Методические указания
К лабораторным работам по курсу «Системы сбора и обработки данных»
Составил: А.В. Кухто, ассистент
Работа подготовлена кафедрой систем сбора и обработки данных
Новосибирский государственный технический университет, 2005
Введение
Данный лабораторный практикум предназначен для изучения и освоения работы с аналоговым и цифровым вводом/выводом плат сбора данных (Data Acquisition - DAQ-boards) в графической среде проектирования виртуальных приборов LabVIEW.
Начальные сведения о среде LabVIEW даются в рамках курса «Компьютерные технологии в приборостроении». Здесь же рассматривается организация и построение приборов с целью аналогового ввода данных, аналогового вывода данных, ввода/вывода по цифровым линиям, определения длительностей и частот импульсов, ввод/вывод с использованием триггеринга. Кроме этого, проводится предварительное ознакомление с устройством DAQ-плат и выносным блоком соединения сигналов.
Все многофункциональные платы ввода/вывода данных выполняют три функции: Analog I/O, Digital I/O, Timing/Counting/Triggering.
В рамках этого лабораторного курса вы будете иметь дело с ресурсами: количество каналов ввода/вывода и их номера; верхний и нижний предел оцифровки (для аналоговых каналов), номер устройства ввода/вывода.
В среде LabVIEW поддерживаются две идеологии работы с DAQ-устройсвтами: Traditional NI-DAQ и DAQmx. Первая отражает исторически сложившийся набор приборов общего назначения. DAQmx – иделогия нового поколения, ориентированная на технологию Express VI – быстрое конфигурирование и настройка приборов под наиболее частые задачи. В рамках этого лабораторного практикума используются приборы Traditional NI-DAQ.
Состав лабораторного практикума
Весь практикум состоит из 4-х лабораторных работ по темам:
1) аналоговый ввод/вывод
2) цифровой ввод/вывод
3) управляемый аналоговый ввод/вывод
4) измерение частот и периодов сигналов
В каждой лабораторной работе имеется свое введение, задание и контрольные вопросы.
Лабораторная работа №1
Аналоговый ввод/вывод
Введение
Типичная обобщенная структура аналогового ввода представлена на рис.1.
Рисунок 1. Структура аналогового ввода.
Входные аналоговые линии (как правило, их больше одной) переключаются с помощью мультиплексора. Затем входной сигнал поступает на программируемый усилитель напряжения, позволяющий менять пределы измерения. После этого производится оцифровка сигнала с помощью АЦП.
Типичные распространенные значения: количество каналов аналогового ввода: 8 или 16, диапазон напряжений: -10…+10 или 0…5 вольт, разрядность АЦП: 12 или 16 разрядов, скорость преобразования (частота сэмплирования) 100 кГц.
На рис.2 приведена типичная структура аналогового вывода.
Рисунок 2. Структура аналогового вывода.
Она очень похожа на структуры ввода, все отличие заключается в обратном порядке работы.
Обычно для аналогового вывода используется 2 канала, остальные характеристики аналогичны характеристикам аналогового ввода.
1 Цель работы
Изучение средств аналогового ввода/вывода LabVIEW, получение навыков осциллографирования и генерации аналоговых сигналов.
2 Порядок выполнения работы
2.1 Создание простого одноканального осциллографа
2.1.1 Создайте цикл выполнения программы – поместите на диаграмму прибора цикл While Loop (палитра (Express) Functions->Execution Control).
2.1.2 Поместите внутри цикла прибор AI Acquire Waveform.vi (палитра All Functions->NI Measurements->Data Acquisitions->Analog Input).
2.1.3 Задайте входные значения для этого прибора:
а) для device – целочисленную константу «1»;
б) для channel – управляющий элемент;
в) для number of points – управляющий элемент;
г) для sample rate – тоже управляющий элемент.
2.1.4 Поместите на переднюю панель график типа Waveform Graph, и соедините его на диаграмме с выходом AI Acquire Waveform.
2.1.5 Подключите к выбранному каналу AIn один из двух выходов автономного генератора сигналов соединительной панели BNC-2120. Поэкспериментируйте с разными значениями частоты и амплитуды генератора, и с разной частотой сэмплирования одноканального осциллографа.
2.2 Простой одноканальный генератор сигналов.
2.2.1 Создайте цикл выполнения программы – поместите на диаграмму прибора цикл While Loop (палитра (Express) Functions->Execution Control).
2.2.2 Поместите внутри цикла прибор AO Generate Waveform.vi (палитра All Functions->NI Measurements->Data Acquisitions->Analog Output).
2.2.3 Задайте входные значения для этого прибора аналогично одноканальному осциллографу.
2.2.4 Поместите внутрь цикла прибор Basic Function Generator.vi (палитра All Functions->Analyze->Waveform Generation).
2.2.5 Обеспечьте этот генератор необходимым минимумом управляющих элементов: signal type, amplitude, frequency.
2.2.6 Соедините выход генератора signalout со входом waveform прибора AO Generate Waveform.vi. Для наглядности, можно этот же проводник завести на график типа Waveform Graph.
2.2.7 Запустите одноканальный осциллограф одновременно с одноканальным генератором сигналов. Соедините выбранный аналоговый выход AOn с выбранным аналоговым входом AIn.
2.2.8 Исследуйте совместную работу генератора сигналов и осциллографа в разных режимах.
2.3 Многоканальный осциллограф.
2.3.1 Модифицируйте одноканальный осциллограф путем простой замены прибора AI Acquire Waveform.vi на AI Acquire Waveforms.vi, находящегося рядом в той же палитре. Теперь, указывая номера каналов через запятую, можно получать графики одновременно с нескольких аналоговых входов.
2.3.2 Запустите одновременно многоканальный осциллограф и генератор сигналов. В этот раз, необходимо использовать в качестве источников сигналов как AOn, так и выходы автономного генератора сигналов соединительной панели BNC-2120.
3 Контрольные вопросы
3.1 Какова передаточная характеристика АЦП и ЦАП?
3.2 Какие два вида квантования существуют при оцифровке аналоговых сигналов?
3.3 Почему, например, в одноканальном осциллографе, возникают пропуски сигнала?
Лабораторная работа №2
Цифровой ввод/вывод
Введение
Цифровой ввод/вывод – это набор линий TTL-уровня, состояние которых можно читать и состоянием которых можно управлять. Организованы они в подавляющем большинстве случаев в побайтные порты – по 8 линий. Существенным аспектом разных реализаций является разделение/совмещение ввода и вывода по линиям. В первом случае под цифровой ввод и цифровой вывод будут иметься отдельные линии, а во втором линии совмещаются – они двунаправленные, и необходимо это учитывать.
1 цель работы
изучение средств цифрового ввода/вывода LabVIEW, получение навыков работы как с отдельными цифровыми линиями, так и с портами целиком.
2 порядок выполнения работы
2.1 Одноканальный цифровой осциллограф
2.1.1 Создайте цикл выполнения программы – поместите на диаграмму прибора цикл While Loop (палитра (Express) Functions->Execution Control).
2.1.2 Поместите внутрь цикла прибор Read from Digital Line.vi (палитра All Functions->NI Measurements->Data Acquisitions->Digital I/O).
2.1.3 Задайте для него все необходимые входные данные.
2.1.4 На выходе поместите функцию преобразования булева значения в целое число 0 или 1 Boolean To (0,1) (палитра All Functions->Boolean).
2.1.5 Теперь преобразованное значение можно подать на график типа Waveform Chart.
2.1.6 Соедините выход TTL Square Wave автономного генератора сигналов соединительной панели BNC-2120 с выбранной цифровой линией DIn и исследуйте работу цифрового осциллографа.
2.2 Одноканальный генератор цифровой последовательности
2.2.1 Создайте цикл выполнения программы – поместите на диаграмму прибора цикл While Loop (палитра (Express) Functions->Execution Control).
2.2.2 Поместите внутрь цикла прибор Write to Digital Line.vi (палитра All Functions->NI Measurements->Data Acquisitions->Digital I/O).
2.2.3 Задайте для прибора все необходимые входные величины и управляющие элементы, особенно – номер цифровой линии.
2.2.4 Запустите генератор, и убедитесь в его работе. Проверьте, загораются ли соответствующие выбранной линии светодиоды на коннекторной панели BNC-2120.
2.3 Восьмиканальный цифровой осциллограф.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.