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 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 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) U0 = Uref ai 2 i-n = Uref (an-1 ½ + an-2 ¼ + …) n-1  i=0

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

LabVIEW: Software voor data acquisitie Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench

Block Diagram Window Front panel window  Block diagram window