Wykład 5

ELEKTRONIKA CYFROWA
KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE
Literatura:
http://www.eti.pg.gda.pl/katedry/kmse/dydaktyka/Laboratorium_Metrologii_i_Techniki_Eksperymentu/systemy_p
omiarowe.pdf
http://rose.iinf.polsl.gliwice.pl/~darekc/inst/bkiuz/BKIUZ_W.htm
http://lodd.p.lodz.pl/kwbd/GPIB.htm
http://www.kmeif.pwr.wroc.pl/elektron/interfejsy/scpi/tre_scpi.htm
http://www.scpiconsortium.org/index.htm
http://www.labview.pl/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=4
Definicja systemu pomiarowego
System pomiarowy to zbiór jednostek funkcjonalnych ze wspólnym
sterowaniem przeznaczony do realizacji
określonego celu metrologicznego.
Klasyfikacja systemów pomiarowych
Systemy badawcze - pomiary naukowe, weryfikacja postawionych hipotez
naukowych.
Systemy pomiarowo-kontrolne - w przemyśle do automatyzacji procesów
technologicznych.
Systemy pomiarowo-diagnostyczne - detekcja i lokalizacja uszkodzeń.
Podstawowe konfiguracje systemów pomiarowych:
• gwiazdowa,
• magistralowa,
• pętlowa.
Konfiguracja gwiazdowa
Konfiguracja magistralowa
Konfiguracja pętlowa
Realizacje jednostek funkcjonalnych:
• sprzętowe,
• sprzętowo-programowy
• programowe.
Rozwiązania sprzętowo programowe, w których część funkcji jest realizowana
przez sprzęt, a pozostała część przez program komputera są nazywane
wirtualnymi przyrządami pomiarowymi.
Środowiska pracy systemów kontrolno-pomiarowych
LabWindows
Podstawowe cechy:
- programowanie tylko w języku ANSI C,
- możliwość korzystania z bibliotek DLL (Dynamic Link Libraries), modułów obiektowych w
języku C,
- rozbudowane biblioteki akwizycji, analizy i prezentacji danych oraz biblioteki do pracy w
sieci (TCP/IP, DataSocket, ActiveX Automation) i międzyprocesowej wymiany danych
DDE (Dynamic Data Exchange), narzędzia do tworzenia sterowników przyrządów oraz
tworzenia przyrządów wirtualnych,
- możliwość tworzenia aplikacji oraz pakietów pracujących poza środowiskiem,
- kompatybilność ze standardem bibliotecznym wejścia/wyjścia standardu VISA (Virtual
Instruments Software Architecture), do sterowania instrumentami z interfejsem np. RS232,
- wielozadaniowość,
- automatyczna alokacja i dealokacja pamięci.
Etapy projektowania systemu pomiarowego:
1) etap wstępny, polegający na określeniu podstawowych funkcji i parametrów systemu,
dobór sprzętu oraz analiza sterownika pod kątem przydatności, ewentualnie
zaprojektowanie własnego,
2) projekt panelu czołowego, a w tym wybór i rozmieszczenie na panelu potrzebnych do
realizacji odpowiednich funkcji obiektów sterujących i wykonanie szaty graficznej,
3) projekt oprogramowania, a więc wygenerowanie szkieletu programu i ewentualne
uzupełnienie procedurami obsługi zdarzeń,
4) etap ostatni – uruchomienie oprogramowania.
LabVIEW
• język G (graficzny);
• tworzenie schematów składających się z gotowych bloków;
• zbieranie danych z aparatury pomiarowej i modułów dołączanych do komputera
klasy PC;
• obsługa aparatury poprzez interfejsy szeregowe, HP-IB, GPIB oraz VXI;
Ujednolicony sposób komunikacji i wymiany danych.
SCPI. wspólny język dla komputerów i urządzeń pomiarowych (język programowania przyrządów)
Definicja standardowych poleceń urządzeniowych zawiera:
ƒ
alfabet,
ƒ
ƒ
ƒ
zasady pisowni słów oraz zdań,
słownictwo, czyli zbiór dostępnych wyrazów oraz ich znaczenia.
możliwość wzbogacania słownictwa
Typy interfejsów równoległych
Interfejs szeregowy informacja przesyłana jest bit po bicie. Popularny interfejs szeregowy to RS232C i jego
zmodyfikowana wersja RS-485.
Interfejs równoległy informacja jest dzielona na słowa (8 lub 16 bitów). Charakterystyczną cechą tego
interfejsu są duży jego koszt ale za to duża szybkość działania.
Połączenie dwóch urządzeń DTE bez sterowania transmisją
Architektura systemu pomiarowego z magistralą GPIB
Linie sygnałowe w magistrali GPIB
Grupa linii
Oznaczenie
Liczba Przeznaczenie
Linie danych
DIO1 ...
DIO8
8
IFC
1
Ustalenie stanu zerowego
ATN
1
Wskazanie typu komunikatu (stan wysoki gdy
przesyłane są dane, niski - gdy rozkazy)
REN
1
Linie sterowania
interfejsem
Przesyłanie danych przedmiotowych lub instrukcji
Przełączenie na sterowanie zdalne
SRQ
1
Żądanie obsługi
EOI
1
Koniec lub identyfikacja
Linie kontroli
transmisji
DAV
1
Sygnalizowanie aktualności danych
NRFD
1
Sygnalizowanie gotowości do odbioru
NDAC
1
Sygnalizowanie prawidłowości odbioru
Uniwersalna magistrala szeregowa USB.
Koncepcja magistrali USB (Universal Serial Bus) jest wspólnym dziełem zespołu powołanego do życia przez grupę
firm założycielskich: Compaq, DEC, IBM, Intel, NEC i Northerm Telecom.
Magistrala USB ma strukturę drzewa rozrastającego się od kontrolera USB (Host Adapter), w dół do każdego
gniazda, do którego można podłączyć urządzenie peryferyjne (NODE lub FUNCTION) albo kolejny rozdzielacz
(HUB). Dopuszczalna liczba wszystkich urządzeń (łącznie z rozdzielaczami i urządzeniami końcowymi) nie może
przekroczyć 127
Schemat blokowy magistrali USB
Full Speed 12 Mb/s do praktycznego wykorzystania pozostaje około 1 Mb/s.
Interfejs równoległy Centronics.
Transmisja danych odbywa się z potwierdzeniem, z maksymalną prędkością ok. 150 kB/s. Generowanie
sygnałów sterujących i sprawdzanie stanów sygnałów statusu odbywa się na drodze programowej
IEEE 1284
W celu rozszerzenia możliwości interfejsu Centronics opracowano standard dwukierunkowego interfejsu
równoległego IEEE 1284, zapewniającego transmisję z prędkością dochodzącą, w pewnych przypadkach, do 2
MB/s. W interfejsie tym wykorzystywane są te same zestawy linii, może on pracować w jednym z pięciu trybów:
• Compatibility Mode, w którym dane są przesyłane, za pośrednictwem 8 linii danych, tylko od komputera do
urządzenia zewnętrznego, tak samo jak przez interfejs Centronics. Stosowana jest także inna nazwa tego
trybu – SPP (ang. Standard Parallel Port);
• Nibble Mode – połówkowym, w którym dane są przesyłane w porcjach 4-bitowych, przy transmisji z
urządzenia zewnętrznego po liniach statusu. Prędkość transmisji nie przekracza 50 kB/s;
• Byte Mode – bajtowym, w którym 8-bitowe dane są przesyłane w obu kierunkach po liniach danych;
• EPP (ang. Enhanced Parallel Port) – wykorzystywanym do komunikacji z czytnikami CD-ROM, dyskami
twardymi, adapterami sieciowymi i pamięciami taśmowymi. W trybie tym linie danych służą do przesyłania
w obu kierunkach: danych, adresów i rozkazów. Sygnały potwierdzeń są w tym trybie generowane i
sprawdzane sprzętowo, prędkość transmisji może dochodzić do 2 MB/s;
• ECP (ang. Extended Capability Port) – stosowanym do dwukierunkowej komunikacji między komputerem a
urządzeniami wymagającymi przesyłania dużych bloków danych. Tak samo jak w trybie EPP linie danych
służą do przekazywania danych, adresów i rozkazów. Sygnały potwierdzeń są generowane i sprawdzane
sprzętowo, dodatkowo możliwe jest wykorzystanie kanału DMA.