методичка по созданию приборов. 1_создание_виртуальных_приборов. Программирование устройства сбора
 Скачать 3.99 Mb.
|
|
Задание 5.1 ) и напряжения на выходных клеммах порта перед тем, как подать напряжение на светодиоды ( Задание 5.4 ). 5. Порядок выполнения работы При выполнении работы заносите в рабочий журнал и в файл, который прикладывается к отчету, ответы на вопросы во всех заданиях, объяснение результатов, необходимые вычисления и комментарии. 101 Задание 5.1. Изучение цифрового мультиметра на основе NI myDAQ. Измерение сопротивления 1) Запустите виртуальный мультиметр. Для этого перейдите в меню Пуск/ Все программы/ National Instruments/ NI ELVISmx for NI ELVIS& NI myDAQ/ NI ELVISmx Instrument Launcher. Для запуска прибора выберите иконку DMM на лицевой панели. Откроется виртуальная панель цифрового мультиметра (рис.3.11). Для измерения сопротивления необходимо выбрать соответствующий режим работы мультиметра, нажав на кнопку В поле Range выберите диапазон сопротивлений в зависимости от номинала резистора, сопротивление которого вам предложено измерить (например, 20Ком,2Ком, 200Ом). В области “Banana Jack Connection” (штырьковые разъёмы) (рис.3.11) отображается схема подключения разъемов. Согласно схеме необходимо подключить черный и красный щупы в соответствующие по цвету гнезда разъёмов на лицевой стороне NI myDAQ (рис.3.6). Запустите мультиметр, нажав на кнопку Run. Какая информация появится на дисплее? Соедините концы щупов с концами узла, сопротивление которого должно быть измерено. На дисплей выведется значение сопротивления данного резистора. После измерений прибор необходимо остановить, нажав кнопку Stop на лицевой панели 2) Измерьте с помощью цифрового мультиметра сопротивление трех резисторов одинакового номинала. Перейдите на другой диапазон, повторите измерения. 3) Оцените погрешность измерений цифрового мультиметра на разных диапазонах. 4) Сопротивления резисторов обозначаются маркировкой с помощью цветных полосок. Резисторы с одинаковым набором цветных полосок должны обладать одинаковым сопротивлением. Измерьте сопротивления 102 нескольких резисторов с одинаковыми номинальными сопротивлениями. Оцените отличие измеренных значений сопротивлений от номинальных. Связано ли это отличие с погрешностью измерений цифрового мультиметра? Результаты всех измерений и вычислений занесите в отчет, сохраните файл. Задание 5.2. Вывод цифровых сигналов в порт в виде двоичных чисел В этом задании нужно создать программу, которая отправляет цифровой сигнал на линии порта DIO 4, DIO 5, DIO 6, DIO 7. В данном задании эти четыре линии используются в качестве выходов, а остальные четыре линии не используются. 5.2.1. Написание программы Для решения этой задачи в окне Front Panel нужно построить лицевую панель виртуального прибора. В качестве элементов управления выходным сигналом используйте 4 тумблера (в окне Front panel: Controls/Express/ Buttons&Switches/ Toggle Switch). Эти элементы аналогичны переменным типа Boolean в языках высокого уровня и имеют два значения – True (1) или False (0). На панели Block Diagram эти элементы имеют рамку зеленого цвета, а соединительные провода – зеленая пунктирная линия. Из окна (Controls/Express/Num Ind) перетащите числовой индикатор Numeric, чтобы использовать его в качестве индикатора принятого сигнала. Для того чтобы виртуальный инструмент работал в непрерывном режиме, в окне Block Diagram нужно выделить все элементы в рамку цикла While Loop. После установки этих элементов вид лицевой панели показан на рис.3.12, а блок-схемы – на рис.3.13. Обратите внимание на порядок расположения тумблеров! 103 Рис.3.12. Вид рабочей области лицевой панели виртуального прибора. Рис.3.13. Вид блок‐схемы после установки тумблеров и числового индикатора. Для создания выходных цифровых электрических сигналов необходимо воспользоваться внешним устройством NI myDAQ. На его вход с компьютера поступают программно сформированные данные (двоичные коды), а на выходных контактах будут появляться соответствующие этим кодам реальные (а не виртуальные!) сигналы. При записи в порт электрические сигналы формируются на выходе цифровых микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), а при записи в ЦАП – формируется аналоговый сигнал на выходе ЦАП. Для этого в окне Block Diagram выберите элемент DAQ Assist (Functions/Express/Output/DAQ Assist) и перетащите его иконку в окно Block Diagram. Появится диалоговое окно настройки DAQ Assist (рис.3.14), для создания порта вывода перейдите в этом окне в раздел Generate Signals/Digital Output/Line Output Generate и нажмите Line Output. Появится окно выбора порта цифрового выхода (рис.3.15), в нем выберите выходы port0/line 4, port0/line 5, port0/line 6, port0/line 7, которые будут задействованы для выходного сигнала. Нажмите кнопку Finish – появится окно дополнительной настройки линий ввода-вывода (рис.3.16). 104 Рис.3.14. Выбор цифрового выхода в DAQ Assistant. 105 Рис.3.15. Выбор в DAQ Assistant линий порта для работы в режиме цифровых выходов. Рис.3.16. Дополнительные настройки в DAQ Assistant порта цифрового выхода. Кнопки в разделе Configuration позволяют: – просмотреть имеющуюся конфигурацию, – добавить новый канал, – удалить выбранные каналы, – сменить конфигурацию выбранного канала. Необходимо поставить точки напротив вертикальных надписей DigitalOut_0 - DigitalOut_3 в верхней части экрана (хотя может сработать и без этого) и нажать кнопку ОК. В результате линии порта DIO 4, DIO 5, DIO 6, DIO 7 настроены в качестве выходов. Сделанные настройки в любой момент можно изменить как вручную, аналогично проделанным ранее действиям (что будет сделано далее в рамках 106 данной лабораторной работы), так и программно с помощью специальных компонентов LabView. На данном этапе созданная программа имеет вид, представленный на рис.3.17. Рис.3.17. Вид программы после конфигурации порта вывода. На следующем этапе необходимо представить данные, вводимые с помощью тумблеров, в виде массива чисел типа Boolean, с которыми может работать компонент DAQ Assistant. Для этого необходимо использовать функцию Build Array, расположенную в разделе Functions/Programming/ Array/Build Array. После добавления этой функции на блок-схему, нужно навести курсор мыши на этот компонент, чтобы появилась стрелка ↕, и растянуть его за верхнюю или нижнюю грань так, чтобы создать четыре входа для функции. Далее соедините входы Build Array с выходами тумблеров Boolean, а выход Build Array с входом DAQ Assistant. Напоминаем, что компонент DAQ Assistant, на вход которого поступают программные сигналы, передаваемые внутри программы LabVIEW, передает эти сигналы в цифровом виде с компьютера на устройство NI myDAQ, а оно преобразует их в электрические сигналы на своих выходах. Если вывод 107 осуществляется в цифровой порт, на его клеммах появляются сигналы, соответствующие логическому нулю (допустимо любое значение в диапазоне от 0 до 0.4 В) или логической единице (любое значение в диапазоне от 2.4 В до 5.0 В). Если вывод осуществляется в ЦАП, на выходе ЦАП появляется напряжение, задаваемое поступившим двоичным кодом. После произведенных операций должна получиться программа, изображенная на рис.3.18. Рис.3.18. Добавление функции конвертации числа в массив и подача его на DAQ Assistant. Мы хотим видеть на числовом индикаторе набранное тумблерами число, биты которого подаются на выходной порт NI myDAQ. Для этого необходимо преобразовать полученный массив в число. Проделайте это, воспользовавшись функцией Boolean Array to Number, расположенной в Functions/Programming/ Numeric/Conversion. После этого конечный код программы выглядит так, как представлено на рисунке 3.19: 108 Рис.3.19. Добавление функции преобразования массива в число. 5.2.2. Проверка работы программы – индикация числовых значений Запустите программу и убедитесь, что она работает. Проверьте, какие числа возникают на индикаторе Numeric при включении различных комбинаций тумблеров. 5.2.3. Проверка работы программы – измерение сигналов на выходе порта Запустите виртуальный мультиметр в режиме вольтметра (можно также использовать обычный не виртуальный мультиметр) и с его помощью проверьте, как меняется напряжение на выходах порта ввода-вывода NI myDAQ – на клеммах DIO 4, DIO 5, DIO 6, DIO 7. 5.2.4. Отображение на индикаторе двоичного кода, подаваемого на порт вывода Проведите настройку отображения числового индикатора так, чтобы он показывал двоичный код чисел. Для этого необходимо выполнить следующие действия: щелкните правой кнопкой мыши по значку индикатора и зайдите в раздел Properties, а затем во вкладку Data Type. В открывшемся окне нажмите на ярлык под Representation, выберите тип U8 (беззнаковое 8- битовое целое) – рис.3.20, нажмите ОК. 109 Рис.3.20. Установка типа показываемой индикатором Numeric величины. Еще раз щелкните правой кнопкой мыши по значку индикатора и зайдите в раздел Properties. Во вкладке Display Format в поле Type выберите Binary (двоичный) и нажмите ОК (рис.3.21). Рис.3.21. Установка формы представления показываемой индикатором Numeric величины. Запустите программу. После этого при изменении положения тумблера должно изменяться и значение числового индикатора (0 или 1 в 110 соответствующем разряде). На рис.3.22 и рис.3.23 приведены примеры записи двоичных чисел с помощью тумблеров на Front Panel. Рис.3.22. Логическая «1» подана на выход DIO 7 (с Boolean 4). Рис.3.23 . Логическая «1» подана на выходы DIO7 (с Boolean 4) и DIO5 (с Boolean 2). Поменяйте положение тумблеров, подавая с их помощью «0» или «1» на различные линии порта ввода/вывода. Замечание: если в старших битах находятся нули, они не показываются. Для того чтобы в индикаторе показывались ведущие нули, необходимо зайти в свойства во вкладку Display Format, установить галочку “Use minimum field width” (использовать минимальную ширину поля вывода) – и далее значение 4 для ширины поля вывода. После чего в выпадающем списке необходимо выбрать режим вывода цифр “Pad with zeros on left” (дополняются нулями слева) и нажать OK. Обратите внимание на то, какие тумблеры соответствуют старшим, а какие – младшим битам числа. В программировании принято нумеровать биты начиная с нуля (номер 0, 1, 2, 3 и т.д.). При этом бит с номером 0 считается младшим (самый правый в записи числа), и им кодируются числа 0 2 и 1 2 Булевское значение False кодируется в бите числом 0, а True – числом 1, про 111 эти значения говорят как про логический ноль и логическую единицу. Бит с номером 1 кодирует второй справа бит двоичного числа, и т.д. При подаче с первого тумблера (имеющего имя Boolean) значения True (тумблер включен) в первую ячейку массива, т.е. имеющую индекс 0, будет записано значение “логическая 1”. Это значение будет передано на выход – на линию с наименьшим номером, т.е. на DigitalOut_0 (см. рис. 3.16). В нашем случае DigitalOut_0 соответствует линии 4 (DIO 4), поэтому электрический сигнал, соответствующий “логической 1”, попадет на клемму DIO 4. После преобразования массива в целое число значение элемента массива с индексом 0 соответствует младшему биту числа, поэтому на индикаторе покажется число 1 2 Какое минимальное и какое максимальное десятичное число можно записать в порт с помощью созданной программы? Задание 5.3. Отображение считываемых из порта цифровых сигналов в виде двоичных чисел В этом задании нужно создать программу, которая считывает цифровые сигналы с линий DIO 0, DIO 1, DIO 2, DIO 3, которые в предыдущем задании не использовались – в данном задании они используются в качестве входов. Считанные с помощью NI myDAQ сигналы необходимо отобразить на числовом индикаторе в виде двоичного числа. Общепринятая методика написания сложной программы – создавать и отлаживать независимые части программы, а затем соединять их в единое работающее целое. Поэтому ту часть программы, которая относилась к выводу данных из порта, и была написана и проверена в предыдущем задании, мы не меняем и в данном задании не используем. (Совместное использование этих двух частей будет проведено в задании 5.4). Виртуальный инструмент для считывания цифровых сигналов с линий ввода настраивается аналогично тому, как это было сделано для линий вывода. Перетащите в окно Block Diagram еще один компонент DAQ Аssistant. Его можно брать как из Functions/Express/Output, так и из раздела 112 Functions/Express/Input – это один и тот же компонент, а на вход или выход он работает в зависимости от сделанных настроек. В диалоговом окне настройки, появившемся после перетаскивания компонента на блок-схему (рис.3.24), перейдите в Line Input (Acquire Signals/Digital Input/Line Input ), и выберите необходимый порт и входы DIO 0 – DIO 3 (port0/line 0, port0/line 1, port0/line 2, port0/line 3) . Рис.3.24. Выбор линий порта для работы в режиме цифровых входов. После этого нажмите кнопку Finish, и в появившемся окне конфигурации линий нажмите кнопку ОК. В результате линии DIO 0, DIO 1, DIO 2, DIO 3 окажутся настроены в качестве цифровых входов порта ввода-вывода. На данном этапе созданная программа имеет вид, представленный на рис.3.25. 113 Рис.3.25. Вид программы после конфигурации порта ввода. Входной сигнал необходимо преобразовать из массива в число. Проделайте это, воспользовавшись функцией Boolean Array to Number, расположенной в Functions/Programming/ Numeric/Conversion. После этого добавьте второй числовой индикатор для показа полученного числа и настройте его для показа двоичного кода. Конечный код программы показан на рис.3.26. Можете параллельно с индикатором Numeric2 подсоединить еще один, показывающий считанное число в десятичном виде. 114 Рис.3.26. Программа с индикацией считанного из порта числа. Запустите программу. Какое считанное значение показывается? На наборной панели соедините клемму DIO 0 через резистор с номиналом от 100 Ом до 3 Ком проводами (перемычками)к клемме с напряжением +5 В. Какое считанное значение показывается? Что будет, если подсоединить клемму не к +5 В, а к клемме “земля”? Проведите аналогичные эксперименты с клеммами DIO 1, DIO 2. DIO 3. Какую комбинацию сигналов надо подать на входы, чтобы получить на индикаторе код 1011? Какому десятичному числу соответствует этот код? Сохраните созданный вами проект. Замечание: Прибор NI MyDAQ после программирования портов в дальнейшем сохраняет запрограммированное состояние даже после отключения питания. Поэтому при выполнении задания, в котором используется копия предыдущего проекта, для правильной работы нового проекта требуется снова перепрограммировать порты в диалоговом окне настройки компонента DAQ Assistant в соответствии с рис.3.24. Задание 5.4. Одновременная работа с записью цифровых данных в порт вывода и считыванием цифровых данных из порта ввода В этом задании нужно использовать разработанную программу для того, чтобы отправить сформированный с помощью виртуальных тумблеров цифровой сигнал на линии вывода DIO 4, DIO 5, DIO 6, DIO 7 (они используются в качестве выходов), а затем этот электрический сигнал считать с помощью линий DIO 0, DIO 1, DIO 2, DIO 3 – в данном задании они используются в качестве входов. Эти сигналы будут отображены числовым индикатором Numeric2 в виде двоичного числа. 5.4.1. Соединение одного аппаратного цифрового выхода с одним аппаратным цифровым входом На наборной панели соедините клемму DIO 4 (выход) с клеммой DIO 0 (вход). Какой тумблер надо включить для того, чтобы на индикаторе 115 Numeric2 появилось число, отличное от нуля? Какое число появляется? Почему? Затем соедините клемму DIO 4 с клеммой DIO 1 (вход). Какой тумблер надо включить для того, чтобы на индикаторе Numeric2 появилось число 1? С каким входом необходимо соединить клемму DIO 4 (выход), чтобы при включении тумблера, с которого на нее подается единица, на индикаторе Numeric2 появилось 10 2 ? Отключите клемму DIO 4 от входных линий порта NI myDAQ. Соедините клемму DIO 5 (выход) с клеммой DIO 1 (вход). Какой тумблер надо включить для того, чтобы на индикаторе Numeric2 появилось число, отличное от нуля? Какое число появляется? Почему? 5.4.2. Соединение одного аппаратного цифрового выхода с несколькими аппаратными цифровыми входами На наборной панели соедините клемму DIO 5 (выход) кроме клеммы DIO 1 еще с одним входом – с клеммой DIO 0. Какой двоичный код подается на выходные линии порта при наборе тумблерами кода 1000 2 ? Какой код при этом подается на входные линии порта? Какой двоичный код подается на выходные линии порта при наборе тумблерами кода 0100 2 ? Какой код при этом подается на входные линии порта? Какой двоичный код подается на выходные линии порта при наборе тумблерами кода 0110 2 ? Какой код при этом подается на входные линии порта? Проверьте ваше утверждение измерением напряжений на клеммах с помощью мультиметра. |