"LabVIEW" (ppt file)

iLV =
inleiding LabVIEW
Martin van Exter
Overzicht
• Opzet Cursus LabVIEW
– vooral practica: LV1-5
• Digitaal  Analoog
– representaties & omzettingen
• Communicatie
– binnen PC (met 3 bussen)
– naar buiten met
• PC  IEEE bus  randapparatuur
• PC  I/O insteekkaart  lintkabel  BNC kastje
• Aansturing & controle met LabVIEW software
Rooster LabVIEW
Analoog versus Digitaal
• Signaal = analoog voltage
• Signaal = 0 of 1
< 0.8 V of > 2.0 V
– TTL (transistor-transistor
logic) = 5 V
– CMOS (Complementary
Metal On Silicon) = 3-15 V
• Transistoren + RC(L) circuits
(ouderwetse electronica)
• Geïntegreerde circuits
(moderne IC technologie)
• systeem bevat microprocessor
• Analoge bewerking
(gevoelig voor ruis)
• Exacte bewerking
(ongevoelig voor ruis)
Binaire getallen
• Decimaal: 154 = 1 x 102 + 5 x 101 + 4 x 100
• Binair: 1001 = 1 x 23 + 0 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20 = 8+1 = 9
• Wat is 1101 ?
• Waarom niet 3-tallig of 10-tallig ?
– beter onderscheid toestanden
– veel fysische mogelijkheden voor aan/uit
– Boolse algebra maakt schakelingen eenvoudig
Digitale representatie van analoog voltage
• We zoeken een afbeelding U0 <=> a = a3a2a1a0 (4 bits)
of a = an-1 …a0 (n bits)
• Conversie procedure:
– Introduceer een referentie voltage Uref
– bereken
U0 / Uref  [0,1
– Vergelijk dit met a / 2n  [0,1
– Randgebieden? a = 0  U0  [0, Uref/2n
(alle analoge segmenten even groot)
n-1
• U0 = Uref
 ai
i=0
2 i-n = Uref (an-1 ½ + an-2 ¼ + …)
Waarom Digitale signaalverwerking ?
• Geen verlies aan kwaliteit na digitalisatie
=> wel mogelijk verlies bij digitalisatie !
(spectrale inhoud + resolutie)
•
•
•
•
•
Willekeurige manipulatie van signaal mogelijk
Foutcorrecties mogelijk (ongevoelig voor ruis)
Digitale opslag maakt verwerking achteraf mogelijk
Grote flexibiliteit met PCs
Data compressie mogelijk
Vb: Geef (bij TV) beeld alleen veranderingen door.
Informatieverlies bij discretisering
• Resolutie <=> Quantisatie (aantal bits per monster)
• Spectrale inhoud <=> Bemonster snelheid (punten/sec.)
signaal
n+1
n
n-1
t1
t2
tijd
Bemonsteren bekeken in Fourier domein
In tijd-domein
vermenigvuldiging met:

(t-nTsample)
In frequentie-domein
convolutie met:

( -nsample)
Dus periodiek !!
Omzetting digitaal  analoog
• Twee typen parallelle DA omzetters (DACs):
– essentie: spanningsdeler van Uref
• Compenserende AD omzetters (DAC & comperator)
– essentie: werken met DAC en terugkoppellus
• Niet-compenserende AD omzetters
– Flash ADC (zeer snel)
– Integrerende ADC (zeer nauwkeurig)
Simpele Digitaal-Analoog omzetter (DAC)
• Kies Ri-1 = 2 Ri en
Rt = Rn-1 /2
Fig. 18.2
DA conversie op basis van laddernetwerk
• Weerstand van elk netwerk is 2R => stroomsterkte steeds gehalveerd!
Fig. 18.4
Specificaties van “12 bit DAC”
Regtien tab. 18.1
Compenserende ADCs
werken met DAC in feedback loop
Fig. 18.6
Tracking ADC
• Tracking ADC is compenserende ADC = Comparator & DAC
• Voordeel: geeft alle veranderingen weer wanneer “gelockt”
• Nadeel: begint traag
Tracking ADC (hardware)
Successive approximation ADC
• Bedenk zelf blokschema voor successive approximation ADC
• Wat is maximum aantal klokpulsen voordat er resultaat is?
Fig. 18.7
Specificaties van “successive approximation ADC”
Regtien tab. 18.2
Directe A-D omzetting via “Flash ADC”
• Zeer snel
– vaak in digitale
oscilloscoop
• Heel veel
componenten nodig
• Erg gevoelig voor
precieze waarden
van diverse R’s
– referentie meting
is vaak handig
Fig. 18.11
Integrerende ADC (Dual ramp ADC)
• Principe:
– Ui gedurende vast tijd
– Uref gedurende variabele tijd
Ui = - (ti /T) Uref
Fig. 18.13 & 18.14
Overzicht behandelde DACs & ADCs
• Twee typen parallelle DA omzetters (DACs):
– Diverse weerstanden met Ri-1 = 2 Ri
– Netwerk van weerstanden R en 2R voor halveringen
• Compenserende AD omzetters (DAC & comperator)
– Tracking ADC
– Successive approximation ADC
• Niet-compenserende AD omzetters
– Flash ADC als snelste variant
– Integrerende ADC als trage nauwkeurige variant
Schematische opbouw computer
Interface = grensvlak,
scheidingslaag
Von Neumann structuur
Fig. 20.1
Bus structuren
• 3 soorten bussen: data, adres, control (één zendt, allen luisteren)
• Control = aansturing, handshake & interrupt lijnen (directe actie)
• Vaak memory-mapped I/O (selectie interface met enkel adres)
Fig. 20.4
Interne opbouw CPU (microprocessor)
ALU = Arithmetic and
Logic Unit
Fig. 20.5
Twee soorten I/O op LV practicum
• Externe IEEE bus
– PC  IEEE bus  randapparatuur
– alle randapparatuur wordt aangesloten op externe bus
(en moet dan ook een IEEE aansluitmogelijkheid hebben)
– PC regelt het verkeer over deze bus
• DAC + ADC en andere omzetters op insteekkaart in PC
– PC  I/O insteekkaart  lintkabel  BNC kastje
– diverse mogelijkheden:
•
•
•
•
AO = Analoge Output = DAC
AI = Analoge Input = ADC
DIO = Digitale I/O
Timer / counter
Aansturing externe apparatuur
• Externe bus:
– veel verschillende kloktijden =>
asynchroon transport
– vertragingen (lange kabels)
• Universele interface
(hardware & protocol):
– GPIB = General Purpose
Interface Bus
– IEEE-488.2 (Institute of Electrical
and Electronics Engineering)
– IEC-625 (International
Electrotechnical Commission)
Open collector logica
• Elk aangesloten circuit kan de lijn “omlaag trekken”
– v.b. SRQ = Service ReQuest
– Daarna “polling”, wie deed het?
– Aansturing vanaf PC controller kaart
Fig. 21.16
Handshaking IEEE-488 (Tabor handleiding)
• DAV = DAta Valid
– talker
• NRFD = Not Ready
For Data
– listener
• NDAC = Not Data
Accepted
– listener
LabVIEW: Software voor data acquisitie
• Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench
Block Diagram Window
• Front panel window  Block diagram window