Podstawy programowania w środowisku LabVIEW,

projekt oscyloskopu cyfrowego



Celem ćwiczenia jest doskonalenie umiejętności tworzenia typowych aplikacji w środowisku

LabVIEW na przykładzie projektu witrualnego oscyloskopu cyfrowego. Podstawą sprzętową

wspomnianego przyrządu jest karta akwizycji sygnałów PCI DAS-1200 firmy Measurement Com-

puting Corp. Jest to 16 kanałowa karta pomiarowa wyposa�śona w 12 bitowy przetwornik A/C o

maksymalnej częstotliwości próbkowania 330kHz, dwa 12 bitowe przetwornik C/A, 3 liczniki oraz

24 cyfrowe we/wy. Programowa obsługa funkcji sprzętowych karty odbywa się poprzez wywołania

odpowiednich funkcji zapisanych w bibliotece dynamicznej DLL . Dostępna jest równie�ś biblioteka

takich funkcji dla środowiska LabVIEW. Funkcje te są znajdują się w palecie Functions Pallete

jako grupa o nazwie Universal Library.

Oscyloskop cyfrowy działa na zasadzie cyklicznej rejestracji w zadanym czasie stałej liczby

próbek sygnału i wyświetlaniu ich na ekranie. Dlatego podstawą projektowanego oscyloskopu po-

winna być funkcja pozwalająca na rejestrację z zadaną częstotliwością zadanej liczby próbek. Jedną

z takich funkcji dla karty DAS-1200 jest AInScFg (rys.1) z grupy Analog Input.

Rys.1. Parametry funkcji AInScFg

Jest to funkcja dokonująca rejestracji �śCount” próbek z częstotliwością �śRate” na wejściach analo-

gowych o numerach od �śLowChan” do �śHighChan” z karty pomiarowej o numerze podanej w �śBo-

ardNum”. Zakres pomiarowy napięć podawany jest jako �śRange”. Przy pomocy parametru

�śOptions” mo�śna sterować trybem realizacji funkcji AInScFg (m.in. sposobem wyzwalania reje-

stracji i przesyłania danych do pamięci). Wyjściowy parametr �śADData” jest tablicą z zarejestro-

wanymi próbkami. Natomiast wyjście �śErrCode” słu�śy do sygnalizowania poprawności przetwa-

rzania i ewentualnych przyczyn błędnego działania. Wyjściowa wartość �śRate” jest rzeczywistą

częstotliwością próbkowania.



Część praktyczna

Po uruchomieniu programu LabVIEW rozpoczynamy tworzenie programu od wyboru nowego in-

strumentu �śNew VI” (mo�śemy równie�ś rozpocząć pracę nad nowym projektem wybierając z menu

�śFile” opcję �śNew VI”). Pojawi się wówczas na ekranie pusty panel u�śytkownika.



1

1. Na panelu u�śytkownika w pierwszej kolejności umieszczamy elementy pozwalające na wybór

numeru karty pomiarowej oraz numeru kanału wejściowego. W tym celu poleceniem �śShow

Controls Pallete” wybranym z menu �śWindows”, otwieramy okno �śControlls Pallete”, w któ-

rym wybieramy grupę �śNumeric” a w niej z kolei wybieramy (klikając myszką) �śDigital Con-

trol”. Następnie przesuwamy kursor do panelu u�śytkownika i ponownie klikając myszką wsta-

wiamy wybrany element. Następnie mo�śemy od razu wprowadzić z klawiatury właściwą jego

nazwę: �śNr karty”. Identycznie postępujemy aby umieścić na panelu u�śytkownika następną

kontrolkę: �śNr kanału” (poniewa�ś projektowany oscyloskop ma umo�śliwić obserwację tylko

jednego sygnału – dlatego do wyboru kanału wejściowego wystarczy nam ta jedna kontrolka).

Trzecim niezbędnym parametrem wejściowym funkcji AInScFg jest liczba rejestrowanych pró-

bek �śCount” – dlatego umieszczamy na panelu u�śytkownika jeszcze jedną kontrolkę �śLiczba

próbek”, co pozwoli nam na sterowanie ilością próbek rejestrowanych w kolejnych cyklach pra-

cy oscyloskopu. Aby oscyloskop mógł prawidłowo pracować �śLiczba próbek” oczywiście po-

winna być większa od zera, dlatego dobrze jest nadać jej dodatnią wartość początkową. Powin-

na to być wartość na tyle du�śa, aby zapewnić wystarczającą rozdzielczość poziomą obrazu (co

najmniej 100 punktów) a zarazem niezbyt du�śa, �śeby oscyloskop w rozsądnym czasie odświe�śał

ekran (co najwy�śej 1000). W naszym przykładzie mo�śe to być 200 próbek.

2. Kolejny parametrem wejściowym funkcji AInScFg jest częstotliwość próbkowania �śRate”. W

przypadku oscyloskopu zamiast podawania częstotliwości próbkowania, przy pomocy pokrętła

podstawy czasu ustawia się czas trwania pomiaru (tzn. ustalamy ile czasu przypada na jednostkę

długości osi poziomej ekranu np.: 5 ms/cm). W naszym przypadku wygodniejsze będzie okre-

ślanie całkowitego czasu trwania fragmentu sygnału wyświetlanego na ekranie w pojedynczym

cyklu pracy oscyloskopu. Dlatego umieszczamy na panelu u�śytkownika kolejną kontrolkę typu

�śHorizontal Pointer Slide” wybraną z grupy �śNumeric” i nazywamy ją �śCzas obserwacji [ms]”.

Konieczny parametr wejściowy funkcji AInScFg jakim jest częstotliwość próbkowania �śRate”

uzyskamy dzieląc �śLiczbę próbek” przez �śCzas obserwacji”.

3. Kolejny krok to umieszczenie w programie funkcji AInScFg. Znajduje się ona podgrupie funk-

cji Analog Input grupy Uniwersal Library. Funkcję AInScFg umieszczamy na prawo od pozo-

stałych elementów na panelu programu. Następnie szpulką łączymy �śNr karty” z wejściem

�śBoardNum” funkcji AInScFg, a �śNr kanału” z oboma wejściami �śLowChan” i �śHighChan”

funkcji AInScFg. Wejście �śCount” łączymy z �śLiczbą próbek”. Do obliczenia częstotliwości

próbkowania konieczne jest zastosowanie operatora dzielenia, do którego wejścia �śx” dołącza-

my �śLiczbę próbek” a do wejścia �śy” �śCzas obserwacji [ms]”. Poniewa�ś �śCzas obserwacji

[ms]” będziemy zadawać w milisekundach, dlatego otrzymany iloraz nale�śy pomno�śyć przez

1000 aby otrzymać częstotliwość w hercach a nie w kilohercach. Mno�śenie to realizujemy wy-

korzystując operator mno�śenia i element �śNumeric Constant” o wartości 1000. Wyjście opera-

tora mno�śenia mo�śemy teraz połączyć z wejściem �śRate” funkcji AInScFg. Nie obsadzone pa-

rametry wejściowe funkcji AInScFg �śRange” i �śOptions” przyjmą wartości domyślne, które w

naszym przypadku zapewnią poprawną pracę programu. W tym miejscu nale�śy wrócić do pane-



2



lu u�śytkownika i wpisać odpowiedni zakres nastawiania �śCzasu obserwacji [ms]”. Jego wartość

minimalna jest ograniczona maksymalną częstotliwością próbkowania przetwornika A/C, po-

niewa�ś �śCzas obserwacji” musi byś większy od iloczynu �śLiczby próbek” i minimalnego okre-

su próbkowania. W naszym przypadku maksymalną częstotliwością próbkowania wynosi 330

kHz i dlatego rejestracja 200 próbek musi trwać co najmniej 0,606 ms. Jeśli próbek będzie 330

to minimalny czas obserwacji wyniesie 1 ms i taką wartość mo�śemy ustawić jako dolny zakres

nastaw �śCzasu obserwacji [ms]”. Maksymalny czas obserwacji mo�śe być dowolny, ale rozsąd-

nie jest go ograniczyć do co najwy�śej kilku sekund (proponujemy 100 ms).

4. Aby mo�śna było w trakcie u�śywania naszego przyrządu rozpoznać ewentualne przyczyny nie-

prawidłowego jego działania, nale�śy obsłu�śyć wyjście �śErrCode” funkcji AInScFg. W tym celu

do panelu programu wstawiamy funkcję ErrMsg, którą mo�śna znaleźć w podgrupie Calibration

and Configuration biblioteki Universal Library. Funkcja ErrMsg zamienia kod błędu na jego

krótki opis. Aby mo�śna było przeczytać ten komunikat o błędzie potrzebny nam będzie wskaź-

nik tekstowy �śString Indicator”, który z podgrupy �śString & Path” wstawiamy do panelu u�śyt-

kownika. Wskaźnik ten mo�śemy nazwać jako �śBłąd”. Następnie wracamy do panelu programu i

łączymy wyjście �śErrCode” funkcji AInScFg z wejściem �śErrCode” funkcji ErrMsg oraz wyj-

ście �śErrMsg” tej funkcji z wskaźnikiem �śBłąd”.

5. W celu umo�śliwienia obserwacji na ekranie rzeczywistej częstotliwości próbkowania sygnału,

konieczne jest jeszcze wstawienia do panelu u�śytkownika odpowiedniego wskaźnika. Mo�śe to

być wskaźnik cyfrowy, który nazywamy �śf pr. [Hz]” i łączymy z wyjściem �śRate” (po prawej

stronie) funkcji AInScFg.

6. W następnym kroku musimy zająć się obsługą wyjścia �śADData” funkcji AInScFg. Poniewa�ś

wartości wyjściowe tej funkcji są liczbami całkowitymi z zakresu od 0 do 2 n-1 ( n – rozdziel-

czość przetwornika A/C) nale�śy dokonać ich konwersji na wartość napięcia. Mo�śna do tego

wykorzystać

funkcję

ScaleArr,

która

dokonuje

konwersji

wejściowych

wartości

całkowitoliczbowych zapisanych w tablicy �śADData” na wartości rzeczywiste z zakresu

Rys.2. Parametry funkcji ScaleArr

podanego na wejścia �śMin” i �śMax”. Funkcja ScaleArr dodatkowo wymaga podania czy war-

tości �śADData” zapisane są na 12 czy na 16 bitach. Funkcję ScaleArr pobieramy z podgrupy

funkcji Signal Conditioning grupy Uniwersal Library i umieszczamy na prawo od funkcji AIn-

ScFg. Następnie szpulką łączymy wyjście �śADData” AInScFg z analogicznym wejściem funk-

cji ScaleArr. Do wejścia �śMin” i �śMax” funkcji ScaleArr podłączymy natomiast wartości stałe

�ś-5’ i �ś5”, poniewa�ś taki jest domyślny zakres napięć wejściowych naszej karty pomiarowej.

Do wejścia �ś16 or 12 bit” podłączamy wyjście z dowolnej kontrolki typu boolean umieszczo-

nej na panelu u�śytkownika i opisanej �ś12/16 bit”.



3

7. W oscyloskopie do obserwacji badanego sygnału niezbędny jest oczywiście ekran, do którego

budowy wykorzystamy instrument o nazwie �śWaveform Graph”. Słu�śy on do wykreślania

przebiegów czasowych i znajduje się w z grupie �śGraph” palety �śControls”. Po umieszczeniu

�śWaveform Graph” na panelu u�śytkownika wracamy do panelu programu, gdzie konieczne bę-

dzie odpowiednie przygotowanie danych dla �śWaveform Graph”. Dane te muszą mieć postać

wiązki (bundle) zło�śonej z:

�ó wartości początkowej �śx0” współrzędnej �śx” wykresu,

�ó przyrostu �ś�ąx” współrzędnej �śx” wykresu,

�ó właściwych danych kreślonego przebiegu zapisanych w tablicy �śy”.

Taką wiązkę tworzymy wykorzystując element �śBundle” z grupy �śCluster”. Po umieszczeniu

go w panelu programu ma on tylko dwa wejścia, dlatego konieczne jest dodanie mu jeszcze jed-

nego (ustawiamy kursor na lewej części �śBundle”, klikamy prawym klawiszem myszki i wy-

bieramy �śAdd Input”). Następnie łączymy wyjście �śVal” funkcji ScaleArr z dolnym wejściem

�śBundle”. Do górnego wejścia dołączamy stałą o wartości �ś0”, poniewa�ś chcemy, �śeby oś cza-

su na ekranie miała początek w zerze. Natomiast na wejście środkowe nale�śy podać długość

okresu próbkowania tzn. odwrotność okresu próbkowania. Poniewa�ś chcemy, �śeby skala cza-

sowa ekranu była w milisekundach dlatego okres próbkowania równie�ś musi być w milisekun-

dach. Taką wartość otrzymamy dzieląc �śCzas obserwacji [ms]” przez �śLiczbę próbek”. Ponie-

wa�ś odwrotne dzielenie nasz program ju�ś wykonuje (patrz pkt.4), dlatego wystarczy obliczyć

jego odwrotność (wykorzystując operator �śReciprocal” z grupy �śNumeric”), i podłączyć do

środkowego wejścia �śBundle”. Teraz wystarczy tylko połączyć wyjście �śoutput cluster” ele-

mentu �śBundle” z wejściem �śWaveform Graph” i tor przetwarzania naszego oscyloskopu jest

gotowy.

8. Następnie musimy zapewnić ciągłą pracę naszego oscyloskopu przez umieszczenie napisanego

przez nas programu wewnątrz pętli warunkowej �śWhile Loop”, którą znajdziemy w grupie

�śStructures” palety �śFunction”. Pętlę wstawiamy do panelu program i do warunku jej zatrzyma-

nia podłączamy przycisk �śSTOP”, który wcześniej musimy umieścić na panelu u�śytkownika.

Pamiętamy równie�ś o zaznaczeniu opcji �śStop If True” na warunku zakończenia pętli.

9. Zanim uruchomimy nasz oscyloskop nale�śy jeszcze tak skonfigurować instrument �śWaveform

Graph”, �śeby obraz sygnału na ekranie był zawsze czytelnie wyświetlany bez konieczności

ręcznego skalowania obrazu. Taki efekt uzyskamy ustawiając dla obu osi opcje �śAuto Scale”,

�śLoose Fit” i �śVisible Scale Label” oraz wpisując dla osi �śx” nazwę �śt [ms]” a dla osi �śy” na-

zwę �śU [V]”. Aby obsługa oscyloskopu była prosta i wygodna nale�śy jeszcze uporządkować

rozmieszczenie elementów na panelu i zmienić ich rozmiary. Tak zbudowany program został

przedstawiony na rysunkach poni�śej.





4





Literatura:

1. National Instruments Corporation: LabView User Manual, November 2001 Edition.

2. W. Tłaczała : Ś rodowisko LabVIEW w eksperymencie wspomaganym komputerowo. WNT,

Warszawa 2002



5

Imię i Nazwisko �Ś�Ś�Ś�Ś�Ś�Ś�Ś�Ś�Ś�Ś�Ś�Ś�Ś�Ś. Rok ..... Grupa �Ś.. Data: �Ś�Ś�Ś�Ś�Ś�Ś



Podstawy programowania w środowisku LabVIEW,

projekt oscyloskopu cyfrowego

Sprawozdanie



Zadania do wykonania:

1. Zbudować wg powy�śszych wskazówek działający oscyloskop.

2. Ustawić nr karty pomiarowej na 0, a przełącznik 12/16 bit na 16 bit.

3. Wpisać liczbę próbek 200 i dokonać obserwacji sygnałów okresowych z kanałów od 0 do 4.

Zmieniając liczbę próbek na 199 i 201 sprawdzić kierunek przesuwania sygnału na ekranie.

4. Ustawić nr karty pomiarowej na 1, nr kanału na 0, a przełącznik 12/16 bit na 12 bit.

5. Podłączyć do zacisków analogowego wejścia karty generator i dokonać obserwacji sygna-

łów wytwarzanych przez generator.

6. Sprawdzić działanie suwaka czasu obserwacji i wpływ jego ustawienia na częstotliwość

próbkowania.

7. Dla trzech ustawień czasu obserwacji zanotować w tabeli uzyskaną częstotliwość próbko-

wania i sprawdzić czy spełniona jest zale�śność:

fpr = liczba próbek / czas obserwacji (1)

czas obserwacji

Uzyskana fpr

Obliczona wg (1) fpr

liczba próbek

[ms]

[Hz]

[Hz]





8. Do sprawozdania dołączyć wydruki panelu u�śytkownika i panelu programu.



Wnioski:





6