iLV =inleiding LabVIEW

iLV =inleiding LabVIEW

Martin van Exter

OverzichtOverzicht

• 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 Rooster LabVIEW

Analoog versus DigitaalAnaloog versus Digitaal

• Signaal = analoog voltage

• Transistoren + RC(L) circuits (ouderwetse electronica)

• Analoge bewerking (gevoelig voor ruis)

• 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

• Geïntegreerde circuits (moderne IC technologie)

• systeem bevat microprocessor

• Exacte bewerking (ongevoelig voor ruis)

Binaire getallenBinaire 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 voltageDigitale 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)

• U0 = Uref ai 2 i-n = Uref (an-1 ½ + an-2 ¼ + …)

i=0

n-1

Waarom Digitale signaalverwerking ?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 discretiseringInformatieverlies bij discretisering

• Resolutie <=> Quantisatie (aantal bits per monster)

• Spectrale inhoud <=> Bemonster snelheid (punten/sec.)

tijd

signaaln+1n

n-1

t1 t2

Bemonsteren bekeken in Fourier domeinBemonsteren bekeken in Fourier domein

In tijd-domein vermenigvuldiging met:

(t-nTsample)

( -nsample)

In frequentie-domein convolutie met:

Dus periodiek !!

• 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)

Omzetting digitaal analoogOmzetting digitaal analoog

Simpele Digitaal-Analoog omzetter (DAC)Simpele Digitaal-Analoog omzetter (DAC)

• Kies Ri-1 = 2 Ri en Rt = Rn-1 /2

Fig. 18.2

DA conversie op basis van laddernetwerkDA conversie op basis van laddernetwerk

• Weerstand van elk netwerk is 2R => stroomsterkte steeds gehalveerd!

Fig. 18.4

Specificaties van “12 bit DAC”Specificaties van “12 bit DAC”

Regtien tab. 18.1

Compenserende ADCs werken met DAC in feedback loop

Compenserende ADCs werken met DAC in feedback loop

Fig. 18.6

Tracking ADCTracking ADC

• Tracking ADC is compenserende ADC = Comparator & DAC• Voordeel: geeft alle veranderingen weer wanneer “gelockt”• Nadeel: begint traag

Tracking ADC (hardware) Tracking ADC (hardware)

Successive approximation ADCSuccessive 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”Specificaties van “successive approximation ADC”

Regtien tab. 18.2

Directe A-D omzetting via “Flash ADC”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)Integrerende ADC (Dual ramp ADC)

Fig. 18.13 & 18.14

• Principe:

– Ui gedurende vast tijd

– Uref gedurende variabele tijd

Ui = - (ti /T) Uref

Overzicht behandelde DACs & ADCsOverzicht 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 computerSchematische opbouw computer

Fig. 20.1

Von Neumann structuur

Interface = grensvlak, scheidingslaag

Bus structurenBus 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)Interne opbouw CPU (microprocessor)

Fig. 20.5

ALU = Arithmetic and Logic Unit

Twee soorten I/O op LV practicum 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 apparatuurAansturing 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 logicaOpen 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)Handshaking IEEE-488 (Tabor handleiding)

• DAV = DAta Valid– talker

• NRFD = Not Ready For Data– listener

• NDAC = Not Data Accepted– listener

LabVIEW: Software voor data acquisitieLabVIEW: Software voor data acquisitie

• Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench

Block Diagram WindowBlock Diagram Window

• Front panel window Block diagram window