Unidad II Sistemas para la Adquisición de Datos

1. Unidad II Sistemas para la Adquisición de Datos M.C. Juan Carlos Olivares Rojas

2. Agenda • 2.1    Buses de computadoras (PCI, ISA, etc) • 2.2    Puerto serie, paralelo y USB. • 2.3    Puerto de audio. • 2.4    GPIB.

3. Agenda • 2.5    Conversión Análogo-Digital y Digital-Análogo. • 2.6    Tarjetas de adquisición de datos comerciales. • 2.7    Software comercial para la adquisición de datos.

4. 2.1 Buses de computadora (PCI, ISA, etc.)

5. Definición • La idea de las transferencias internas de datos que se dan en un sistema computacional en funcionamiento. • En el bus todos los nodos reciben los datos aunque no se dirijan a todos los nodos, los nodos a los que no van dirigidos simplemente lo ignoran. • bus es el conjunto de conductores eléctricos en forma de pistas metálicas impresas sobre la tarjeta madre del computador, por donde circulan las señales que corresponden a los datos binarios del lenguaje máquina con que opera el Microprocesador.

6. Tipos de Bus • Bus de Datos: dispositivos del hardware. • Bus de Direcciones: del microprocesador. • Bus de Control: CPU con las demás unidades.

7. Bus ISA • El ancho de banda máximo del bus ISA de 16 bits es de 16 Mbytes/segundo. • La arquitectura XT es una arquitectura de bus de 8 bits usada en los PCs. Precede al la arquitectura AT de 16 bits usada en las máquinas compatibles IBM PC AT. • El bus XT tiene cuatro canales DMA, de los que tres están en los slots de expansión. De esos tres, dos están normalmente asignados a funciones de la máquina. • El BUS clásico de un PC (ISA BUS) se compone de dos partes: • La clásica de 8 bits, perteneciente a los PC, XT y AT. • La extensión de 16 bits de los AT.

8. Historia del Bus ISA • ISA, es una arquitectura de bus creada por IBM en 1980 en Boca Raton, Florida para ser empleado en los IBM PCs. • ISA se creó como un sistema de 8 bits en el IBM PC en 1980, y se extendió en 1983 como el XT bus architecture. El nuevo estándar de 16 bits se introduce en 1984 y se le llama habitualmente AT bus architecture. • Diseñado para conectar tarjetas de ampliación a la placa madre, el protocolo también permite el bus mastering aunque sólo los primeros 16 MiB de la memoria principal están disponibles para acceso directo. El bus de 8 bits funciona a 4,77 MHz (la misma velocidad que el procesador Intel 8088 empleado en el IBM PC), mientras que el de 16 bits opera a 8 MHz (el de Intel 80286 del IBM AT).

9. Está también disponible en algunas máquinas que no son compatibles IBM PC, como el AT&T Hobbit (de corta historia), los Commodore Amiga 2000 y los BeBox basados en PowerPC. • En 1987, IBM comienza a reemplazar el bus ISA por su bus propietario MCA (Micro ChannelArchitecture) en un intento por recuperar el control de la arquitectura PC y con ello del mercado PC. El sistema es mucho más avanzado que ISA, pero incompatible física y lógicamente, por lo que los fabricantes de ordenadores responden con el Extended Industry Standard Architecture (EISA) y posteriormente con el VESA Local Bus (VLB). • Los usuarios de máquinas basadas en ISA tenían que disponer de información especial sobre el hardware que iban a añadir al sistema. Aunque un puñado de tarjetas eran esencialmente Plug-and-play (enchufar y listo), no era lo habitual. Frecuentemente había que configurar varias cosas al añadir un nuevo dispositivo, como la IRQ, las direcciones de entrada/salida, o el canal DMA. MCA había resuelto esos problemas, y actualmente PCI incorpora muchas de las ideas que nacieron con MCA (aunque descienden más directamente de EISA).

10. Bus PCI • El bus PCI (PeripheralComponentInterconnect) ó Interconexión de Componente Periférico es un bus de ancho de banda elevado, independiente del procesador. Comparado con otros buses, el PCI proporciona mejores prestaciones para E/S de alta velocidad. • El estándar actual permite el uso de 64 líneas de datos a 33 MHz, para una velocidad de transferencia de 264 MB/s, ó 2.112 GB/s. El PCI ha sido diseñado para ajustarse, económicamente, a los requisitos de E/S de los sistemas actuales; se implementa con muy pocos circuitos integrados y permite que otros buses se conecten a él.

11. Historia del Bus PCI • Intel empezó a trabajar el PCI en 1990 pensando en sus sistemas Pentium. Muy pronto Intel cedió sus patentes al dominio público. El resultado ha sido que el PCI ha sido ampliamente adoptado y se esta incrementando  su uso en las computadoras personales, estaciones de trabajo y servidores. La versión actual es PCI 2.0.

12. El bus PCI puede configurarse como un bus de 32 ó 64 bits. Las 50 líneas de señal obligatorias se dividen en los grupos funcionales siguientes: • Terminales de sistema • Terminales de direcciones y datos • Terminales de control de interfaz • Terminales de arbitraje • Terminales para señales de error • Además la especificación PCI define 50 señales opcionales, divididas en los siguientes grupos funcionales: • Terminales de interrupción • Terminales de soporte de cache • Terminales de extensión a bus de 64 bits • Terminales de prueba (JTAG / BoundaryScan)

13. Bus PCI - Express • PCI-Express (anteriormente conocido por las siglas 3GIO, 3rd Generation I/O). Se basa en un sistema de comunicación serie mucho más rápido, apoyado principalmente por Intel. • Es confundido con el puerto PCI-X el cual es más rápido pero presenta problemas de instalación. • Este bus está estructurado como enlaces punto a punto, full-duplex, trabajando en serie. • En PCIE 1.1 (el más común en 2007) cada enlace transporta 250 MB/s en cada dirección. • PCI-Express está pensado para ser usado sólo como bus local. • La velocidad superior del PCI-Express permitirá reemplazar casi todos los demás buses, AGP y PCI incluidos. • Este conector es usado mayormente para conectar tarjetas graficas. • PCI-Express no es todavía suficientemente rápido para ser usado como bus de memoria • Marcas como Ati Technologies y nVIDIA entre otras tienen tarjetas graficas en PCI-Express.

14. Bibliografía • Bus PCI (2008) recuperado el 24 de Febrero del 2008 de, http://akimpech.izt.uam.mx/Web_jr/ami213.htm • Bus ISA (2008) recuperado el 24 de Febrero del 2008 de Wikipedia la Enciclopedia Libre, http://es.wikipedia.org/wiki/Bus_ISA • Bus PCI Express (2008) recuperado el 25 de Febrero del 2008 de Wikipedia la Enciclopedia Libre, http://es.wikipedia.org/wiki/PCI-Express • Bus PCI Express (2008) recuperado el 25 de Febrero del 2008 de, http://www.hispatech.com/articulos/html/ibap/pciexpress/pag1.php

15. 2.2 Puertos Serie, Paralelo y USB

16. Puerto Serie • Los puertos son interfaces de comunicación que pueden ser físicas y lógicas. • Los puertos sirven de E/S para los sistemas de cómputo. • El puerto más simple y a su vez estandarizado es el serie.

17. Puerto Serie • En un puerto en serie los datos son transmitidos bit por bit. La cual generalmente es simplex pero se pueden transmitir en varios sentidos. • Generalmente se sigue el estándar RS-232 para la comunicación por puerto serie, generalmente recibe el nombre de puerto COM (communications)

18. Puerto Serie • Las computadoras actuales ya no poseen este tipo de puertos aunque aun se encuentra muy presente en dispositivos industriales por que son sencillos, baratos y con mucho soporte para periféricos. • Los primeros puertos serie tenían 25 pines los más recientes presentan 9 pines.

19. Puerto Serie • Son puertos lentos de 19.2 Kbits/s aunque algunos llegan a más velocidad (115.2 Kb/s). • Esta es su principal desventaja por lo que ha sido sustituido por otros tipos de puertos como USB y Firewire. Existen otras tecnologías como Serial-ATA para mejorar la comunicación de los buses de datos.

20. Puerto Serie • Generalmente los parámetros de un puerto serie son: 9600/8N1 que indica una velocidad de 9600 Kb/s, 8 bits de transmisión, no hay bit de paridad, y hay un bit de parada. • Los cables no deben soportar más de 15 metros. Se utiliza la UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmiter)

21. RS-232C

22. Puerto Paralelo • La transmisión de datos a través de un puerto paralelo se hace byte tras byte (8 bits) por lo que en teoría la comunicación es más rápida que un puerto serie. • El puerto paralelo mejor conocido es el de la impresora (LPT) llamado Centronics (IEEE 1284) pero no es el único tipo disponible.

23. Puerto Paralelo • El puerto Centronics sirve también para conectar otros tipos de dispositivos como escáneres, redes, unidades Zip, para conectar dos PCs, etc. • El puerto LPT1 está asociado a la dirección de memoria 0x378. Otras variantes del puerto paralelo son el Parallel-ATA

24. Puerto USB • El estándar actual de comunicaciones entre dispositivos periféricos. Fue creado en 1996 por un conjunto de empresas. • En general brindan energía suficiente para conectar dispositivos pero en algunos casos se requiere de energía extra para poder funcionar.

25. USB • El puerto USB (Universal Serial Bus) maneja velocidades de transmisión elevadas lo cual permite que se puedan conectar varios dispositivos a la vez. • En la versión 1.0 se tiene una velocidad de 1.5 Mb/s, en la 1.1 de 12 Mb/s, en la 2.0 de 480 Mb/s y se espera que en la 3.0 se obtengan hasta 4.8 Gb/s

26. USB • Existen dos variantes de los conectores Ay B de diferentes tamaños: micro, mini, hembra y macho.

27. Firewire • Conocido como IEEE 1394 y como i.link por parte de Sony. Es un puerto con funcionalidades muy similares al USB. • Su velocidad es en su versión 1.0 de 400 Mb/s y en la 2.0 de 800 Mb/s. La extensión máxima del cable es de hasta 4.5 metros.

28. Firewire • Generalmente está mas presente en computadoras Mac. Sirve para interconectar dispositivos de altas prestaciones como cámaras fotográficas y de video digital, discos SCSI y uno de sus puntos fuertes es que puede funcionar como cable de red con altas prestaciones.

29. 2.3 Puertos de Audio

30. Los micrófonos • La señal de audio que obtiene un micrófono es analógica. • El proceso para digitalizar la onda analógica se lleva a cabo mediante un muestreo, que permite que los sonidos puedan ser procesados usando el lenguaje binario.

31. Muestreo • La frecuencia de muestreo es el número de muestras de señal que se recogen cada segundo. • Si se recogen más muestras, la calidad el sonido aumenta, pero en cuanto a adquisición de datos, se aumenta también el espacio que ocupa la toma de datos en bits.

32. Tarjeta de sonido • ¿QUE ES LA TARJETA DE SONIDO? • La tarjeta de sonido es un dispositivo que se conecta a la placa base del ordenador, o que puede ir integrada en la misma. Reproduce música, voz o cualquier señal de audio. A la tarjeta de sonido se pueden conectar altavoces, auriculares, micrófonos, instrumentos, etc.

33. El pitido que oímos cuando arrancamos el ordenador ha sido durante muchos años el único sonido que ha emitido el PC, ya que en un principio no fue pensado para manejar sonido, el altavoz interno servía únicamente para comunicar errores al usuario. • Pero el gran cambio surgió cuando empezó a aparecer el software que seguramente más ha hecho evolucionar a los ordenadores desde su aparición: los videojuegos. Además de esto, un poco más tarde en plena revolución de la música digital, cuando empezaban a popularizarse los instrumentos musicales digitales, apareció en el mercado de los PC compatibles una tarjeta que lo revolucionó, la tarjeta de sonido SoundBlaster. • Por fin era posible convertir sonido analógico a digital para guardarlo en nuestro PC, y también convertir el sonido digital que hay en nuestro PC a analógico y poder escucharlo por nuestros altavoces. Posteriormente aparecieron el resto de tarjetas, todas más o menos compatibles con la exitosa SoundBlaster original, que se convirtió en el estándar indiscutible.

34. TIPOS DE TARJETAS • Podemos clasificar las tarjetas de sonido según los canales que utilizan. Las tarjetas más básicas utilizan un sistema 2.1 estéreo, con una salida de jack, a la que podemos conectar dos altavoces. • Las tarjetas cuadrafónicas permiten la reproducción de sonido envolvente 3D. Estas tarjetas disponen de dos salidas analógicas, lo que permite conectar sistemas de altavoces 4.1 o 5.1. También suelen incluir la interfaz S/PDIF, para el sistema Dolby Digital. • Existen otras tarjetas con conectores para otros dispositivos, que normalmente tienen un uso profesional o semiprofesional, como los MIDI.

35. Conexiones • Una tarjeta de sonido puede tener las siguientes conexiones: una entrada de línea, entrada para micrófono, salida de línea, salida amplificada, conector MIDI y conector para Joystick.Las entradas de línea, salida y micrófono suele ser un minijack, un estándar de conexión de sonido de calidad media, que es el comúnmente utilizado en los dispositivos portátiles, como los reproductores de CD.

36. Conexiones

39. Otro tipo de conexión es el RCA. Mientras que en el minijack, los dos canales de estéreo van juntos, en los RCA los canales van por separado, por lo que ofrecen mayor calidad. • Las entradas y salidas MIDI nos permiten conectar instrumentos digitales, de manera que son imprescindibles si disponemos de uno de estos aparatos. La entrada nos permite pasar el sonido al ordenador, y la salida permite que una melodía se reproduzca en el instrumento, a partir de una partitura que tenemos en el ordenador.

40. LabVIEW

45. 2.4 GPIB

46. ANTECEDENTES • GPIB viene de las siglas en inglés “General Purpose Interface Bus” (Transporte estándar de datos). • Fue diseñado originalmente para comunicar instrumentos de medición a una computadora. • Es originario de Hewlett Packard. • Ha sufrido modificaciones posteriores.

47. ANTECEDENTES • Fue inventado en los años 70s por Hewlett Packard para transferir datos de instrumentos de medición a la computadora. Se le llamó HP-IB. • Posteriormente fue copiado por otros fabricantes para implementarlo en sus computadoras y lo llamaron GPIB. • En 1975 el Bus fue estandarizado por la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) que le dio el código de IEEE-488-1975.

48. ESPECIFICACIONES • De los 24 pines, sus funciones son las siguientes: • 8 líneas de transmisión de datos (DIO1-DIO8) • •3 líneas para el control asíncrono de la comunicación. • • 5 líneas que gestionan la transmisión de comandos. • • El resto componen las tierras de las diferentes líneas.

50. CARACTERÍSTICAS • Para que el bus GPIB alcance la velocidad de (8Mbps): • Máximo de 15 dispositivos conectados al bus. • La separación máxima entre dos dispositivos es 4 m, y la separación promedio en toda la red debe ser menor de 2 m. • La longitud total de la red no debe exceder los 20 m.