Achizitii de Date

Download Achizitii de Date

Post on 22-Jul-2015

310 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

7. Module pentru achiziii de date

Unitatea de nvare nr. 7MODULE PENTRU ACHIZIII DE DATE

Cuprins Obiectivele unitii de nvare nr. 7 7.1. Module de achiziie asincrone cu multiplexarea semnalelor analogice de intrare 7.2. Module de achiziie sincrone 7.2.1. Module de achiziie sincrone cu multiplexarea ieirilor circuitelor de eantionare memorare 7.2.2. Module de achiziie sincrone cu multiplexarea ieirilor convertoarelor analog numerice 7.3. Module multifuncionale de achiziie de date 7.4. Cartele NI de achiziii de date 7.5. Structuri de achiziii de date cu microcalculator 7.6. Lucrare de laborator Testarea unei plci de achizii de date Test de autoevaluare Lucrare de verificare unitatea de nvare nr. 7 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testul de autoevaluare Concluzii Bibliografie unitatea de nvare nr. 7

Pagina 146 146 150 150 152 155 158 160 164 165 166 166 166 166

145 TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE

7. Module pentru achiziii de date

OBIECTIVELE unitii de nvare nr. 7 Principalele obiective ale Unitii de nvare nr. 7 sunt: Cunoaterea elementelor componente i rolul acestora n cadrul unui modul de achiziii de date Cunoaterea tipurilor de module de achiziii de date i modul de funcionare al acestora nelegerea rolului unui modul de achiziii de date n prelucrarea numeric a informaiei

7.1. Module de achiziie asincrone cu multiplexarea semnalelor analogice de intrarePe magistrala de extensie a microcalculatorului se pot aduga o varietate larg de module rspndite n achiziia, prelucrarea, monitorizarea i controlul mrimilor. Modulele de achiziie de date pentru PC pot fi de intrare-ieire de uz general, de intrare-ieire numerice care pot efectua prelucrri primare nainte de a se transmite datele la calculator i module de ieire analogice. Modulele de achiziii de date, realizate de regul pe o singur placa imprimat multistrat (cartel), sunt construite pentru achiziie de date multicanal a mrimilor analogice i/sau numerice i cuprind circuite analogice cu funcii de prelucrare necesare pentru conversia datelor, circuite pentru conversia analog-numeric i circuite de interfa pentru transferul semnalului numeric rezultat din achiziie la sistemul de prelucrare numeric. Dac pentru achiziia datelor numerice problemele sunt relativ mai simple (o condiionare a semnalelor, multiplexarea numeric a canalelor), la achiziia mrimilor analogice se pun probleme mai complexe legate att de condiionarea precis a semnalelor (izolare, amplificare/atenuare, filtrare) ct i de regimul de achiziie asincron sau sincron. n general, n multe aplicaii industriale este necesar achiziia unui numr mare de mrimi, care variaz relativ lent n timp. Pentru aceste aplicaii s-au dezvoltat module de achiziie asincrone, care permit culegerea de date de la 4...64 canale de semnal utiliznd un singur circuit de eantionare-memorare (E/M) i un singur convertor analog-numeric (CAN) prin intermediul unui multiplexor analogic. Deci semnalele de intrare u1,i, (i = 1...m) sunt 146 TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE

7. Module pentru achiziii de date multiplexate analogic, aplicate succesiv la amplificatorul programabil (AP) i apoi la intrarea circuitului de eantionare-memorare care reine, de fiecare dat, valoarea unui eantion n vederea conversiei succesive n cod numeric de n bii cu un convertor analog-numeric(CAN) (Fig. 7.1).

u1,1 u1,2...

u1,m

A

E/M

Start conv.

Stare conv.

Mag. date i control DMA

Logic de comand Adres canal

IRQ

Fig. 7.1. Structura unui modul de achiziie asincron

n acest proces, circuitul de eantionare-memorare realizeaz o dubl funcie: menine constant, n limitele de cel mult 0,5LSB semnalul achiziionat la intrarea

convertorului analog-numeric; permite o utilizare ct mai eficient a timpului de achiziie, comutarea urmtorului canal

putnd avea loc pe durata ct circuitul de eantionare-memorare se gsete n starea de memorare i tensiunea sa de ieire este supus procesului de conversie analog-numeric. Memoria tampon (FIFO) permite stocarea unui volum de date (de la 0,5kB la 1MB) pe timp scurt, pentru ca s fie transmise la calculator cnd magistrala este disponibil. Prin interfaa de magistral se deruleaz transferul de date de la modul spre calculator i transferul de date i semnale de control de la calculator spre modul. Prin semnalele de control calculatorul impune modulului de achiziie: frecvena de eantionare a semnalelor de intrare,adresa canalului ce urmeaz a fi achiziionat, amplificarea concret pentru canalul selectat i declanarea procedurii de eantionare/memorare/conversie analog-numeric.

Magistrala de date i control de pe placa de achiziie este de tip slave. Modulul nu dispune de alimentare proprie, el preia de pe magistrala ISA sau VME a calculatorului att tensiunile de alimentare ct i semnalul de clock. Transferul de date de la modul la calculator se poate derula n regim de ntrerupere IRQ (Interrupt ReQuest) a activitii procesorului sau, n cazul transferului masiv de date, n regim DMA (Direct Memory Acces), cnd transferul are loc sub supravegherea controlerului DMA al calculatorului, iar procesorul continu n paralel derularea sarcinilor curente.147 TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE

Magistral PC

MUX Analogic

MAP E/M CAN

n

Mem.Tamp. FIFO

Interfa de magistral

7. Module pentru achiziii de date Diagrama temporal a procesului de achiziie multicanal asincron este reprezentat pentru cazul achiziiei circulare, ce reprezint un mod de lucru n care se culeg date de pe fiecare canal, ciclic, n ordinea u1,1, u1,2, ..., u1,m (Fig. 7.2).M

u1,1E/M Start conv. Stare conv. Date CAN Incarc FIFO

u1,2 tas te tm

u1,3

u1,4 t t t t t

TC

t1 t2

t3 t4 t5

t6

t

Fig. 7.2. Diagramele de timp ale unor semnale la achiziia asincron M - semnal aflat la ieirea multiplexorului, E/M - comanda circuitului de eantionare-memorare (E/M = 1 comand eantionarea, E/M = 0 comand memorare a semnalului analogic multiplexat), Start conv. - start conversie, Stare conv. - sfrit conversie.

Dac la t1, la ieirea multiplexorului este selectat canalul u1,1 i acest semnal este eantionat, la t1 se trece la memorarea acestui eantion. Conversia analog-numeric nu poate ncepe naintea ncheierii regimului tranzitoriu al circuitului E/M, caracterizat prin durata:t as t a t s(7.1)

unde ta - timp de apertur, cnd comutatorul electronic al circuitului E/M rmne nc nchis dup primirea comenzii de deschidere; ts - timpul de stabilire, n care la ieirea circuitului E/M se amortizeaz regimul tranzitoriu produs de ntreruperea circuitului de ncrcare a condensatorului de memorare, deci tensiunea la ieirea E/M devine constant. n momentul t2 ( t 2 t 1 t as ) se comand declanarea conversiei analog-numerice, care

are durata egal cu TC - timpul de conversie. La t3 convertorul analog numeric prin semnalul Stare conv. semnaleaz terminarea conversiei, data numeric (codul numeric corespunztor eantionului luat din u1,1) fiind valid148 TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE

7. Module pentru achiziii de date pentru preluare, ceea ce se i ntmpl la momentul t5 prin ncrcarea datei n memoria tampon (FIFO). Imediat dup terminarea procesului tranzitoriu de trecere de la eantionare la memorarea eantionului ( t as ) multiplexorul poate comuta pe canalul urmtor (u1,2). Pn la terminarea conversiei primului eantion (t3) este timp suficient pentru ca noul semnal s se stabilizeze la ieirea multiplexorului (tm < TC, tm - timpul de stabilire al multiplexorului analogic). Astfel, imediat dup ncheierea conversiei analog numerice se poate comanda eantionarea urmtorului semnal, u1,2. Eantionarea necesit un timp minim (te), pentru ca tensiunea de pe condensatorul de memorare (din E/M) s ajung la valoarea instantanee a tensiunii de eantionat. Dup timpul minim necesar eantionrii, se poate comanda memorarea celui de al doilea eantion (momentul t6), dup care totul se deruleaz similar ca la eantionul anterior. Ciclul de achiziie al unui canal este cuprins ntre t1 i t6. Timpul de achiziie ta al unui eantion de pe un canal este: t a t as TC t e (7.2) Fiind un singur circuit de eantionare-memorare, eantioanele culese de pe diverse canale de semnal nu pot fi simultane n timp, deci eantioanele sunt culese n momentesuccesive, se spune c achiziia de date este asincron.

Cu modulul de achiziie asincron se poate realiza achiziia de date n trei moduri: achiziia monocanal, cnd din cele m canale se alege un singur canal de

semnal (permanent sau temporar) i se realizeaz o culegere de eantioane la rata de achiziie maxim a modulului. achiziia multicanal baleiat are loc dup un ciclu identic de ordine de

succesiune a canalelor. Dac toate cele m canale au semnale de intrare i toate trebuie achiziionate, timpul de achiziie multicanal (intervalul de timp ntre dou eantioane consecutive ale aceluiai canal) este: Tac mt a (7.3) Acest mod de achiziie este utilizat n cazul n care toate semnalele au prioriti identice i/sau au comportri dinamice similare.

achiziia multicanal cu selectare prin soft a canalelor este utilizat ncazul cnd un grup de canale au semnale de prioritate mai mare i/sau au comportare dinamic mult diferit fa de alt grup de canale. Ordinea de comutare a canalelor este impus prin programul existent n calculator.

149 TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE

7. Module pentru achiziii de date

De reinut !Modulul de achiziie a datelor cu multiplexarea semnalelor analogice la intrare are cea mai simpl arhitectur, deoarece utilizeaz pentru achiziia mai multor semnale analogice un singur CEM i un singur CAN. n acelai timp, deoarece se achiziioneaz serial cte un eantion din fiecare semnal prezent la intrare, acest modul este cel mai puin rapid n raport cu oricare alt stru