LABV.pdf

LABVIEW

Wykład 1

Podstawowe pojęcia:

– element

– system – zbiór elementów powiązanych w sposób umożliwiający realizację

wspólnego celu zwanego funkcją systemu

System pomiarowy → zestaw przyrządów pomiarowych współpracujących ze sobą,

służący do wydobycia informacji z obiektu badanego i przekazywania obserwatorowi.

Systemowość systemu oznacza, że mierzenie odbywa się w systemie człowiek, czyli

podmiot poznawczy – obiekt mierzony – instrumentarium, czyli narzędzia i metody

pomiarowe.

– cel (funkcja systemu)

– algorytm (sposób działania)

– natura (tworzywo)

Zadanie pomiarowe: x → x / x' → x'

Elementarne funkcje:

– przetwarzanie cyfra / napięcie (np. programatory i generatory napięcia) lub

napięcie / cyfra (np. woltomierze)

– przetwarzanie cyfra / czas (np. programatory i generatory odcinków czasu) lub

czas / cyfra (np. częstościomierze, czasomierze)

– przetwarzanie danych, struktury (np. procesory cyfrowe, interfejs)

– koordynacja czasowa i przestrzenna

– przetwarzanie parametrów czasowych

Schemat funkcjonalny systemu pomiarowego

Każdy schemat pomiarowy można przedstawić za pomocą jednego, uogólnionego

schematu funkcjonalnego. Jest on niezależny od technologii, według której realizowany

jest system; mogą się jedynie różnić rodzajem czujników czy kart akwizycji.

Schemat składa się z kolejnych bloków przetwarzania, całością steruje blok koordynacji

czasowo-przestrzennej. Wyróżnić można:

– kontroler, jako blok sterujący pracą systemu; wykonuje czynności sterujące według

programu zawartego w pamięci

– czujniki pomiarowe jako przetworniki natury fizycznej sygnału pomiarowego;

element umożliwiający odbiór informacji z obiektu fizycznego, którego parametry

podlegają identyfikacji w procesie pomiarowym. Czujniki są źródłem informacji dla

aparatury pomiarowej.

– blok akwizycji umożliwiający zbieranie sygnałów pomiarowych i przetwarzania

analogowo-cyfrowe (przetwarzanie nacięcie-cyfra lub czas-cyfra); pośredniczy

między czujnikami pomiarowymi a blokiem przetwarzania danych. Jego zadaniem

jest zbieranie sygnałów pomiarowych i ich dyskretyzacja.

– blok przetwarzania danych realizujący cyfrowe przetwarzanie sygnałów; odpowiada

za obróbkę sygnałów pomiarowych zgodnie z przyjętym algorytmem

– blok generacji wymuszeń realizujący zwrotne oddziaływanie na obiekt; stosowany w

przypadku, gdy zachodzi konieczność wytwarzania sygnałów wymuszających,

odniesienia, sterujących elementami wykonawczymi lub rejestracja analogowa

Nowoczesne systemy pomiarowe budowane są najczęściej jako magistralowe z

określonym systemem interfejsu.

Konfiguracja systemów pomiarowych → układ dróg przepływu informacji w systemie

(sposób połączenia bloków funkcjonalnych w systemie pomiarowym). Aktualnie stosowane

są cztery podstawowe konfiguracje systemów pomiarowych: gwiazdowa, magistralowa

(liniowa), pętlowa, sekwencyjna.

– sekwencyjna → sygnały informacyjne przechodzą kolejno wszystkie bloki

funkcjonalne BF, a sygnały organizacyjne, organizujące pracę każdego systemu

kierowane są z kontrolera systemu K do każdego bloku.

– gwiazdowa → pozycja centralna jest zarezerwowana dla kontrolera systemu.

Kontroler pośredniczy w przekazywaniu każdej informacji pomiędzy pozostałymi

blokami funkcjonalnymi. Transmisja informacji jest możliwa jedynie między

kontrolerem a pozostałymi blokami funkcjonalnymi. Oznacza to, że blok

funkcjonalny nie może przesyłać danych do innego bloku bezpośrednio ale tylko za

pośrednictwem kontrolera. Stosowana w prostych systemach pomiarowych o

niewielkiej i ustalonej liczbie bloków funkcjonalnych. Brak procedury adresowania,

ograniczona liczba urządzeń, 4 gniazda

– magistralowa → wszystkie współpracujące urządzenia są dołączone równolegle

do magistrali cyfrowej; żadne z urządzeń nie jest na wyróżnionej pozycji.

Kontrolerem systemu może być każde urządzenie z dołączonych do magistrali i

mające zdolność sterowania systemem. Zatem w systemie tym może pracować

kilka kontrolerów przekazujących sobie funkcję sterowania systemem, przy czym w

każdej chwili aktywny może być tylko jeden z nich. Informacja zawsze idzie przez

magistralę, nieograniczona ilość gniazd, procedura identyfikacji urządzenia

wymagającego obsługi.

– pętlowa → wszystkie linie sygnałowe są jednokierunkowe, więc ustalony kierunek

obiegu informacji. Kontroler nie zajmuje tu wyróżnionego miejsca. Zachodzi

konieczność adresowania urządzeń do nadawania i odbioru informacji . Wadą jest

mała prędkość transmisji.

Rodzaje transmisji

Wybór rodzaju transmisji zależy głównie od odległości, na jakie ma się ona odbywać, oraz

od wymagań szybkości przesyłania informacji. Informacja może być transmitowana

szeregowo, równolegle lub szeregowo-równolegle.

– równoległa → wygodniejsza przy małych odległościach, zapewnia największą

prędkość przesyłania danych

– szeregowa → pozwala na budowę systemów pomiarowych rozłożonych na dużej

przestrzeni ale prędkość transmisji jest niewielka

– szeregowo-równoległa → kompromis pomiędzy prędkością a kosztem

Zapewnienie poprawności transmisji polega na czasowej koordynacji przesyłania

informacji. Stosuje się dwie podstawowe metody:

– synchroniczna → polega na nadawaniu i odbieraniu poszczególnych znaków

słowa jednobitowego lub wielobitowego w określonych przedziałach czasu.

Wysyłane jest słowo, trwa transmisja, a odbiorca ma dopasować swój zegar do

nadawcy.

1. prosta- nadawca → (szyna danych, impulsy zegarowe) → odbiorca

Wada: brak potwierdzenia odbioru informacji.

2. start-stop – informacja przekazywana w regularnych odstępach czasu

wyznaczonego przez nadawcę

– asynchroniczna → polegająca na sygnalizowaniu początku i końca transmisji

słowa. 1. start-stop – realizacja poprzez uzupełnienie przesyłanego słowa bitem

startu i bitem stopu

2. z potwierdzeniem – sygnalizacja początku i końca transmisji odbywa się przez

przesłanie na dodatkowych liniach kontrolnych informacji o początku transmisji

słowa i potwierdzenia jego odbioru.

Logika ujemna → stan wysoki to 0, niski to 1

Jeżeli jedno z urządzeń zgłosi przerwanie to suma. 1 – sygnał aktywny, kontroler dostanie

informację, że powinien zadziałać.

Musimy mieć pewność, że wszystkie urządzenia są gotowe do odbioru. Realizuje się to

poprzez iloczyn logiczny – jeśli chociaż jedno ma poziom niski, to na magistrali również

będzie stan niski.

System interfejsu – zespół układów pośredniczących realizujących dopasowanie

efektywne i informacyjne wszystkich bloków funkcjonalnych współpracujących w

systemie.

Realizuje : - dopasowanie poziomów log wszystkich bloków funkcjonalnych systemów

– dopasowanie kodów przesyłanych informacji

Wiele firm produkujących aparaturę pomiarową i urządzenia komputerowe podejmuje

próby standaryzacji interfejsów pomiarowych, oferując jednocześnie bogatą gamę

urządzeń wyposażonych w jednolity system interfejsu. W ten sposób powstał standard

IEC-625. Przyjecie standardowego interfejsu zapewnia możliwość szybkiego zestawiania

systemu pomiarowego z bloków produkowanych przez różne firmy, co znacznie obniża

koszty realizacji systemu.

Standard IEC-625.1 (IEEE 488.1) → standard operujący słowami 8-bitowymi; wygodny,

używa kodu ACII, który zawiera kodowanie na jednym bajcie (8 bitów)- nie trzeba już tego

dalej przetwarzać. Całą paczkę danych dzielimy na dane i przesyłamy bajt po bajcie.

Określa normę łączenia komputera ze sprzętem pomiarowym lub sterującym. Określa

zarówno elementy sprzętu, jak i protokół wymiany danych.

Magistrala systemu interfejsu

Magistrala systemu interfejsu jest to droga komunikacyjna między jednostkami systemu,

którą stanowi jedna lub wiele linii sygnałowych systemu interfejsu, służących do

przekazywania komunikatów. Zwykle magistrala składa się ze zbioru szyn.

Szyna magistrali → podzbiór linii magistrali, za pomocą których odbywa się przesyłanie

określonego rodzaju informacji. Może być jedno- lub dwukierunkowa.

– szyna jednokierunkowa – informacje są przesyłane zawsze w jednym kierunku

– szyna dwukierunkowa – informacje mogą być przesyłane w obu kierunkach, przy

czym o aktualnym kierunku transmisji decyduje kontroler systemu

Operacje logiczne na magistrali

W systemach magistralowych doprowadzenie do jednej linii magistrali sygnałów od wielu

urządzeń wymaga rozwiązania problemu łączenia ze sobą wyjść bramek logicznych oraz

określenia rodzaju operacji logicznej, dla której ma być realizowana na wspólnej linii

magistrali.

– stan wysoki → wyższy z dwóch poziomów sygnałów przypisanych dwóm stanom

logicznym

– stan niski → niższy z dwóch poziomów sygnału przypisanych dwóm stanom

logicznym

– logika dodatnia → poziom aktywny (1 logiczna) przypisany stanowi wysokiemu

– logika ujemna → poziom aktywny przypisany stanowi niskiemu sygnału (1=L, 0=H)

Przyjecie logiki dodatniej na magistrali powoduje realizację na niej operacji iloczynu

logicznego, natomiast przyjęcie logiki ujemnej wymusza realizację sumy logicznej.

Konstrukcja i ogólne cechy systemu IEC-625

Struktura systemu IEC-625 opiera się na konfiguracji magistralowej, w której wszystkie

urządzenia dołączone są równolegle do wspólnej magistrali interfejsowej; magistralą tą

przesyła się komunikaty interfejsowe (adresy i rozkazy) oraz komunikaty urządzeń (dane).

Magistrala składa się z 16 linii sygnałowych (8 linii danych, 3 linie synchronizacji, 5 linii

sterowania) oraz 9 linii masy. Na magistrali obowiązuje logika ujemna.

Przepływ informacji odbywa się między urządzeniami systemu, które kwalifikuje się jako

nadajniki (N), odbiorniki (O) i kontrolery (K).

Nadajnik, zwany też nadawcą (talker)może transmitować dane do innych urządzeń przez

magistralę. Odbiornik, zwany też odbiorcą (listener) może przyjmować dane wysyłane

przez nadawcę. Nadawcą w danej chwili może być tylko jedno urządzenie, odbiornikami-

kilka.

Kontroler zarządza systemem interfejsu- organizuje i kieruje przepływem informacji

systemu oraz steruje magistralą systemu.

Kontroler tworzy konfigurację urządzeń w celu przeprowadzenia transmisji danych,

adresując je do nadawania lub odbioru. Każde urządzenie ma swój indywidualny adres

(liczba od 0 do 30), zwany adresem urządzenia (DA- Device Adress).

Adresowanie do nadawania polega na wysłaniu za pośrednictwem magistrali (szyną

danych) adresu nadawania TAD (Talk Address), który urządzenie odbiera jako MTA- mój

adres nadawania (My Talk Adress). Adres nadawania, zwany też adresem nadawczym,

stanowi 5-bitowy adres urządzenia, uzupełniony 2-bitowym kodem charakteryzującym

grupę adresów nadawczych (TAG). Wysłanie adresu TAD powoduje, że urządzenie, które

identyfikuje się z tym adresem, staje się nadajnikiem w systemie.

Adresowanie odbioru polega na wysłaniu za pośrednictwem magistrali adresu odbioru

LAD (Listen Adress), który urządzenie odbiera jako MLA- mój adres odbioru (My Listen

Adress). Adres odbioru stanowi 5-bitowy adres urządzenia, uzupełniony 2-bitowym kodem

charakteryzującym grupę adresów odbiorczych LAG.

Magistrala interfejsowa

W skład magistrali interfejsowej składającej się z 16 linii sygnałowych, wchodzą szyny:

– szyna danych (data bus)

– szyna synchronizacji

– szyna sterowania

Szyna danych → (DIO- Data Input-Output) stanowi zbiór 8 linii sygnałowych służących do

przesyłania wszystkich komunikatów interfejsowych i komunikatów urządzeń. Komunikaty

przesyłane są szeregowo, bajt po bajcie, asynchronicznie z potwierdzeniem odbioru,

dwukierunkowo. Informacje są przesyłane w postaci 7-bitowych znaków ASCII. Szyną DIO

przesyłane są zarówno instrukcje sterujące pracą systemu (adresy i rozkazy) jak również

dane.

Szyna sterowania → służy do kierowania prawidłowym przepływem informacji w

interfejsie, szynę tę stanowi 5 linii sygnałowych:

– linia IFC – zerowanie interfejsu, sterowana przez kontroler systemowy,służy do

sprowadzania wszystkich funkcji interfejsowych wszystkich urządzeń do ustalonego

stanu początkowego

– linia REN – zdalne możliwe, sterowana przez kontroler systemowy, służy do

przełączania wszystkich przyrządów z trybu pracy lokalnej na tryb pracy

systemowej. Stan niski linii (REN=1) umożliwia kontrolerowi zdalne sterowanie

urządzeniami systemu poprzez magistralę. Stan wysoki (REN=0) umożliwia

sterowanie wszystkimi przyrządami tylko w sposób lokalny.

– linia ATN - uwaga; sterowana przez kontroler aktualny, wskazuje w jaki sposób

mają być interpretowane informacje na szynie danych DIO. Informacja ta jest

traktowana jako instrukcja (adres lub rozkaz) jeżeli ATN=1, natomiast jako dane

jeżeli ATN=0.

– linia EOI – koniec lub identyfikacja, sterowana przez kontroler aktualny lub

urządzenie będące w danej chwili nadawcą. Jeżeli EOI=1 i ATN=0, to sygnalizuje

wysłanie komunikatu end- koniec. Jeżeli EOI=1 i ATN=1, to identyfikacja.

Szyna synchronizacji → służy do sterowania transmisją każdego bajtu danych na liniach

DIO, z nadajnika lub kontrolera do jednego lub kilku odbiorników.

– linia DAV – dane ważne, sterowana przez nadawcę; aktywny stan linii (DAV=1)

sygnalizuje stan ważności i dostępności informacji na linia DIO.

– linia NRFD – brak gotowości, sterowana przez odbiorców; stan wysoki (NRDF=0)

sygnalizuje gotowość wszystkich odbiorców do odbioru danych. Stan niski oznacza

brak gotowości przynajmniej jednego odbiorcy.

– linia NDAC – dane nie odebrane, sterowana przez odbiorców; urządzenia

uczestniczące w transmisji potwierdzają lub nie odbiór bajtu danych. Stan wysoki

(NDAC=0) oznacza potwierdzenie odbioru bajtu z szyny DIO przez urządzenia.

Stan niski (NRFD=1) sygnalizuje brak potwierdzenia.

Na liniach NRFD i NDAC realizowana jest operacja iloczynu logicznego. Stan wysoki na

linii NRFD ustala się na magistrali tylko wtedy, gdy wyjścia linii NRFD wszystkich

odbiorców są w stanie wysokim, a więc gdy wszystkie będą gotowe do odbioru.

Procedury interfejsowe

W normie IEC-625 określone są algorytmy przesyłania danych, sterowania

zdalnego/lokalnego, zbierania danych o stanie urządzenia (odpytywanie szeregowe i

odpytywanie równoległe) oraz przekazywania sterowania systemem innymi kontrolerom

dołączonym do magistrali.

Przesyłanie danych:

Transmisja danych odbywa się między nadajnikiem i odbiornikiem. Bajty danych przesyła

się dwukierunkową interfejsową szyną danych. Kontroler tworzy konfigurację nadajników i

odbiorników; wyznacza odbiorców danych, wysyłając kolejno na magistralę ich adresy

odbiorcze (LAD 1 , LAD 2 itd.), a następnie adresuje do nadawania jedno z urządzeń

systemu, wysyłając na magistralę jego adres nadawczy TAD. Przed zaadresowaniem

nowych urządzeń do odbioru kontroler powinien zlikwidować poprzednią konfigurację

odbiorników rozkazem UNL – nie odbieraj (rozadresowanie).

Transmisja danych przez magistralę między urządzeniami systemu rozpoczyna się wtedy,

gdy na linii ATN ustali się stan wysoki (ATN=0). Kontroler steruje rozpoczęciem i

zakończeniem transmisji lecz sam w niej nie uczestniczy. Może przerwać lub zakończyć

przesyłanie danych w dowolnym momencie, wysyłając komunikat ATN (ATN=1).

Zakończenie transmisji może nastąpić po odebraniu przez kontroler komunikatu END lub

EOS.

Odpytywanie szeregowe

Odpytywanie szeregowe (SP – Serial Poll) to procedura interfejsowa, której celem jest

odczytanie z wybranych urządzeń bajtów statusu, zawierających informacje o ich stanie.

Odpytywanie przeprowadza kontroler. Procedura SP służy do zbierania informacji o stanie

urządzeń.

Procedura odpytywania szeregowego:

– ATN=1, kontroler rozadresowuje odbiorniki rozkazem UNL (nie odbieraj)

– zainicjowanie odpytywanie rozkazem SPE

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: