iLV = inleiding LabVIEW

1. iLV =inleiding LabVIEW Martin van Exter

2. 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

3. Rooster LabVIEW

4. 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) Analoog versus Digitaal

5. 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

6.  i=0 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

7. 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.

8. Informatieverlies bij discretisering • Resolutie <=> Quantisatie (aantal bits per monster) • Spectrale inhoud <=> Bemonster snelheid (punten/sec.) signaal n+1 n n-1 t1 t2 tijd

9. Bemonsteren bekeken in Fourier domein In tijd-domein vermenigvuldiging met:  (t-nTsample) In frequentie-domein convolutie met:  ( -nsample) Dus periodiek !!

10. 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)

11. Simpele Digitaal-Analoog omzetter (DAC) • Kies Ri-1 = 2 Ri en Rt = Rn-1 /2 Fig. 18.2

12. DA conversie op basis van laddernetwerk • Weerstand van elk netwerk is 2R => stroomsterkte steeds gehalveerd! Fig. 18.4

13. Specificaties van “12 bit DAC” Regtien tab. 18.1

14. Compenserende ADCs werken met DAC in feedback loop Fig. 18.6

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

16. Tracking ADC (hardware)

17. Successive approximation ADC • Bedenk zelf blokschema voor successive approximation ADC • Wat is maximum aantal klokpulsen voordat er resultaat is? Fig. 18.7

18. Specificaties van “successive approximation ADC” Regtien tab. 18.2

19. 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

20. Integrerende ADC (Dual ramp ADC) • Principe: • Ui gedurende vast tijd • Uref gedurende variabele tijd Ui = - (ti /T) Uref Fig. 18.13 & 18.14

21. 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

22. Schematische opbouw computer Interface = grensvlak, scheidingslaag Von Neumann structuur Fig. 20.1

23. 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

24. Interne opbouw CPU (microprocessor) ALU = Arithmetic and Logic Unit Fig. 20.5

25. 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

26. 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)

27. 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

28. Handshaking IEEE-488 (Tabor handleiding) • DAV = DAta Valid • talker • NRFD = Not Ready For Data • listener • NDAC = Not Data Accepted • listener

29. LabVIEW: Software voor data acquisitie • Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench

30. Block Diagram Window • Front panel window  Block diagram window