UNIVERSITATEA VALAHIA FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRIC SPECIALIZAREA ELECTRONIC I TELECOMUNICAII ANUL III

REFERATBAZELE SISTEMELOR DE ACHIZIII I DATE

Plci de extensie utilizate n cazul sistemelor de achizi ii de date.

TEMA REFERAT:

STUDENT: DINU DANIELA1

CUPRINS ECHIPAMENTE DE ACHIZITIE DE UZ GENERAL..PAG 3 PLACILE MOSTENITE(ISA)..PAG 3 PLACI PCI..PAG 5 PORTUL SERIAL USB.PAG 6 CONFIGURAREA PLACII AT-MIO-16.PAG 6 BIBLIOGRAFIEPAG 11

2

Plci de extensie utilizate n cazul sistemelor de achiziii de date.Echipamentele de achiziie de uz general sunt plci (plug-in) care se conecteaz la magistrala unui PC prin intermediul unui slot de extensie. Unele echipamente sunt externe i se conecteaz la calculator prin intermediul unor porturi seriale, paralele sau ethernet. Un echipament de achiziie de uz general se distinge prin modul de realizare a msurtorilor (achiziiilor): hardware-ul de achiziie realizeaz doar conversia semnalelor de intrare n semnale numerice pe care le trimite calculatorului. Hardware-ul de achiziie nu calculeaz sau prelucreaz datele pentrufurnizarea rezultatelor finale ale msurtorilor, lsnd aceast operaiune pe seama calculatorului mai precis software-ului din calculator. Avantajul unui hardware de achiziie de uz general conecta la un PC este c se pot realiza o serie de msurtori de tipuri diferite prin simpla schimbare modulelor aplicaiei software care prelucreaz datele, aprnd astfel conceptul de instrumentaie virtual. Astfel, n afara controlului, msurrii i afirii datelor, o aplicaie dezvoltat de utilizator pentru un sistem de achiziie de tip instrument virtual joac i rolul de firmware adic rolul software-ului built-in necesar pentru prelucrarea datelor i furnizarea rezultatelor finale, firmware care exist totdeauna n interiorul unui instrument special de msur. Aceast mare flexibilitate oferit de un sistem de achiziie de uz general necesit totui ca utilizatorul s dezvolte o serie de aplicaii software pentru fiecare tip de msurtoare n parte. Pentru a implementa ct mai rapid un astfel de sistem de achiziie, exist la dispoziia utilizatorilor software de aplicaie cum ar fi LabVIEW, LabWindows, MATLAB/Simulink/DAQ etc. Sisteme de achiziie a datelor tip instrument virtual (VI Virtual Instrument). Acest tip de sistem este obinut prin conectarea unei plci de achiziie la un calculator i prin utilizarea unor module exterioare de cuplare. Dei teoretic o plac de baz ar putea conine toate circuitele necesare pentru construirea unui PC, posibilitatea de adugare a unor elemente sau de mbuntire a plcii de baz extinde conceptul de PC. Capacitatea de extindere transform PC-ul ntr-un instrument cu posibiliti aproape nelimitate. Plcile cu circuite imprimate care se insereaz n placa de baz sunt adeseori numite plci de extensie. Plcile de extensie sunt difereniate prin standardul pe care l respect interfaa lor sau prin tipul conectorului. De exemplu, o plac de extensie ISA respect standardul de magistral Industry Standard Architecture, iar o plac PCI respect standardul Peripheral Component Interconnect. Alte denumiri ntlnite pentru plcile de extensie sunt: plci utilizator, plci de opiuni, plci fiic etc. Din punct de vedere fizic, placa de extensie este o plac imprimat realizat n tehnologie de montare pe suprafa sau n tehnologii combinate. Un conector de extensie conecteaz placa de extensie la placa de baz, iar o brid de prindere fixeaz placa n interiorul calculatorului i furnizeaz spaiu pentru conectoarele periferice. Standardizarea este esenial pentru extinderea PC-urilor. Sloturile, conectoarele, montarea, semnalele i interfaa logic sunt strict definite. Plcile de extensie trebuie s fie compatibile din punct de vedere fizic, electric i logic cu plcile de baz pe care sunt instalate. n primul rnd, o plac de extensie trebuie s ncap n calculator, ceea ce nseamn c standardele dicteaz dimensiunea fizic a plcilor de extensie. Deoarece ntre placa de extensie i cea de baz exist legturi electrice, standardizarea se extinde i asupra conectoarelor electrice, care trebuie s corespund ca tip, dimensiuni i poziie. Prototipul plcilor de extensie a fost placa proiectat pentru PC-ul IBM original din 1981. Chiar i cele mai noi calculatoare mai pstreaz cel puin un slot pentru montarea unor astfel de modele vechi, care se mai numesc i plci motenite i care respect standardul ISA. Plcile motenite sunt plci care respect standardul Industry Standard Architecture ISA. 3

Dimensiunile critice sunt pentru plcile ISA lungimea maxim a plcii, nlimea i poziia conectorului. Plcile ISA actuale sunt limitate la o lungime maxim de 13.415 inci. Datorit miniaturizrii componentelor, sunt ntlnite des aa-numitele plci scurte, care au lungimea mai mic (placa de extensie nu ajunge la ghidaje). Din punct de vedere al nlimii, se ntlnesc plci ISA de nlime XT (4.2 inci) (Fig. 4.4) i plci ISA de nlime AT (4.8 inci) (Fig. 4.5). Standardul EISA accept aceste dimensiuni pentru nlimea maxim a plcilor de

extensie.

nlimea plcii este important, deoarece carcasele proiectate pentru plci XT nu accept plci de nlime AT. Cele mai multe calculatoare moderne bazate pe magistrale PCI nu sunt destul de nalte pentru plci de nlime AT. Prin urmare, prezena sloturilor ISA nu garanteaz posibilitatea de instalare a oricrei plci de extensie ISA. Problema compatibilitii este din ce n ce mai puin important pe msur ce importana plcilor ISA se diminueaz. Productorii de calculatoare i de sisteme numerice de conducere au adaptat modelul electric al plcilor ISA i au creat un format mai robust, numit PC/104. Plcile PC/104 difer de plcile ISA obinuite n principal prin aspecte mecanice (Fig. 4.6). Aceste plci sunt mai mici i folosesc un conector diferit. Ca i plcile ISA, plcile PC/104 pot folosi interfee pe 8 bii sau pe 16 bii. Plcile cu magistral de lime mai mare au un conector auxiliar pentru semnalele suplimentare. Plcile PC/104 au un conector pentru magistrala de 8 bii pe 64 de pini i un conector pentru magistrala de 16 bii pe 40 de pini (n total 104 pini). n loc s se conecteze la o magistral, plcile PC/104 formeaz o magistral proprie, prin suprapunerea conectoarelor. Fiecare plac are att conectoare mam ct i conectoare tat, astfel nct o plac se poate monta deasupra alteia i furnizeaz un nou conector pentru instalarea urmtoarei plci.

4

Plci PCI. Standardul PCI definete mai multe variante ale plcii de extensie. Specificaiile definesc dou seturi de dimensiuni, fiecare cu cte trei moduri de aranjare a conectoarelor (pentru 5 voli, pentru 3.3 voli i pentru ambele tensiuni). O plac PCI de dimensiuni standard msoar 12.283 x 4.2 inci. n Fig. 4.7 este prezentat o plac PCI standard pentru operare la 5 voli (cea cu operare la 3.3 voli difer nu prin dimensiuni ci prin numrul i poziia contactelor). Standardul PCI definete i o plac de extensie scurt (dimensiuni 6.875 x 4.2 inci). Implementarea pe 64 de bii a plcilor PCI a extins conectorul de margine pentru includerea semnalelor suplimentare. n Fig. 4.8 este prezentat conectorul extins care implementeaz toate opiunile (ambele tensiuni de 5 i 3.3 voli). O derivaie a standardului PCI este reprezentat de plcile CompactPCI, realizate pe baza standardului Eurocard. Plcile CompactPCI sunt de dimensiuni mai mici i sunt robuste. Pentru sistemele de calcul de tip notebook au fost dezvoltate plci de tip PCCard. Aceste plci au forma unor cartele de 54 x 85 mm i 5 mm grosime. Plcile PCCard respect standardul PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association).

5

Portul serial USB Viteza de transmisie a portului USB (Universal Serial Bus, 1995) este mult mai mare dect la porturile motenite: 12 Mbii/sec. Numrul de dispozitive care pot fi conectate la un port este de 127, se poate conecta orice fel de dispozitiv, iar mediul de transmisie este un cablu special cu 4 fire. Modelul USB este gndit ca un sistem ierarhic, cu distribuitoare care se pot conecta la alte distribuitoare i aa mai departe, astfel c se poate ajunge la maxim 127 de dispozitive conectate la un singur port. Apare o structur arborescent de conectare. Calculatorul gazd este de fapt un distribuitor de baz. Circuitul din calculator care controleaz distribuitorul de baz i restul sistemului USB este numit controller de magistral. Pentru o funcionare corect este necesar conectarea corect a tuturor componentelor, iar software-ul aferent realizeaz sortrile necesare. Programul care implementeaz protocolul USB este de fapt cea mai complex component a standardului USB. Dei numrul de dispozitive care pot fi conectate este foarte mare, nu sunt aplicaii care s necesite mai mult de cteva zeci de conectri. Mai mult, apare i dezavantajul lungimii unui cablu USB, care nu poate fi mai mare de 5 m (distribuitoarele pot regenera semnalul, aa c prin trecerea prin distribuitoare sistemul USB se poate ntinde pe distane mai mari)3.1. Configurarea plcii AT-MIO-16

Placa de achiziie AT-MIO-16H are, din fabricaie, o setare iniial (implicit), care se poate modifica n funcie de situaia real n care este folosit. Placa de achiziie AT-MIO-16H nu dispune de tehnologia plug and play. Cu alte cuvinte, sistemul de operare Windows nu poate detecta tipul plcii de achiziie i nici nu se pot face setri software ale plcii. Orice modificare a setrilor plcii se face mai nti prin dispunerea corespunztoare a jumperelor pe plac i apoi, printr-un program de configurare special, sistemul de operare este informat de toate aceste schimbri. Placa AT-MIO-16H conine 13 jumpere (trapuri) i un comutator DIP pentru configurarea interfeei cu magistrala AT i setarea intrrilor i ieirilor analogice (Analog I/O settings). Comutatorul DIP este folosit pentru setarea adresei I/O de baz. Dou jumpere sunt folosite pentru selectarea canalului de ntrerupere i pentru accesul direct la memorie (DMA Direct Memory Access). 6

Celelalte 11 jumpere rmase sunt folosite pentru a schimba configuraia circuitelor de intrri i ieiri analogice. Pentru verificarea i prezentarea modului de folosire a plcii se poate lansa utilitarul NI-DAQ Configuration Utility (Fig. 18) din pachetul de programe al driverului NI-DAQ, instalat n prealabil pe calculatorul n care este poziionat placa de achiziie.

Din Fig. 18 rezult c avem o singur plac de achiziie (Device # 1) de tipul AT-MIO-16H9, care folosete adresa de baz 220H, canalele DMA 6 i 7 i nivelul de ntrerupere 5. Prin apsarea butonului de configurare/test din meniul principal se deschide o alt fereastr (Fig. 19) n care se poate realiza o verificare a setrilor i o configurare a adresei de baz (care trebuie s corespund cu setarea de pe plac). Prin acionarea push-butonului Hardware (Fig. 19) se pot vizualiza/testa setrile pentru intrrile analogice (Fig. 20) i ieirile analogice (Fig. 21). Intrrile analogice sunt setate pentru gama 5V+5V, mod diferenial, domeniul de intrare fiind corespunztor cu modulele de condiionare a semnalelor (izolare galvanic) disponibile n laborator (seria 5B31-02 i 5B41-02 National Instruments). Ieirile analogice sunt setate n domeniul -10V...+10V (bipolar).

7

Pentru testarea configuraiei plcii i pentru aplicaiile de achiziii de date se va folosi o surs de tensiune dual de tip IEMI - I4102 M de 2 x 40 V, 1.2 A i un voltmetru de c.c. Sursa de c.c. va fi conectat la bornele 2, 3 ale modulului de intrare 5B41-02 (de band larg) de pe canalul de intrare analogic 0, situat pe rack-ul exterior. Voltmetrul va fi cuplat la ieirea analogic 0 (pinii 20, 23 ai conectorului I/O al plcii - a se vedea Anexa 1). Pentru testarea plcii se va apsa butonul Test (Fig. 19), ceea ce va avea ca rezultat apariia ferestrei de test din Fig. 22. Pentru testarea intrrii analogice de pe canalul 0 se va conecta sursa de tensiune din care se va furniza o tensiune (pn n 5V). La apsarea butonului Analog Input va fi afiat tensiunea citit de plac i un semnal de eroare (0 n cazul funcionrii corecte) Fig. 23.

8

. Pentru testarea ieirii analogice de pe canalul 0, se va introduce n caseta Voltage o tensiune continu (de exemplu 3V) i se apas butonul Analog Output. Pe voltmetrul de c.c. conectat la ieirea 0 trebuie s fie citit tensiunea de 3V, iar n fereastra de test va fi afiat un semnal de eroare (0 n cazul funcionrii corecte) Fig. 23. Dac se dorete testarea altor canale de intrare sau ieire analogic trebuie fcute modificri corespunztoare (conexiuni i casete). Dup configurarea i verificarea plcii AT-MIO-16H, se poate construi o aplicaie de achiziie mono-punct a unei tensiuni de la o surs exterioar. Achiziia mono-punct, a unui singur eantion, pe un singur canal (singlechannel single-point) se poate realiza utiliznd instrumentul virtual AI Sample Channel.vi, descris n subparagraful 2.2. AI Sample Channel.vi msoar semnalul de pe canalul specificat i furnizeaz valoarea citit i scalat. Aplicaia LabVIEW are diagrama din Fig. 7, iar fereastra panou este prezentat n Fig. 24. Reamintim c parametrul de intrare device reprezint numrul plcii de achiziii de date utilizate, iar parametrul de intrare channel este numrul canalului de intrare analogic utilizat pentru achiziie. Ieirea sample conine valoarea scalat (n voli) citit pe intrarea analogic specificat prin device: 1 i channel: 0. Eantionul achiziionat poate fi afiat cu ajutorul unui indicator numeric i/sau grafic (n Fig. 25 s-a realizat o rulare continu a aplicaiei pentru vizualizarea tensiunii cu Waveform Chart).

9

10

BIBLIOGRAFIE1 DAN SELITEANU COSMIN IONETE, EMIL PETRE, DAN POPESCU, DORIN ENDRESCUA, APLICAII LABVIEW PENTRU ACHIZIIA I GENERAREA DATELOR, Editura SITECH 2. http://www.mecatronica.3x.ro,SISTEME DE ACHIZIIE I CONDUCERE 3 Gacsdi Alexandru, Tiponu Virgil, SISTEME DE ACHIZIII DE DATE, Editura Universitii, 2005 4 http://www.automation.ucv.ro, SISTEME DE ACHIZIIE I INTERFEE DE PROCES

11