt

1 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki INSTRUKCJE POMOCNICZNE DO LABORATORIUM Z PRZEDMIOTU SYSTEMY CYFROWE 3 E 1 S APiTM-ATM Opracował: dr inż. Andrzej Sobolewski Białystok, jesień

2 Spis treści INFORMACJE OGÓLNE...5 SPIS ZADAŃ DO WYKONANIA...6 SPIS ZADAŃ DODADKOWYCH...7 ĆW. 1. ŚRODOWISKO LABVIEW. ELEMENTY JĘZYKA PROGRAMOWANIA GRAFICZNEGO LABVIEW JAKO ŚRODOWISKO PROGRAMOWE ELEMENTY JĘZYKA PROGRAMOWANIA GRAFICZNEGO G WYKONANIE ĆWICZENIA DODATEK...32 ĆW. 2. ŚRODOWISKO LABVIEW. PROCES WIZUALIZACJI I AKWIZYCJI DANYCH WPROWADZENIE GRAFIKA W LABVIEW OPERACJE DYSKOWE OPERACJE ŁAŃCUCHOWE WYKONANIE ĆWICZENIA ĆW. 3. REALIZACJA PRZYRZĄDU WIRTUALNEGO PRZY POMOCY KARTY POMIAROWEJ ADVANTECH PCI WPROWADZENIE ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO OPIS ĆWICZENIA WYKONANIE ĆWICZENIA SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ DODATEK ĆW. 4. METODY PRĄDU STAŁEGO POMIARU REZYSTANCJI I POJEMNOŚCI WPROWADZENIE ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO WYKONANIE ĆWICZENIA SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ DODATEK ĆW. 5. BIBLIOTEKA NI-DAQMX I URZĄDZENIE AKWIZYCJI DANYCH NI- USB ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO

3 5.2. OPIS ĆWICZENIA WYKONANIE ĆWICZENIA SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ DODATEK...73 ĆW. 6. POMIAR PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ WIRNIKA WENTYLATORA. STATYSTYCZNA ANALIZA SYGNAŁÓW WPROWADZENIE ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO OPIS ĆWICZENIA WYKONANIE ĆWICZENIA SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ DODATEK...82 ĆW. 7. ANALIZA SYGNAŁÓW W DZIEDZINIE CZĘSTOTLIWOŚCI OPIS ĆWICZENIA ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO WYKONANIE ĆWICZENIA SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ DODATEK...95 ĆW. 8. WIRTUALNY MIERNIK IMPEDANCJI WPROWADZENIE ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO WYKONANIE ĆWICZENIA SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ DODATEK ĆW. 9. SZEREGOWA TRANSMISJA DANYCH WPROWADZENIE ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ WYKONANIE ĆWICZENIA DODATEK DO ĆW ĆW. 10. INTERFEJS RS232 HAMEG HO79-5. WSPÓŁPRACA Z OSCYLOSKOPEM WPROWADZENIE ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO WYKONANIE ĆWICZENIA DODATEK

4 ĆW. 11. ZDEJMOWANIE CHARAKTERYSTYK CZĘSTOTLIWOŚCIOWYCH - INTERFEJS GPIB HAMEG HO WPROWADZENIE ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO WYKONANIE ĆWICZENIA DODATEK ĆW. 12. PROGRAMOWANIE CYFROWYCH I/O KARTY CDAQ WPROWADZENIE ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO WYKONANIE ĆWICZENIA WYKAZ LITERATURY

5 INFORMACJE OGÓLNE Ćwiczenia z Laboratorium SYSTEMY CYFROWE 3 są realizowane w wymiarze 30 godzin i wykonywane są w czterech zespołach dwu lub trzy osobowych. Każde ćwiczenie powinno być poprzedzone zapoznaniem się z instrukcjami pomocniczymi, tak aby wiedzieć jakie zadania należy wykonywać i jaki zakres materiału obowiązuje w danym ćwiczeniu. Laboratorium wyposażone jest w komputery, które posiadają karty pomiarowokontrolne, jak również środowisko programistyczne LabView ver 8.6 firmy National Instruments i Matlab ver firmy MathWorks. Oprócz tego ćwiczenia będą realizowane z wykorzystaniem urządzeń takich jak generatory, zasilacze, oscyloskopy, multimetry, karty akwizycji danych oraz modele układów dynamicznych MAO. W każdym ćwiczeniu studenci będą mieli do wykonania zadania obowiązkowe a sposoby ich rozwiązania powinny znaleźć się w sprawozdaniu z ćwiczenia. Ponadto, programy pisane w środowisku LabView powinny być również rejestrowane na nośnikach danych (płyty CD/DVD, dyskietki), które będą stanowiły załączniki do sprawozdań. W sprawozdaniu powinny więc znaleźć się również odnośniki do załączników jak również opisy działania programów. Zadania są numerowane znaczącym więc ułatwieniem będzie zawieranie numeru zadania w nazwie programów. Oprócz zadań obowiązkowych w instrukcjach zamieszczono również zadania dodatkowe. Ich rozwiązywanie będzie miało istotny wpływ na końcową ocenę z laboratorium. Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: Opisy i temat ćwiczenia, Treści zadania, Schemat blokowy przyrządu, zrzut z ekranu interfejsu użytkownika, zrzuty z ekranu zarejestrowanych przebiegów i/lub wyników, Opisy działania programów (instrukcja użytkownika ), Komentarze w przypadku badań urządzeń, charakterystyk lub zjawisk, Programy na dyskietkach. Bardzo dobrą praktyką jest wcześniejsze przygotowanie programów (choćby tylko fragmentów) w domu. W ten sposób można znacznie przyspieszyć proces wykonywania zadań, zwłaszcza w tych sytuacjach, gdy podobne zadania wykonywano już wcześniej. Takie postępowanie da szansę na rozwiązywanie zadań dodatkowych w czasie zajęć laboratoryjnych. Przewidziane są również dwa zajęcia na dokonanie poprawek, odróbek, bądź zadań dodatkowych. Pierwszy termin odbędzie się w połowie semestru, a drugi na jego końcu. Ostatnie zajęcia przewidziane są na rozliczenie się ze sprawozdań, przedstawienie rozwiązanych zadań i końcową ocenę. 5

6 SPIS ZADAŃ DO WYKONANIA ZADANIE 1. Budowa wirtualnego instrumentu VI (Virtual Instrument)...21 ZADANIE 2. Konstrukcja sterująca Sequence ZADANIE 3. Konstrukcja sterująca Case...26 ZADANIE 4. Generowanie pseudolosowego sygnału binarnego (PRBS) za pomocą Formula Node.28 ZADANIE 5. Tworzenie i użycie podprogramów VI...29 ZADANIE 6. Napisz program do wykreślania na wspólnym wykresie przebiegu zmiennej losowej i jego mediany (średniej ruchomej). Wykres powinien być tworzony w trybie nadążnym dla 100 realizacji wartości zmiennej generowanej losowo. Przykład diagramu do tego zadania zawiera Rys ZADANIE 7. Napisz program prezentujący na wykresie XY krzywe Lissajous jakie będą tworzyć sygnały okresowe o różnych częstotliwościach i fazach ZADANIE 8. Napisz program, w którym wykorzystasz pętlę While do zapisu danych i czasu ich wygenerowania do pliku. Przykład diagramu zawiera Rys ZADANIE 9. Należy zbudować wirtualny przyrząd pomiarowy realizujący zadanie pomiaru napięcia i rejestracji przebiegów czasowych wykorzystując Advatech LabView Driver odczytujący dane mierzone za pomocą PCI Aby uniknąć tego zjawiska można uprzywilejować niektóre z aplikacji nadając im wyższy priorytet obsługi. Dokonać tego można w Menadżerze zadań Windowsa (Ctr, Alt, Del), wskazując aplikację i nadać jej jeden z wyższych priorytetów wykonywalności ZADANIE 10. W układzie z Rys. 3.3 zbadaj średni czas wykonania jednej iteracji mierząc 10-cio [Hz] sygnał sinusoidalny w ciągu jednej sekundy. Sprawdź jakość mierzonego sygnału i poziom średniej czasu iteracji wraz z jego wartościami chwilowymi (waveform Chart umieszczony wewnątrz pętli for) w sytuacji gdy w tle uruchomianona jest inna aplikacja (np. odtwarzany plik mpg4, klawisz PrintScrean, skaner antywirusowy) ZADANIE 11. Zaprogramuj wykreślenie wyników pomiarów z poprzedniego zadania na wykresie XYGraph, gdzie na oś x należy podać zindeksowany wektor czasu zarejestrowania każdej próbki a na oś y zindeksowany wektor wartości każdej próbki (Rys. 3.5). Kliknięcie na tunelu danych prawym klawiszem myszy otworzy podręczne Menu z opcją włączenia indeksacji). Indeksacja umożliwi dostęp do wszystkich zarejestrowanych danych. Brak indeksacji zapewni dostęp tylko do ostatniej pary czasu i wartości danych z serii pomiarowej ZADANIE 12. Dokonaj pomiaru 100 próbek sygnału gaussowskiego (lub sygnału z wyjścia Filtra 1 pobudzonego sygnałem PRBS) i wyznacz jego statystyczne parametry w postaci wartości średniej, min, max, odchylenia standardowego, oraz histogramu. Bloki do analizy statystycznej znajdziesz w lokalizacji Functions>>Express>>Signal Analysis. Należy je podłączyć do zindeksowanych wektorów danych ZADANIE 13. Dokonaj pomiaru rezystancji ZADANIE 14. Wyznacz pojemność kondensatora mierząc czas relaksacji τ, który określa czas jaki musi upłynąć do momentu, gdy wartość początkowa prądu kondensatora spadnie o e razy. (e podstawa logarytmu naturalnego) ZADANIE 15. Zaprogramuj aplikację za pomocą której można będzie dokonać pomiarów napięcia generatora oraz prądu i napięcia kondensatora w układzie z Rys Zdjęte charakterystyki powinny być widoczne w oknie graficznym ZADANIE 16. Zastosuj NI-USB 6008 do pomiaru napięć i prądu w układzie szeregowym RLC

7 ZADANIE 17. Statystyka pomiaru prędkości wiatraka wentylatora w zestawie laboratoryjnym w zależności od czasu i metody pomiaru ZADANIE 18. Statystyka pomiaru prędkości wiatraka wentylatora w zestawie laboratoryjnym w zależności od prędkości i metody pomiaru...81 ZADANIE 19. Dokonaj analizy częstotliwościowej sygnału pochodzącego z mikrofonu podłączonego do karty dźwiękowej. Zadaj w głośnikach dźwięk o zadanej częstotliwości i amplitudzie a następnie spróbuj odczytać te parametry za pomocą analizy częstotliwościowej dźwięku pochodzącego z mikrofonu ZADANIE 20. Wykonaj zadanie pomiaru przesunięcia fazowego pomiędzy sygnałami zbieranymi przez dwa mikrofony pochodzącymi z głośnika. Zabezpiecz wyniki pomiarów przed błędem przesunięcia fazu o wielokrotność 180 deg...89 ZADANIE 21. Dokonaj pomiaru metodą techniczną rezystancji, indukcyjności i pojemności, używając do tego celu generatora napięcia sinusoidalnego i karty pomiarowej NI-USB ZADANIE 22. Zbadaj wpływ częstotliwości napięcia zasilającego i rezystacji wzorcowej na wynik pomiarów R,L,C ZADANIE 23. Dokonaj pomiaru wielkości rezystancji i/lub pojemności multimetrem Metex i odczytaj dane udostępnione przez niego w programowym środowisku LV ZADANIE 24. Dokonaj akwizycji danych z Anemometru Cyfrowego AM Wirtualne narzędzie powinno posiadać: ZADANIE 25. Zbuduj aplikację w LV pozwalającą na przesył grafiki z oscyloskopu HM305, za pomocą RS232 do komputera i wyświetlenie jej na ekranie monitora. Za pomocą tej aplikacji dokonaj pomiaru częstotliwości za pomocą oscyloskopu. Okład pomiarowy zawiera Rys Na podstawie figur Lissajous zmierzyć kilka częstotliwości f x porównując je z częstotliwościami f w generatora wzorcowego ZADANIE 26. Zaprogramuj zdalne sterowanie generatorem za pomocą GPIB tak by co 100ms zmieniała się częstotliwość przebiegu sinus od 0.1Hz co 0.1Hz do 25Hz ZADANIE 27. Zbadaj charakterystykę Z=f(f) i znajdź częstotliwość rezonansową (dla której prąd i przyjmuje wartość najmniejszą, co odpowiada największej wartości zastępczej impedancji układu równoległego LC) dla równolegle połączonych cewki i kondensatora. wykorzystując do tego celu generator funkcyjny HM ZADANIE 28. Zaprogramuj cyfrowe wyjścia cdaq 9174 z modułem bidirectional digital I/O NI-9401 do sterowania czterema cyframi siedmio-segmentowego wyświetlacza LED. Wyświetlaną wartością ma być nastawa zegara systemowego z możliwością przełączenia do trybu godzin i min lub minut i sekund SPIS ZADAŃ DODADKOWYCH ZADANIE S.1. Zmodyfikuj Zadanie 2, tak aby częstotliwości, oraz czas trawania dźwięków realizowany był losowo. Częstotliwośc zmienna w zakresie 0-10kHz, a długoś 0-1sek ZADANIE S.2. Zbadaj możliwość prezentacji wyników w formie graficznej ZADANIE S.3. Dokonać pomiaru przebiegów okresowych, generowanych przez generatory sin z i bez zachowania zaleceń wynikających z Twierdzenia Kotielnikowa-Shannona. Należy zarejestrować zjawisko nakładania się widm oraz błędnego odczytu częstotliwości spowodowanej niewłaściwym doborem okresu próbkowania ZADANIE S.4. Napisz program do akwizycji danych z multimetru BRYMEN BM202 poprzez RS

8 ZADANIE S.5. Wykonaj poprzednie zadanie wykorzystując interfejs GPIB oscyloskopu i porównaj prędkośc transmisji danych w stosunku do RS232. Jaki jest średni czas transferu dla obu interfejsów? ZADANIE S.6. Zdejmij charakterystykę częstotliwościową Bode amplitudy L[dB]=f(ω[rad/sek]) członów całkującego o stałej czasowej 0.05 (rezystor R=33Ohm w szeregu z kondensatorem 1500uF)

9 CZĘŚĆ A 9

10 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki ĆW. 1. ŚRODOWISKO LABVIEW. ELEMENTY JĘZYKA PROGRAMOWANIA GRAFICZNEGO Opracował: dr inż. Andrzej Sobolewski Białystok, jesień

11 1.1. LABVIEW JAKO ŚRODOWISKO PROGRAMOWE Pakiet LabView jest ukierunkowany na programowanie systemów kontrolnoprogramowych w których wykorzystuje się akwizycję danych. Istotą działania programu jest używanie graficznego języka programowania algorytmów komunikacji i wymianie danych pomiędzy urządzeniami wchodzącym w skład systemu kontrolno- pomiarowego. Bardzo często program LabView jest nazywany przyrządem wirtualnym ( virtual instrument) lub krótko programem VI. Wynika to z zastosowania aplikacji napisanych w tym środowisku do pełnienia funkcji rzeczywistych przyrządów pomiarowych takich jak multimetry czy oscyloskopy i wiele innych. Każdy wirtualny instrument VI zawiera takie same elementy jak rzeczywiste urządzenie z ta różnicą, że operowanie nimi dokonywane jest za pomocą myszy i klawiatury komputera, na którym jest on uruchomiony. Po zgromadzeniu danych można, korzystając z biblioteki wirtualnych przyrządów pomiarowych, przetworzyć wyniki pomiarów za pomocą różnorodnych procedur np. cyfrowej analizy danych, filtracji cyfrowej, statystyki i analizy numerycznej, itd. Można również sterować oprogramowaniem i prezentacją wyników pomiaru poprzez interaktywny panel przyrządu pomiarowego. LabView jest w pełni zintegrowany do komunikacji z fizycznymi narzędziami pomiarowymi poprzez oprogramowanie interfejsów takich jak GPIB, VXI, PXI, RS 485, RS232 tworzący ten sposób Cyfrowy System Pomiarowy. LabView przystosowany jest również do połączenia z internetem za pomocą LabView web server i standardów programowych takich jak TCP/IP i ActiveX. LabView zawiera podstawowe biblioteki do akwizycji, analizy i prezentacji danych. Pozwala również analizować i śledzić poprawność wykonywanego programu tak jak to jest w językach programowania tekstowego. 11

12 Opis środowiska LabView LabView składa się z dwóch komponentów: Pulpitu (front panel), stanowi on graficzny interfejs użytkownika i znajdują się na nim wszelkie wirtualne narzędzia do komunikacji programu ze światem zewnętrznym Rys. 1.1 Wygląd pustego projektu panelu frontowego Diagramu (block diagram), stanowi edytor programu i zawiera strategię działania aplikacji zaprogramowaną w języku graficznym G. Rys. 1.2 Podział rodzajów ikon ze względu na funkcje programowe Działanie programu możliwe jest dzięki wykorzystywaniu: 12

13 Terminali (terminals) są one portami wejściowymi i wyjściowymi przesyłającymi informacje pomiędzy pulpitem i diagramem. Dane wprowadzone do elementów kontrolnych pulpitu wpływają do diagramu przez końcówki wejściowe (kontrolne). Dane wpływające do końcówek wyjściowych (wskaźnikowych) opuszczają diagram i przechodzą do odpowiednich elementów prezentacyjnych pulpitu. Końcówka jest generowana automatycznie w diagramie w momencie postawienia elementu kontrolnego lub prezentacyjnego na pulpicie. Reprezentuje ona port do określonego elementu pulpitu oraz typ danych wchodzących lub wychodzących, np. DBL -double. Węzłów (nodes) są obiektami wyposażonymi w wejścia i wyjścia danych realizującymi określone operacje podczas działania programu. W języku graficznym pełnią podobne role jak wyrażenia, operatory, funkcje i procedury w językach tekstowych. Przewodów (wires) służą do budowania połączeń (dróg przepływu danych) pomiędzy elementami diagramu. Każde połączenie może mieć tylko jedno źródło danych lecz może być rozgałęzione do wielu punktów odbioru danych. W zależności od typu przesyłanych danych połączenia są wyróżniane kolorami, stylem linii łączącej oraz jej grubością. Złe połączenia są zaznaczane czarną linią przerywaną. Konstrukcji sterujących (structures) języka graficznego zapewniają specyficzny sposób wykonania fragmentów kodu. Pozwalają realizować powtarzanie bloków kodu (pętle), warunkowy wybór wykonania bloków kodu (case) lub określić sekwencję wykonania bloków kodu. 13

14 W każdym z dwóch paneli programu dostępne są dwie palety narzędzi do wykorzystywania podczas tworzenia aplikacji, dostępne z Menu głównego Window. Palety Pulpitu: Rys. 1.3 Okno Tools i Controls dostępne w panelu frontowym Palety Diagramu: 14

15 Rys. 1.4 Okno Tools i Functions dostępne w panelu diagramu W paletach tych znajdują się narzędzia (podprogramy, tzw. SubVi) łatwe do wykorzystania w postaci Ikon. Ikona jest więc czymś w rodzaju procedury w tekstowych językach programowania. Strumień przepływu danych LabView działa na zasadzie przekazywania danych z jednego węzła diagramu do drugiego. Kolejność działania poszczególnych elementów programu jest więc zależna od 15

16 ukierunkowania strumienia przepływu danych. Węzeł bloku diagramu wykona przypisaną mu operację kiedy wszystkie jego wejścia będą skompletowane i dostępne. Wówczas dane wejściowe zostają przetworzone i przekazane jako dane wyjściowe do następnego węzła. W programie laboratorium, pierwsze zadanie, poświęcone będzie zaobserwowaniu tego właśnie zjawiska ELEMENTY JĘZYKA PROGRAMOWANIA GRAFICZNEGO G Instrukcje sterujące Podstawą programowania w języku G jest zrozumienie i opanowanie stosowanie konstrukcji sterujących, do których zaliczamy: konstrukcję sterującą Sequence, konstrukcja sterująca Case, konstrukcja Formula Node, pętla For Loop, pętla While Loop oraz operator Shift Register. Struktura Sequence: Konstrukcja Sequence odpowiada instrukcji grupującej {} w języku C. Służy ona do grupowania obiektów języka G co zwiększa przejrzystość programu i umożliwia wprowadzenie zależności czasowych pomiędzy fragmentami wykonywanego kodu. Struktura sekwencyjna składa się z jednej lub wielu ramek, które mogą zawierać kody programów wykonywanych etapowo w kolejności rosnącej zgodnie z numerem ramki sekwencji. Dane opuszczają strukturę w momencie kiedy ostatnia ramka kończy czynność. Wyjście danych poza strukturę odbywa się poprzez tunel, który może być podłączony tylko do jednego źródła informacji. Dane na wejściu tunelu są dostępne dla wszystkich ramek. 16

17 Rys. 1.5 Ramka (frame) struktury Sequence Tworzenie nowych ramek odbywa się poprzez wybranie z menu podręcznego dostępnego po kliknięciu prawym przyciskiem myszy, Add Frame After bądź Add Frame Before albo Duplikate Frame Do usunięcia wskazanej ramki służy opcja Remove Frame. Do przechodzenia danych pomiędzy jedną ramka a ramkami podsekwencyjnymi służą sekwencje lokalne. Aby Tworzyć lokalną sekwencję wybiera się Sequence Lokal>>Add. Pojawia się wówczas strzałki na krawędziach ramek, których kierunek będzie wskazywał na ramkę źródłową i ramki w sekwencjach lokalnych. Struktury wyboru Case Konstrukcja sterująca Case jest odpowiednikiem instrukcji wyboru if i switch w języku C. Konstrukcja ta umożliwia wykonanie odpowiedniego fragmentu kodu programu w zależności od wyników kodu programu wykonanego wcześniej. Konstrukcja sterująca Case umożliwia realizację jednej z wielu zdefiniowanej operacji. Każda zdefiniowana operacja znajduje się w osobnej ramce konstrukcji sterującej Case. Wybór aktywnej ramki dokonywany jest przez pole sektora. W przypadku, gdy do pola selektora dołączone jest wyrażenie logiczne istnieją dwie wartości FALSE i TRUE. Jeżeli do selektora jest podłączona wartość liczbowa, struktura może mieć od 0 do przypadków. Jeżeli do selektora podłączony jest element typu Numeric, to musi być jeden podschemat dla każdego elementu. Konstrukcja sterująca jest identyfikowana tak samo jak nazwa pozycji elementu typu Numeric. 17

18 Rys. 1.6 Ramka struktury Case Selektor można umieścić w dowolnym miejscu obramowania, może on również pozostać nie podłączony. Selektor automatycznie dostosowuje się do typu danych. Jeżeli zmieni się wartość połączenia do selektora z Numeric na boolean, przypadki 0 i 1 zmienia się na False i True. Pętle w LabView Realizowane są przez konstrukcje For Loop i While Loop wraz z operatorem Shift Register odpowiadają instrukcją iteracyjnym do.. while i for w języku C. Konstrukcje te służą do wielokrotnego wykonywania fragmentu kodu programu. Po zastosowaniu elementu Shift Register można je wykorzystać do obliczeń iteracyjnych. Pętla for W LabView pętla for pozwala na zdefiniowanie ilości iteracji prze podłączenie do N stałej o wartości całkowitej, oraz pozwala na odczyt z licznika iteracji przez podłączenie się do i. 18

19 Rys. 1.7 Przykład pętli For Pętla While Rys. 1.8 Przykład pętli While Podobnie jak w językach tekstowych pętla While posiada ;licznik iteracji i, który może być wykorzystywany do np. wyznaczenia warunku końca działania pętli jak również możliwość zdefiniowania warunku końca działania pętli. Pętla While wykonuje się 19

20 dopóki wartość logiczna elementu podłączonego do warunku końca pętli będzie miała wartość FALSE. Pętla sprawdzi wartość warunku po zakończeniu każdej iteracji. Rejestry przesuwne (Shift registers) Zarówno pętla for jak i While może być wyposażona w rejestry przesuwne (Rys. 1.8). Pojawiają się wówczas prostokąty na przeciwległych krawędziach ramek ze strzałkami w dół lub górę. Zwane rejestrami przesuwnymi., które używa się do przejścia danych z aktualnego warunku do następnej iteracji. Operatory rejestru przesuwnego, są to elementy przesyłu informacji, będące lokalnymi zmiennymi przechowującymi informacje z poprzednich iteracji. Historia danych sięga tak daleko ile elementów rejestru zostanie zdeklarowanych. Operator rejestru przesuwnego składa się z dwóch pól oznaczonych przez strzałki skierowane przeciwnie. Informacja wychodząca z rejestru przesuwnego, tzn. elementu ze strzałką w górę, doprowadzona jest do elementu ze strzałką skierowana w dół Formula Node(Formuła węzła) Rys. 1.9 Ramka Formula Node Bardzo ciekawym narzędziem jest formuła węzła. Pozwala ona na wpisanie zależności matematycznej pomiędzy danymi wejściowymi a wyjściowymi. Innymi słowy formuła ta wykonuje wyznaczania wartości funkcji jednej bądź wielu zmiennych. Określenie argumentów funkcji jak i jej wartości odbywa się za pomocą podręcznego Menu. Formula Node może więc służyć do wprowadzania wyrażeń znanych z języka C. W obrębie tego obiektu można stosować następujące operatory: arytmetyczne: + - znak plus, - - znak minus, 20

21 ++ - inkrementacja, -- - dekrementacja, + - dodawanie, - - odejmowanie, * - mnożenie, / - dzielenie, % - reszta z dzielenia, ** - wykładnik potęgi (operator niedostępny w C), logiczne:! - negacja (NOT), && - koniunkcja argumentów (AND), - alternatywa argumentów (OR), bitowe: ~ - negacja zestawu bitów, & ^ - koniunkcja zestawu bitów, - różnica symetryczna zestawu bitów, - alternatywa zestawu bitów, >> - przesunięcie w prawo, << - przesunięcie w lewo, relacji: == - równy,!= - różny, < - mniejszy, > - większy, <= - mniejszy bądź równy, >= - większy bądź równy. Inne:?: - operator warunkowy. Dostępne są również funkcje wbudowane : abs, acos, acosh, asin, asinh, atan, atanh, ceil, cos, cosh, cot, csc, exp, expm1, floor, getexp, getman, int, intrz, ln, lnp1, log, log2, max, min, mod, rand, rem, sec, sign, sin, sinc, sinh, sqrt, tan, tanh WYKONANIE ĆWICZENIA. ZADANIE 1. Budowa wirtualnego instrumentu VI (Virtual Instrument) Pulpit 1. Otwórz nowy panel frontowy przez wybranie File>>New VI lub przez skróty klawiszów <Ctrl-n>. Jeśli zamknięto wcześniej wszystkie VI wybierz New VI z okna dialogowego LabView 21

22 2. Możesz mieć dostęp do standardowej palety Controls przez wciśnięcie prawego klawisza myszy na otwartym panelu frontowym. 3. Wybierz Thermometer z palety Controls>>Modern>>Numeric, I umieść go na panelu frontowym. 4. Wpisz deg C w okno tekstowe label i kliknij klawisz Enter na palecie Tools albo kliknij na dowolnym miejscu panelu frontowego aby zaakceptować wprowadzony tekst. Uwaga! Jeśli klikniesz poza obszarem okna tekstowego bez wprowadzenia tekstu, etykieta przyjmie nazwę domyślną Thermometer. Aby ponownie pojawiła się etykieta z tekstem, kliknij prawym przyciskiem myszy na kontrolce i zaznacz Visible Items»Label z podręcznego menu. 5. Kliknij prawym przyciskiem myszy na termometrze i zaznacz Change to Control z podręcznego menu. 6. Aby uczynić dokładniejszym sposób wyświetlania wartości temperatury zaznacz właściwość Digital Display visible. Aby tego dokonać kliknij prawym przyciskiem myszy na termometrze i zaznacz Visible Items»Digital Display z podręcznego menu. W tym momencie mamy termometr wyskalowany w stopniach Celcjusza. Teraz potrzebny nam będzie termometr wskazujący wartość temperatury w stopniach Fahrenheit. 7. Zaznacz inny termometr z palety Controls>>Modern>>Numeric i umieść go w dowolnym miejscu panelu frontowego. 8. Nazwij ten termometr deg F tak jak to zrobiłeś w kroku 3 i zaznacz Digital Display visible jak to zrobiłeś w kroku 5. 22

23 Rys Panel frontowy konwertera Ponieważ ten termometr będzie wyświetlał wartości temperatury w stopniach Fahrenheit, zmień skalę termometru tak aby odczytywał więcej niż 100 stopni. 9. Aby zmienić skalę na termometrze, użyj narzędzi z palety Tools Labeling lub Operating do edycji górnej wartości skali i wpisz 212, co w stopniach Fahrenheit odpowiada 100 stopniom Celcjusza. 10. Powinieneś uzyskać panel frontowy podobny do tego na rysunku poniżej: Diagram 1. Otwórz okno Diagram zaznaczając Window»Show Diagram, albo kliknięciem okna diagramu umiejscowionym poza panelem frontowym. Możliwe jest również użycie klawiszów skrótu <Ctrl-e> do przełączenia pomiędzy oknem diagramu a pulpitem Zauważ, że pojawiły się na oknie diagramu dwa bloki. Te obiekty są terminalami, które odnoszą się do termometrów na pulpicie. Aby przekonwertować temperaturę w stopniach Celcjusza do temperatury w stopniach Fahrenheit, przemnóż wartość w Celsjuszach przez 1.8 i dodaj 32. Użyj funkcji z palety Functions>> Programming>>Numeric do budowy diagramu, który dokona takiej konwersji. 2. Zaznacz Window»Show Functions Palette aby udostępnić paletę Functions. Możesz również uzyskać dostęp do palety Functions poprzez kliknięcie prawym klawiszem myszy na dowolnym miejscu okna diagramu. 3. Wybierz blok mnożenia Multiply z palety Functions>> Programming>>Numeric i umieść go na dowolnie wybranym miejscu okna diagramu po prawej stronie terminala termometru deg C. Uwaga! Kiedy przytrzymasz blok blisko terminala, LabView automatycznie połączy przewodami terminal z blokiem, kliknij przycisk myszy aby umieścić blok na oknie diagramu. Pamiętaj aby terminal termometru deg C był podłączony do bloku mnożenia. 4. (Opcjonalnie) Jeśli umieściłeś blok mnożenia bez podłączenia go przewodami do terminala deg C, należy go podłączyć poprzez wybranie narzędzia Wiring wykonując kolejne kroki jak następuje: a. Wybierz ikonę podłączenia Wiring z palety Tools. 23

24 b. Kliknij terminal deg C aby podłączyć terminal. Nie jest konieczne przytrzymywanie klawisza myszy. c. Przesuń mysz od terminala do bloku mnożenia i kliknij aby połączyć ze sobą te dwa elementy. 5. Należy przemnożyć stopnie Celcjusza termometru deg C przez 1.8. Kliknij prawym przyciskiem myszy na nie podłączonym wejściu bloku mnożenia i zaznacz Create»Constant. LabView stworzy numeryczna stałą wartość i podłączy ją do wejścia bloku mnożenia dając możliwość zdeklarowania wartości tej stałej. Wpisz 1.8 I kliknij na przycisk Enter lub kliknij myszą na dowolnym miejscu okna diagramu. 6. Tera należy dodać 32 aby zakończyć operacje obliczeń konwertujących. Wybierz blok dodawania Add z palety Functions>> Programming>>Numeric i umieść go na oknie diagramu po prawej stronie wyjścia bloku mnożenia. Kiedy pojawią się przewody łączące wyjście bloku mnożenia z wejściem bloku dodawania, kliknij myszą aby umieścić blok dodawania na diagramie. LabView automatycznie podłączy oba bloki razem. Jeśli bloki nie zostaną podłączone razem należy postąpić podobnie jak w kroku Kliknij klawiszem myszy na nie podłączonym wejściu bloku dodawania I zaznacz Create»Constant, tak jak to uczyniłeś w kroku 4. Wpisz 32 I kliknij ikonę przycisku Enter, albo kliknij na dowolnym miejscu okna diagramu. 8. Teraz gdy przemnożyłeś temperaturę w Celsjuszach prze 1.8 i dodałeś 32, potrzebne jest przekazanie przekonwertowanej wartości temperatury do termometru deg F. W tym celu należy: a. Zaznaczyć ikonę bloku Wiring z palety Tools. b. Kliknąć na wyjściu bloku funkcji dodawania i podłączenia do wejścia terminala termometru deg F. c. Przenieś mysz na terminal termometru deg F I kliknij przycisk myszy aby dokonać podłączenia. 9. (Opcjonalnie) Możesz rozmieścić elementy diagramu w dowolne miejsca na oknie z zachowaniem istniejących połączeń poprzez użycie narzędzia Positioning z palety Tools. Diagram jest teraz kompletny i powinien wyglądać podobnie do tego na rysunku poniżej: 24

25 Rys Kompletny diagram programu konwersji temperatury 10. Zaznacz File»Save I zapisz VI pod dowolną nazwą z rozszerzeniem.vi we wskazanym katalogu. Zapis I uruchomienie VI 1. Na panelu frontowym wybierz narzędzia Operating albo Labeling z palety Tools aby wpisać 37, co jest normalną temperatura ciała w Celsjuszach, w zadajniku cyfrowym termometru deg C. 2. Uruchom VI klikając ikonę Run button. Zauważ, że LabView konwertuje temperaturę w Celsjuszach do wartości 98.6 w stopniach Fahrenheit I wyświetla ją na termometrze deg F. Wpisz inną temperaturę w deg C i uruchom ponownie LabView. Zamknij VI wybierając File»Close. ZADANIE 2. Konstrukcja sterująca Sequence. W zadaniu tym ćwiczona będzie umiejętność sterowania strumienia danych na przykładzie programowania beepera komputera. W tym celu należy: 1. utworzyć nowy program.vi, 2. do okna Block Diagram wstawić obiekt Functions>>Programming>>Structures>>Flat Sequence, 3. z menu obiektu Sequence (prawy klawisz myszy na krawędzi obiektu) wybrać dwukrotnie Add Frame After. Powstaną trzy ramki jedna obok drugiej. 4. poszczególne obiekty programu połączyć zgodnie z Rys. 1.12, 5. położenie poszczególnych obiektów: 6. Functions>>Programming>>Timing>>Time Delay, 7. Functions>> Programming>>Graphics&Sound>>Beep.vi, 25

26 Rys Diagramy programów realizowanych w ZADANIE 2 8. podaj czas pomiędzy dźwiękami w [s] wybierając z palety Tools przycisk Connect Wire następnie najechać kursorem na wejście obiektu Beep.vi i wybierając z jego menu prawym klawiszem myszy opcję Create>>Control, 9. w podobny sposób utworzyć kontrolki częstotliwości Freguency i czasy trwania dźwięku Duration, 10. na wejściu bloku Beep o nazwie Use system alert? podobnie utworzyć stałą (PKL Create>>Constant) i ustawić ja na False ZADANIE 3. Konstrukcja sterująca Case 1. Program rozpoczynamy od wstawienia struktury Case. W tym celu z palety Functions>>Express>>Exec Control wybieramy strukturę Case i rozciągamy ją w oknie Block Diagram 2. Przejdź do okna Front Panel i z palety Controls wybierz Modern>>Ring & Enum>>Enum wybierz Menu Ring i przeciągnij go na okno Front Panel. 3. Kilknij pkl na tym elemencie i wybierz z podręcznego menu Edit Items. Otworzy się okno, w którym wpisz cztery polecenia add, subtract, muliply, divide. Po skończonej definicji opcji Items kliknij ok. 26

27 Rys Okno definicji opcji Case 4. W tym samym oknie Front Panel umieść dwie kontrolki Num Ctrl i jeden wskaźnik Num Ind. Oba elementy znadziesz w Controls>>Express>>Num Ctrls oraz Controls>>Express>>Num Inds. 5. Zmień nazwę wskaźnikowi na Result 6. Przejdź do okna Diagram i połacz Enum z selektorem? opcji Case 7. Kliknij pkl na krawędzi struktury Case i wybierz z menu Add Case for Every Value 8. Z palety Controls>>Express>>Arith & Compar>>Numeric wybierz elementy odpowiadające elementarnym działaniom zdefiniowanym w pętli Case tzn. 9. Umieść poszczególne elementy w odpowiadających im oknach wyboru i połącz wejścia z controlkami Num Ctrl a wyjście z Num Ind o nazwie Result 10. Uruchomić program sprawdzić i zrozumieć jego działanie, 27

28 Rys Diagramy programu realizowanego w ZADANIE 3. Opcja Multiply ZADANIE 4. Generowanie pseudolosowego sygnału binarnego (PRBS) za pomocą Formula Node 1. Utworzyć nowy program.vi, 2. Do okna Block Diagram wstawić obiekt Functions>>Programming>>Structures>>Formula Node, 3. Kliknij pkm na lewej krawędzi struktury i z menu obiektu Formula Node wybrać opcję Add>>Input. 4. Podobnie klikając na prawej krawędzi wybierz z menu Add Output. Spowoduje to pojawienie się wejścia i wyjścia, którym nadaj nazwy odpowiednio x i y. ( Rys. 1.1), 5. Wewnątrz formuły wstaw tekst jak na ( Rys. 1.1), 6. Z palety Functions>>Express>>Arith & Copmar>>Numeric wybierz Random Num I wstaw go do diagramu łącząc go z wejściem x. 7. Z palety Functions>>Programming>>Structures wybierz For Loop I wstaw ją tak, by obejmowała wszystkie dotychczas używane składniki diagramu. 8. Na wejściu N pętli For kilknij pkm i wybierz z menu Create Constant. W ten sposób zdefiniuj 100 iteracji pętli For. 9. Przejdź do okna Front Panel i z palety Controls>>Modern>>Graph Indicat wybierz Graph I przenieś go do okna Front Panel, 28

29 10. Uruchom program i zarejestruj sygnał PRBS w oknie Waveform Graph. 11. Przejdź do okna Diagramu i połącz Waveform Graph zgodnie z Rys. 1.1 Rys Diagram i Panel frontowy programu realizowanego w ZADANIE 4 ZADANIE 5. Tworzenie i użycie podprogramów VI. W celu ilustracji tworzenia i użycia podprogramów VI zostanie napisana procedura obliczająca wartość średnią ważoną dwóch liczb na podstawie wzoru: Y = ( x 1 *0.9 + x 2 *0.8 ) / 2 1. poszczególne obiekty programu połączyć zgodnie z Rys. 1.16, 2. zapisać program na dysku, Rys Diagram i Panel frontowy programu realizowanego w ZADANIE 5 29

30 3. w prawym górnym rogu okna Front Panel znajduje się ikona utworzonego programu, kursorem najechać na ikonę, nacisnąć prawy przycisk myszy i wybrać opcję Edit Icon, 4. zapoznać się z możliwościami edycji ikony, 5. ponownie najechać kursorem na ikonę, nacisnąć prawy przycisk myszy i wybrać opcję Show Connector. W prawym górnym rogu zostanie wyświetlona siatka wejść i wyjść programu (w edytowanym programie: 2 wejścia i 1 wyjście Rys. 1.17a), 6. w celu przypisania danych do siatki ikony kliknąć wejście danych, które zmieni kolor (Rys. 1.17b) następnie kliknąć obiekt x1 w oknie Front Panel, wejście danych z siatki ponownie zmieni kolor Rys. 1.17c), 7. przypisać dane do drugiego wejścia i wyjścia siatki ikony z Rys. 1.17a, 8. w celu utworzenia opisu podprogramu w oknie Front Panel wybrać opcję File>>VI Properties i wpisać tekst opisujący program w menu kontekstowym Menu kontekstowe pojawia się na ekranie po wyborze opcji Show Context Help, 9. zapisać program i zamknąć, 10. w celu wywołania podprogramu VI z programu VI utworzyć nowy program VI, 11. przejść do okna Blok Diagram i z palety Functions wybrać Select a VI.., odnaleźć wcześniej utworzony podprogram i wstawić do tworzonego programu, 12. w celu sprawdzenia czy podprogram VI jest prawidłowo wykonywany uruchomić program krokowo (przycisk Start Single Stepping ). Rys Terminale podprogramów 30

31 Rys Okno właściwości tworzonego podprogramu Rys Diagram i Panel frontowy programu wykorzystującego podprogram (SubVi) ZADANIA DODADKOWE ZADANIE S.1. Zmodyfikuj Zadanie 2, tak aby częstotliwości, oraz czas trawania dźwięków realizowany był losowo. Częstotliwośc zmienna w zakresie 0-10kHz, a długoś 0-1sek. 31

32 DODATEK. Klawisze skrótów w LabView 1. Panel i diagram Ctrl + E Przejście między oknem panelu i diagramu Podstawowy skrót o którym warto pamiętać. Podobnie działa podwójne kliknięcie na terminalu (wejściowym lub wyjściowym): na diagramie przełączy na panel i wskaże odpowiedni element, oczywiście działa również w drugą stronę. Ctrl + R Uruchomienie aplikacji Odpowiada naciśnięciu przycisku "Run". Ctrl +. (kropka) Zatrzymanie aplikacji Odpowiednik przycisku "Abort Execution". Ctrl + T Ustawienie obok siebie okna panelu i diagramu Opcja przydatna przy debagowaniu i analizie VI'a, często jednak wymaga pracy na wyższej rozdzielczości ekranu i. Ctrl + A Wyrównanie zaznaczonych elementów Pomaga przy porządkowaniu zaznaczonej grupy elementów na panelu lub diagramie. Wywołany skrót uaktywnia ostatnio wybrana opcję z palety Align Objects. Ctrl + D Rozmieszczenie zaznaczonych elementów Działanie podobne do poprzedniego skrótu: zastosowanie ostatniej wybranej dystrybucji dla zaznaczonej grupy elementów. Ctrl + Y Zapis historii VI'a: komentowanie przeprowadzanych zmian Opcją przydatna przy tworzeniu aplikacji przez długi czas. Komentarze są zapisywane w pliku VI'a jako Revision History. 32

33 Pytanie o zapisy dokumentujące historię VI'a mogą być ponadto ustawione w opcjach LabView i tworzone np. przy każdym zapisie zmian w VI'u do pliku. Historia jest wykorzystywana (opcjonalnie) przez opcję File>>Print przy tworzeniu dokumentacji, może zostać również zapisana w postaci pliku tekstowego (History>> Export to File..). Ctrl + M Zmiana trybu pracy: edycja / uruchomienie Tryb uruchomieniowy nie uruchamia VI'a, jednak pozwala np. na sprawdzenie zachowania kontrolek, rozmieszczenia elementów na panelu oraz ustawienie pułapek programowych (Breakpoints na palecie Tools) na diagramie. W tym trybie nie jest widoczna siatka umieszczona panelu i diagramie jeśli została uaktywniona: menu: Tools>>Options>>Alignment Grid: Warto zauważyć, że dostępna jest tutaj opcja "grid alignment" analogiczna do "Przyciągania do prowadnic" w programie Corel Draw. Dostępne jest również ustawienie stopnia kontrastu, czyli jasności linii siatki oraz jej rozmiar. Shift + strzałka Przesuwanie elementu lub zaznaczonej grupy ze skokiem równym rozmiarowi siatki Pomaga w szybkim przemieszczaniu elementów. Ctrl + Tab Przełączanie między kolejnymi otwartymi oknami VIs Skrót pozwalający np. odnaleźć i zamknąć odpowiednie okno. Przydatny przy przechodzeniu między dużą ilością otwartych okien subvis. Okna przełączane są tylko w obrębie środowiska LabView. Ctrl + Shift+ LKM Rączka (Scroll Window) Pozwala na precyzyjne przesuwanie płaszczyzny panelu lub diagramu wewnątrz okna. Działanie skrótu jest podobne do dłoni (Narzędzie Rączka) w programie Acrobat Reader. Uwaga praktyczna - opcja nie działa wewnątrz klastrów i kontrolek typu Tab (zakładki). Ctrl +?( lub /) Maksymalizacja lub powrót do poprzedniego rozmiaru okna Maksymalizuje aktywne okno VI'a. Przydatne w przypadku np. VI dialogowego, którego tylko część jest widoczna podczas pracy. Ctrl + LKM + przeciągnięcie kursorem 33

34 Rozciąga panel lub diagram Przydatna operacja, kiedy diagram lub panel robi się ciasny. Pomaga również gdy trzeba wprowadzić dodatkowe elementy. Shift + scroll (kółko myszy) Skok Szybkie przewijanie okna panelu lub diagramu. Shift + LKM Zaznaczanie Dodanie kolejnego elementu do już zaznaczonej grupy. 34

35 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki ĆW. 2. ŚRODOWISKO LABVIEW. PROCES WIZUALIZACJI I AKWIZYCJI DANYCH. Opracował: dr inż. Andrzej Sobolewski Białystok, jesień

36 2.1. WPROWADZENIE Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze środowiskiem programowym LabView zapoznanie się z podstawowymi strukturami programowymi języka G, zapoznanie się ze sposobem tworzenie podprogramów z reprezentacją graficzną GRAFIKA W LABVIEW Graficzna prezentacja wyników może odbywać się na wiele sposobów. Najczęściej wykorzystywane bloki biblioteki Graph to Waveform Chart, Waveform Graph, XYGraph. Biblioteka Graph przedstawiona jest na Rys. 2.1 Rys. 2.1 Biblioteka narzędzi graficznych dostępna w oknie Pulpitu. Istotą różniącą te trzy sposoby wyświetlania grafiki jest sposób prezentowania danych. W przypadku Waveform Chart aby wyświetlić wykres na ekranie wystarczy podać wartość liczbową, która zostanie naniesiona na wykres utworzony z poprzednio prezentowanych próbek. Na osi X będą wówczas prezentowane kolejne próbki. 2-36

37 Waveform Graph wymaga natomiast podania wszystkich próbek, z których ma być stworzony wykres. XYGraph podobnie jak Waveform Graph wymaga zestawu i w tym wypadku dwuwymiarowej tablicy próbek. Ze specyfiki narzędzi graficznych w LV wynika praktyczne ich zastosowanie. Waveform Chart stosuje się zwykle w pętli programowej i wykres tworzony jest na bieżąco. Pozostałe dwa stosowane są zwykle poza pętlą OPERACJE DYSKOWE Operacje dyskowe dogodnie jest przeprowadzać wykorzystując elementy biblioteki narzędzi palety Functions>>Programming>>File I/O, przedstawionej na Rys Znajdujące się w niej narzędzia pozwalają na przyprowadzanie prostych, typowych operacji dyskowych jak również bardziej zaawansowane operacje. Najczęściej wykorzystywane bloki to Write i Read Spreadsheet. Służą one odpowiednio do zapisu bądź odczytu arkuszy zawierających tablicowane dane. Oba bloki wymagają podania nazwy pliku, w którym ma być dokonany zapis lub odczyt danych. Jeśli jednak taka nazwa nie zostanie podana wówczas otwiera się okno dialogowe, w którym użytkownik powinien wskazać ten plik. 2-37

38 Rys. 2.2 Zawartość Biblioteki File I/O OPERACJE ŁAŃCUCHOWE Operacje na łańcuchach dokonać można za pomocą narzędzi znajdujących się w palecie Functions>>Programming>>String. Zawartość biblioteki widoczna jest na Rys Znajdują się w niej bloki służące do operacji na łańcuchach i należą do nich m.in. bloki do łączenia łańcuchów znaków (Concatenate String), poszukiwania liczby w łańcuchu (Scan from String). Mamy też do dyspozycji stałe w postaci dowolnie zdefiniowanych łańcuchów oraz znaków specjalnych takich jak CR (Carriage Return) LF (Line Feed), czy też znak tabulacji (Tab Constatnt). Nie mniej ważnym i często używanym fragmentem tej biblioteki jest zestaw bloków do konwersji z łańcucha na liczby i odwrotnie (String/ Number Convertion) 2-38

39 Rys. 2.3 Zawartość biblioteki String 2.5. WYKONANIE ĆWICZENIA ZADANIE 6. Napisz program do wykreślania na wspólnym wykresie przebiegu zmiennej losowej i jego mediany (średniej ruchomej). Wykres powinien być tworzony w trybie nadążnym dla 100 realizacji wartości zmiennej generowanej losowo. Przykład diagramu do tego zadania zawiera Rys Rys. 2.4 Przykład diagramu wykorzystującego elementy graficzne 2-39

40 Realizacja programu. Program ten ma zadanie pokazania różnicy w działaniu dwóch narzędzi do graficznego przedstawiania wyników. Są to Chart i Graph z palety Controls>>Modern>>Graph. Generowany jest losowo przebieg za pomocą generatora liczb losowych z palety Functions>>Programming>>Numeric>>Random Number(0-1). 1. Zadanie wykonaj wykorzystując wcześniej realizowane Zadanie 4 usuwając z niego Formula Node. 2. Generator losowy Rundom Num wywołany w pętli For N razy pozwala na prezentację wartości chwilowej jak również wartości średniej ruchomej pseudolosowego przebiegu. 3. Średnią ruchomą realizuje się za pomocą Mediany z palety Functions>>Signal Processing>>Point by Point>>Probability & Statistic PtByPt. Należy zdefiniowac długośc rejestru klikając pkm na wejściu Sample Length bloku Madian PtByPt i utworzeniu kontrolki za pomocą Create Control z podręcznego menu. Domyślna długoś rejestru to Każda nowa realizacja zmiennej losowej jest dodawana do poprzednio zarejestrowanych i dzielona przez liczbę zgromadzonych realizacji. 5. Generowana jest postać graficzna obu przebiegów wartości chwilowej i średniej ruchomej za pomocą Waveform Chart z palety Controls>>Modern>>Graph. Który należy umieścic w oknie Front Panel. 6. Możliwość wyświetlenia oby wartości na wspólnym ekranie realizuje się za pomocą multipleksera Bundle dostępnego z palety Functions>>Programming>>Cluster. 7. Aby wyświetlić grafikę za pomocą Graph najpierw należy skompletować dane do wyświetlenia. Odbywa się to za pomocą autoindeksowania wyjścia pętli For. Za jego pomocą tworzony jest zestaw danych dostępny do dalszego wykorzystania po wykonaniu zdeklarowanej ilości iteracji pętli. Autoindeksowanie włącza się bądź wyłącza prawym przyciskiem myszy na wyjściu tunelu pętli For. Włączone autoindeksowanie sygnalizowane jest nawiasami kwadratowymi na wyjściu tunelu. Pełny prostokąt świadczy o wyłączonym autoindeksowaniu. 2-40

41 Rys. 2.5 Przykład Pulpitu wykorzystującego elementy graficzne ZADANIE 7. Napisz program prezentujący na wykresie XY krzywe Lissajous jakie będą tworzyć sygnały okresowe o różnych częstotliwościach i fazach. Utwórz program, którego diagram przedstawia Rys Nowe elementy, które nie były używane do tej pory to: Merge Signals z palety Functions>>Express>>Sig Manip. Sine Waveform z palety Functions>>Programming>>Waveform>>Analog Waveform>>Waveform Generation 1. W oknie Front Panel wstaw dwa okna graficzne Graph i XYGraph z palety Controls>>Modern>>Graph. XY Graph w oknie diagramu automatycznie wyposarzone będzie w blok Build XY Graph. 2. Wstaw blok Sine Waveform i zdefiniuj jego wejścia Frequency, Phase oraz Reset Signal klikając pkm na odpowiednich wejściach. 3. Po skonfigurowaniu bloku Sine Waveform zaznacz myszą go i wszystkie jego elementy konfiguracyjne i skopiuj je tak by w diagramie obsługiwane były dwa niezależne bloki generujące falę sinusoidalną. 4. Połacz pozostałe elelemnty zgodnie z Rys i uruchom program. 5. Zarejestruj kilka krzywych Lissajous manipulując częstotliwością i fazą fal sinusoidalnych. 2-41

42 Rys. 2.6 Diagram do wyznaczania krzywych Lissajous Rys. 2.7 Front Panel programu z zadania 7 ZADANIE 8. Napisz program, w którym wykorzystasz pętlę While do zapisu danych i czasu ich wygenerowania do pliku. Przykład diagramu zawiera Rys

43 Rys. 2.8 Przykładowy diagram generowania danych I zapisywania ich do pliku o wskazanej lokalizacji Działanie programu. Generator liczb losowych Rundom Number (N1) generuje liczbę z zakresu 0-1. Za pomocą konwersji dokonanej przez Number to fractional string (C1) dana w postaci liczbowej zostaje przedstawiona w postaci Stringowej. Liczba zakodowana jako zestaw znaków ASCII zostaje doprowadzona do Concatenate String (S4), który pełni rolę elementu łączącego ciąg znaków, które będą zapisywane do pliku za pomocą Write to text file (F1). Oprócz danej pochodzącej z konwertera (C1) zapisana zostanie również informacja o czasie wygenerowania danej. Dodatkowo przesłane zostaną również dwa znaki sterujące Tabulator (S2) i Enter (S3). W sumie do zapisu wysyłany jest ciąg znaków o formacie: godz:min:sek ;TAB ; dana ; CR Wynik działania programu to stworzenie pliku o nazwie i ścieżce dostępu wskazanej przez stałą (F3) zawierającego dwie kolumny tekstowe. Pierwsza kolumna zawiera czas wygenerowania liczby a druga sama wartość liczby. Każda z kolumn ma 10 wierszy. Do działania programu użyto narzędzi, których zestawienie zostało pogrupowane wg przynależności do odpowiedniej palety i katalogu palety Functions. 2-43

44 Opis użytych bloków: Functions>>Programming>>String S2 Tab Constant S3 S4 Carriage Return Constant Concatenate Strings Functions>>Programming >>String>>String/Number Conversion C1 Number To Fractional String Functions>>Programming >>Numeric N1 Rundom Number (0-1) Functions>>Programming >>Time & Dialog T1 Get Date/Time String T2 Wait Until Next ms Multiple Functions>>Programming >>File F1 Write Characters To File F2 F3 Open/Create/Replace File Path String Użyto również stałych CON1..CON4, które można zdeklarować klikając prawym przyciskiem myszy na wejściu odpowiedniego bloku. Wynikiem działania tego programu jest utworzenie pliku example.txt we wskazanej lokalizacji (C:\) którego zawartością są dwie kolumny liczb (kolumna czasu i danych generowanych losowo) i jest zamieszczona poniżej: 13: : : : : : : : : : ZADANIA DODATKOWE ZADANIE S.2. Zbadaj możliwość prezentacji wyników w formie graficznej Nakładanie wykresów 2-44

45 Często wygodnie jest przedstawiać wykresy porównawcze. W takich wypadkach można skorzystać z kilku wariantów. Wymienimy trzy sposoby przedstawiania dwóch wykresów na wspólnym oknie graficznym. Załóżmy, że chcielibyśmy przedstawić na wspólnym wykresie przebiegi funkcji sin i cos. Rys. 2.9 Diagram obrazujący sposoby nakładania wykresów Dwa wykresy na jednym XY Graph ten sposób umożliwia przedstawienie dwóch przebiegów, dla których posługujemy się tą samą skalą osi x. Rys Dwa wykesy na xygraph we wspólnej skali osi x Dwa wykresy na jednym Waveform Graph ten sposób umożliwia przedstawienie dwóch przebiegów, dla których na osi x będą indeksy. W przypadku przebiegów czasowych możemy utracić w ten sposób wspólną skalę czasu 2-45

46 Rys Dwa wykesy na Waveform Graph Jeden wykres na XYGraph ten sposób umożliwia przedstawienie dwóch przebiegów, przy czym jeden jest na osi x drugi na y Rys Dwa wykesy na Waveform Graph 2-46

47 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki ĆW. 3. REALIZACJA PRZYRZĄDU WIRTUALNEGO PRZY POMOCY KARTY POMIAROWEJ ADVANTECH PCI 1711 Opracował: dr inż. Andrzej Sobolewski Białystok, jesień

48 3.1. WPROWADZENIE Newralgicznym punktem komputerowego systemu pomiarowego jest urządzenie umożliwiające podłączenie sygnałów podlegających pomiorom. Mogą być to urządzenia wyposarzone w interfejsy pomiarowe albo karty pomiarowe. Przykładem takiej karty jest Advantech PCI 1711, której wykorzystanie jest celem niniejszego ćwiczenia ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO Karta DAQ Advantech PCI1711 Terminal łaczeniowy PCLD 8710 Kabel transmisyjny 37-pinowy DB-37 (PCI-1711) Generator funkcyjny z funkcją gaussian noise, lub zestaw MAO z generatorem PRBS Zainstalowany Advatech LabView Driver Biblioteki VI o Functions>>Express>>Signal Analysis o Functions>>User Library >> Laboratoria >> PCI 1711 o Functions>>Programming >> Timing Rys. 3.1 Karta PCI

49 Rys. 3.2 Rozplanowanie elementów znajdujących się na płytce terminala PCLD 8710 Programowanie PCI-1711 w LabView może być przeprowadzone za pomocą kompaktowych instrumentów VI do komunikacji z kartami Advantecha. Dostępne są one w bibliotece User Library >> Laboratoria >> PCI Tabela 1. Ikony programów do komunikacji z kartą PCI 1711 Jedno wejście (AI 0 ) Jedno wyjście (AO 0) Dwa wejścia (AI 0,1) 3-49

50 Dwa wyjścia (AO 0,1) 3.3. OPIS ĆWICZENIA Ćwiczenie polega na oprogramowaniu karty PCI 1711 do pomiarów sygnałów napięciowych, ich analizy statystycznej i wizualizacji przy różnycch okresach próbkowania. Żródłem sygnału pomiarowego może być generator funkcyjny generujący szum gausowski, lub wyjście szybkiego filtra 1 zestawu laboratoryjnego MAO pobudzonego sygnałem binarnym pseudo-losowym PRBS. Analiza statystyczna polega na wyznaczeniu parametrów próby pomiarowej (jednej realizacji mierzonej zmiennej s(n), gdzie n jest liczbą mierzonych próbek) w postaci wartości średniej, max, min, odchylenia standardowego jak również histogramu WYKONANIE ĆWICZENIA. ZADANIE 9. Należy zbudować wirtualny przyrząd pomiarowy realizujący zadanie pomiaru napięcia i rejestracji przebiegów czasowych wykorzystując Advatech LabView Driver odczytujący dane mierzone za pomocą PCI Mierzone napięcia mają być generowane przez generatory funkcyjne sinus. Sprawdź ile czasu potrzeba na zrealizowanie jednej iteracji pomiarowej. Nowym elementem programu jest Elapsed Time z palety Functions>>Express>>Exec Control. Przykład programu wykorzystującego przedstawione podprogramy znajduje się na Rys

51 Rys. 3.3 Przykładowy program wykorzystujący driver karty PCI Opis działania programu przykładowego. Ikona ADV_1AI znajdują się w bibliotece User Libraries>>Laboratoria>> PCI ADV_1AO służy do odczytania wartościpotencjału napięcia na kanale AI 0 (Analog Input kanał 0). AI 0 jest indeksowane i po zgromadzeniu 250 pomiarów jest wyświetlany za pomocą Waveform Graph w formie graficznej. Podobinie wyświetlany jest czas zarejestrowany w czasie każdego pomiaru za pomocą bloku Elapsed Time. Oba pomiary wykreślane są na wspólnym wykresie XYGraph. Wskaźnik Elapsed Time (s) wykazuje ostatnią zmierzona wartośc czasu, co pozwala zbadac czas pomiaru 250 próbek. UWAGA! System Windows jest wielowątkowy, co ma znaczący wpływ na dokładność pomiarów. Jeśli w tle działają jakieś aplikacje to procesor musi zapewnić dostęp do swoich zasobów każdej z nich. Im więcej aplikacji tym mniej czasu na ich obsługę. Możliwe jest więc przekroczenie czasu przewidzianego na obsługę zadań, co w przypadku aplikacji pomiarowych prowadzi w konsekwencji do nieprawidłowych pomiarów. Aby uniknąć tego zjawiska można uprzywilejować niektóre z aplikacji nadając im wyższy priorytet obsługi. Dokonać tego można w Menadżerze zadań Windowsa (Ctr, Alt, Del), wskazując aplikację i nadać jej jeden z wyższych priorytetów wykonywalności. 3-51

52 Rys. 3.4 Okno Menadżera zadań Windows z przykładem ustawienia priorytetu aplikacji LabView ZADANIE 10. ZADANIE 11. W układzie z Rys. 3.3 zbadaj średni czas wykonania jednej iteracji mierząc 10-cio [Hz] sygnał sinusoidalny w ciągu jednej sekundy. Sprawdź jakość mierzonego sygnału i poziom średniej czasu iteracji wraz z jego wartościami chwilowymi (waveform Chart umieszczony wewnątrz pętli for) w sytuacji gdy w tle uruchomianona jest inna aplikacja (np. odtwarzany plik mpg4, klawisz PrintScrean, skaner antywirusowy) Zaprogramuj wykreślenie wyników pomiarów z poprzedniego zadania na wykresie XYGraph, gdzie na oś x należy podać zindeksowany wektor czasu zarejestrowania każdej próbki a na oś y zindeksowany wektor wartości każdej próbki (Rys. 3.5). Kliknięcie na tunelu danych prawym klawiszem myszy otworzy podręczne Menu z opcją włączenia indeksacji). Indeksacja umożliwi dostęp do wszystkich zarejestrowanych danych. Brak indeksacji zapewni dostęp tylko do ostatniej pary czasu i wartości danych z serii pomiarowej. 3-52

53 Rys. 3.5 Sposób włączenia indeksacji wymaganej do skonfigurowania wejść XYGraph. Rys. 3.6 Sposób podłączenia XYGraph Porównaj kształt wykresów XYGraph z Waveform Chart. Skomentuj wyniki obserwacji. Wykonaj to zadanie nadając LabView w Menadżerze zadań Windows Niski, Normaly i Wysoki priorytet. ZADANIE 12. Dokonaj pomiaru 100 próbek sygnału gaussowskiego (lub sygnału z wyjścia Filtra 1 pobudzonego sygnałem PRBS) i wyznacz jego statystyczne parametry w postaci wartości średniej, min, max, odchylenia standardowego, oraz histogramu. Bloki do analizy statystycznej znajdziesz w lokalizacji Functions>>Express>>Signal Analysis. Należy je podłączyć do zindeksowanych wektorów danych. ZADANIA DODATKOWE ZADANIE S.3. Dokonać pomiaru przebiegów okresowych, generowanych przez generatory sin z i bez zachowania zaleceń wynikających z Twierdzenia Kotielnikowa- Shannona. Należy zarejestrować zjawisko nakładania się widm oraz błędnego odczytu częstotliwości spowodowanej niewłaściwym doborem okresu próbkowania. 3-53

54 3.5. SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ Diagramy aplikacji Zrzuty z ekranów przedstawiające wyniki pomiarów, Dyskusję praktycznego znaczenia Twierdzenia Kotielnikowa-Shannona w odniesieniu do granicznych możliwości próbkowania karty PCI 1711 Omówienie minimalnych czasów próbkowania dla karty PCI 1711 i zbadanie ich wartości. Omówienie wpływu wielowątkowości systemu Windows na dokładność pomiarów. 3-54

55 3.6. DODATEK Częstotliwość próbkowania Ważnym parametrem kart pomiarowej jest częstotliwość próbkowania wejścia analogowego. Do pomiaru sygnału o dużej częstotliwości należy wykorzystać kartę o dużej maksymalnej częstotliwości próbkowania. Obecnie produkowane karty pomiarowe posiadają maksymalną częstotliwość próbkowania od kilkudziesięciu kilo Herców do kilku Mega Herców. Częstotliwość określa nam ile próbek jest pobieranych w jednostce czasu. Podawana przez producentów maksymalna częstotliwość próbkowania odnosi się do jednego kanału. Wykonując pomiar w kilku kanałach otrzymamy maksymalną częstotliwość próbkowania proporcjonalnie mniejszą. Częstotliwość próbkowania musi być co najmniej dwa razy większa od maksymalnej częstotliwości występującej w mierzonym sygnale co wynika z Twierdzenia o próbkowaniu Kotielnikowa- Shannona, które mówi, że sygnał ciągły może być ponownie wiernie odtworzony z sygnału dyskretnego, jeśli był próbkowany z częstotliwością co najmniej dwa razy większą od granicznej częstotliwości swego widma. Tę częstotliwość graniczną nazywa się częstotliwością Nyquista f N. Jeśli częstotliwością Nyquista f N sygnału próbkowanego przekracza połowę częstotliwości próbkowania f s, to kolejne powtarzające się widma zaczynają się na siebie nakładać. Mówimy wówczas o zjawisku aliasingu Parametry karty PCI -1711: Karty przeznaczone do zastosowań w przemysłowych procesach kontroli i monitorowania. Stosowane w aplikacjach wykorzystujących przetworniki i czujniki a także wielokanałowe pomiary napięcia (DC). Karty wyposażono w 12 bitowy przetwornik A/C oraz w pamięć FIFO 1k próbek szybkość przetwornika A/C 100 khz liczba kanałów A/C: 16 SE (ze wspólną masą) wejściowe zakresy napięciowe bipolarne: 10, 5, 2,5, 1,25, 0,625 V transmisja danych z karty: programowa lub na przerwaniu liczba kanałów C/A: 2 (tylko PCI-1711) wyjściowe zakresy napięciowe: V, V 16 wejść i 16 wyjść cyfrowych jeden 16 bitowy licznik/czasomierz (podstawa czasu: 10 MHz) złącze doprowadzania sygnałów SCSI-II 68 Pin wymiary 175 x 100 mm 3-55

56 Karty PCI-1711 w odróżnieniu od PCI-1711/L posiadają dodatkowo dwa wyjściowe 12 bitowe kanały analogowe. Wyposażenie dodatkowe: PCLD-8710 zewnętrzny terminal zaciskowy PCL kabel 68 Pin SCSI-II ekranowany 1 m z męskimi wtykami na obu końcach umożliwiające połączenie karty z terminalem PCLD Karta PCL 1711 Advantech jako źródło danych w VI Aby móc czytać dane z karty PCI za pośrednictwem LabView należy użyć driverów do kart Advantech serii PCI 1711 zainstalowanych dodatkowo do pakietu PCL. Firma Advantech udostępniła na swoich stronach 32 bitowy Labview Driver dla Windows. Pakiet ten zawiera niezbędne biblioteki umożliwiające czytanie z kart Advantech w środowisku LabView. Rys. 3.7 Zawartość biblioteki Advantech DA&C w zakładce User LIbraries 3-56

57 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki ĆW. 4. METODY PRĄDU STAŁEGO POMIARU REZYSTANCJI I POJEMNOŚCI Opracował: dr inż. Andrzej Sobolewski Białystok, jesień

58 4.1. WPROWADZENIE Miernik pojemności czy rezystancji może być bardzo przydatny do szybkiego oszacowania wartości parametrów rezystorów i kondensatorów. W ćwiczeniu wykorzystana zostanie metoda prądu stałego do wyznaczania pojemności i rezystancji ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO Karta DAQ Advantech PCI1711 Terminal łaczeniowy PCLD 8710 Kabel transmisyjny 37-pinowy DB-37 (PCI-1711) Zainstalowany Advatech LabView Driver Biblioteki VI o Functions>>Express>>Signal Analysis o Functions>>User Library >> Laboratoria >> PCI 1711 o Functions>>Programming >> Timing 4.3. WYKONANIE ĆWICZENIA. ZADANIE 13. Dokonaj pomiaru rezystancji Rezystancję można wyznaczyć za pomocą pomiaru napięcia na badanym rezystorze, będącym składnikiem dzielnika napięcia połączonego wg schematu jak na Rys. 4.1 U R w i R U R Rys. 4.1 Schemat wykorzystywanego dzielnika napięcia do pomiaru rezystancji Znając rezystancję wzorcową R w oraz wartości napięcia zasilającego o amplitudzie U oraz mierzonego o amplitudzie Ur poszukiwana rezystancję znajdziemy posługując się zależnością: 4-58

59 R U U (4.1) R R = = RW (4.1) i U U R ZADANIE 14. Wyznacz pojemność kondensatora mierząc czas relaksacji τ, który określa czas jaki musi upłynąć do momentu, gdy wartość początkowa prądu kondensatora spadnie o e razy. (e podstawa logarytmu naturalnego) (4.2) i0 i = (4.2) e Znajomość czasu relaksacji pozwoli wyznaczyć wartość pojemności C, przy znanej wartości rezystancji R wg zależności : τ RC = τ C = (4.3) R Do wyznaczenia pojemności potrzebna jest więc jedynie znajomość czasu relaksacji i wartości Rezystancji wzorcowej. R Do budowy wirtualnego narzędzia pomiarowego umożliwiające pomiar pojemności metodą rozładowania sugeruje się wykorzystanie karty Advantech PCI-1711 (biblioteka User Libraries >> Laboratoria>> PCI1711), gdyż zdjęcie napiecia z jej wyjścia AO jest równoważne ze zwarciem tego potencjału z masą. (4.3) Rys. 4.2 Diagram do wyznaczenia pojemności w czasie rozładowywania kondensatora. W diagramie tym wykorzystano sekwencyjność programowania karty PCI 1711 za pomocą której w łatwy sposób można wyznaczyć wartość pojemności C. Czas 4-59

60 wyskalowano w [sek], wartość rezystancji wzorcowej R w [MOhm]. Wynik przedstawiony będzie wówczas w [uf]. Program działa następująco. Działanie jest dwuetapowe. W pierwszym etapie (sekwencji) następuje ładowanie kondensatora (Rys. 4.2). Po czasie zwłoki na ładowanie kondensatora realizowanej za pomocą bloku Waitms Rys. 4.3 Diagram realizujący opóźnienie programowe. program przechodzi do drugiego etapu (na Rys. 4.2 kolejne sekwencje), w którym wyznaczone zostaną warunki początkowe (napięcie na naładowanym kondensatorze) oraz określony zostanie czas rozpoczęcia procesu rozładowania kondensatora. Wyznacza się również czas relaksacji do którego porównuje się wartość napięcia kondensatora, która spada do wartości mniejszej e-razy od wartości początkowej. Czas jaki upłynie do tego momentu jest wykorzystywany do wyznaczenia wartości pojemności kondensatora. Proces jest zatrzymywany w chwili, gdy osiągnięty zostanie pożądany spadek wartości napięcia wykrywany przez blok porównania jest dwustanowe i decyduje o warunkach zakończenia działania pętli.. Jego wyjście 4-60

61 4.4. SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ Diagramy aplikacji Zrzuty z ekranów przedstawiające charakterystyki prądów i napięć badanych elementów R, C Wyniki pomiarów rezystancji i pojemności, Dyskusję na temat wartości napięcia zasilającego i częstotliwości próbkowania na dokładność pomiaru rezystancji i pojemnosci. Wyniki przedstaw w tabeli. 4-61

62 4.5. DODATEK Pomiar pojemności metodą rozładowania kondensatora Przy pomiarach impedancji o charakterze pojemnościowym, wartość pojemności określa się ze wzoru: C X 2 X 2 X (4.4) 1 = (4.4) 2 π f Z R Dla niewielkich wartości częstotliwości (technicznych ok. 10Hz) przy pomiarach pojemności metodą techniczną można pominąć rezystancję R X kondensatora i wówczas dla układu połączenia jak na 0 U R w i C U C Rys. 4.4 Schemat wykorzystywanego dzielnika napięcia do pomiaru rezystancji (4.5) Do wyznaczenie pojemności można również posłużyć się podobną metodą wykorzystującą dzielnik napięcia. Z tą różnicą, że miejsce nieznanej rezystancji R zajmie w nim nieznana pojemność C. Badana jest wówczas charakterystyka rozładowania kondensatora. Proponowana metoda pomiaru polega on na badaniu charakterystyki kondensatora w układzie z 0 w czasie jego rozładowywania (U = 0). Pomiar zaczyna się w momencie gdy kondensator został właśnie naładowany do wartości napięcia zasilającego U. Wówczas U c =U. Przyjmując oznaczenie R w miejsce Rw na 0, równania Kirchoffa dla takiego układu będą wyglądać następująco: (4.6) Ur + Uc = 0 (4.5) (4.7) 1 + t Ri idt = 0 (4.6) C Różniczkując obustronnie to równanie otrzymamy postać: 0 (4.8) 4-62

63 R di 1 + i = 0 dt C (4.7) Proste przekształcenia doprowadzają nas do postaci równania: Które poddane całkowaniu di i Rozwiązaniem równania jest wyraz: (4.9) dt = (4.8) RC di 1 = dt i RC (4.10) (4.9) t ln i = + ln A (4.10) RC A jest tu wyrazem wolnym całkowania, stałą której wartość można wyznaczyć w warunkach początkowych. Jeśli czas t=0 wówczas A=i0 t ln i = + ln i0 (4.11) RC Wartość chwilowa prądu i podczas rozładowywania kondensatora zależy więc funkcyjnie wykładniczo od czasu ze stałą czasową o wartości RC i = e i0 t RC (4.11) (4.12) (4.13) (4.12) Wprowadzane jest pojęcie czasu relaksacji τ, który określa czas jaki musi upłynąć do momentu, gdy wartość początkowa prądu kondensatora spadnie o e razy. (e podstawa logarytmu naturalnego) i0 i = (4.13) e Znajomość czasu relaksacji pozwoli wyznaczyć wartość pojemności C, przy znanej wartości rezystancji R wg zależności : τ RC = τ C = (4.14) R Do wyznaczenia pojemności potrzebna jest więc jedynie znajomość czasu relaksacji i wartości Rezystancji wzorcowej. R Do budowy wirtualnego narzędzia pomiarowego umożliwiające pomiar (4.14) (4.15) pojemności metodą rozładowania sugeruje się wykorzystanie karty Advantech PCI-1711 (biblioteka User Libraries >> Laboratoria>> PCI1711), gdyż zdjęcie napiecia z jej wyjścia AO jest równoważne ze zwarciem tego potencjału z masą. 4-63

64 4-64

65 CZĘŚĆ II 4-65

66 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki ĆW. 5. BIBLIOTEKA NI-DAQMX I URZĄDZENIE AKWIZYCJI DANYCH NI-USB-6008 Opracował: dr inż. Andrzej Sobolewski Białystok, jesień

67 5.1. ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO Karta DAQ NI-USB 6008 Kabel transmisyjny USB, Generator funkcyjny, Elementy elektroniczne: diody, rezystory, kondensatory, Panel przyłączeniowy Biblioteki VI o Functions>>Express>>Signal Analysis o Functions>>Express>>Input Rys. 5.1 Zdjęcie urządzeń NI-USB-6008 Rys. 5.2 Opis wyprowadzeń analogowych 5-67

68 Rys. 5.3 Opis wyprowadzeń cyfrowych Nazwa sygnału Kierunek opis GND - AI,<0..7> wejścia AO0 wyjście Wyjście analogowe AO1 wyjście Wyjście analogowe P1 <0..3> PO <0..7> wejście/wyjście 2.5V wyjście wyjście 2.5V 5V wyjście wyjście 5V PFIO wejście Ground - punkt odniesienia dla pojedynczych pomiarów AI, napięć AO, cyfrowych sygnałów Kanały wejść analogowych. Dla wejść pojedynczych od 0 do 7. Dal wejść różnicowych AI0 i AI4 są dodatnim i ujemnym wejściem analogowego wejścia różnicowego 0 Cyfrowe sygnały wejścia/wyjścia. Można dowolnie konfigurować PFI0 ten pin jest konfigurowalny zarówno jako cyfrowy trigger lub wejście licznika zdarzeń Rys. 5.4 Opis wyprowadzeń NI-USB

69 5.2. OPIS ĆWICZENIA Ćwiczenie polega na oprogramowaniu karty NI-USB 6008 do pomiarów napięcia i prądu w układach z diodami prostowniczymi. Układy montowane są na panelu przyłączeniowym umożliwiającym połączenie układów i zbieranie pomiarów. Żródłem zasilającym układy pomiarowe może być generator funkcyjny generujący przebiegi sinusoidalne WYKONANIE ĆWICZENIA. ZADANIE 15. Zaprogramuj aplikację za pomocą której można będzie dokonać pomiarów napięcia generatora oraz prądu i napięcia kondensatora w układzie z Rys Zdjęte charakterystyki powinny być widoczne w oknie graficznym. Rys. 5.5 Schemat układu połączeń Wskazówki do wykonania zadania W zadaniu należy wykorzystać generator funkcyjny sinus i ustawić na nim częstotliwość 10Hz oraz napięcie 10V. Do wejścia AI1 NI-USB6008 podłączyć potencjał napięcia generatora a do AI0 potencjał napięcia na rezystorze R 1. Konfiguracji tej należy dokonać w Asystencie NIDAQmx (Functions>>Express>>Input). Wartość rezystancji R 2 powinna być mała (rząd Ohmów) a suma rezystancji R 1 i R 2 nie powinna być mniejsza niż 10kOhm. Zbyt mała rezystancja nie pozwoli zaobserwować zjawiska rozładowywania się kondensatora, gdyż mała wartości rezystancji zwierającej kondensator C spowoduje szybkie jego rozładowywanie. Chcąc wykreślić wartość prądu na wspólnym rysunku należy zdefiniować kanał AI4 do pomiaru prądu w trybie RSE (albo podzielić napięcie rezystora U R2 = AI4 przez wartość jego rezystancji i wynik dołączyć do wykresu). Napięcie kondensatora będzie równe AI0-AI

70 UWAGA! Należy pamiętać że skala napięć i prądów przy napięciu generatora 10[V] i obciążeniu 10[kOhm] może różnić się nawet o kilka rzędów! (10[V]/10[kOhm] daje maksymalną wartość amplitudy prądu rzędu 1[mA]). Dlatego wykres powinien posiadać dwie skale, oddzielną dla prądu i napięć. W tym celu należy kliknąć prawym przyciskiem myszy na skali Y wykresu i wybrać z menu Duplicate Scale. Następnie należy nazwać onie skale jedną [V] a drugą [ma]. Teraz trzeba przypisać przebiegi do poszczególnych skal. W tym celu kliknij prawym klawiszem myszy na etykiecie przebiegu prądu wybierz Y Scale a następnie wskaż [ma]. Teraz druga skala będzie przypisana przebiegowi prądu. Rys. 5.6 Podwójna skala wykresu i sposób jej przypisania do przebiegów UWAGA! Podczas wykonania tego zadania należy pamiętać o Twierdzeniu Kotielnikowa-Shannona 5-70

71 Rys. 5.7 Konfiguracja Asystenta DAQ Rys. 5.8 Przykładowe przebiegi podczas badania prostownika. 71

72 ZADANIE 16. Zastosuj NI-USB 6008 do pomiaru napięć i prądu w układzie szeregowym RLC. Rys. 5.9 Schemat połączenia układu szeregowego RLC. Źródłem zasilania G jest generator funkcyjny umożliwiający wygenerowanie przebiegów sinusoidalnych o częstotliwości, której dolna wartość powinna być mniejsza lub równa 10Hz. Poziom amplitud generowanych przebiegów musi być dostosowany do ograniczeń jakie posiadają uniwersalne karty pomiarowe NI-USB6008 i nie powinien przekraczać [ 10V..10V] SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ Diagramy aplikacji Zrzuty z ekranów przedstawiające wyniki pomiarów prądu i napieć, Komentarze do obserwowanych kształtów badanych przebiegów prądów i napięć. 72

73 5.5. DODATEK Charakterystyka techniczna NI-USB Małe, przenośne wielofunkcyjne urządzenie akwizycji danych 12 bitowa rozdzielczość wejściowa, z prędkością do 10 ks/s (kilo sampli na sek) Dołączone, usuwalne złącza do łatwych I efektywnych połączeń 2 DAC analogowe wyjścia 12 cyfrowych linii I/O (TTL/LVTTL/CMOS) 32-bit licznik zdarzeń System Operacyjny Windows 2000/XP Mac OS X Linux Rekomendowane oprogramowanie LabView LabWindows/CVI Dołączone Serwisowe programy pomiarowe NI-DAQmx Ready-to-Run Data Logger Pomiary prądu i napięcia za pomocą NI-USB 6008 Pomiar napięcia Większość urządzeń pomiarowych jest projektowanych do pomiaru napięcia. Mierzone są napięcia stałe (DC) jak również napięcia przemienne (AC). Napięcia DC są użyteczne do pomiaru napięcia w zjawiskach, wolno zmiennych w czasie takich jak temperatura, ciśnienie itp. Napięcia AC z drugiej strony maja charakter falowy, którego zmiany są powtarzalne w czasie ich pomiaru. Mierząc napięcia możemy również zdecydować w jakim trybie będzie dokonany pomiar. tryb RSE (Referenced Single Ended). Tryb ten pozwala na mierzenie napięć aż do 16 źródeł posiadających odniesienie do tej samej masy połączonej z masą karty pomiarowej, tryb NRSE (NonReferenced Single Ended). Tryb ten pozwala na pomiar aż do 16 napięć posiadających odniesienie do jednego potencjału (punktu) o wartości innej niż potencjał masy karty pomiarowej. Dzięki temu można korzystać nadal z 16 kanałów wejściowych, a nie z 8 jak w trybie różnicowym. tryb różnicowy Differential. Tryb ten pozwala na pomiar napięć odniesionych do różnych mas (znajdujących się na różnych potencjałach). W trybie tym ilość kanałów 73

74 wejściowych jest ograniczona do 8, gdyż każdy sygnał podłącza się do dwóch zacisków wejściowych karty pomiarowej. Pomiar prądu Większość urządzeń pomiarowych może mierzyć napięcia mieszczące się w określonym zakresie. Za pomocą rezystora można również mierzyć prąd poprzez wejścia analogowe karty Aby tego dokonać należy zastosować rezystor o znanej oporności w szeregu z obciążeniem i mierzyć na nim spadek napięcia. Wtedy zgodnie z prawem Ohma należy konwertować je na wartość prądu (5.1) I[A] = U[V] / R[Ω] (5.1) Pomiar prądu jest powszechnie stosowany gdyż wiele czujników i urządzeń pomiarowych posiada wyjścia prądowe (np. 4-20mA) 74

75 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki ĆW. 6. POMIAR PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ WIRNIKA WENTYLATORA. STATYSTYCZNA ANALIZA SYGNAŁÓW. Opracował: dr inż. Andrzej Sobolewski Białystok, jesień

76 6.1. WPROWADZENIE W Systemach Pomiarowych występuje często konieczność nie tylko rejestracji sygnałów, ich akwizycji czy kontroli ich przepływu ale również przetwarzania i analizy sygnałów. Do tego celu stosowane są metody analizy w dziedzinie czasu, częstotliwości lub w obu dziedzinach na raz. W przypadku pomiaru jakiegoś parametru często można zaobserwować rozrzut wartości mierzonej wokół wartości średniej. Mamy wówczas do czynienia z niepewnością pomiaru u(x) (ang. uncertainty in measurement), którą można zdefiniować jako przedział liczbowy, w którym wartość prawdziwa leży z dużym określonym co do wartości prawdopodobieństwem. Na niepewność pomiaru składają się jej dwa rodzaje: Systematyczna (niepewność kalibracji i rozdzielczość przyrządu pomiarowego) Przypadkowa (miara rozrzutu wyników pomiaru) Miara rozrzutu wyników pomiaru może być wyrażona przez odchylenie standardowe (ang. standard deviation s(x)). Jeśli dokonano n pomiarów jakiejś wielkości x to najczęściej opisuje się taką próbę miarami statystycznymi, którymi mogą być: Średnia arytmetyczna Odchylenie standardowe 6.2. ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO Karta DAQ NI-USB 6008, kabel transmisyjny USB, Zasilacz, Zestaw laboratoryjny z wentylatorem wyposażony w układ transoptorowy, Biblioteki VI o Functions>>Express>>Signal Analysis o Functions>>Express>>Input 6.3. OPIS ĆWICZENIA Ćwiczenie polega na pomiarze prędkości obrotowej wirnika wentylatora 12V 0.11A za pomocą trzech metod: zliczanie opadających zboczy impulsów generowanych przez fototranzystor układu transoptorowego, analizę częstotliwościową napiecia fototranzystora w układzie transoptorowym, pomiar prądu i wyznaczanie prędkości na 76

77 podstawie liczby pików napiecią w chwilach komutacji silnika. Każda z metod charakteryzuje się pewnym stopniem niepewności pomiaru, co podlegać będzie analizie statystycznej i porównawczej trzech wymienionych metod WYKONANIE ĆWICZENIA ZADANIE 17. Statystyka pomiaru prędkości wiatraka wentylatora w zestawie laboratoryjnym w zależności od czasu i metody pomiaru. Ustaw stałą wartość napiecia zasilakjącego wentylator i zbadaj prędkości wentylatora w zależności od czasu pomiaru dla 10, 25, 50, 100, 200, 500, 1000 [ms], w trzech wariantach pomiaru prędkości wymienionych poniżej. Metoda układu licznikowego Układ pomiarowy zbudowany jest z karty pomiarowej 6008 do której na wejście CTR0 (PFIO na terminalu) (wejście licznika impulsów opadających) podawany jest sygnał z fototranzystora układu transoptorowego. Diagram aplikacji wyznaczającej prędkość obrotową zawiera Rys Wartość Time Target zawiera podzielnik sekundy wyznaczając tym samym czas pomiaru. Dla podzielnika 40 czas pomiaru wyniesie 25ms. Po upływie tego czasu wyjście Time has Elapsed zatrzyma pętlę While. Wyjście pętli While będzie liczbą wykrytych zboczy sygnału fototranzystora w ciągu sekundy, która dzielona przez 7(liczba łopatek wirnika) pozwoli wyznaczyć liczbę obrotów na sekundę. Mnożąc ten wynik przez 60 otrzymamy prędkość w obr/min. Rys. 6.1 Block Diagram aplikacji pomiarowej w układzie licznikowym 77

78 Rys. 6.2 Konfiguracja bloku DAQ Assistant do zliczania impulsów Metoda układu analogowego. Pomiar napięcia. Układ pomiarowy zbudowany jest z karty pomiarowej 6008, do której na wejście AI4 (wejście analogowe napięciowe) podawany jest sygnał z fototranzystora układu transoptorowego. Diagram aplikacji wyznaczającej prędkość obrotową zawiera Rys Okres próbkowania (rate) sygnału fototranzystora wynosi 10kHz. Czas pomiaru regulowany jest liczbą mierzonych próbek. (przykładowo 40 próbek, co 0.1ms daje czas pomiaru 4ms). Częstotliwość przebiegu napięcia dzielona przez 7(liczba łopatek wirnika) pozwoli wyznaczyć liczbę obrotów na sekundę. Mnożąc ten wynik przez 60 otrzymamy prędkość w obr/min. 78

79 Rys. 6.3 Block Diagram aplikacji pomiarowej w układzie pomiaru analogowego. Rys. 6.4 Konfiguracja bloku DAQ Assistant do pomiaru napięcia Metoda układu analogowego. Pomiar prądu. Układ pomiarowy zbudowany jest z karty pomiarowej 6008, do której na wejście AI1 i AI5 (wejście analogowe prądowe w trybie differential) podawany jest sygnał z rezystora bocznikującego o wartości 0.75Ohm. Diagram aplikacji wyznaczającej prędkość obrotową zawiera Rys Okres próbkowania (rate) sygnału fototranzystora wynosi 10kHz. Czas pomiaru podawany jest w [s]. Mierzona jest częstotliwość fundamentalna przebiegu prądu uprzednio poddanego filtracji dolnoprzepustowej w celu uniknięcia błędów pomiarowych związanych z zakłóceniami pomiarowymi. Częstotliwość przebiegu prądu dzielona jest przez 4 (liczba biegunów wirnika) co pozwoli wyznaczyć liczbę obrotów na sekundę. Mnożąc ten wynik przez 60 otrzymamy prędkość w obr/min. 79

80 Rys. 6.5 Okno konfiguracji DAQ Assistant do pomiaru prądu. Rys. 6.6 Diagram aplikacji do pomiaru prędkości wirnika za pomocą analizy prądu. 80

81 ZADANIE 18. Statystyka pomiaru prędkości wiatraka wentylatora w zestawie laboratoryjnym w zależności od prędkości i metody pomiaru. Ustaw stałą wartość czasu pomiaru i zbadaj prędkości wentylatora w zależności od napięcia zasilającego (max 0.11A!!!) odpowiednio dla minimalnej, średniej i maksymalnej prędkości, w trzech wariantach pomiaru prędkości SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ Diagramy aplikacji Zrzuty z ekranów przedstawiające wyniki pomiarów prądu wentylatora i napieć układu transoptorowego, Tabelę zawierającą parametry statysyczne serii pomiarów prędkości dla czasu pomiaru w [ms] 10, 25, 50, 100, 200, 500, 1000, dla wszystkich badanych metod pomiaru prędkości. Histogramy kilkudziesięciu pomiarów dla każdej z metod dla tego samego napięcia i prądu zasilania wentylatora z komentarzem ich kształtów. Wnioski z obserwacji kształtów badanych przebiegów prędkości Wnioski prowadzące do konkluzji, która z metod jest bardziej wiarygodna i dokładniejsza dla małych czasów pomiarowych Wnioski na temat wiarygodności wyników pomiarów prędkości dla każdej z metod? Wymień wady i zalety każdej z metod. 81

82 6.6. DODATEK Gaussowski rozkład prawdopodobieństwa Zjawiska występujące w przyrodzie najczęściej maja charakter losowy. Mierzone parametry tych zjawisk można zatem traktować jako przykład zmiennej losowej o określonym prawdopodobieństwie przyjęcia danej wartości. Wartości tej zmiennej będą tworzyły tzw. rozkład prawdopodobieństwa zmiennej x. Badania rozkładów prawdopodobieństwa różnych wielkości wskazują, że jeśli dokonamy wielokrotnego pomiaru wielkości x i otrzymane wyniki wykazują rozrzut wartości to ten rozrzut najczęściej dobrze opisuje funkcja Gaussa. Mówimy w takim przypadku, że zmienna x ma rozkład Normalny. Rys. 6.7 Krzywa Gaussa i przedział ufności dla mierzonej wielkości x. Jeżeli średnią z n pomiarów oznaczymy przez x śr to miarą niepewności pomiaru może być odchylenie standardowe oznaczane przez s(x). Wówczas mówimy o niepewności standardowej. < x śr - s(x); x śr + s(x)> stanowią granice przedziału ufności. Wynik można więc podawać w formie x śr ± s(x). Im szersze granice przedziału ufności, tym większe prawdopodobieństwo, że mierzona wielkość znajdzie się w tym przedziale Analiza statystyczna w LabView Analiza statystyczna w LV może być przeprowadzona sprawnie z wykorzystaniem istniejących standardowych bibliotek. Można więc, w stosunkowo łatwy sposób wyznaczyć wartości średnie, maksymalne, minimalne występujące w okresach pomiarowych, jak również można określić trend zmian parametrów procesów 82

83 lub przedstawić rozkład parametrów w formie graficznej (np. histogram). Dostęp do narzędzi analizy statystycznej można uzyskać w bibliotece Functions>>Mathematics>> Probability &Statistics Rys. 6.8 Rys. 6.8 Zawartość biblioteki Probability &Statistics Możliwe jest również wykorzystanie biblioteki Express, w której również znajduje się zestaw narzędzi do analizy sygnałów w tym również analizy statystycznej Rys Zawartość biblioteki do analizy sygnałów pokazuje Rys

84 Rys. 6.9 Zawartość biblioteki Express w której dostępne są również narzędzia do analizy sygnałów Signal Analysis Rys Zawartość biblioteki Signal Analysis w której dostępne są również narzędzia do analizy statystycznej. 84

85 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki ĆW. 7. ANALIZA SYGNAŁÓW W DZIEDZINIE CZĘSTOTLIWOŚCI Opracował: dr inż. Andrzej Sobolewski Białystok, jesień

86 7.1. OPIS ĆWICZENIA W Cyfrowych Systemach Pomiarowych wiele użytecznych metod analizy ma charakter częstotliwościowy. Zastosowanie komputerów stwarza duże mozliwości takiej analizy jak rónież kondycjonowania sygnałów, ich wstępnej obróbki (np. filtracji). W tym ćwiczeniu poruszone będą zagadnienia wykorzystania analizy sygnałów w dziedzinie częstotliwości w postaci widma częstotliwościowego sygnałów i przesuniecia fazowego ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO Karta DAQ NI-USB 6215, kabel transmisyjny USB, Zestaw laboratoryjny z mikrofonami i głośnikiem, Mikrofon podłączany do karty dźwiękowej, Biblioteki VI o Functions>>Express>>Signal Analysis o Functions>>Express>>Input o Functions>>Express>>Output 7.3. WYKONANIE ĆWICZENIA. ZADANIE 19. Dokonaj analizy częstotliwościowej sygnału pochodzącego z mikrofonu podłączonego do karty dźwiękowej. Zadaj w głośnikach dźwięk o zadanej częstotliwości i amplitudzie a następnie spróbuj odczytać te parametry za pomocą analizy częstotliwościowej dźwięku pochodzącego z mikrofonu. Zbadaj czy odległość źródła dżwięku od mikrofonu, jak i rodzaj źródła dźwięku (wybór dokonaj w zestawie laboratoryjnym) ma wpływ na poprawność odczytu generowanej częstotliwości dźwięku. Wskazówki: Użyj następujących bloków i ich konfiguracji: Do generacji dźwięku w głośniku piezoelektrycznym Simulate Signal (Functions>>Express>>Signal Analysis) z parametrami: sinus f:7.2khz amp:1 samples per second (Hz):20000; Number of samples: 2000 oraz DAQ Assistant (Functions>>Express>>Output) z parametrami:samples to write:100, dla kanału AO0; tryb Continously Do akwizycji dźwięku 86

87 Acquire Sound (Functions>>Express>>Input)z parametrami: resolution: 16bits; duration: 1sek; sample rate: 20kHz; #channels: 1. Rys. 7.1 Okno konfiguracyjne Acquire Sound. Tone Measurement (Functions>>Express>>Signal Analysis) do pomiaru fazy i amplitudy. Spectral Measurements (Functions>>Express>>Signal Analysis) do badania widma sygnału. 87

88 Rys. 7.2 Przyładowa aplikacja realizująca analizę częstotliwościową 88

89 Rys. 7.3 Panel frontowy aplikacji realizującej analizę częstotliwościową ZADANIE 20. Wykonaj zadanie pomiaru przesunięcia fazowego pomiędzy sygnałami zbieranymi przez dwa mikrofony pochodzącymi z głośnika. Zabezpiecz wyniki pomiarów przed błędem przesunięcia fazu o wielokrotność 180 deg. Wskazówki: Zestaw laboratoryjny zawiera źródła dźwięku w postaci beepera stałoprądowego i głośnika piezoelektrycznego, dwa mikrofony oraz kartę akwizycji danych NI-USB 6215 wraz z komputerem z kartą dźwiękową. Użyj następujących bloków i ich konfiguracji: GENEROWANIE FALI DŹWIĘKOWEJ Wariant 1 - beeper zasilany prądem stałym Do wygenerownia dźwięku wystarczy podać napięcie o stałej amplitudzie na kanał AO0. Jednocześnie należy pamiętać o zasilaniu wzmacniaczy mikrofonów napięciem 10V na kanale AO1. Oba kanały pracują w trybie 1 Sample (OnDemand). 89

90 Rys. 7.4 Fragment kodu do generowania dżwięków w głośniku piezoelektrycznym. Wariant 2 - głośnik piezoelektryczny Simulate Signal (Functions>>Express>>Signal Analysis) z parametrami: dla kanału AO0: sinus f:7.2khz amp:1 samples per second (Hz):20000; Number of samples: 2000 dla kanału AO1: DC, offset=10v; samples per second (Hz):20000; Number of samples: 2000 oraz DAQ Assistant (Functions>>Express>>Output) z parametrami:samples to write:100, Generation method: continously. Rys. 7.5 Fragment kodu do generowania dżwięków w głośniku piezoelektrycznym. POMIR DŹWIĘKU Wariant 1 DAQ Assistant DAQ Assistant (Functions>>Express>>Input) z parametrami:samples to read:100(1024), Rate:1kHz(125kHz), Aquisition method: Continously, Terminal Configuration: RSE. Wariant 2 karta dźwiękowa komputera UWAGA!!! Ten wariant można wykorzystać pod warunkiem, że karta dźwiękowa na wejściu mikrofonu jest stereofoniczna. 90

91 Acquire Sound (Functions>>Express>>Input)z parametrami: resolution: 16bits; duration: 0.5sek; sample rate: 20kHz; #channels: 2. Rys. 7.6 Okno konfiguracyjne Acquire Sound. ANALIZA DŹWIĘKU Tone Measurement (Functions>>Express>>Signal Analysis) do pomiaru fazy i amplitudy. 91

92 Rys. 7.7 Fragment kodu do pomiaru i analiyz sygnałów za pomocą mikrofonów w wariancie 1 generowania i wariancie 1 pomiaru fali dźwiękowej. 92

93 Rys. 7.8 Fragment kodu do pomiaru i analiyz sygnałów za pomocą mikrofonów w wariancie 2 generowania i wariancie 1 pomiaru fali dźwiękowej. 93

94 Rys. 7.9 Front Panel aplikacji wykorzystującej kartę dźwiękową. Generowany jest sygnał w beeperze o zmiennej amplitudzie z częstotliwością 3kHz 7.4. SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ Diagramy aplikacji Zrzuty z ekranów przedstawiające wyniki pomiarów fali dźwiękowej dla przesunięcia fazowego równego π/4, π/2, π dla trzech różnych częstotliwości generowanego dźwięku, Tabelę zawierającą zestawienie częstotliwości i przesunięcia z poprzedniego punktu wraz z pozycją źródła dźwięku wskazaną na linijce w zestawie laboratoryjnym, Dyskusję wpływu okresu próbkowania sygnału na dokładność pomiaru częstotliwości generowanego dźwięku. 94

95 7.5. DODATEK Analiza w dziedzinie częstotliwości Bardzo wygodną i często stosowaną metodą analizy w dziedzinie częstotliwości jest analiza Fouriera. Bazuje ona na przekształceniu w dziedzinę częstotliwości i opiera się na założeniu, że każdy sygnał w dziedzinie czasu można przedstawić jako sumę szeregu sygnałów o różnych amplitudach i częstotliwościach. x( t) = 1 2 n= 1 A0 + [ An cos( nω 0t) + Bn sin( nω 0t)] (1) Współczynniki składowych harmonicznych wyznacza się dokonując przekształcenie funkcji czasu w funkcję częstotliwości (transformacja Fouriera) zgodnie z zależnością: j2πft = x( t) e dt X ( f ) (2) W przypadku gdy wykorzystywane są sygnały dyskretne, dla ciągu x(kt s ) złożonego z N próbek odległych między sobą o okres próbkowania T s transformata Fouriera ma postać: n=0,1,2...n-1; f s =1/T s nf N 1 s j2πnk / N X = x( kts ) e (3) N k = 0 Dyskretna transformacja Fouriera DFT transformuje N punktowy ciąg dyskretny w dziedzinie czasu na N punktowy ciąg dyskretny w dziedzinie częstotliwości. Wyznaczenie transformaty Fouriera z ciągu wymusza na nim skończoną liczbę próbek. Stosuje się więc, tzw. wycinanie okna w dziedzinie czasu. Wycinanie taki powoduje zniekształcenie widma polegające na przenikaniu części mocy sygnału z obszarów o oryginalnej częstotliwości do obszarów sąsiednich.. Jeżeli liczba wyciętych okresów nie jest całkowita, błąd przenikania powoduje znaczne złagodzenie ostrych przejść w dziedzinie częstotliwości. Zmniejszenie wpływu tego zjawiska można uzyskać stosując okna wygładzające. Jest wiele rodzajów takich okien i dobiera się je indywidualnie do danego typu analizowanego sygnału. Bardzo często, mierzone sygnały pochodzą z przetworników, które zamieniają mierzone wielkości na sygnał elektryczny. Nie odbywa się to jednak w idealnych warunkach przetwarzania. Często oprócz sygnału użytecznego pojawiają się również sygnały zakłócające albo mające charakter szumów. Do eliminacji, bądź zmniejszenia ich wpływu na mierzony sygnał, służą filtry. Zadaniem więc filtrów jest usunięcie niepożądanych składowych z sygnałów lub wydzielenie pewnych składników z widma częstotliwościowego. 95

96 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki ĆW. 8. WIRTUALNY MIERNIK IMPEDANCJI Opracował: dr inż. Andrzej Sobolewski Białystok, jesień

97 8.1. WPROWADZENIE Miernik pojemności czy rezystancji może być bardzo przydatny do szybkiego oszacowania wartości parametrów rezystorów i kondensatorów. W ćwiczeniu wykorzystana zostanie metoda techniczne wyznaczania parametrów impedancji o charakterach rezystancyjnym, pojemnościowym i indukcyjnym ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO Karta DAQ NI-USB 6008, kabel transmisyjny USB, Zestaw laboratoryjny z badanymi układami pomiarowymi, Generator funkcyjny z końcówką mocy, Biblioteki VI o Functions>>Express>>Signal Analysis o Functions>>Express>>Input o Functions>>Express>>Output 8.3. WYKONANIE ĆWICZENIA. ZADANIE 21. Dokonaj pomiaru metodą techniczną rezystancji, indukcyjności i pojemności, używając do tego celu generatora napięcia sinusoidalnego i karty pomiarowej NI-USB6008. Zbadaj powtarzalność wyników pomiarów i wyznacz wartość średnią wraz z odchyleniem standardowym. Układ połączeń jak na Rys Aplikacja powinna umożliwić również monitorowanie prądu płynącego przez badaną impedeancję. UWAGA!!! Wybór trybu pomiaru pomiędzy RSE a Differential ma istotne znaczenie dla budowania diagramu. Tryb Differential umożliwia pomiar bezpośrednio napięcia na badanym obiekcie podczas gdy tryb RSE tylko w takich wypadkach, gdy to napięcie odnoszone jest do masy. Chcąc mierzyć prąd rezystora Rw należy najpierw wyznaczyć spadek napięcia na tym rezystorze co w trybie RSE wymusza operacje odejmowania napięć U- Ux. Przykład diagramu aplikacji wykorzystującej sposób pomiar napięć U oraz Uz w trybie RSE zawiera Rys. 8.2 Dla karty NI-6008 w trybie RSE można wykorzystywać wejścia AI0, AI1, AI4 AI5 odnoszone do wspólnej masy a w trybie Differential pary stanowią wejścia AI0 z AI4 oraz AI1 z AI5 97

98 Rys. 8.1 Schemat wykorzystywanego układu do pomiaru impedancji i sposoby konfiguracji połączeń a)tryb RSE dla U i Ux, b)tryb Differential dla Ur tryb RSE Ux, c)tryb RSE dla U tryb Differential dla Ux, d)tryb Differential dla Ur i Ux a) b) 98

99 Rys. 8.2 Przykładowa aplikacja wykorzystująca pomiar a)napięć U oraz Ux w trybie RSE b)prądu Ix w trybie DIFFERENTIAL oraz Ux w trybie RSE do wykonania ZADANIE 21 Badania przeprowadź w warunkach: Napięcie generatora 10 [V] częstotliwość 100 [Hz], rezystor wzorcowy Rw 10 [Ohm], rezystor Rx- do 1 [kohm]; cewka 2.2 [mh], kondensator ok [uf]; rate-5000 [próbek]; liczba próbek Bloki Tone Measurements znajdują się w bibliotece Signal Processing >> Waveform Measurements. Bloki DBL pochodzą z biblioteki Programming >> Numeric >> Conversion. Blok Split Signal pochodzi z biblioteki Expres >> Signal Manipulation Struktura Case zawiera diagram realizowany w zależności od wskazania selektora podłączonego do narzędzia Ring, który kopiujemy w oknie Front Panel z biblioteki Controls >> Modern >> Ring & Enum. Warianty struktury Case: 99

100 Dla rezystancji: 100

101 Dla pojemności: 101

102 Dla indukcyjności: 102

103 ZADANIE 22. Zbadaj wpływ częstotliwości napięcia zasilającego i rezystacji wzorcowej na wynik pomiarów R,L,C SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ Diagramy aplikacji Zrzuty z ekranów przedstawiające charakterystyki prądów i napięć badanych elementów RLC Wyniki pomiarów impedancji dla kilku wartości zakresów częstotliwości zasilającego napięcia generatora i wnioski na temat wpływu tej częstotliwości na dokładność pomiaru, Dyskusję wpływu czasu pomiaru i częstotliwości próbkowania na dokładność pomiaru. Wyniki dla kilku wartości czasu pomiaru i kilku wartosci częstotliwości próbkowania przedstaw w tabeli. 103

104 8.5. DODATEK Pomiar impedancji metodą techniczną Metoda techniczna pomiaru impedancji wykorzystuje zasilanie badanych elementów prądem i jest szczególnie przydatna wówczas, kiedy mamy do czynienia z elementami nieliniowymi. Impedancja takich elementów zależy od wartości przepływającego przez nie prądu. Podobnie, jak w przypadku pomiarów rezystancji metodą techniczną prądem stałym, do pomiaru impedancji prądem przemiennym można stosować dwa układy pomiarowe Rys. 8.3 Schematy metody technicznej pomiaru impedancji a) układ do pomiaru impedancji dużych b) układ do pomiaru impedancji małych Ze wskazań woltomierza V i amperomierza A można wyznaczyć wartość modułu impedancji Z X. U Z X = (8.1) I Moduł impedancji Z X dla kondensatora jest przy tym określony zależnością (8.2) Zaś dla cewki (8.3) Z Z = R + ( X X ) ω C X (8.1) (8.2) 2 2 X = RX + ( ω LX ) (8.3) W celu wyznaczenia rezystancji R X badanego elementu w przypadku, gdy jej wartość nie zależy od częstotliwości, można posłużyć się jedną z metod stosowanych do pomiaru rezystancji przy prądzie stałym. 104

105 W przypadku, gdy R X zależy od częstotliwości, a więc jest inna przy prądzie stałym niż przy prądzie przemiennym wyznaczymy ją pośrednio korzystając z pomiaru mocy czynnej P za pomocą watomierza. Wtedy rezystancję R X wylicza się ze wzoru: (8.4) P R X = (8.4) 2 I Rezystancja ta wówczas jest sumą rezystancji przewodów i rezystancji wynikającej ze strat energii w kondensatorze bądź w cewce. Pomiar rezystancji Rezystancję można wyznaczyć za pomocą pomiaru napięcia na badanym rezystorze, będącym składnikiem dzielnika napięcia połączonego wg schematu jak na Rys. 8.4 U R w i R U R Rys. 8.4 Schemat wykorzystywanego dzielnika napięcia do pomiaru rezystancji Znając rezystancję wzorcową R w oraz wartości napięć zasilającego sinusoidalnego o amplitudzie U oraz mierzonego o amplitudzie Ur poszukiwana rezystancję znajdziemy posługując się zależnością: R U U (8.5) R R = = RW (8.5) i U U R Pomiar pojemności Przy pomiarach impedancji o charakterze pojemnościowym, wartość pojemności określa się ze wzoru: C X 2 X 2 X (8.6) 1 = (8.6) 2 π f Z R 105

106 Dla niewielkich wartości częstotliwości (technicznych ok. 10Hz) przy pomiarach pojemności metodą techniczną można pominąć rezystancję R X kondensatora i wówczas dla układu połączenia jak na Rys Rys. 8.5 Schemat wykorzystywanego układu do pomiaru impedancji pojemnościowej C X X (8.7) i = (8.7) 2πfU Jeśli prąd i płynący przez kondensator zostanie wyznaczony z prawa Ohma na rezystorze wzorcowym R w to ostatecznie wzór na pojemność przyjmie postać: C U U (8.8) X X = (8.8) 2πfU X Rw Pomiar pojemność kondensatora metodą techniczną obarczony jest błedem, na który wpływ może mieć chociażby częstotliwość napięcia zasilającego U czy dukładność pomiaru tego napięcia. Pomiar indukcyjności Przy pomiarach impedancji o charakterze indukcyjnym, wartość indukcyjności określa się ze wzoru: L X (8.9) Z 2 2 X RX = (8.9) 2πf Dla niewielkich wartości częstotliwości (technicznych ok. 10Hz) przy pomiarach indukcyjności metodą techniczną można pominąć rezystancję R X i wówczas dla układu połączenia jak na Rys L X (8.10) U X = (8.10) i 2πf X 106

107 Jeśli prąd i X płynący przez cewkę zostanie wyznaczony z prawa Ohma na rezystorze wzorcowym R w to ostatecznie wzór na indukcyjność przyjmie postać: L X (8.11) = RWU X ( U U )2πf (8.11) X 107

108 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki ĆW. 9. SZEREGOWA TRANSMISJA DANYCH. Opracował: dr inż. Andrzej Sobolewski Białystok, jesień

109 9.1. WPROWADZENIE W ćwiczeniu poruszane są kwestie związane z wymianą danych za pomocą szeregowego interfejsu pomiarowego RS232. Wykorzystywane bęą instrumenty pomiarowe takie jak multimetry i anemometr ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO Instrumenty wyposarzone w interfejs RS 232 o Anemometr Cyfrowy AM-4203 Lutron Electronic o Multimetr METEX o Multimetr Brymen 202 Biblioteki VI o Funktions>>User Libraries>>Laboratoria>>CSP>>Serial. o Functions>>Instrument I/O>>VISA Rys. 9.1 Anemometr Cyfrowy AM-4203 Lutron Electronic 9.3. SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ 9.4. WYKONANIE ĆWICZENIA. ZADANIE 23. Dokonaj pomiaru wielkości rezystancji i/lub pojemności multimetrem Metex i odczytaj dane udostępnione przez niego w programowym środowisku LV. 109

110 Wykorzystaj bibliotekę elementów sersub.dll skopiowane w lokalizacji Funktions>>User Libraries>>Laboratoria>>CSP>>Serial. Zbadaj powtarzalność wyników pomiarów. W mierniku uniwersalnym Metex M-4650CR przewidziano możliwość wysyłania danych za pośrednictwem portu szeregowego RS 232C. Parametry transmisji szeregowej powinny być ustawione jako : Prędkość transmisji : 1200 bodów Liczba bitów danych: 7 Liczba bitów stopu: 2 Kontrola parzystości: brak Format danych dotyczący pomiarów przesyłanych przez multimetr, jest następujący: Dla pomiaru napięcia Bajt: A B C D E Dane DC ± S V S S R Dla pomiaru pojemności: Bajt: A B C D E Dane S S S u F S S R Dla pomiaru prądu: Bajt: A B C D E Dane DC ± m A S S R Dla pomiaru rezystancji: Bajt: A B C D E Dane S S S MO h m R S znak spacji (ang. space) R znak enter (ang. return) Transmisja odbywa się bez udziału żądania nadawania w związku z tym konieczne staje się usunięcie takiego żądania (Clear RTS), co możliwe jest za pomocą procedury serial line Ctrl.vi dostępnej w bibliotece _sersup.dll (C:/ /labviev80/vi.lib/inst./_sersup.dll). Na potrzeby laboratorium konieczne staje się korzystanie również z biblioteki serial.llb znajdującej się w tej samej lokalizacji. Zaleca się skopiowanie obu bibliotek do UserLib. Do rozpoczęcia procesu odczytu danych konieczne jest wysłanie do multimetru znaku D, czego dokonuje się za pośrednictwem bloku SerialPortWrite.vi 110

111 Na poniższych rysunkach przedstawiony zostanie program umożliwiający odczyt danych z multimetru za pośrednictwem RS232C w środowisku programowym LV. Rys. 9.2 Diagram programu do odczytu pomiaru za pośrednictwem RS232 Liczba zawarta w łańcuchu Pomiar 2 w diagramie może być konwertowana do postaci numerycznej za pomocą bloku Scan Value. Rys. 9.3 Lokalizacja bloku Scan Value 111

112 Rys. 9.4 Przykład zastosowania bloku Scan Value Rys. 9.5 Panel programu do odczytu pomiaru za pośrednictwem RS232 ZADANIE 24. Dokonaj akwizycji danych z Anemometru Cyfrowego AM Wirtualne narzędzie powinno posiadać: możliwość rejestrowania czasu wykonania pomiaru i wartości zmierzonej wielkości w tym czasie, graficzną wizualizację, analogowy wskaźnik wartości dla prędkości przepływu gazu i temperatury, możliwość zapisu do pliku serii pomiarowej. 112

113 Rys. 9.6 Biblioteka do komunikacji VISA Serial Rys. 9.7 Fragment kodu do odczytu ramki informacyjnej Tabela 7.1 Kody kolejnych bajtów ramki informacyjnej 113

114 UWAGA!!! Pierwszym bajtem (najbardziej znaczącym) ramki jest D15 a ostatnim D0 Tabela 8.2 Ustawienia portu szeregowego dla Anemometru Programowanie w LabView można realizować wykorzystując paletę narzędzi Functions>>Programming>>String. Przykład odczytu zawartości bajtów D12 i D11 zawiera poniższy rysunek. Rys. 9.8 Przykład odczytu zawartości bajtów D12 i D11(2 bajty licząc od trzeciego) dla przypadku, gdy D12=0 a D11=8 114

115 ZADANIA DODATKOWE ZADANIE S.4. Napisz program do akwizycji danych z multimetru BRYMEN BM202 poprzez RS232. Protokół transmisji. Po podłączeniu miernika do komputera zostanie automatycznie wygenerowana 14 bajtowa ramka o formacie przedstawionym na Rys Rys bajtowa ramka informacyjna generowana przez miernik BM202. Przykładowa ramka zawierająca odczytane z wyświetlacza dane w postaci AC 218.9V przedstawiona jest na Rys

116 Rys Przykładowa ramka zawierająca odczytane z wyświetlacza dane w postaci AC 218.9V 116

117 Rys Przykład panelu frontowego programu do komunikacji z multimetrem BRYMEN BM

118 DODATEK DO ĆW Obsługa Interfejsu RS 232C w środowisku LabView Porty szeregowe RS 232C stanowią obecnie standardowe wyposażenie zarówno komputerów jak i większości przyrządów pomiarowych, co wydaje się naturalną tendencją w związku z powszechnym zastosowaniem komputerowego wspomagania pomiarów. W środowisku LabView opracowano zestaw procedur służących obsłudze portu szeregowego. Istnieją dwa sposoby obsługi transmisji szeregowej. Pierwszym z nich jest biblioteka procedur znajdująca się w palecie Functions>>Data Communication>> Protocols>>Serial. Wykorzystuje on standard VISA.(Virtual Instrument Software Architecture), który jest najniższą warstwą funkcji w sterownikach do urządzeń w LabView, które komunikują się za pomocą oprogramowania. Jest to standard, jaki został opracowany do sterowania urządzeniami za pomocą programowanych paneli i interfejsami I/O. VISA unifikuje sterowniki we/wy dla aparatury pomiarowej wykorzystującej interfejsy: RS-232 (Serial), IEEE-488 (HPIB, GPIB, IEC-625) i VXI. Sterownik we/wy zawiera zestaw procedur niskopoziomowych umożliwiających obsługę interfejsów pomiarowych. Sterownik ten instaluje się w systemie operacyjnym a jego instrukcje są dostępne z poziomu języków programowania wyższych rzędów. W tabeli 1 przedstawiono systemy operacyjne i języki programowania z poziomu, których są dostępne instrukcje standardu NI-VISA (National Instrument VISA). Standard VISA powstał w wyniku porozumienia 35 największych firm zajmujących się sprzętem pomiarowym (m. in. Hewlett-Packard, National Instruments, Tektronix). Przed powstaniem standardu istniało wiele implementacji sterowników we/wy dla interfejsów pomiarowych. Zmiana producenta karty interfejsu wymuszała zmianę całego oprogramowania. Unifikacja miała na celu uniezależnienie oprogramowania od stosowanego sprzętu. W literaturze spotykana jest także inne tłumaczenie skrótu VISA Virtual Instrument Softwere Architecture. W LabView, VISA jest zgrupowana w pojedynczej bibliotece funkcji pozwalającej na komunikację za pomocą GPIB, RS, VXI. 118

119 Rys Widok biblioteki z elementami do transmisji szeregowej Opis wybranych procedur do obsługi transmisji szeregowej za pomocą VISA: Rys Pomoc kontekstowa (Ctrl+H) do bloku konfiguracji VISA RS Visa Configure Serial Port służy do inicjalizacji komunikacji z portem szeregowym. W tym celu konieczne jest podanie adresu portu (0 dla com1 1 dla com2) oraz wyboru 119

120 szybkości transmisji (74 : baud rate), liczby bitów znaku (5,6,7,8 data bits) oraz liczby bitów stopu (0,1,2 stop bits) i rodzaju kontroli parzystości (0,1,2,3,4) parity. Jeśli transmisja ma się odbywać z kontrolą przepływu danych (z potwierdzeniem) konieczne jest ustalenie parametrów transmisji zdeklarowanych na wejściu flow control etc. Visa Read jest przeznaczony do odczytu z portu liczby znaków określonych przez stałą dołączoną do wejścia terminalu byte count. Odczytany ciąg znaków dostępny jest na wyjściu read buffer. Rys Pomoc kontekstowa (Ctrl+H) do bloku odczytu VISA RS Visa Write analogicznie służy do wysyłania na port informacji podłączonych do terminala write buffer. Rys Pomoc kontekstowa (Ctrl+H) do bloku zapisu VISA RS Rys Pomoc kontekstowa (Ctrl+H) do bloku zamykania VISA RS 120

121 Close Serial Driver.vi służy do zamknięcia portu Biblioteki sersup.dll i serial.dll w programowaniu transmisji szeregowej Istnieje też możliwość wykorzystania bloków niższego poziomu w stosunku do VISA, które domyślnie nie są instalowane w bibliotece narzędzi Functions. Aby je wykorzystać należy odnaleźć plik _sersup.dll oraz serial.dll zawierające wszystkie potrzebne elementy. Lokalizacja katalogu zawierające wymagane biblioteki przedstawia Rys Rys Lokalizacja bibliotek do transmisji szeregowej. W celu wykorzystania bibliotek należy wymienione pliki przekopiować do katalogu User Libraries, albo wskazać wymagany blok za pomocą Selekt a VI z okna wyboru bloków. Zastosowanie tego sposobu zostanie zilustrowane na przykładzie komunikacji i wymianie danych między komputerem a miernikiem uniwersalnym Metex M-4650CR. 121

122 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki ĆW. 10. INTERFEJS RS232 HAMEG HO79-5. WSPÓŁPRACA Z OSCYLOSKOPEM Opracował: prof. Mirosław Świercz dr inż. Andrzej Sobolewski Białystok, jesień

123 10.1. WPROWADZENIE Niniejsza instrukcja zawiera podstawowe wiadomości na temat współpracy oscyloskopu analogowo-cyfrowego HM305 firmy HAMEG z komputerem za pomocą interfejsów cyfrowych HO79-5. Przyrząd posiada możliwość współpracy z komputerem lub innym sterownikiem cyfrowym. Łącząc przyrząd z komputerem użytkownik ma możliwość dwukierunkowej transmisji danych. Połączenie z przyrządem jest dokonywane poprzez specjalizowane interfejsy firmy HAMEG, które mocuje się do tylnej płyty przyrządu. Interfejs oscyloskopu (typu HO79-5) umożliwia przesyłania komend i danych zarówno poprzez interfejs RS232C komputera (a więc w trybie transmisji szeregowej), jak i za pomocą interfejsu równoległego IEEE-488 (GPIB, IEC-625), a także z wykorzystaniem równoległego portu drukarkowego (CENTRONIX) komputera ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO Oscyloskop HM-305 wyposażony w interfejs RS 232 Biblioteki VI o Functions>>Instrument I/O>>Serial. o Functions>>Instrument I/O>>VISA WYKONANIE ĆWICZENIA. ZADANIE 25. Zbuduj aplikację w LV pozwalającą na przesył grafiki z oscyloskopu HM305, za pomocą RS232 do komputera i wyświetlenie jej na ekranie monitora. Za pomocą tej aplikacji dokonaj pomiaru częstotliwości za pomocą oscyloskopu. Okład pomiarowy zawiera Rys Na podstawie figur Lissajous zmierzyć kilka częstotliwości f x porównując je z częstotliwościami f w generatora wzorcowego. Rys Układ do pomiaru częstotliwości za pomocą oscyloskopu. Uwaga! Częstotliwość ta może być wyznaczona za pomocą wzoru 123

124 n (10.1) 2 f x = f w (10.1) n1 gdzie : n 1 liczba punktów przecięcia figury z osią poziomą, n 2 liczba punktów przecięcia figury z osią pionową Oscyloskop HAMEG HM305 z interfejsem szeregowym powinien być podłączony kablem z portem COM1 komputera. Parametry transmisji należy ustalić zgodnie z instrukcją obsługi oscyloskopu. Rys Diagram programu do transmisji szeregowej z oscyloskopu HM305 Położenie poszczególnych obiektów: Obiekty baud rate, data bits, parity, stop bits utworzyć wybierając z menu obiektu VISA Configure Serial Port opcję Create>>Control. Obiekt Numeric wybrać z palety Controls ( Controls>>Numeric>>Digital Control ). W menu obiektu Numeric wybrać opcję Representation>>U16 i obiekt ten połączyć z wejściem flow control (0:None). Obiekt write buffer( ) utworzyć wybierając z menu obiektu VISA Write opcję Create>>Control. Obiekt error out utworzyć wybierając z menu obiektu VISA Configure Serial Port opcję Create>>Indicator. Jeśli używana ma być komenda DIG, wówczas należy również zdecydować w jakim formacie dane zostaną zakodowane przez interfejs. Jeśli przełączniki SWI zostanie ustawiony w pozycji 5 a SWII w pozycji F wówczas transmisja odbędzie się z prędkością bodów/sec. Chcąc wykreślić obraz przesyłany z oscyloskopu na ekranie należy dokonać konwersji danych z formatu HPGL do danych w postaci numerycznej. Aby dokonać konwersji 124

125 formatu do danych numerycznych w celu ich graficznej prezentacji bądź dalszej analizy należy wykorzystać blok o nazwie HPGL2Graph zamieszczony w User Libraries /HAMEG. Za jego pomocą można uzyskać efekt podobny jak na Rys Rys Panel frontowy programu do komunikacji z oscyloskopem HM305 Kod programu realizującego to zadanie jest taki jak na Rys z uwzględnieniem konwertera HPGL. Poniżej fragment programu z pętlą Case, która w przypadku wyboru funkcji DIG do transferu danych z interfejsu wykreśla dane w oknie graficznym jak również zapisuje je do pliku tworząc źródło danych HPGL do podglądu za pomocą dowolnej przeglądarki obsługującą ten format danych. Rys Układ połączeń bloku konwersji formatu HPGL do graficznej prezentacji danych pomiarowych 125

126 Wskazane jest zaprogramowanie mozliwości wybrania zdefiniowanych komend. Można to zrobić za pomocą struktury Case, czego przykład zawiera Rys Tyko przypadek z komendą DIG 3 powinien być wykonywany z zdecydowanie większą liczbą wartością bajtów do odczytu (40kB) i opcjonalnie obsługiwany przez program HPGL2Graph (Rys. 10.4). Rys Kolejne opcje wybieranych komend za pomocą selektora Ring. ZADANIA DODATKOWE ZADANIE S.5. Wykonaj poprzednie zadanie wykorzystując interfejs GPIB oscyloskopu i porównaj prędkośc transmisji danych w stosunku do RS232. Jaki jest średni czas transferu dla obu interfejsów? 126

127 10.4. DODATEK Interfejs HAMEG HO79-5 PRZEZNACZENIE INTERFEJSU HAMEG HO79-5 Interfejs HAMEG HO79-5 pozwala na przesłanie danych pomiędzy komputerem a oscyloskopem analogowo/cyfrowym firmy HAMEG. Dane mogą być przesyłane poprzez jeden z trzech portów interfejsu: szeregowego portu w standardzie RS232C, interfejsu równoległego IEEE-488, portu drukarki - CENTRONIX. Interfejs umożliwia sterowanie oscyloskopem za pomocą komend przesyłanych z komputera. Oscyloskop HAMEG HM305 SW1 GPIB RS-232 LPT SW2 RS-232 binary HPGL PCL 2 6 A Epson 3 7 B RS: 8bd,N,1bs SW2: GPIB - adres, LPT - 0, 1, 8, 9, RS - 8..F - auto Rys Pozycje przełączników wyboru łącza transmisyjnego Rys przedstawia ustawienie wielofunkcyjnych przełączników SW1 i SW2 interfejsu, które służą do wyboru rodzaju łącza (IEEE-488/RS232/CENTRONIX) do współpracy z komputerem osobistym Składnia komend Większość komend programujących urządzenie i przesyłających dane może być wykorzystywana zarówno przy pracy z interfejsem IEEE-488, jak i RS232C. KOMENDY IEEE-488 Niektóre komendy mogą być użyte z różnymi opcjami (parametrami), które w używanej tutaj notacji są ujęte w nawiasy kwadratowe [ ]. Same znaki nawiasów nie są elementem komendy. W przyjętej w niniejszej instrukcji notacji, symbolem <SP> oznaczono znak spacji. Znak końca komendy <EOS> ("nowa linia", ang. "line-feed", o kodzie ASCII 0Ah) jest 127

128 generowany automatycznie przez większość kart-sterowników IEEE-488 i nie należy go wówczas wprowadzać z klawiatury lub programu użytkownika. Dostarczana przez każdego producenta instrukcja użytkowa karty sterownika IEEE-488 umożliwia sprawdzenie tego faktu. KOMENDY RS232 W tym trybie przesyłania komend, znakiem kończącym instrukcję jest <CR> ("nowa linia", ang. "carriage return", o kodzie ASCII 0Dh). Jak wyżej, symbol <SP> oznacza znak spacji. Opcje (argumenty) komend zostały zapisane w nawiasach kwadratowych, jednak same nawiasy nie są wprowadzane w linii komendy. Poniżej zostanie omówiony zbiór komend interfejsu HO79-5, zdefiniowanych przez firmę HAMEG i przeznaczonych do współpracy z oscyloskopem analogowo-cyfrowym, wyposażonym w ten typ interfejsu. Użyte w poniższym opisie terminy: "Składnia IEEE- 488" i "Składnia RS232" oznaczają postać komendy przy współpracy z komputerem, odpowiednio za pomocą interfejsów IEEE-488 (IEC-625) i RS232C. ID? Zapytanie o identyfikację typu oscyloskopu. Interfejs oscyloskopu HO79-5 odpowiada komunikatem w kodzie ASCII, np. "HM305" Składnia IEEE-488: Składnia RS232: ID?<EOS> ID?<CR> DIG [kod_kanału] 1. Przesyła do komputera (kontrolera) dane pomiarowe, przechowywane w pamięci oscyloskopu, bez wyboru kanału (opcjonalny argument komendy nie jest przesyłany). Składnia IEEE-488: Składnia RS232: DIG<EOS> DIG<CR> 2. Przesyła do komputera (kontrolera) dane pomiarowe, przechowywane w pamięci oscyloskopu, pochodzące z wybranego kanału (opcjonalny argument komendy jest przesyłany). Składnia IEEE-488: Składnia RS232: DIG <SP>3<EOS> DIG<SP>3<CR> Uwaga: Znak <SP>, jak podano wyżej, oznacza spację. Kod kanału 3 oznacza, że przesyłane są dane z kanałów I i II, tzn. ustawione są obydwa bity oznaczające kody kanałów, jak to przedstawiono w tabeli

129 Tabela 2. Kody kanałów oscyloskopu, używane jako argumenty komend: DIG, GET, WSD CH 2 CH 1 Kod: Bit 1 Bit 0 1: x 2: x 3: x x GET [kod_kanału] 1. Uaktywnia funkcję RESET TRIGGER oscyloskopu, bez wyboru kanału (opcjonalny argument komendy nie jest przesyłany). Interfejs nie zwraca żadnej odpowiedzi, jest jednak gotowy do pomiaru i zatrzymania odpowiedniego fragmentu mierzonego sygnału. Po zakończeniu operacji, interfejs przesyła do komputera sygnał SRQ (żądania obsługi) i ustawia linię SRQ interfejsu IEC-625. Dane mogą być następnie odczytane za pomocą omówionych poniżej komend, przesłanych z komputera (kontrolera). Przy współpracy za pomocą interfejsu szeregowego RS232C, interfejs oscyloskopu HO79-5 przesyła próbkowany sygnał automatycznie, natychmiast po zakończeniu operacji akwizycji danych. Składnia IEEE-488: Składnia RS232: GET<EOS> GET<CR> 2. Uaktywnia funkcję RESET TRIGGER oscyloskopu, w stosunku do wybranego kanału, którego kod jest przesyłany jako opcjonalny argument komendy. Interfejs nie zwraca żadnej odpowiedzi, jest jednak gotowy do pomiaru i zatrzymania odpowiedniego fragmentu mierzonego sygnału. Po zakończeniu operacji, interfejs przesyła do komputera sygnał SRQ (żądania obsługi) i ustawia linię SRQ interfejsu IEC-625. Dane pomiarowe z wybranego kanału mogą być następnie odczytane za pomocą omówionych poniżej komend, przesłanych z komputera (kontrolera). Kod numeru kanału powinien być zgodny z zamieszczonymi w tabeli 2. Składnia IEEE-488: Składnia RS232: GET<SP>2<EOS> GET<SP>2<CR> Uwaga: Znak <SP> oznacza spację. Kod kanału 2 (o kodzie ASCII 32h) oznacza polecenie przygotowania kanału II do akwizycji danych, tzn. ustawienie bitu 1 (zgodnie z tabelą 2). 129

130 CLR Komenda działa jedynie przy współpracy z oscyloskopem za pomocą interfejsu RS232C. Jej zadaniem jest usunięcie (wyzerowanie, Clear) trybu ustawienia interfejsu HO79-5, jaki powstał w wyniku działania komendy GET. Składnia IEEE-488: CLR <EOS> STA Składnia RS232: CLR<CR> Żądanie informacji na temat ustawienia kanałów oscyloskopu. Interfejs zwraca słowo stanu w postaci jednego bajtu w kodzie dwójkowym lub dwóch bajtów w kodzie ASCII, zależnie od wybranego uprzednio formatu przesyłania informacji. Bity 1 i 2 słowa stanu zawierają identyfikator (ID) kanału oscyloskopu (ustawiony bit 1 - wybrany kanał 1; ustawiony bit 2 - wybrany kanał 2, ustawiony zarówno bit 1 i 2 - praca dwukanałowa, tzw. DUAL mode). Kolejność bitów: Tabela 3 ilustruje słowo stanu interfejsu HO79-5, przesyłane jako odpowiedź na komendę STA. Składnia IEEE-488: Składnia RS232: STA<EOS> STA<CR> Tabela 3. Format słowa stanu oscyloskopu, przesyłany w odpowiedzi na komendę STA bit : Tryb MONO, kanał 1 oscyloskopu 1 0 : Tryb MONO, kanał 2 oscyloskopu 1 1 : Tryb DUAL, oba kanały oscyloskopu 1 : Ważne dane gotowe do przesłania 1 : Ustawiona linia SRQ (tylko z IEEE-488) 0 : Operacja wykonana pomyślnie (bez błędu) 1 : Błędna komenda przesłana do oscyloskopu WSD [kod_kanału] Wysłanie tej komendy umożliwia następnie przesłanie danych (w postaci binarnej) do interfejsu. Dane te są zapisywane w wewnętrznej pamięci interfejsu HO79-5 i są również przesyłane do pamięci oscyloskopu, jeśli jest on połączony z interfejsem. Pamięć interfejsu umożliwia przechowanie bloku o rozmiarze 8192 bajtów danych. Aby uniknąć błędów przeterminowania ("time-out") i wyzerowania ("clear") interfejsu, należy zwrócić uwagę, aby liczba przesłanych bajtów danych dokładnie zgadzała się z rozmiarem bloku. Jeśli po wysłaniu komendy WSD zostanie do interfejsu przesłana komenda DIG, nowe dane z oscyloskopu częściowo lub całkowicie zastąpią zawartość pamięci interfejsu. Tak więc do komputera zostanie przesłana nowa zawartość pamięci 130

131 interfejsu. Przy pracy w domyślnym trybie komend (np. PRN) zawartość pamięci może zostać również przesłana do innego urządzenia, np. w celu dokumentacji. Składnia IEEE-488: Składnia RS232: WSD<SP>3<EOS> WSD<SP>3<CR> Uwaga: Znak <SP> oznacza spację. Kod kanału 3 oznacza polecenie zapisu danych równocześnie kanału I i II oscyloskopu (zgodnie z tabelą 2). TXT Przesłanie tekstu do interfejsu. Tekst może być również przesłany wraz z danymi pomiarowymi do urządzenia zewnętrznego, np. drukarki czy plottera. Plotter akceptuje 8 linii tekstu, maksymalnie po 20 znaków ASCII a linii, zaś do drukarki może być przesłane 256 znaków ASCII. Składnia IEEE-488: Składnia RS232: TXT<EOS><łańcuch_znaków@> TXT<CR><łańcuch_znaków@> Uwaga: Łańcuch znaków, tworzących przesyłany tekst musi być zakończony FRM [format] Komenda określa format przesyłanych danych pomiarowych. Składnia IEEE-488: Składnia RS232: FRM<SP>0<EOS> FRM<SP>0<CR> Uwaga: Znak <SP> oznacza spację, zaś kod 0 - przesyłanie danych w formacie binarnym. Dopuszczalny jest następujący zestaw kodów formatu transmisji danych, stosowanych jako argument komendy FRM: 0: postać binarna 1: format HPGL 2: format PCL 3: format używany w drukarkach EPSON 4: znaki ASCII (w zapisie szesnastkowym) Formatem przesyłanych danych HPGL (Hewlett-Packard Graphics Language), który jest formatem ploterowym opracowanym przez HP służącym do przesyłania grafiki w postaci wektorowej do pisaków plotera. W formacie tym używa się następujących komend przesyłanych do plotera: Esc.I,Esc.N,IN,SP,IP, SC, PD,PR,PU,LT,EA,PAPU,LB (20kB danych na kanał) Znaczenie rozkazów HPGL: IN - inicjowanie (PU;PA0,0) PD - opuść pisak PU - podnieś pisak 131

132 PD x,y - przesuń pisak opuszczony PU x,y - przesuń pisak podniesiony PA x,y - przesuń pisak (w skali bezwzględnej) PR x,y - przesuń pisak (jednostki względne) DF - przywróć wartości standardowe (oprócz rozmiaru rysunku) SC xmin,xmax,ymin,ymax - skaluj IP x1 y1 [x2 y2] -rozmiar obrazu SP n - wybór pisaka LT - wybór linii LB Text - pisz tekst (np. LBTrig ) SR dx,dy - przeskaluj tekst (standard: 0.75,1.5) 132

133 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki ĆW. 11. ZDEJMOWANIE CHARAKTERYSTYK CZĘSTOTLIWOŚCIOWYCH - INTERFEJS GPIB HAMEG HO89 Opracował: dr inż. Andrzej Sobolewski Białystok, jesień

134 11.1. WPROWADZENIE Wiele metod stosowanych w automatyce wykorzystuje charakterystyki częstotliwościowe. W praktyce do zdejmowania takich charakterystyk wykorzystuje się wobulatory, które mogą generować wyjścia o zmiennej częstotliwości. Można zbudować virtualne narzędzia tego typu programując zdalne sterowanie generatorem funkcyjnym, lub generując sygnały harmoniczne na wyjściach analogowych urządzeń DAQ. Przeprowadzona analiza odpowiedzi na wymuszenie harmoniczne badanych obiektów umożliwia wykreślenie charakterystyk np. amplitudy albo fazy w funkcji częstotliwości ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO Karta GPIB-USB, Generator funkcyjny HM-8130 z interfejsem HO88 NI 6008 DAQ z analogowymi modułami I/O Zestaw laboratoryjny z obiektami dynamicznymi Biblioteki VI o Functions>>Instrument I/O>>VISA Rys Widok generatora HAMEG 8130 z interfejsem H Programowanie interfejsu HO88 w LabView Programowanie transmisji przez interfejs HO88 może odbywać się za pomocą narzędzi z biblioteki VISA. Rys zawiera lokalizację tych elementów. 134

135 Rys Lokalizacja narzędzi biblioteki VISA Najprostsza wersja umożliwiająca wysłanie komendy w standardzie SCPI i odczyt komunikatów nadawanych z interfejsu może przyjąć postać Rys Przykład diagramu do komunikacji z HO89 Należy zaznaczyć, że blok VISA Read odczyta tylko jedną komendę żądającą odpowiedzi z interfejsu. Chcąc uzyskać więcej informacji (np. nastaw napięcia dwóch kanałów generatora) należy zadawać pytania sekwencyjnie (łączyć szeregowo zestawy bloków VISA Write i VISA Read WYKONANIE ĆWICZENIA. Wykonanie ćwiczenia polega na zdejmowaniu charakterystyk częstotliwościowych. Można tego dokonać na kilka sposobów: Za pomocą generatora HM8130 Płynna zmiana częstotliwości. Ten sposób polega na wykorzystaniu trybu pracy sweep. Ustawienie pracy w tym trybie wymaga: Ustawienia rodzaju generowanego przebiegu (rozkaz sin) Włączenie/wyłączenie trybu płynnej zmiany częstotliwości (rozkaz SW1/0) Ustawienia parametrów zmian częstotliwości: STT: <Dana> Ustaw częstotliwość startową <...>Hz * STP: <Dana> Ustaw częstotliwość końcową <...>Hz * 135

136 SWT: <Dana> Ustaw czas przemiatania zakresu częstotliwości <...>s * Skokowa zmiana częstotliwości. Ten sposób polega na generowaniu sekwencyjnie sygnału o zadanej wartości częstotliwości i amplitudy i dokonanie pomiaru odpowiedzi obiektów. Cykl ten należy powtarzać zadaną ilość razy z zadną rozdzielczością zmian częstotliwości. Gromadzone dane w buforze będą ostatecznie wyświetlone po ich zgromadzeniu. Ustawienie pracy w tym trybie wymaga: Ustawienia rodzaju generowanego przebiegu (rozkaz sin) Ustawienia parametrów częstotliwości: FRQ: <Dana> Ustaw częstotliwość na wartość <...>Hz * Za pomocą generatora owania przebiegów harmonicznych na wyjściach analogowych urządzenia DAQ. Ten sposób wymaga zaprogramowania, podobnie jak w przypadku skokowej zmiany częstotliwości w generatorze HM 8130, sekwencji działań umożliwiającej wygenerowanie sygnału o zadanym parametrze częstotliwości, zbadanie odpowiedzi na podane wymuszenie, zmianę częstotliwości z zadanym krokiem i ponowne badanie odpowiedzi. ZADANIE 26. Zaprogramuj zdalne sterowanie generatorem za pomocą GPIB tak by co 100ms zmieniała się częstotliwość przebiegu sinus od 0.1Hz co 0.1Hz do 25Hz Na Rys przedstawiono przykłąd diagramu realizującego zadanie sekwencyjnej zmiany częstotliwości w generatorze HM8130. Do interfejsu generatora wysyłane są komendy z argumentem liczbowym przedstawiającym żądane wartości częstotliwości. Liczby formatu numeric DBL są konwertowane do formatu String za pomocą bloku Number to Fractional String. Cała komenda formowana jest za pomocą bloku Concatenate String i wysyłana do interfejsu GPIB za pomocą bloku VISA Write. Z chwilą gdy wartość nastawianej częstotliwości przekroczy 25Hz pętla zatrzymuje się i do interfejsu wysyłana jest komenda ustawiająca częstotliwość na wartości 1 Hz, po czym zamykana jest sesja VISA do interfejsu GPIB i sprawdzane ewentualne błędy. Rys Diagram aplikacji w ZADANIE 26 bez układu odmierzającego czas. 136

137 ZADANIE 27. Zbadaj charakterystykę Z=f(f) i znajdź częstotliwość rezonansową (dla której prąd i przyjmuje wartość najmniejszą, co odpowiada największej wartości zastępczej impedancji układu równoległego LC) dla równolegle połączonych cewki i kondensatora. wykorzystując do tego celu generator funkcyjny HM8130. Rys Schemat układu połączeń Do zadania należy użyć cewkę o nominalnej indukcyjności 4.4mH kondensator z zakresu 100µF do 1500µF oraz rezystor 33Ω. Rezystor służy do pośredniego pomiaru prądu, do którego szeregowo powinna być podłączona impedancja LC. Badamy amplitudę i częstotliwość napiecia Uz oraz napięcia zasilającego U dla częstotliwości od 1Hz do 1kHz. Rys Diagram aplikacji w zadaniu ZADANIE

138 Rys Wykres zależności impedancji równoległego połączenia cewki (2.2mH) i kondensatora elektrolitycznego (1000µF) od częstotliwości napięcia zasilającego. Częstotliwość rezonansowa 135Hz ZADANIA DODATKOWE ZADANIE S.6. Zdejmij charakterystykę częstotliwościową Bode amplitudy L[dB]=f(ω[rad/sek]) członów całkującego o stałej czasowej 0.05 (rezystor R=33Ohm w szeregu z kondensatorem 1500uF). Rys Charakterystyka dla członu całkującego dla stałejj czasowej T=0.05s (ω=20rad/sek) 138

139 11.5. DODATEK Generator funkcyjny HM8130. Ogólna charakterystyka przyrządu Generator funkcyjny HM8130 jest uniwersalnym źródłem sygnałów, które mogą znaleźć wszechstronne zastosowanie w cyfrowych systemach pomiarowych. Oprócz generacji pięciu standardowych sygnałów okresowych (sinusoida, prostokąt, trójkąt, trapez, impuls) oraz płynnej zmiany częstotliwości sygnału w zadanym zakresie (sweep mode), przyrząd umożliwia również generację dowolnego przebiegu opisanego przez 1024 wartości liczbowe. Przesyłanie danych do przyrządu, ich edycja, jak również przesłanie do generatora danych z pamięci oscyloskopu cyfrowego firmy HAMEG jest możliwe za pomocą interfejsu równoległego IEEE-488 lub łącza szeregowego RS232C. Zaprogramowany przez użytkownika sygnał wyjściowy generatora jest przechowywany w pamięci przyrządu do czasu ponownego zaprogramowania. Zakres częstotliwości sygnału sinusoidalnego i prostokątnego wynosi od 10 mhz (miliherców) do 10 MHz. Zakresy częstotliwości pozostałych standardowych sygnałów są ograniczone z uwagi na ich cyfrową generację. Fale przebiegów napięcia wyjściowego charakteryzują się niewielkimi zniekształceniami harmonicznych oraz bardzo krótkimi czasami narastania/opadania zbocza sygnału. Wartość średnią sygnałów okresowych można zmieniać w zakresie ±7.5 V. Maksymalna wartość międzyszczytowa napięcia wyjściowego wynosi 10 V przy obciążeniu rezystancją 50 Ω. Wyjście generatora jest zabezpieczone przed przeciążeniem (zwarciem) oraz doprowadzeniem zewnętrznego napięcia w zakresie ±15 V Komendy generatora realizowane za pomocą interfejsu HO88 Generator funkcyjny może być wyposażony w interfejs HO88, przeznaczony do współpracy z komputerem w standardzie IEEE-488, lub też interfejs HO89, który umożliwia komunikację w standardzie łącza szeregowego RS232C. Jeśli przyrząd posiada jeden z wymienionych wyżej interfejsów, rozpoznaje wyszczególniony poniżej zbiór komend, które służą do programowania trybu pracy i niezbędnych parametrów liczbowych. KOMENDY NIE ZAWIERAJĄCE ARGUMENTÓW Omówione niżej komendy nie zawierają dodatkowych argumentów (parametrów) i służą do wyboru trybu pracy urządzenia, jak również do uzyskania informacji na temat bieżących ustawień parametrów generatora. SIN Generacja sygnału sinusoidalnego 139

140 TRI SQR RMP RMN ARB Generacja sygnału trójkątnego Generacja prostokątnej fali napięcia Generacja sygnału piłokształtnego o łagodnym zboczu narastającym Generacja sygnału piłokształtnego o łagodnym zboczu opadającym Generacja arbitralnego (definiowanego przez użytkownika) napięcia wyjściowego SW1/0 Włączenie/wyłączenie trybu płynnej zmiany częstotliwości napięcia wyjściowego CTM Tryb pracy standardowy (praca ciągła, continuous mode) GTM Czas trwania napięcia wyjściowego sterowany sygnałem bramkującym (gated mode) TRM Napięcie wyjściowe wyzwalane zewnętrznym impulsem (trigger mode) OT1/0 Wyjście wyzerowane (OT0) lub generowany przebieg pojawia się na wyjściu(ot1) OF1/0 Włączenie/wyłączenie wartości stałej (offset) przebiegu wyjściowego DFR DST DSP DWT DSW DAM DOF Wyświetl aktualną częstotliwość sygnału Wyświetl początkową wartość częstotliwości przy pracy w trybie ciągłego zwiększania częstotliwości sygnału wyjściowego (sweep mode) Wyświetl końcową wartość częstotliwości przy pracy w trybie ciągłego zwiększania częstotliwości sygnału wyjściowego (sweep mode) Wyświetl szerokość impulsu generowanego napięcia wyjściowego Wyświetl czas przemiatania zadanego zakresu częstotliwości (przy pracy sweep mode) Wyświetl wartość amplitudy sygnału wyjściowego Wyświetl wartość składowej stałej sygnału (offset) RMO LK1 LK0 Zablokowanie możliwości zdalnego sterowania przyrządem (trybu pracy REMOTE). Przyrząd może być wówczas sterowany jedynie z panelu czołowego. Stan ten można również wywołać poprzez wciśnięcie klawisza LOCal panelu czołowego. Uwaga: Komenda RMO przerywa także czynności związane z wykonywaniem komendy LK1. Odblokowanie możliwości zdalnego sterowania przyrządem. Klawisz LOCal panelu czołowego jest wówczas zablokowany i sterowanie przyrządem może być zrealizowane jedynie poprzez interfejs. Nie jest możliwy powrót do trybu sterowania lokalnego poprzez wciśnięcie klawisza LOCal. Zablokowanie możliwości zdalnego sterowania przyrządem. Jest wówczas możliwe wprowadzenie urządzenia w tryb sterowania lokalnego poprzez wciśnięcie klawisza LOCal panelu czołowego. Komendy LK0 i LK1 można więc traktować jako dwupołożeniowy przełącznik trybu pracy ZDLANE/LOKALNE. Uwaga: Efekt przerwania czynności związanych z wykonywaniem komendy LK1 można również osiągnąć za pomocą komendy RMO. 140

141 TRG Wyzwolenie generacji pojedynczego okresu napięcia wyjściowego (przy pracy w trybie sweep off) lub sygnału o liniowo rosnącej częstotliwości w zadanym zakresie (przy pracy w trybie sweep on). CLR Wprowadzenie generatora HM8130 w stan domyślnych ustawień parametrów *. Komenda CLR ma ten sam efekt co komenda SDC przesłana przy programowaniu przyrządu w standardzie interfejsu IEEE-488. ARC Kasowanie wszystkich wprowadzonych uprzednio danych (np. wartości zdefiniowanego przez użytkownika sygnału wyjściowego) i ustawienie wewnętrznego licznika generatora w stan początkowy (zerowy). ARE Przerwanie edycji zdefiniowanego przez użytkownika przebiegu sygnału wyjściowego. * Ustawienia domyślne: Częstotliwość sygnału wyjściowego: 1 KHz; częstotliwość początkowa: 2 KHz; częstotliwość końcowa: 10 KHz (praca w trybie zwiększania częstotliwości, sweep mode); amplituda: 10 V, składowa stała (offset): 1 V; czas przemiatania zakresu częstotliwości: 100 ms; szerokość impulsu: 50 µs; kształt sygnału wyjściowego: sinusoida; składowa stała: zablokowana (brak składowej stałej); impulsy dodatnie; łagodne zbocze sygnału piłokształtnego: narastające. Ustawiony tryb przechowywania w pamięci przyrządu danych programujących arbitralny przebieg napięcia przez użytkownika. KOMENDY Z ARGUMENTAMI ZMIENNOPRZECINKOWYMI Format wszystkich komend z tej grupy składa się z trzech liter zakończonych znakiem dwukropka. Maksymalna długość liczby - argumentu komendy wynosi 5 cyfr i kropka dziesiętna. Format liczby jest swobodny w tym sensie, że liczba może być przedstawiona w notacji inżynierskiej (mantysa, znak "E" i wykładnik) lub tradycyjnej, może zawierać lub nie znak kropki dziesiętnej; dozwolone są także wszystkie formy notacji zmiennoprzecinkowej stosowane np. w językach programowania. Jednostki V, Hz, sec nie są transmitowane do przyrządu. Jeśli to jest konieczne, liczba może być poprzedzona znakiem, jakkolwiek znak "+" może zostać opuszczony. Niedozwolone jest występowanie spacji pomiędzy znakiem a pierwszą cyfrą wartości liczby. Przykłady: FRQ:1000<EOS> FRQ:1000.0<EOS> FRQ:1E3<EOS> FRQ:1E+3<EOS> FRQ:1.0000E+3<EOS> FRQ:10E+2<EOS> FRQ:0.0001E7<EOS> FRQ:10000E-1<EOS> Zbiór dostępnych komend: FRQ: <Dana> Ustaw częstotliwość na wartość <...>Hz * STT: <Dana> Ustaw częstotliwość startową <...>Hz * STP: <Dana> Ustaw częstotliwość końcową <...>Hz * SWT: <Dana> Ustaw czas przemiatania zakresu częstotliwości <...>s * 141

142 WDT: <Dana> Ustaw szerokość impulsu na <...>s * AMP: <Dana> Ustaw amplitudę sygnału wyjściowego na <...>V ** OFS: <Dana> Ustaw składową stałą sygnału wyjściowego na <...>V ** * co najwyżej 5 cyfr ** co najwyżej 3 cyfry Amplitudę sygnału wyjściowego można ustawić na dwa sposoby. Jeśli jako argument komendy AMP zostanie wprowadzona liczba bez znaku, zostanie ona zinterpretowana przez przyrząd jako wartość międzyszczytowa (w przypadku sygnału impulsowego, jest to równoważne połowie wartości napięcia impulsu). Liczba ze znakiem jest interpretowana jako wartość napięcia szczytowego. Zatem dla sygnału symetrycznego wartość międzyszczytowa jest równa podwojonej amplitudzie sygnału wyjściowego. W przypadku impulsów, wartość napięcia jest taka, jak na to wskazuje argument komendy, zaś znak liczby odpowiada polaryzacji impulsów. KOMENDY Z ARGUMENTAMI CAŁKOWITOLICZBOWYMI Format komend z tej grupy składa się z trzech liter zakończonych znakiem równości. Nie jest dozwolone występowanie w formacie liczby kropki dziesiętnej ani znaku wykładnika ("E"). Każda liczba może składać się co najwyżej z 4 cyfr, przy czym jeśli jest to konieczne, liczba może być poprzedzona znakiem (znak "+" może zostać opuszczony). Niedozwolone jest występowanie spacji pomiędzy znakiem a pierwszą cyfrą wartości liczby. Zbiór dostępnych komend: STO=<Dana> Zapamiętanie wartości <0...8> liczb RCL=<Dana> Odczytanie wartości <0...9> liczb ARB=<Dana> Odczytanie danej do programowania przebiegu z jednoczesnym zwiększeniem zawartości wewnętrznego licznika. Zakres wartości liczbowej danych: -511 do Możliwe jest wprowadzenie do 1023 wartości danych programujących ARP=<Dana1>:<Dana2> Wprowadzenie współrzędnych punktu odniesienia (początku układu) przy programowaniu przebiegu napięcia użytkownika. Dana1 określa tę wartość w osi X, zaś Dana2 - w osi Y. Zakres dozwolonych wartości liczbowych: Dana1 (x): od -511 do +512, Dana2 (y): od 0 do KOMENDY ODPYTYWANIA O STATUS PRZYRZĄDU Grupa zestawionych poniżej komend jest używana do odpytywania o status i aktualnie ustawione parametry generatora funkcyjnego. Powodują one wysłanie przez przyrząd łańcucha znaków, jeśli jest on zaadresowany jako nadajnik. Dostępny jest następujący zbór komend: FRQ? Podaj aktualnie ustawioną częstotliwość napięcia wyjściowego STT? Podaj wartość początkową częstotliwości (sweep mode) 142

143 STP? Podaj wartość końcową częstotliwości (sweep mode) SWT? Podaj czas przemiatania zakresu częstotliwości WDT? Podaj aktualnie ustawioną szerokość impulsu AMP? Podaj amplitudę sygnału wyjściowego OFS? Podaj wartość składowej stałej sygnału wyjściowego ARD? Odczytaj wartości danych programujących dowolny sygnał użytkownika ID? Podaj identyfikator urządzenia VER? Podaj wersję wykonania urządzenia STA? Podaj status urządzenia Dane liczbowe, zwracane przez interfejs generatora w odpowiedzi na którąś z powyższych komend, są przedstawione w postaci zmiennoprzecinkowej, w notacji inżynierskiej (mantysa - wykładnik). Każdy łańcuch znaków rozpoczyna się od kodu mnemonicznego komendy, np.: "FRQ:1.2345E+3" "OFS:-3.0E+0" "WDT:45.6E-6" Komenda CLR Tekst, zwracany przez przyrząd w odpowiedzi na tę komendę składa się z 21 znaków i wskazuje stan ustawień dokonanych na panelu czołowym przyrządu. Używana jest podana niżej sekwencja (nie zawiera ona znaków spacji, które zostały wprowadzone w celu poprawy czytelności tekstu): Status generatora zwracany w odpowiedzi na komendę CLR: OT0 OF0 SW0 SIN CTM DFR DAM Sygnał wyjściowy włączony/wyłączony (OT1/OT0) 2 Składowa stała włączona/wyłączona (OF1/OF0) 3 Tryb przemiatania częstotliwości (sweep mode) włączony/wyłączony (SW1/SW0) 4 Typ generowanej fali napięcia (w przykładzie: sinusoida) 5 Tryb pracy generatora (w przykładzie: ciągły) 6 Parametr aktualnie pokazywany na prawym wyświetlaczu (tutaj: częstotliwość) 7 Parametr aktualnie pokazywany na lewym wyświetlaczu (tutaj: amplituda) Programowanie generatora HM8130 w LabView. W celu zdalnej kontroli generatora można posłużyć się bądź interfejsem GPIB bądź RS232, w zależności od wyposażenia. Przykład diagramu wykorzystującego GPIB VISA LabView do sterowania generatorem zawiera Rys i Rys

144 Rys Panel programu do zdalnego sterowania generatorem Rys Diagram programu zdalnego sterowania generatorem 144

145 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki ĆW. 12. PROGRAMOWANIE CYFROWYCH I/O KARTY CDAQ 9174 Opracował: dr inż. Andrzej Sobolewski Białystok, jesień

146 12.1. WPROWADZENIE W ćwiczeniu poruszone będą zagadnienia związane ze sterowaniem urządzeń cyfrowych. Jednym z zadań tego typu jest sterowanie wyświetlaczem LED za pomocą urządzenia cdaq Za pomocą tej karty do wyświetlacza wysłane zostanie słowo binarne wyświetlane w sekwencjach ZAWARTOŚĆ ZESTAWU LABORATORYJNEGO Urządzenie cdaq 9174 z modułem bidirectional digital I/O NI-9401 Platforma z wyświetlaczem LCD WYKONANIE ĆWICZENIA ZADANIE 28. Zaprogramuj cyfrowe wyjścia cdaq 9174 z modułem bidirectional digital I/O NI-9401 do sterowania czterema cyframi siedmio-segmentowego wyświetlacza LED. Wyświetlaną wartością ma być nastawa zegara systemowego z możliwością przełączenia do trybu godzin i min lub minut i sekund. Wyświetlenie czasu systemowego powinno rozpocząć się od wyodrębnienia poszczególnych składników tego czasu (mm:ss lub gg:mm). Dokonać można tego tworząc vi o nazwie get_time for LED, który wykorzysta get Date/Time string.vi. Rys Diagram bloku get_time for LED.vi Poniżej przedstawiono bloki użyte do budowy get_time for LED. 146

147 Rys Pomoc kontekstowa bloku Get Date/Time String oraz string subset Rys Pomoc kontekstowa bloku String Subset wraz z konwerterem fractional string to number Rys Pomoc kontekstowa bloku Fract/Exp String To Number 147

148 Obsługa wyświetlaczy ma charakter sekwencyjny, oznacza to że każdy z czterech wyświetlaczy wyświetlany jest w innym czasie. Wybór wyświetlacza dokonywany jest przez podanie niskiego stanu na anody wyświetlaczy (false na DIO4..DIO7). Wejścia DIO0..DIO3 powinny zawierać kod BCD wyświetlanej cyfry. Kod taki można uzyskać stosując konwerter Number to Boolean Array. Podobnie, przedstawia się sterowanie wyświetlaczami. Chcąc zapalić pierwszy wyświetlacz na konwerter Number to Boolean Array dołączony do bloku Indeks Array sterującego wyjściami cyfrowymi DIO4..DIO7 powinna być podana jedynka, drugi dwójka, trzeci czwórka, czwarty ósemka (Rys ). Rys Pomoc kontekstowa bloku Number to Boolean Array 148

149 Rys Rysunek reklamowy ni.com modułu 9401 z wyjściami cyfrowymi. 149

150 Rys Schemat połączeń złącza D-SUB. Rys Połączenia urządzeń cyfrowych do modułu

151 Rys Konfiguracja wyjść cyfrowych do obsługi wyświetlaczy LED. Rys Przykład wyświetlenia liczby 5 na skrajnie prawym wyświetlaczu LED. 151

152 Rys Diagram pętli deterministycznej z obsługą wyjść I/O do sekwencyjnej obsługi wyświetlaczy LED Rys Opcje struktury Case do sekwencyjnej obsługi wyświetlacza. 152