KWANTOWANIE przyporządkowanie kolejnym próbkom określonych wartości zmiennej dyskretnej.

Transkrypt

1 KWANTOWANIE przyporządkowanie kolejnym próbkom określonych wartości zmiennej dyskretnej N Q/2 -Q/2 ε Q FS U we Charakterystyka układu kwantującego Rozdzielczość liczba stanów wyjściowych - zwykle określana liczbą bitów n słowa wyjściowego. Miarą rozdzielczości jest przedział kwantowania Q, który można obliczyć dzieląc zakres wejściowy FS przetwornika analogowo-cyfrowego przez liczbę przedziałów: Przy kodowaniu binarnym: FS Q = 2 n 80

2 Kwantowanie wprowadza błąd kwantowania, czyli różnicę między wartością rzeczywistą sygnału analogowego a wartością wyjściową, która zwykle mieści się w zakresie: ε Q ± 2 Błąd kwantowania traktowany jako dodatkowy sygnał zakłócający nazywany jest szumem kwantowania. Wartość średnia szumu kwantowania jest równa zero a wartość skuteczna: Q 2 1 ε = dx Q ε Q 2 1 Q 3 Q 8 Q Q = Dynamika układu kwantującego SNR (ang. Signal to Noise Ratio) to stosunek wartości skutecznej Û sygnału do wartości skutecznej szumu kwantowania: SNR U 20 log 10 ε = [ db] Wyznaczmy SNR dla sygnału sinusoidalnego: u( t) = A sin( f Wartość skuteczna takiego sygnału wynosi: A U = 2 ) =

3 Zatem w ogólnym przypadku dynamika jest równa: SNR A = 20 log 10 Q Największy stosunek sygnału sinusoidalnego do szumu ma miejsce wtedy, gdy amplituda sygnału jest największa, jaką można bez obcinania przetworzyć przy pomocy przetwornika o zakresie FS, czyli wynosi: wtedy: SNR MAX SNR A MAX MAX = = FS 2 20log10 = Q 2 2 n Q n 2 3 Q 3 n = 20log 10 2 = 20log n 20log Ostatecznie największą dynamikę można obliczyć wg prostej zależności liniowej: SNR MAX = 6,02 n + 1,76 Liczba bitów efektywnych n eff pozwala ocenić dokładność kwantowania przyrządu na podstawie rzeczywistej, zmierzonej wartości SNR: n eff = SNR 1,76 6,

4 KODOWANIE przyporządkowanie cyfrowych słów poszczególnym poziomom kwantowania Naturalny kod dwójkowy (binarny) przedstawia liczby z przedziału (0, FS) w postaci: N 1 2 ( n 1 ) = FS ( a 2 + a a 2 + a Κ Bit pierwszy z lewej a 1 jest bitem najbardziej znaczącym (MSB - Most Significant Bit) o wadze równej ½ FS. Bit pierwszy z prawej a n jest bitem najmniej znaczącym (LSB - Least Significant Bit) o wadze równej 2 -n FS. FS 1 LSB = n 2 Słowo kodowe złożone z samych jedynek nie odpowiada wartości pełnego zakresu przetwarzania FS, lecz wartości mniejszej o wagę LSB tzn. (1-2 -n )FS, np.: dla: n=12, FS=0 10V n 1 zapis: N= , odpowiada wartości napięcia: U= ( )10V=9,99756V n n ) W przetwornikach bipolarnych występuje konieczność zapisu znaku i kodowania liczb ujemnych. W tym celu stosuje się najczęściej jeden z trzech następujących sposobów: - przesunięty kod dwójkowy, - zapis uzupełnieniowy do dwóch, - zapis znak moduł. 83

5 Kod dwójkowy z przesunięciem - kodowanie jak w kodzie naturalnym przy przesuniętym o połowę zakresie przetwarzania, czyli o wartość MSB. Kod uzupełnieniowy do dwóch suma dwóch słów kodowych, odpowiadających identycznym co do modułu wartościom analogowym ale o różnych znakach, wynosi zero (plus przeniesienie), np.: ¼ FS = ¼ FS = suma = przesunięty uzup. do N 011 znak-moduł FS 000 U we FS Różne sposoby kodowania w przypadku bipolarnego przetwornika A/C 84

6 Kod binarny typu znak i moduł napięciom dodatnim i ujemnym o jednakowej amplitudzie odpowiadają identyczne słowa kodowe z wyjątkiem bitu znaku. Dwa słowa kodowe odpowiadają napięciu zerowemu (0 +,0 - ). Maksymalne napięcia wejściowe wynoszą ±(FS-1LSB). Do kodowania liczb dziesiętnych stosuje się tzw. kody dziesiętno-dwójkowe (BCD - Binary Coded Decimal), w których każda cyfra dziesiętna zostaje zastąpiona przez czterocyfrową liczbę binarną, zwaną tetradą. Wartość sygnału analogowego odpowiadająca przedziałowi kwantowania wynosi: FS 1 LSB = 10 d gdzie: d - liczba cyfr dziesiętnych. Dodanie pojedynczego bitu na pozycji najbardziej znaczącej, pozwala na dwukrotne zwiększenie zakresu (dodanie tzw. ½ cyfry), np.: w przetworniku o rozdzielczości 3 cyfr dziesiętnych, czyli o zakresie dodanie 1 bitu daje rozdzielczość 3½ cyfry i rozszerza zakres do Dodanie dwóch bitów na pozycji najbardziej znaczącej zwiększa rozdzielczość o ¾ cyfry, np.: w przetworniku o rozdzielczości 3 cyfr (zakres 0 999) dodanie 2 bitów daje rozdzielczość 3¾ cyfry (4 razy rozszerza zakres do ). 85

7 Układ próbkująco-pamiętający (ang. Sample-and- Hold Circuit - S/H) służy do pobrania chwilowej wartości napięcia oraz do jej zapamiętania na okres czasu niezbędny do konwersji w przetworniku A/C. u we sterowanie C u wy Moment pobrania próbki określony jest przez układ sterujący przełącznikiem. Pamiętanie próbki polega na utrzymywaniu ładunku elektrycznego na kondensatorze pamiętającym C. u we czas ustalania u wy spadek napięcia na kondesatorze czas akwizycji czas apertury pamiętanie próbkowanie pamiętanie 86

8 Długość czasu akwizycji (czasu przyjęcia próbki) zależy od żądanej dokładności odwzorowania napięcia wejściowego. Czas akwizycji można skrócić przez zmniejszanie pojemność kondensatora pamiętającego, ale powoduje to zwiększenie spadku napięcia w stanie pamiętania. Dlatego pojemność kondensatora musi być na tyle duża, żeby błąd spowodowany tym spadkiem był nie większy niż ½LSB przetwornika A/C. Czas przejścia od fazy próbkowania do pamiętania (czas apertury) może zmieniać się przypadkowo w pewnych granicach określanych jako drżenie apertury (apertute jitter). Błędu spowodowanego drżeniem apertury nie można wyeliminować w przeciwieństwie do samego czasu apertury, który można korygować przez odpowiedni dobór chwili zmiany sygnału sterującego. Czas ustalania (settling time) to czas trwania oscylacji w początkowej fazie etapu pamiętania. Inne dodatkowe błędy układu próbkująco - pamiętającego nie zaznaczone na rysunku to: błąd skokowy (piedestał) występujący na początku fazy pamiętania jest to zmiana ładunku na kondensatorze pamiętającym w momencie rozwarcia klucza, spowodowana istnieniem pojemności pasożytniczej układu sterującego, przenikanie sygnału wejściowego na wyjście układu w fazie pamiętania - powstające w wyniku pasożytniczych sprzężeń pojemnościowych. 87

9 Przetworniki analogowo-cyfrowe (Analog to Digital Converter - ADC) służą do zamiany wielkości mierzonej o charakterze ciągłym na wielkość dyskretną. Metody przetwarzania A/C wartości napięcia : 1. Bezpośrednie (porównawcze) - formują sygnał cyfrowy na podstawie wyniku porównania napięcia przetwarzanego z wzorcowym Bezpośredniego porównania (różnicowe): Przetwarzania równoległego Przetwarzania szeregowo - równoległego Kompensacyjne (zerowe): Kompensacji równomiernej Kompensacji wagowej Kompensacji wieloprzebiegowej 2. Pośrednie (przetworzeniowo - porównawcze) formują wynik cyfrowy dwustopniowo, najpierw napięcie przekształcają w wielkość pomocniczą (czas, częstotliwość), potem tą wielkość przetwarzają na sygnał cyfrowy: Czasowe: Pojedynczego całkowania Podwójnego całkowania Poczwórnego całkowania Częstotliwościowe: Równoważenia ładunków Delta - sigma 88

10 Przetwornik A/C równoległy ( Flash Type ) U R 3/2R Komparatory Napięcie wejściowe U we jest jednocześnie porównywane z 2 n -1 poziomami odniesienia przy użyciu komparatorów napięcia. Cyfrowe stany wyjściowe komparatorów, po odpowiednim zakodowaniu, dają cyfrową informację wyjściową w kodzie dwójkowym. R R R R/2 n K 2-1 K 3 K 2 K 1 Układ dekodujący Wyjście cyfrowe U we Zaleta: duża szybkość przetwarzania. Wada: duża liczba komparatorów w przetwornikach wielobitowych. Przetworniki równoległe mają rozdzielczości od 4 do 12 bitów i częstotliwość przetwarzania do 300MHz. 89

11 Szeregowo - równoległy przetwornik A/C ( Half Flash Type ) U R U we bitowy flash A/C 4 MSBs 4-bit C/A 4-bitowy flash A/C 4 LSBs 8-bitowy rejestr wyjściowy MSB LSB U R /16 Przetwarzanie odbywa się dwuetapowo: najpierw konwersja zgrubna, potem konwersja dokładna różnicy miedzy sygnałem wejściowym a wytworzonym w ultraszybkim przetworniku C/A napięciem odpowiadającym wynikowi pierwszego etapu. Zalety: dużo mniejsza złożoność układu niż w przypadku przetwornika typu flash o tej samej rozdzielczości, przy nadal bardzo dużej częstotliwości przetwarzania dochodzacej do 100MHz. 90

12 Przetwornik A/C z kompensacją równomierną (zliczający - Counter Type) U X U K C/A U R Komparator Wyjście cyfrowe Zegar Licznik U K U X Koniec zliczania t Po wyzerowaniu licznika rozpoczyna się zliczanie impulsów zegarowych i trwa do chwili, gdy napięcie kompensujące U K przekroczy wartość napięcia przetwarzanego U X. Czas trwania zlicznia jest proporcjonalny do wartości napięcia U X. Wadą metody jest długi czas przetwarzania maksymalnie: 2 n T w, gdy U X =U R. Przykładowo dla n =10, f w =50MHz, maksymalny czas przetwarzania wynosi 20ms. 91

13 Kompensacyjny przetwornik A/C śledzący (tracking type) U X U K C/A U R Komparator Wyjście cyfrowe sterowanie Licznik rewersyjny Zegar U K U X t Przetwornik śledzący różni się od zliczającego zastosowaniem licznika rewersyjnego wraz z układem sterującym. Sygnały zegarowe kierowane są na wejście zwiększające lub zmniejszające stan licznika w zależności od tego, jaki znak ma różnica napięć kompensującego U K i wejściowego U X. Zaletą tego rozwiązania jest możliwość znacznego zwiększenia szybkości przetwarzania, ale pod warunkiem, że sygnał wejściowy nie jest zbyt szybko zmienny. 92

14 Przetwornik A/C z kompensacją wagową (Successive Approximation) U X U K C/A U R Komparator Wyjście cyfrowe Rejestr sukcesywnej aproksymacji Zegar U K ¾ U R U X ½ U R ¼ U R t Metoda kompensacji wagowej polega na kolejnym ważeniu napięcia wejściowego U X przy pomocy malejących kwantów (½U R, ¼U R,...) napięcia kompensującego U K, których wagi odpowiadają pozycjom kolejnych bitów. Dzięki temu równoważenie napięcia wejściowego wymaga tylko n (liczba bitów) porównań. Przetworniki z kompensacją wagową mają rozdzielczości od 8 do 16 bitów i częstotliwość przetwarzania do 5MHz. 93

15 Przetwornik A/C z podwójnym całkowaniem (Dual Slope Integrating) U X R C Komparator U R Integrator U I Zegar T w Sterowanie Licznik Wyjście cyfrowe -U I I całkowanie II całkowanie Koniec zliczania t T 1 =N max T w =const. t 2 =N T w Podczas I etapu całkowane jest napięcie U X. Czas T 1 wyznaczany przez licznik jest stały. Podczas II etapu całkowane jest napięcie stałe U R o przeciwnej polaryzacji do U X a licznik mierzy odcinek czasu, jaki jest potrzebny do rozładowania kondensatora. U X t U t T T = X 1 X max w N = = = = w U U R T T w U N U T R w R T U U X R N max 94

16 Bezwzględne wartości rezystancji R, pojemności C oraz częstotliwości zegara f w =1/ T w, nie mają wpływu na dokładność przetwarzania. Uśrednianie wykonywane w czasie pierwszego całkowania umożliwia tłumienie zakłóceń okresowych nałożonych na mierzone napięcie. W tym celu konieczne jest dopasowanie czasu pierwszego całkowania T 1 do okresu zakłóceń T z lub jego wielokrotności. -U I t T 1 = T z 20 NMRR [db] 10 T 1 okres całkowania T z okres zakłóceń T 1 /T z 0 0, NMRR - współczynnik tłumienia sygnału nałożonego (Normal Mode Rejection Ratio). 95

17 Metoda częstotliwościowa przetwarzania A/C R 1 i 1 C Integrator Sterowanie U X R 2 i 2 U R2 U I K f X Licznik Układ formujący U K Wyjście cyfrowe U R U R2 U I U K i 2 t r t x t W tej metodzie stosuje się równoważenie ładunków pochodzący ze źródła przetwarzanego napięcia U X przez impulsy ładunkowe o stałej wartości dostarczane do integratora. i ( t + t ) = i 1 x r t Częstotliwość impulsów: 2 f = x r t x 1 + t r R R U R X 1 r ( t 1 t x U U + t X R r ) = jest proporcjonalna do napięcia przetwarzanego U X. = 2 1 U R R 2 t r 96

18 Przetwornik A/C typu delta-sigma ( - Σ) Dzielnik częstotliwości Generator wzorcowy f C f C /k U X Integrator K Licznik Wyjście cyfrowe C/A 1 bitowy U R Modulator Schemat przetwornika -Σ z modulacją I -go rzędu Przetwornik -Σ składa się z modulatora -Σ i cyfrowego filtru dolnoprzepustowego. Modulator -Σ wytwarza strumień bitów, którego średnia wartość reprezentuje poziom sygnału wejściowego. Dokładność odwzorowania sygnału wejściowego zależy od ilości impulsów wytworzonego strumienia bitów, a ta zależy od częstotliwości próbkowania. W przetwornikach -Σ stosuje się nadpróbkowanie, tzn. zwiększenie częstotliwości próbkowania ponad wartość wynikająca z twierdzenia o próbkowaniu. 97

19 Sygnał wejściowy i wyjściowy modulatora I -go rzędu Zwiększanie częstotliwości próbkowania zmniejsza również wartość szumów przetwarzania, tzn. podnosi stosunek sygnału do szumu SNR. Efektywniejsze zmniejszenie szumów można uzyskać stosując modulator wyższego rzędu. Wpływ rzędu modulatora -Σ i nadpróbkowania na współczynnik SNR 98

20 Przetwornik A/C potokowy (pipeline ADC lub subranging ADC) U X S1 S2 S3 Sn-1 Sn a 1 a 2 a 3 a n-1 a n U i-1 T&H x2 U i A/C 1 bit U i =2(U i-1 ±U R ) +U R -U R Stopień Si Bit a i Przetwornik ten składa się z szeregu kolejnych stopni przetwarzania, z których każdy zawiera układ śledząco - pamiętający (Track and Hold), oraz przetworniki A/C i C/A o niskiej rozdzielczości. Przetwornik jednocześnie przetwarza wiele kolejnych próbek sygnału wejściowego - w każdym stopniu potoku inną. Charakteryzuje go opóźnienie przetwarzania wynikające z pracy potokowej. Jego zalety to małe zużycie energii i częstotliwość przetwarzania rzędu MHz przy rozdzielczości bitów. 99

21 Parametry przetworników A/C i C/A 1. Zakres przetwarzania FS 2. Rozdzielczość liczba stanów cyfrowych: określana liczbą bitów n cyfrowego słowa wy/we, U FS N FS n 2 = = = r 3. Dokładność przetwornika błąd bezwzględny: lub względny: U b δ = = U rz U b FS U ideal Dokładność - będąca maksymalną sumą wszystkich błędów przetwornika - jest zawsze gorsza od jego rozdzielczości: U > b U r 4. Częstotliwość przetwarzania liczba okresów przetwarzania na sekundę podawana w próbkach na sekundę ( SPS samples per second) 6. Czas ustalania (dla przetworników C/A) czas od chwili zmiany sygnału na wejściu do ustalenia się sygnału na wyjściu z dokładnością równą ±0,5Q Q 5. Stosunek sygnału do szumu SNR 100

22 111 N idealna rzeczywista 001 a) 000 U 0 FS U we 111 N U 110 k= U/FS 100% 101 idealna rzeczywista b) FS U we Błędy przetwornika A/C: a) przesunięcia U 0, b) wzmocnienia k, można wyeliminować przez wstępne strojenie. 101

23 111 N idealna INL rzeczywista a) FS U we b) N idealna wypadanie słowa kodowego 1LSB 1LSB LSB DNL rzeczywista FS U we Błędy nieliniowości przetwornika A/C: a) całkowej INL (Integral Non-Linearity), b) różniczkowej DNL (Differential Non-Linearity), są trudne do wyeliminowania 102

24 Przetwornik cyfrowo analogowy (Digital to Analog Converter - DAC) - służy do zamiany sygnału dyskretnego na sygnał ciągły w czasie. Cyfrowe słowo wejściowe Przetwornik C/A U wy U wy = FS b b N N i = LSB i i= 1 2 i= 1 i = 0 lub 1 b i 2 N i FS U wy LSB N Charakterystyka statyczna przetwornika C/A 103

25 Przetwornik C/A z rezystorami wagowymi MSB U R 0 1 R 1% 2R 2% R 1% 4R 5% U wy LSB n-1 R 10% Zmiana rezystancji wejściowych R pozwala zastosować inny kod wejściowy (BCD lub Hex.), wymaga dokładnego źródła napięciowego U R, najmniejsze rezystancje muszą być najdokładniejsze, wymaga małej rezystancji kluczy, względnie szybki, niska rozdzielczość. 104

26 Przetwornik C/A z drabinką rezystorów R-2R U R 2R 0 MSB R 2R 1 R F R 2R U wy 2R R 2R 2R 0 1 LSB Zmiana rezystancji wejściowych R pozwala zastosować inny kod wejściowy (BCD lub Hex.), wymaga tylko dwóch wartości oporników, rezystancje R muszą być precyzyjnie dobrane, nie wymaga ścisłej wartości rezystancji R, nie wymaga małej rezystancji kluczy, względnie szybki, wysoka rozdzielczość. 105

27 Przetwornik C/A z ważeniem prądów przy użyciu drabinki rezystorów R-2R +U R MSB LSB Iwy Q R I I/2 I/2 n-2 I/2 n-1 2R 2R 2R 2R 2R 2R -U cc R R R R krótki czas ustalania przetwornika dzięki zastosowaniu przełączania prądów, dobra liniowość, niska impedancja wyjściowa, występowanie zakłóceń impulsowych na wyjściu, konieczność zwielokrotnienia powierzchni emiterowych kolejnych tranzystorów, krótki czas ustalania przetwornika dzięki zastosowaniu przełączania prądów, jeśli sygnał wyjściowy ma być napięciowy wymaga konwersji prądu na napięcie. 106

28 Przetwornik C/A z modulacją szerokości impulsów b 1 b n MSB LSB Rejestr wejściowy U R Komparator cyfrowy U K Filtr DP U wy MSB Licznik LSB zegar U K U R T T x t U wy = U R T T x b 1 b n MSB LSB Rejestr wejściowy U R Komparator cyfrowy U K Filtr DP U wy MSB LSB Generator losowy zegar U K U R T T i t U wy = U R i T T i 107

29 FS U wy DNL LSB INL Błędy nieliniowości całkowej( INL) i różniczkowej (DNL) przetwornika C/A N FS U wy niemonotoniczność N Błąd monotoniczości przetwornika C/A 108

30 Właściwości: Karty akwizycji danych (DAQ Boards) instalacja bezpośrednio w komputerze, dostępne dla wielu komputerów z różnymi magistralami (ISA, EISA, PCI, PCMCIA, itd.), obsługa analogowych i cyfrowych sygnałów wejściowych i wyjściowych, obsługa wejść i wyjść impulsowych możliwość filtracji antyaliasingowej sygnałów rozdzielczość 8 16 bitów, częstość próbkowania do 20 MHz, możliwość bezpośredniej transmisji do pamięci mikrokomputera, programowalne: częstość próbkowania, oddzielne wzmocnienie dla każdego kanału pomiarowego, metoda konwersji danych, wyzwalanie rejestracji i/lub taktowanie próbkowania zewnętrznym sygnałem, ustawianie poziomów i czasu wyzwalania, możliwość współpracy z układ. kondycjonowania, możliwość programowania w wielu językach (C, Pascal, Visual Basic, itp.) pod Windows 98/NT/XP, Unix, DOS, oraz korzystania z firmowych pakietów programowania (LabVIEW, LabWindows/CVI, PCI, HP VEE, TestPoint), stosu nkowo niski koszt, technologia plug and play. 109

31 Elementy karty DAQ: Schemat blokowy komputerowej karty pomiarowej DAQ Przykład komputerowej karty pomiarowej DAQ 110

32 Przyrząd wirtualny - inteligentny przyrząd pomiarowy będący połączeniem sprzętu pomiarowego z komputerem osobistym ogólnego przeznaczenia, wyposażonym w oprogramowanie (przyjaznym dla użytkownika), które umożliwia obsługę przyrządu. Kategorie przyrządów wirtualnych: przyrząd autonomiczny wyposażony w interfejs (np.: IEC-625, RS232), panel graficzny na ekranie monitora symulujący płytę czołową, karta DAQ lub moduł VXI oraz panel graficzny na ekranie monitora symulujący płytę czołową, komputer wraz z programem symulującym pomiar lub pobierający dane wejściowe z plików w pamięci masowej, z innych komputerów, panel graficzny na ekranie monitora. Przyrząd pomiarowy lub interfejs moduł VXI lub Karta DAQ + sterowniki Komputer Oprogramowanie: LabView, HP VEE, TestPoint, DesyLab, Visual Basic, Visual C/C++ Wirtualny przyrząd pomiarowy Struktura wirtualnego przyrządu pomiarowego 111

33 Porównanie właściwości rzeczywistego i wirtualnego przyrządu pomiarowego Tradycyjny podstawą jest sprzęt (hardware) konstrukcja producenta Wirtualny podstawą jest oprogramowanie (software) konfiguracja użytkownika ograniczone możliwości przyrząd adaptowalny do realizacji warunków pomiaru wyspecjalizowanych funkcji kosztowny zamknięta struktura (określony zestaw funkcji pomiarowych) długi cykl życia przyrządu (5 10 lat) wysokie koszty opracowania i wykonania znacznie niższe koszty struktura otwarta, bardzo elastyczna krótki cykl życia przyrządu (1, 2 lata) oprogramowanie znacznie zmniejsza koszty Przykładowe dodatkowe składniki wirtualnego przyrządu pomiarowego: Karta kondycjonera, Karta rozszerzająca, Karta z wejściami z izolacją optyczną, Karta z wejściami koncentrycznymi BNC. 112

34 OPROGRAMOWANIE SYSTEMÓW POMIAROWYCH - zapisany w odpowiednim języku algorytm działania systemu pomiarowego - powinno zapewniać: akwizycję danych pomiarowych, przetwarzanie danych i ich analizę, prezentację wyników w postaci wygodnej dla użytkownika, archiwizację wyników. Dwa sposoby programowania: 1. Klasyczny samodzielne pisanie od podstaw programu sterującego p rzy pomocy języków niskiego poziomu (np. procedury w systemach czasu rzeczywistego) lub wyższego poziomu (Basic, Pascal, C, Visual Basic, Visual C/C++, Delphi). 2. Graficzny przy użyciu specjalistycznych, przyjaznych dla użytkownika, zintegrowanych środowisk programowych, opartych na tworzeniu obiektów programowych będących odwzorowaniem obiektów fizycznych (LabVIEW, LabWindows, VEE, Test Point, DasyLab). Umożliwiają one nawet osobom bez przygotowania informatycznego pisanie złożonych programów obsługiwanych przy pomocy łatwego w obsłudze graficznego interfejsu użytkownika. 113

35 Standaryzacja obsługi urządzeń pomiarowych język SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments) jest zestawem poleceń służących do programowania przyrządów pomiarowych. Uogólniony model urządzenia - jego bloki funkcjonalne: SENSE - funkcje pomiarowe, SOURCE - funkcje generacji sygnału, TRIGGER - funkcje wyzwolenia działania, CALIBRATION - funkcje kalibracji urządzenia, ROUTE dołączenie sygnału do wej. lub wyjścia, INPut właściwości wejścia, OUTPut właściwości wyjścia, CALculate przetwarzanie danych, FORmat formatowanie danych, MEMory obsługa pamięci, DISplay prezentacja danych, SYSTem konfiguracja urządzenia. 114

36 Podstawy programowania w środowisku graficznym LabVIEW Program napisany w LabVIEW jest nazywany przyrządem wirtualnym (VI - virtual instrument). Program VI składa się z trzech komponentów: Panelu czołowego (front panel) - pełniącego rolę interfejsu użytkownika - na nim umieszcza się elementy nastawcze do wprowadzania danych i prezentacyjne, do wyświetlania danych wyjściowych; Diagramu (block diagram) graficznego zapisu kodu programu w języku graficznym G. Obiekty występujące na panelu czołowym mają tu swoje odpowiedniki w postaci terminali Ikon i złącz (icon & connector pane). Ikona identyfikuje dany VI, co pozwalana na użycie go w innym programie jako podprogramu (subvi). Złącze definiuje wejścia i wyjścia podprogramu oraz ich przyporządkowanie i odpowiada definicji argumentów procedury w językach tekstowych. Do tworzenia programu wykorzystuje się: Tools Pallete paletę narzędzi do budowania panelu użytkownik i diagramu, Controls Pallete paletę obiektów sterujących i wskazujących do budowy panelu użytkownika, Functions Pallete paletę funkcji i instrumentów wirtualnych (VI) do budowy diagramu. 115

37 Controls zadajniki wejścia Indicators wskaźniki wyjścia Terminals końcówki Structures konstrukcje sterujące Wires przewody Nodes węzły Panel użytkownika i diagram programu służącego do pomiaru napięcia przy użyciu karty DAQ, napisanego w LabVIEW 116

38 Operating Tool zmiany nastaw obiektów na panelu Automatic Tool Selection przełącznik ręcznego lub automatycznego wyboru narzędzi Positioning Tool zmiany położenia, wymiarów i obiektów Object Shortcut Menu Tool otwieranie menu z dostępnymi obiektami Wiring Tool łączenie przewodami obiektów na diagramie Labeling Tool edycja tekstów i tworzenie napisów Scroll Tool przesuwanie zawartości okna Breakpoint Tool wstawianie i usuwanie punktów przerwania programu Color Copy Tool kopiowanie wybranego koloru do wstawiania przy użyciu Color Tool Color Tool ustawianie koloru elementów i koloru tła Probe Tool wstawianie sondy do sprawdzania wartości w wybranym punkcie diagramu Narzędzia do budowy programu w LabVIEW dostępne w oknie Tools 117

39 Grupy obiektów w oknie Controls 118

40 Grupy elementów w oknie Functions 119