Γεώργιος Θ. Κουρουπέτρογλου. Μαθήµατα

Transcript

1 Γεώργιος Θ. Κουρουπέτρογλου Μαθήµατα Συστηµάτων Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Αθήνα 2004

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Το περιεχόµενο του βιβλίου αυτού αντιστοιχεί στο εργαστηριακό µέρος των παραδόσεων του Μαθήµατος: «Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο» που διδάσκεται στο Τµήµα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστηµίου Αθηνών. Ευχαριστώ θερµά τους ιπλωµατούχους του Μεταπτυχιακού Προγράµµατος Σπουδών στην Πληροφορική Αλέξανδρο Πίνο, Ηλεκτρολόγο Μηχανικό, και Ευάγγελο Φλωριά, Μαθηµατικό, για την ουσιαστική βοήθειά τους στην προετοιµασία και συγγραφή των ασκήσεων. Γεώργιος Κουρουπέτρογλου Αθήνα

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Κεφάλαιο Σελίδa 1 Ανάπτυξη Εικονικών Οργάνων 7 2 Βρόγχοι & ιαγράµµατα - Πίνακες & Γραφικές Απεικονίσεις - οµές Περίπτωσης & Ακολουθίας 55 3 Αλφαριθµητικές Σειρές - Είσοδος / Έξοδος Αρχείων 99 4 Συλλογή εδοµένων σε Πραγµατικό Χρόνο Αναλογική Έξοδος - Ψηφιακή Είσοδος/ Έξοδος Φασµατική Ανάλυση Ψηφιακά Φίλτρα 211 Βιβλιογραφία 223 5

4 1 ο Κεφάλαιο Ανάπτυξη Εικονικών Οργάνων Περιεχόµενα 1. Εισαγωγή στο LabVIEW Εικονικά Όργανα Το περιβάλλον του LabVIEW Παράθυρα Πρόσοψης και ιαγράµµατος Παλέτες Εργαλείων-Ελέγχων-Λειτουργιών Βιβλιοθήκες VI Άσκηση Επιλογές βοήθειας LabVIEW ηµιουργία, επεξεργασία και αποσφαλµάτωση ενός VI Κατασκευή VI Πρόσοψη ιάγραµµα οµής Άσκηση Τεχνικές Επεξεργασίας Αντικειµένων...31 Άσκηση Τεχνικές αποσφαλµάτωσης...36 Άσκηση ηµιουργία υποvi Ορισµός υποvi ηµιουργία Εικονιδίου και Συνδέσµου Χρήση VI σαν υποvi...46 Άσκηση Άσκηση

5 8

6 1. Εισαγωγή στο LabVIEW 1.1. Εικονικά Όργανα Οι εφαρµογές του LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) καλούνται Εικονικά (Εργαστηριακά) Όργανα (VI). Τα VI έχουν τρία κύρια µέρη: την Πρόσοψη, το ιάγραµµα οµής και το Εικονίδιο / Σύνδεσµο. Η Πρόσοψη είναι ο χώρος στον οποίο καθορίζονται οι τιµές εισόδου και παρουσιάζονται οι έξοδοι από το ιάγραµµα οµής του VI. Επειδή η Πρόσοψη είναι ανάλογη µε την πρόσοψη ενός πραγµατικού οργάνου, οι είσοδοι ονοµάζονται έλεγχοι (controls) και οι έξοδοι ονοµάζονται ενδείκτες (indicators). Μπορείτε να χρησιµοποιήσετε µία πληθώρα ελέγχων και ενδεικτών όπως περιστροφικούς διακόπτες και διακόπτες on/off, πλήκτρα, διαγράµµατα, γραφικά κ.λ.π. έτσι ώστε να κάνετε την πρόσοψη λειτουργική και κατανοητή. Βλέπετε παρακάτω ένα παράδειγµα πρόσοψης ενός Εικονικού Εργαλείου που έχει τη λειτουργικότητα του θερµοµέτρου (VI Thermometer). Κάθε πρόσοψη έχει ένα ιάγραµµα οµής, το οποίο είναι στην ουσία το πρόγραµµα του VI. Κατασκευάζετε το ιάγραµµα οµής µε την χρήση της γραφικής γλώσσας προγραµµατισµού G. Σκεφτείτε το ιάγραµµα οµής σαν πηγαίο κώδικα. Τα συστατικά του διαγράµµατος δοµής αναπαριστούν κόµβους προγράµµατος. Για παράδειγµα, βρόγχοι For, δοµές Περίπτωσης (case) και αριθµητικές συναρτήσεις. Τα στοιχεία αυτά «καλωδιώνονται» µεταξύ τους και ορίζουν την ροή των δεδοµένων µέσα στο ιάγραµµα οµής. Το ιάγραµµα οµής για το VI Thermometer φαίνεται παρακάτω. 9

7 Χρησιµοποιείτε το Εικονίδιο / Σύνδεσµο για να µετατρέψετε ένα VI σε αντικείµενο (υποvisubvi) το οποίο µπορείτε να χρησιµοποιήσετε ως «υπορουτίνα» στο ιάγραµµα οµής άλλων VI. Το Εικονίδιο αναπαριστά γραφικά το VI στο ιάγραµµα οµής άλλων VI. Οι τερµατιστές (terminals) σύνδεσης καθορίζουν πως καλωδιώνονται οι είσοδοι και οι έξοδοι στο Εικονίδιο. Οι τερµατιστές είναι ανάλογοι των παραµέτρων της υπορουτίνας και αντιστοιχούν σε ελέγχους και ενδείκτες στην Πρόσοψη του VI. Η παρακάτω απεικόνιση παρουσιάζει το Εικονίδιο και το Σύνδεσµο για το VI Thermometer. Ο Σύνδεσµος είναι συνήθως κρυµµένος κάτω από το Εικονίδιο µέχρι να αποφασίσετε να τον δείτε. Η δύναµη του LabVIEW έγκειται στην ιεραρχική φύση των VI. Μετά την δηµιουργία ενός VI µπορείτε να το χρησιµοποιήσετε σαν υποvi στο ιάγραµµα οµής ενός υψηλότερου επιπέδου VI. εν υπάρχει κανένας περιορισµός στον αριθµό των στρωµάτων της ιεραρχίας. Για παράδειγµα, κοιτάξτε ένα VI που χρησιµοποιεί στο ιάγραµµα οµής του το VI Thermometer σαν υποvi. Η Πρόσοψη του υψηλότερου επιπέδου VI παρουσιάζεται παρακάτω. Το VI Thermometer, που χρησιµοποιείται σαν υποvi, συλλέγει δεδοµένα ενώ το υψηλότερου επιπέδου VI σχεδιάζει την γραφική παράσταση των αποτελεσµάτων. Ορίζετε τον αριθµό των µετρήσεων και την καθυστέρηση ανάµεσα σε κάθε µέτρηση στην Πρόσοψη του VI υψηλότερου επιπέδου. 10

8 Το ιάγραµµα οµής του υψηλότερου επιπέδου VI παρουσιάζει το VI Thermometer µέσα σε έναν βρόγχο. Το VI συλλέγει την µέτρηση κατά την διάρκεια κάθε επανάληψης του βρόγχου. Μετά την εκτέλεση του βρόγχου, για ορισµένο αριθµό επαναλήψεων, το VI περνάει τα δεδοµένα σε ένα εικονίδιο που κάνει την γραφική αναπαράσταση στην πρόσοψη του υψηλότερου επιπέδου VI. Θα συζητήσουµε όλα τα εικονίδια αργότερα. Με το LabVIEW µπορείτε να χρησιµοποιήσετε ένα VI σαν υποvi. Αυτή η ιδιότητα κάνει τα ιαγράµµατα οµής αρθρωτά, εύκολα στην αποσφαλµάτωση, στην κατανόηση και στην συντήρηση Το περιβάλλον του LabVIEW Το LabVIEW χρησιµοποιεί αρκετά αρχεία και καταλόγους για να αποθηκεύσει πληροφορίες αναγκαίες στην κατασκευή των VI. Αυτά τα αρχεία και οι κατάλογοι περιλαµβάνουν τα εξής: Τον κατάλογο vi.lib: Περιέχει διάφορες βιβλιοθήκες VI, όπως αυτές που χρειάζονται για ανάλυση και ανάκτηση δεδοµένων. Ο κατάλογος vi.lib πρέπει να βρίσκεται στον ίδιο κατάλογο που βρίσκεται το LabVIEW. εν πρέπει να αλλάζει το όνοµα γιατί το LabVIEW αναζητά αυτόν τον κατάλογο όταν ξεκινά. Τον κατάλογο Examples: Περιέχει παραδείγµατα που επιδεικνύουν την λειτουργικότητα του LabVIEW. Τον κατάλογο cintools: Περιέχει αρχεία που χρησιµοποιούνται για σύνδεση εξωτερικών ρουτινών C µε το LabVIEW. Τον κατάλογο menus: Αποθηκεύονται πληροφορίες για όλες τις οθόνες. Τον κατάλογο help: Περιέχει όλα τα αρχεία βοήθειας του LabVIEW. Μπορείτε να τοποθετήσετε τα VI και τις βιβλιοθήκες VI σε αυτό τον κατάλογο για να εµφανιστούν στο µενού βοήθειας του LabVIEW. Την βιβλιοθήκη BASCLASS.LLB: Το αρχείο αυτό περιέχει βιβλιοθήκη VI που θα χρησιµοποιήσετε στη διάρκεια εκµάθησης του LabVIEW Παράθυρα Πρόσοψης και ιαγράµµατος Όταν ανοίγετε το LabVIEW εµφανίζεται ένα νέο παράθυρο Πρόσοψης χωρίς όνοµα. Το παράθυρο Πρόσοψης παρουσιάζει την πρόσοψη του VI και είναι ένα από τα δύο παράθυρα του LabVIEW που χρησιµοποιείται στην κατασκευή ενός VI. Το άλλο, ονοµάζεται παράθυρο ιαγράµµατος και περιέχει το ιάγραµµα οµής. 11

9 Οι Προσόψεις και τα ιαγράµµατα οµής αποτελούνται από συλλογές γραφικών αντικειµένων, που είναι τα στοιχεία προγραµµατισµού του LabVIEW. Οι Προσόψεις περιέχουν διάφορους τύπους ελέγχων και ενδεικτών. Τα ιαγράµµατα οµής περιέχουν τερµατιστές που αντιστοιχούν σε ελέγχους και ενδείκτες της Πρόσοψης. Επίσης περιέχουν σταθερές, συναρτήσεις, υποvi, δοµές και καλώδια που µεταφέρουν δεδοµένα από το ένα αντικείµενο στο άλλο. Η εικόνα που ακολουθεί παρουσιάζει µία Πρόσοψη και το αντίστοιχο ιάγραµµα οµής. Γραµµή Εργαλείων Πρόσοψης Και τα δύο παράθυρα, της Πρόσοψης και του ιαγράµµατος, περιέχουν µία γραµµή εργαλείων µε κουµπιά εντολών και ενδεικτών καταστάσεων που χρησιµοποιούνται για τον έλεγχο του VI. Ποια από τις δύο γραµµές εργαλείων είναι διαθέσιµη, εξαρτάται από το εάν εργάζεστε στο παράθυρο της Πρόσοψης ή του ιαγράµµατος. Η ακόλουθη γραµµή εργαλείων εµφανίζεται στο πάνω µέρος του παράθυρου της Πρόσοψης. Κουµπί Εκτέλεσης. Κάνετε κλικ επάνω του όταν θέλετε να εκτελέσετε το VI. Όσο το VI εκτελείται το κουµπί αλλάζει σε: εάν το VI είναι υψηλού επιπέδου, ή σε 12

10 εάν ένα από τα VIs που καλούν το συγκεκριµένο που τρέχει τώρα, εκτελείται στο ανώτερο επίπεδο. Κατά την διάρκεια της εκτέλεσης του VI εµφανίζεται το κουµπί ιακοπής. Κάντε κλικ επάνω του για να διακόψετε άµεσα την εκτέλεση του VI. Σηµείωση: Προσπαθήστε να αποφύγετε την χρήση του κουµπιού ιακοπής για να τερµατίσετε το VI και είτε αφήστε το VI να εκτελεστεί µέχρι την ολοκλήρωση της εκτέλεσης του ή σχεδιάστε µία µέθοδο για να τερµατίσετε το VI προγραµµατιστικά. Με αυτό τον τρόπο το VI θα είναι σε µία γνωστή κατάσταση. Για παράδειγµα µπορείτε να σταµατήσετε προγραµµατιστικά ένα VI τοποθετώντας έναν διακόπτη στην πρόσοψή του. Το κουµπί Αδυναµίας Εκτέλεσης. Το κουµπί αυτό αντικαθιστά του κουµπί εκτέλεσης και καταδεικνύει ότι το VI δεν µπορεί να εκτελεσθεί λόγω λαθών. Για να βρείτε τον λόγο κάντε κλικ πάνω στο κουµπί. Ένα αναδυόµενο παράθυρο µας δίνει την λίστα όλων των λαθών. Το κουµπί Συνεχούς Εκτέλεσης. Κάντε κλικ επάνω του για συνεχή (επαναλαµβανόµενη) εκτέλεση του VI. Όσο είµαστε στην συνεχή εκτέλεση, το σύµβολο αλλάζει σε. Κάντε κλικ σε αυτό το κουµπί για να απενεργοποιήσετε την συνεχή εκτέλεση. Το κουµπί Παύσης/Συνέχειας. Το κουµπί αυτό παγώνει την εκτέλεση ενός VI. Για να συνεχίσετε την εκτέλεση πιέστε πάλι το κουµπί. Ο δακτύλιος Γραµµατοσειρών. Ο δακτύλιος αυτός καθορίζει όλες τις επιλογές των γραµµατοσειρών, όπως µέγεθος, στυλ και χρώµα. Ο δακτύλιος Ευθυγράµµισης. Χρησιµοποιήστε το εργαλείο Τοποθέτησης (που θα περιγράψουµε αργότερα) για να επιλέξετε τα αντικείµενα που θέλετε να ευθυγραµµίσετε. Επιλέξτε από το δακτύλιο τον τρόπο ευθυγράµµισης που επιθυµείτε. Ο δακτύλιος ιαρρύθµισης. Χρησιµοποιήστε το εργαλείο τοποθέτησης για να επιλέξετε τα αντικείµενα που θέλετε να διαρρυθµίσετε. Επιλέξτε τον επιθυµητό τρόπο διαρρύθµισης που περιλαµβάνει κενά, συµπίεση κ.λ.π. για δύο ή περισσότερα αντικείµενα. Η Γραµµή Εργαλείων ιαγράµµατος οµής Η γραµµή εργαλείων του ιαγράµµατος οµής περιέχει τα περισσότερα από τα κουµπιά της γραµµής εργαλείων της Πρόσοψης και τέσσερα επιπλέον για λόγους αποσφαλµάτωσης. Το κουµπί Υπερτονισµού Εκτέλεσης. Κάντε κλικ επάνω του για να ενεργοποιήσετε τον υπερτονισµό εκτέλεσης. Σε αυτή την κατάσταση το κουµπί αλλάζει σε και µπορείτε να δείτε την ροή δεδοµένων διαµέσου του ιαγράµµατος οµής. Το κουµπί Step Over. Χρησιµοποιείτε αυτό το κουµπί για να ενεργοποιήσετε την κατάσταση εκτέλεσης µονού βήµατος, κατά την οποία παρακολουθείτε, βήµα προς βήµα, την εκτέλεση του VI καθώς προχωράει από κόµβο σε κόµβο. Αναβοσβήνει σε κάθε κόµβο για να δείξει ποιος κόµβος είναι έτοιµος να εκτελεστεί. Όταν ξαναπατήσετε το 13

11 κουµπί αυτό θα προχωρήσετε ένα βήµα στην εκτέλεση ενός βρόχου, υποvi και ούτω καθ' εξής. Όταν προχωρείτε ένα βήµα (ξαναπατώντας του κουµπί) σε ένα κόµβο, γίνεται η εκτέλεση του κόµβου χωρίς να την παρακολουθείτε βήµα-βήµα µέσα στον κόµβο. Το κουµπί Step Into. Πατώντας αυτό το κουµπί εισέρχεστε µέσα σε ένα βρόγχο υποvi ή κόµβο και είστε έτοιµοι να προχωρήσετε βήµα προς βήµα µέσα σε αυτόν τον βρόγχο υποvi ή κόµβο παρακολουθώντας αναλυτικά την εκτέλεσή του. Το κουµπί Step Out. Πατήστε αυτό το κουµπί για να εξέλθετε από έναν κόµβο, βρόγχο ή υποvi. Έτσι ολοκληρώνετε τη διαδικασία της παρακολούθησης της βήµα προς βήµα εκτέλεσης και προχωρείτε στον επόµενο κόµβο. Αναδυόµενα Μενού Το µενού που χρησιµοποιείται περισσότερο στο LabVIEW είναι το αναδυόµενου µενού. Σχεδόν όλα τα αντικείµενα που χρησιµοποιούνται στην κατασκευή των VI έχουν αναδυόµενα µενού για επιλογή και τροποποίησή τους. Ενεργοποιούνται µε δεξί κλικ επάνω σε κάθε αντικείµενο. Pull down µενού Η γραµµή των µενού στο πάνω µέρος της οθόνης του LabVIEW περιέχει τα παρακάτω pull down µενού. Χρησιµοποιείτε τις επιλογές του µενού File για το άνοιγµα, κλείσιµο, αποθήκευση και εκτύπωση των VI. Χρησιµοποιείτε τις επιλογές από το µενού Edit για να τροποποιήσετε την πρόσοψη και τα αντικείµενα του διαγράµµατος δοµής ενός VI. Χρησιµοποιείτε αυτές τις επιλογές για να χειριστείτε και να διευθετήσετε τα συστατικά του LabVIEW σύµφωνα µε το προσωπικό σας γούστο. 14

12 Χρησιµοποιείτε τις εντολές του µενού Operate για να εκτελέσετε το VI. Χρησιµοποιείτε το µενού Tools για να αποκοµίσετε επιπρόσθετη πληροφορία σε σχέση µε τα εργαλεία µετρήσεων και αυτοµατισµών, όργανα και εργαλεία συλλογής δεδοµένων. Χρησιµοποιείτε το µενού Browse για να δείτε γρήγορα την ιεραρχική διάταξη ενός VI σε υποvi. 15

13 Χρησιµοποιείτε το µενού Windows για να εντοπίσετε γρήγορα ανοικτά παράθυρα και για να ανοίξετε παράθυρα υποvi και VI. Χρησιµοποιείτε το µενού Help για να δείτε πληροφορίες για την πρόσοψη ή το ιάγραµµα οµής, για να ενεργοποιήσετε το online reference και για να δείτε πληροφορίες για τον αριθµό έκδοσης του LabVIEW και την µνήµη του υπολογιστή Παλέτες Εργαλείων-Ελέγχων-Λειτουργιών Για µεγαλύτερη ευκολία στην δηµιουργία και τον χειρισµό των VI το LabVIEW έχει γραφικές µετακινούµενες παλέτες. Οι τρεις παλέτες είναι οι Tools (Εργαλείων), Controls (Ελέγχων) και Functions (Συναρτήσεων). Παλέτα Εργαλείων 16

14 Μπορείτε να δηµιουργήσετε, τροποποιήσετε και αποσφαλµατώσετε ένα VI χρησιµοποιώντας τα εργαλεία που βρίσκονται στη µετακινούµενη παλέτα των Εργαλείων (Tools). Εάν η παλέτα των εργαλείων δεν είναι ορατή, επιλέξτε Show Tools Palette από το µενού των Windows για να την εµφανίσετε. Μόλις επιλέξετε ένα εργαλείο από την παλέτα, ο κέρσορας του ποντικιού παίρνει το σχήµα του εργαλείου αυτού. Τοποθετήστε οποιοδήποτε εργαλείο της παλέτας των Εργαλείων πάνω στο Εικονίδιο του υποvi ή της συνάρτησης, για να παρουσιάσετε στο παράθυρο Help (πρώτα πρέπει να επιλέξετε Show Help από το µενού Help) την αντίστοιχη πληροφορία, για αυτό το υποvi ή την συνάρτηση. Εργαλείο Χειρισµού (Operating tool). Χρησιµοποιείτε το εργαλείο χειρισµού για να διαχειριστείτε ελέγχους και ενδείκτες της πρόσοψης. Το εργαλείο αλλάζει σε κάθετο κέρσορα όταν περνάει πάνω από έναν έλεγχο που περιέχει κείµενο, όπως ο ψηφιακός ή αλφαριθµητικός έλεγχος. Εργαλείο Τοποθέτησης (Positioning tool). Χρησιµοποιείτε το εργαλείο τοποθέτησης για να επιλέξετε, µετακινήσετε ή για να τροποποιήσετε το µέγεθος των αντικειµένων. Το εργαλείο αλλάζει σε γραφική γωνία όταν περνάει πάνω από µία γωνία ενός αντικειµένου µεταβλητού µεγέθους. Εργαλείο Ετικετών (Labeling tool). Χρησιµοποιείτε το εργαλείο ετικετών το οποίο έχει την µορφή κάθετου κέρσορα, για να εισάγετε κείµενο σε ετικέτες και για να δηµιουργήσετε ελεύθερες ετικέτες. Το εργαλείο, όταν δηµιουργείτε ελεύθερες ετικέτες, αλλάζει σε εικονίδιο κέρσορα µέσα σε πλαίσιο. Εργαλείο Καλωδίωσης (Wiring tool). Χρησιµοποιείτε το εργαλείο καλωδίωσης για να καλωδιώσετε τα αντικείµενα µεταξύ τους στο ιάγραµµα οµής. Τοποθετήστε το εργαλείο καλωδίωσης πάνω στο καλώδιο για να παρουσιάσετε τον τύπο των δεδοµένων του καλωδίου στο παράθυρο help (πρώτα πρέπει να επιλέξετε Show Help από το µενού Help). Εργαλείο Αναδυόµενου Μενού Αντικειµένου (Object pop-up menu tool). Χρησιµοποιείτε αυτό το εργαλείο για να εµφανίσετε το αναδυόµενο µενού του αντικειµένου, µε την χρήση του αριστερού κουµπιού του ποντικιού. Εργαλείο Ολίσθησης (Scrolling tool). Χρησιµοποιείτε αυτό το εργαλείο για να µετακινηθείτε µέσα στα παράθυρα χωρίς να χρησιµοποιήσετε τις µπάρες ολίσθησης. Εργαλείο Σηµείου ιακοπής (Breakpoint tool). Χρησιµοποιείτε το εργαλείο για να τοποθετήσετε σηµεία διακοπής σε συναρτήσεις και δοµές των VI. Εργαλείο Σηµείου Ελέγχου (Probe tool). Χρησιµοποιείτε αυτό το εργαλείο για να δηµιουργήσετε σηµεία ελέγχου σε καλώδια στο ιάγραµµα οµής. Εργαλείο Αντιγραφής Χρώµατος (Color Copy tool). Χρησιµοποιείτε το εργαλείο αυτό για να αντιγράψετε χρώµατα τα οποία θα χρησιµοποιήσετε µε το εργαλείο χρωµατισµού. Εργαλείο Χρωµατισµού (Coloring tool). Χρησιµοποιείτε αυτό το εργαλείο για να χρωµατίσετε ένα αντικείµενο και για να βλέπετε το χρώµα του προσκηνίου και του παρασκηνίου κάθε αντικειµένου. Παλέτα Ελέγχων 17

15 Οι παλέτες των Ελέγχων (Controls) και των Λειτουργιών (Functions) αποτελούνται από εικονίδια αναπαράστασης υποπαλετών που δίνουν πρόσβαση σε µία πλήρη γκάµα διαθέσιµων αντικειµένων που µπορείτε να χρησιµοποιήσετε στη δηµιουργία ενός VI. Μπορείτε να προσπελάσετε τις υποπαλέτες κάνοντας κλικ στο εικονίδιο υψηλού επιπέδου. Μπορείτε επίσης να µετατρέψετε την υποπαλέτα σε κινούµενη παλέτα η οποία παραµένει στην οθόνη πιέζοντας το thumbnail στην πάνω αριστερή γωνία της υποπαλέτας. Προσθέτετε ελέγχους και ενδείκτες στην Πρόσοψη διαµέσου της παλέτας Ελέγχων (Controls). Κάθε επιλογή από την παλέτα παρουσιάζει µία υποπαλέτα διαθέσιµων ελέγχων και ενδεικτών. Εάν η παλέτα Controls δεν είναι ορατή µπορείτε να την ανοίξετε επιλέγοντας Show Controls Palette από το µενού Windows. Μπορείτε επίσης να προσπελάσετε την παλέτα Controls κάνοντας δεξί κλικ σε µία ανοικτή περιοχή του παράθυρου της Πρόσοψης. Μπορείτε να κάνετε την παλέτα Controls µετακινούµενη κάνοντας κλικ στο thumbnail στην πάνω αριστερή γωνία της παλέτας. Σηµείωση: Η παλέτα Controls είναι διαθέσιµη µόνο όταν είναι ενεργοποιηµένο το παράθυρο της Πρόσοψης. Υποπαλέτα Numeric. Αποτελείται από ελέγχους και ενδείκτες για αριθµητικά δεδοµένα. Υποπαλέτα Boolean. Αποτελείται από ελέγχους και ενδείκτες για λογικές (Boolean) τιµές. Υποπαλέτα String & Path. Αποτελείται από ελέγχους και ενδείκτες για αλφαριθµητικές τιµές και µονοπάτια στο σύστηµα αρχείων. Υποπαλέτα List & Table. Αποτελείται από ελέγχους και ενδείκτες για µενού δακτυλίου και πίνακες. Υποπαλέτα Array & Cluster. Αποτελείται από ελέγχους και ενδείκτες που οµαδοποιούν σύνολα τύπων δεδοµένων. Υποπαλέτα Graph. Αποτελείται από ενδείκτες που αναπαριστούν γραφικά δεδοµένα σε γραφικές παραστάσεις ή διαγράµµατα πραγµατικού χρόνου. Υποπαλέτα Refnum. Αποτελείται από ελέγχους και ενδείκτες για διαδροµή αρχείων και αριθµούς αναφοράς. Υποπαλέτα Decorations. Αποτελείται από γραφικά αντικείµενα για την µορφοποίηση της παρουσίασης της πρόσοψης. Υποπαλέτα Select a Control. Παρουσιάζει ένα πλαίσιο διαλόγου για να φορτώσετε ελέγχους αποθηκευµένους στο δίσκο. Υποπαλέτα I/O. Αποτελείται από ελέγχους που χρησιµοποιούνται για εισοδο και 18

16 έξοδο. Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σηµάτων σε Πραγµατικό Χρόνο Υποπαλέτα Dialog Controls. Αποτελείται από αντικέιµενα για χρήση διαλογικής επικοινωνίας µε τον χρήστη. Υποπαλέτα Ring & Enum. Αποτελείται από ελέγχους δακτυλίου για κείµενο, µενου κτλ. Υποπαλέτα Classic Controls. Αποτελείται από ελέγχους που είχαν παλαιότερες εκδόσεις του LabVIEW. Υποπαλέτα ActiveX Controls. Αποτελείται από ελέγχους ActiveX Υποπαλέτα User Controls. Παρουσιάζει ένα πλαίσιο διαλόγου για να φορτώσετε ελέγχους που δηµιούργησαν οι χρήστες (custom controls) Παλέτα Λειτουργιών Κατασκευάζετε το ιάγραµµα οµής µε την χρήση της παλέτας των Λειτουργιών (Functions). Κάθε επιλογή από την παλέτα παρουσιάζει µία υποπαλέτα διαθέσιµων ελέγχων και ενδεικτών. Εάν η παλέτα Functions δεν είναι ορατή µπορείτε να την ανοίξετε επιλέγοντας Show Functions palette από το µενού Windows. Μπορείτε επίσης να προσπελάσετε την παλέτα Functions κάνοντας δεξί κλικ σε µία ανοικτή περιοχή του παράθυρου του ιαγράµµατος. Μπορείτε να κάνετε την παλέτα Functions µετακινούµενη κάνοντας κλικ στο thumbnail στην πάνω αριστερή γωνία της παλέτας. Σηµείωση: Η παλέτα Functions είναι διαθέσιµη µόνον όταν είναι ενεργοποιηµένο το παράθυρο του ιαγράµµατος. Υποπαλέτα Structures: Αποτελείται από δοµές ελέγχου προγράµµατος όπως οι βρόγχοι For. Υποπαλέτα Numeric: Αποτελείται από αριθµητικές, τριγωνοµετρικές και λογαριθµικές συναρτήσεις. Υποπαλέτα Boolean: Αποτελείται από λογικές και Boolean συναρτήσεις. 19

17 Υποπαλέτα String: Αποτελείται από συναρτήσεις χειρισµού αλφαριθµητικών σειρών. Υποπαλέτα Array: Αποτελείται από συναρτήσεις επεξεργασίας πινάκων. Yποπαλέτα Cluster: Αποτελείται από συναρτήσεις επεξεργασίας συµπλεγµάτων. Υποπαλέτα Comparison: Αποτελείται από συναρτήσεις σύγκρισης αριθµών, Boolean και αλφαριθµητικών σειρών. Υποπαλέτα Time & Dialog: Αποτελείται από συναρτήσεις για παράθυρα διαλόγου, χρονισµού και διαχείρισης λαθών. Υποπαλέτα File I\O: Αποτελείται από συναρτήσεις και VI για είσοδο/έξοδο αρχείου. Υποπαλέτα Communication: Αποτελείται από VΙ δικτύου για TCP, DDE, Apple Events και OLE. Υποπαλέτα Instrument I\O: Αποτελείται από VI για έλεγχο οργάνων GPIB, σειριακό και VISA. Υποπαλέτα Data Acquisition: Αποτελείται από VI για κάρτες plug-in data acquisition. Yποπαλέτα Analyse: Αποτελείται από VI ανάλυσης σηµάτων και δεδοµένων. Υποπαλέτα Waveform: Αποτελείται από VI διαχείρησης κυµατοµορφών. Υποπαλέτα Tutorial: Αποτελείται από VI που χρησιµοποιούνται για την εκµάθηση του LabVIEW. Υποπαλέτα Advanced: Αποτελείται από διάφορες συναρτήσεις όπως συνάρτηση κλήσης βιβλιοθήκης, το VΙ ελέγχου VI, διαχείριση δεδοµένων κ.λ.π. Υποπαλέτα Select a VI : Αποτελείται από ένα πλαίσιο διαλόγου για εισαγωγή υποvi στο τρέχον VI. Υποπαλέτα User Library: Περιοχή τοποθέτησης των VI που κατασκευάζουν οι χρήστες. Υποπαλέτα Instrument Drivers: Περιοχή τοποθέτησης VI οδηγών οργάνων. Υποπαλέτα Motion & Vision: Αποτελείται από VI που χρησιµοποιούνται για τη συλλογή δεδοµένων από εικόνες και κίνηση. 20

18 Υποπαλέτα Mathematics: Αποτελείται από VI για µαθηµατικές πράξεις και αναλύσεις. Υποπαλέτα Application Control: Αποτελείται από VI για τον προγραµµατιστικό έλεγχο των VI και των εφαρµογών LabVIEW που τρέχουν. Υποπαλέτα Graphics & Sound: Αποτελείται από VI για µεταφορά δεδοµένων από λαι προς αρχεία γραφικών και ήχου. Υποπαλέτα Report Generation: Αποτελείται από VI για τη δηµιουργία και διαχείρηση αναφορών (reports) για project στο LabVIEW. Σηµείωση: Η υποπαλέτα Basics Course (User Libraries >> Basics Course) αποτελείται από VI που χρησιµοποιούνται στις εργαστηριακές ασκήσεις του LabVIEW Βιβλιοθήκες VI Μπορείτε να ανοίξετε ή να σώσετε ένα VI σε/από ειδικό αρχείο που καλείται βιβλιοθήκη VI (VI library, συνήθως αρχείο µε extension.llb). Η βιβλιοθήκη BASCLASS.LLB είναι ένα παράδειγµα βιβλιοθήκης VI. Τα πλεονεκτήµατα της χρήσης βιβλιοθηκών είναι: Χρήση µέχρι και 255 χαρακτήρες για την ονοµασία του VI (συµπεριλαµβανοµένου και του extension.vi). Συµπίεση των VI για οικονοµία χώρου στο σκληρό δίσκο (η αποσυµπίεση λαµβάνει χώρα στο άνοιγµα του αρχείο). Τοποθέτηση πολλαπλών VI µέσα σε ένα αρχείο, ευκολία στην µεταφορά VI µεταξύ υπολογιστών. Άλλα χαρακτηριστικά των βιβλιοθηκών είναι: Οι βιβλιοθήκες δεν είναι ιεραρχικής φύσεως, δηλαδή δεν µπορείτε να δηµιουργήσετε µία βιβλιοθήκη µέσα σε µία άλλη βιβλιοθήκη. Η αποθήκευση και το άνοιγµα των VI από το σύστηµα αρχείου είναι γρηγορότερη από την αντίστοιχη των βιβλιοθηκών. 21

19 Στόχος: Άνοιγµα και εκτέλεση ενός VI. Άσκηση Ανοίξτε το LabVIEW. Σε λίγο εµφανίζεται ένα παράθυρο Πρόσοψης χωρίς όνοµα, κλείστε το επιλέγοντας Close από το µενού File. 2. Ανοίξτε το VI Bouncing Cube που βρίσκεται στην βιβλιοθήκη BASCLASS.LLB κάνοντας διπλό κλικ στο BASCLASS.LLB και µετά διπλό κλικ στο Bouncing Cube.vi. Το VI σχεδιάζει ένα κύβο τριών διαστάσεων του οποίου µπορείτε να ελέγξετε το ύψος αναπήδησης, την στροφή κ.τ.λ. χρησιµοποιώντας τους ελέγχους που βρίσκονται στην Πρόσοψη. Η Πρόσοψη περιέχει ένα Boolean διακόπτη Quit, ελέγχους ολίσθησης, ένα έλεγχο περιστροφικού διακόπτη και µία γραφική παράσταση. 3. Εκτελέστε το VI κάνοντας κλικ πάνω στο κουµπί Εκτέλεσης. Το κουµπί αλλάζει σε που καταδεικνύει ότι το VI εκτελείται. Επίσης παρουσιάζεται στο παράθυρο της Πρόσοψης το κουµπί ιακοπής. 4. Τροποποιήστε τους ελέγχους µε την βοήθεια του εργαλείου Χειρισµού. 5. ιακόψτε την εκτέλεση κάνοντας κλικ στο Boolean διακόπτη QUIT. Μην χρησιµοποιείτε το κουµπί ιακοπής για να σταµατήσετε την εκτέλεση ενός VI. Πάντα αφήνετε το VI να ολοκληρώσει την εκτέλεση του ή σχεδιάστε µια µέθοδο προγραµµατισµού για να τερµατίσετε την εκτέλεση του VI. Τέλος Άσκησης

20 1.3. Επιλογές βοήθειας LabVIEW Το LabVIEW έχει διάφορες επιλογές βοήθειας για τα VI, υποvi και κόµβους. Οι δύο πιο συνηθισµένες επιλογές που χρησιµοποιούνται για τον προγραµµατισµό στο LabVIEW περιλαµβάνουν το Help Window (Παράθυρο Βοήθειας) και το Online Help. Παράθυρο Βοήθειας Για να παρουσιαστεί το παράθυρο βοήθειας επιλέξτε Show Help από το µενού Help. Όταν τοποθετείτε ένα εργαλείο από την παλέτα Tools πάνω σε αντικείµενα που βρίσκονται στην Πρόσοψη ή στο ιάγραµµα οµής, το παράθυρο βοήθειας παρουσιάζει το Εικονίδιο για το υποvi, συνάρτηση, σταθερά, έλεγχο και ενδείκτη και ένα πλαίσιο διαλόγου µε επιλογές µε καλωδιωµένους τους αντίστοιχους τερµατιστές. Στο παράθυρο αυτό οι ετικέτες των απαιτούµενων τερµατιστών εµφανίζονται µε έντονη γραφή, οι συνιστούµενες συνδέσεις σε απλό κείµενο και οι προαιρετικές συνδέσεις είναι γκρίζες. Το παρακάτω παράδειγµα παρουσιάζει το Παράθυρο Βοήθειας στην κατάσταση που εµφανίζεται όταν δεν είναι τσεκαρισµένη η επιλογή Simple Help από το µενού Help. Απλή/Σύνθετη Βοήθεια (Simple/Complex Help). Κάντε κλικ για να µεταβείτε από την κατάσταση Απλής βοήθειας διαγράµµατος στην Σύνθετη βοήθεια διαγράµµατος. Η Απλή βοήθεια δίνει έµφαση µόνο στις σηµαντικές συνδέσεις ενώ οι άλλοι τερµατιστές εµφανίζονται σαν υπολείµµατα καλωδίων ενηµερώνοντας µε αυτόν τον τρόπο ότι υπάρχουν και άλλες συνδέσεις. Η Σύνθετη βοήθεια παρουσιάζει όλους τους τερµατιστές. Μπορείτε να προσπελάσετε αυτή την επιλογή και από το µενού Βοήθειας (Help). Κλείδωµα Βοήθειας (Lock Help). Κάνοντας κλικ πάνω στο εικονίδιο κλειδώµατος στο κάτω µέρος του παράθυρου κλειδώνονται όλα τα τρέχοντα περιεχόµενα του παράθυρου Βοήθειας. Όταν τα περιεχόµενα είναι κλειδωµένα, η µετακίνηση του κέρσορα του ποντικιού πάνω σε άλλα αντικείµενα (συναρτήσεις Εικονίδια) δεν αλλάζει την οθόνη. Για να ξεκλειδώσετε το παράθυρο κάντε πάλι κλικ στο εικονίδιο του κλειδώµατος στο κάτω µέρος του παράθυρου Βοήθειας. 23

21 Βοήθεια Online. Κάντε κλικ πάνω στο εικονίδιο της Βοήθειας Online για να συνδεθείτε µε την περιγραφή του αντικειµένου στην τεκµηρίωση της Βοήθειας Online. Βοήθεια Online Η Βοήθεια Online παρουσιάζει λεπτοµερείς περιγραφές για τα περισσότερα αντικείµενα του ιαγράµµατος οµής. Η επιλογή της γίνεται από το εικονίδιο στο παράθυρο Βοήθειας ή επιλέγοντας Online Reference από το µενού Help. 24

22 2. ηµιουργία, επεξεργασία και αποσφαλµάτωση ενός VI 2.1. Κατασκευή VI Το VI έχει 3 κύρια µέρη: την Πρόσοψη, το ιάγραµµα οµής και το Εικονίδιο/Σύνδεσµο (icon/connector) Πρόσοψη Κατασκευάζετε την Πρόσοψη ενός VI µε το συνδυασµό ελέγχων και ενδεικτών. Οι έλεγχοι είναι ο τρόπος µε τον οποίο τροφοδοτείτε δεδοµένα στο VI. Οι ενδείκτες παρουσιάζουν τα δεδοµένα που παράγει το VI. Μπορείτε να προσθέσετε ελέγχους και ενδείκτες στην Πρόσοψη από διάφορες υποπαλέτες της παλέτας Controls. Αριθµητικοί έλεγχοι και ενδείκτες Τα πιο κοινά αριθµητικά αντικείµενα που χρησιµοποιούνται είναι ο ψηφιακός έλεγχος και ο ψηφιακός ενδείκτης. Για να αλλάξετε την τιµή ενός ψηφιακού ελέγχου πατήστε τα κουµπιά αλλαγής µε το εργαλείο Χειρισµού ή κάντε διπλό κλικ στον αριθµό µε το εργαλείο Ετικετών ή µε το εργαλείο Χειρισµού. Λογικοί έλεγχοι και ενδείκτες Χρησιµοποιείστε λογικούς (Boolean) ελέγχους και ενδείκτες για να εισάγετε και παρουσιάσετε λογικές τιµές (ΑΛΗΘΕΣ-ΨΕΥ ΕΣ, TRUE-FALSE). Τα λογικά αντικείµενα προσοµοιάζουν διακόπτες, κουµπιά και LED s. Τα λογικά αντικείµενα που χρησιµοποιούνται πιο πολύ είναι οι κάθετοι διακόπτες (vertical switch) και τα στρογγυλά LED (round LED). ιαµόρφωση ελέγχων και ενδεικτών 25

23 Μπορείτε να µορφοποιήσετε σχεδόν όλους τους ελέγχους και ενδείκτες χρησιµοποιώντας επιλογές από τα αντίστοιχα αναδυόµενα µενού ιάγραµµα οµής Το ιάγραµµα οµής αποτελείται από κόµβους (nodes), τερµατιστές (terminals) και καλώδια (wires). Οι κόµβοι είναι εκτελέσιµα στοιχεία προγράµµατος. Οι κόµβοι είναι ανάλογοι µε τις δηλώσεις, συναρτήσεις και υπορουτίνες στις γλώσσες προγραµµατισµού. Υπάρχουν 4 είδη κόµβων: συναρτήσεις (functions), Κόµβοι υποvi (subvi nodes), δοµές (structures) και Κόµβοι ιεπαφής Κώδικα (Code Interface Nodes). Οι συναρτήσεις είναι ενσωµατωµένοι κόµβοι για την εκτέλεση βασικών λειτουργιών όπως η πρόσθεση αριθµών, Ι/Ο αρχείων, ή διαµόρφωση αλφαριθµητικών σειρών. Τα υποvi είναι VI που σχεδιάζουµε και τα καλούµε από το διάγραµµα άλλων VI. Οι δοµές, όπως οι βρόγχοι For και While, ελέγχουν την ροή του προγράµµατος. Τα CINs είναι διεπαφές µεταξύ του ιαγράµµατος οµής και του κώδικα, σε γλώσσα C, που είναι γραµµένος από τον χρήστη. Οι τερµατιστές είναι πόρτες µέσω των οποίων τα δεδοµένα περνούν από το ιάγραµµα οµής και την Πρόσοψη και ανάµεσα στους κόµβους του ιαγράµµατος οµής. Οι τερµατιστές είναι ανάλογοι µε τις µεταβλητές και τις σταθερές. Υπάρχουν δύο είδη τερµατιστών: τερµατιστές ελέγχου ή ενδείκτη και τερµατιστές κόµβου. Οι τερµατιστές ελέγχου και ενδείκτη ανήκουν στους ελέγχους και ενδείκτες της Πρόσοψης. Οι τιµές που εισάγονται στους ελέγχους, από τον χειριστή ή από ένα VI που καλείται, περνούν στο το ιάγραµµα οµής µέσω αυτών των τερµατιστών όταν εκτελείται το VI. Όταν σταµατήσει η εκτέλεση του VI, τα δεδοµένα εξόδου περνούν από το ιάγραµµα οµής στην Πρόσοψη µέσω των τερµατιστών ενδείκτη. Οι τερµατιστές ελέγχου και ενδείκτη του ιαγράµµατος οµής δηµιουργούνται ή διαγράφονται αυτόµατα όταν δηµιουργείτε ή διαγράφετε ένα έλεγχο ή ενδείκτη στην Πρόσοψη. Καλωδίωση Τα καλώδια είναι διαδροµές δεδοµένων µεταξύ τερµατιστών. Είναι ανάλογα των µεταβλητών και των σταθερών στις γλώσσες προγραµµατισµού. Τα δεδοµένα ρέουν µόνο προς µία κατεύθυνση, από τον πηγαίο τερµατιστή σε ένα ή περισσότερους τερµατιστές προορισµού. ιαφορετικές µορφές καλωδίων αναπαριστούν διαφορετικό τύπο δεδοµένων όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα. 26

24 Ταινίες υποδείξεων (Tip strips) Οι Ταινίες Υποδείξεων κάνουν ευκολότερη την αναγνώριση των τερµατιστών συναρτήσεων και κόµβων για την καλωδίωση. Όταν µετακινείτε το εργαλείο Καλωδίωσης πάνω σε ένα τερµατιστή αναδύεται µία υπόδειξη. Οι υποδείξεις είναι µικρά κίτρινα πλαίσια µε κείµενο που παρουσιάζουν το όνοµα του τερµατιστή. Tip Strip Εµφάνιση τερµατιστών Είναι σηµαντικό να καλωδιώσετε στο σωστό τερµατιστή των συναρτήσεων. Μπορείτε να εµφανίσετε το εικονίδιο του Συνδέσµου για να κάνετε ευκολότερη την σωστή καλωδίωση. Για να επιτύχετε αυτό, κάντε δεξί κλικ στο εικονίδιο της συνάρτησης και επιλέξτε Show Terminals από το αναδυόµενο µενού. Για να επιστρέψετε στο εικονίδιο, κάντε δεξί κλικ στην συνάρτηση και επιλέξτε Show Icon από το αναδυόµενο µενού. Προγραµµατισµός Ροής εδοµένων Η αρχή που διέπει τον τρόπο εκτέλεσης των προγραµµάτων του LabVIEW καλείται ροή δεδοµένων. Ένας κόµβος εκτελείται µόνο όταν τα δεδοµένα είναι διαθέσιµα σε όλες τις εισόδους των τερµατιστών του. Ο κόµβος, στην συνέχεια, διοχετεύει δεδοµένα σε όλους τους τερµατιστές εξόδου του αµέσως µόλις τελειώσει η εκτέλεσή του και τα δεδοµένα περνούν αµέσως από τους τερµατιστές προέλευσης στους τερµατιστές προορισµού. Η διαφορά της ροής δεδοµένων µε την συνηθισµένη µέθοδο της ροής ελέγχου µε την οποία εκτελούνται τα συνηθισµένα προγράµµατα είναι ότι οι εντολές εκτελούνται µε την σειρά µε την οποία τις γράφουµε. Για παράδειγµα το διάγραµµα οµής που εµφανίζεται στα δεξιά εκτελείται από τα αριστερά προς τα δεξιά, όχι γιατί τα αντικείµενα έχουν τοποθετηθεί µε αυτή την σειρά, αλλά γιατί µια από τις εισόδους της συνάρτησης Subtract δεν είναι έγκυρη, µέχρις ότου η συνάρτηση Add να περάσει τα δεδοµένα. Θυµηθείτε ότι ένας 27

25 κόµβος (συνάρτηση) δεν εκτελείται µέχρι τα δεδοµένα να είναι διαθέσιµα σε όλους τους τερµατιστές εισόδου του, και µόλις εκτελεστεί, εφοδιάζει µε δεδοµένα όλους τους τερµατιστές εξόδου του. Στο παράδειγµα που υπάρχει στα δεξιά τίθεται το ερώτηµα ποιο τµήµα θα εκτελεστεί πρώτο: η πρόσθεση ή η διαίρεση; Η απάντηση είναι ότι δεν γνωρίζουµε γιατί οι είσοδοι είναι διαθέσιµες και στα δύο τµήµατα την ίδια χρονική στιγµή. Σε µία τέτοια κατάσταση όπου ένα κοµµάτι κώδικα πρέπει να εκτελεστεί πριν από ένα άλλο, δεν υπάρχει κανένας κανόνας εξάρτησης και για αυτό τον λόγο πρέπει να χρησιµοποιήσετε την δοµή Sequence για να επιβάλλετε σειρά εκτέλεσης. 28

26 Άσκηση 1-2 Στόχος: Κατασκευή ενός VI. Θα δηµιουργήσετε ένα VI που συγκρίνει δύο αριθµούς και ανάβει ένα led εάν οι αριθµοί είναι ίσοι. Πρόσοψη 1. Ανοίξτε µία καινούργια Πρόσοψη επιλέγοντας New από το µενού File. 2. Παρουσιάστε το παράθυρο της Πρόσοψης και του ιαγράµµατος το ένα δίπλα στο άλλο επιλέγοντας Tile Left and Right από το µενού Windows. 3. ηµιουργήστε τους ψηφιακούς αριθµητικούς ελέγχους. Θα χρησιµοποιήσετε αυτούς τους ελέγχους για να εισάγετε τους αριθµούς που θέλετε να συγκρίνετε. Επιλέξτε Digital Control από την υποπαλέτα Numeric της παλέτας Controls. Εάν η παλέτα Controls δεν είναι ορατή κάντε δεξί κλικ σε µία ανοικτή περιοχή του παράθυρου της Πρόσοψης για να αναδυθεί. Μετακινήστε τον έλεγχο εκεί που θέλετε και πατήστε το κουµπί του ποντικιού. Πληκτρολογήστε «Number 1» µέσα στην ετικέτα και πατήστε το κουµπί Enter. Εάν δεν πληκτρολογήσετε αµέσως το όνοµα και κάνετε κλικ µε το κουµπί του ποντικιού, η ετικέτα θα εξαφανιστεί. Για να εµφανιστεί ξανά κάντε δεξί κλικ πάνω στον έλεγχο και από το µενού Show επιλέξτε Label. Η ετικέτα είναι ενεργοποιηµένη και µπορείτε να εισάγετε το κείµενο. Σηµείωση: Προκαθορισµένα το Enter λειτουργεί για την πρόσθεση καινούργιας γραµµής. Για να ενεργοποιήσετε το Enter σαν τέλος εισαγωγής κειµένου αλλάξτε την επιλογή στο Edit >> Preferences >> Front Panel. Επαναλάβετε την διαδικασία για να δηµιουργήσετε τον δεύτερο ψηφιακό αριθµητικό έλεγχο ή αντιγράψτε και µορφοποιήστε τον πρώτο. 4. ηµιουργήστε το Boolean LED. Ο ενδείκτης θα ανάψει εάν οι δύο αριθµοί ταιριάζουν ή στην αντίθετη περίπτωση θα παραµείνει κλειστός. Κάντε δεξί κλικ στην ανοικτή περιοχή του παράθυρου της πρόσοψης και από την αναδυόµενη παλέτα επιλέξτε την υποπαλέτα Boolean και το Round LED. Τοποθετήστε τον ενδείκτη στην Πρόσοψη όπως παρουσιάζεται. Πληκτρολογήστε «Match» µέσα στην ετικέτα και κάντε κλικ έξω µόλις τελειώσετε. Κάθε φορά που δηµιουργείτε έναν νέο έλεγχο ή ενδείκτη το LabVIEW αυτόµατα δηµιουργεί τον αντίστοιχο τερµατιστή στο παράθυρο του διαγράµµατος. Τα σύµβολα των τερµατιστών υποδεικνύουν τον τύπο των δεδοµένων του ελέγχου και του ενδείκτη. Για παράδειγµα ένας τερµατιστής Dbl αναπαριστά έναν αριθµό κινητής υποδιαστολής διπλής ακρίβειας και ένας τερµατιστής TF αναπαριστά ένα Boolean. Σηµείωση: Παρατηρήστε ότι ένας τερµατιστής ελέγχου έχει παχύτερο πλαίσιο από έναν τερµατιστή ενδείκτη. 29

27 ιάγραµµα οµής 1. Επιλέξτε το παράθυρο του διαγράµµατος. Από την υποπαλέτα Comparison της παλέτας Functions επιλέξτε την συνάρτηση Equal?. Η συνάρτηση αυτή συγκρίνει δύο αριθµούς και επιστρέφει την τιµή αληθές εάν είναι ίσοι και την τιµή ψευδές εάν δεν είναι. 2. Μπορείτε να ενεργοποιήσετε το παράθυρο βοήθειας επιλέγοντας Show Help από το µενού Help. Τοποθετώντας οποιοδήποτε από τα εργαλεία διαµόρφωσης σε ένα κόµβο παρουσιάζονται οι είσοδοι και έξοδοι της συνάρτησης στο παράθυρο βοήθειας όταν είναι ενεργοποιηµένο το παράθυρο του ιαγράµµατος οµής. 3. Χρησιµοποιήστε το εργαλείο Καλωδίωσης από την παλέτα Tools και κάνετε τις αντίστοιχες καλωδιώσεις όπως εµφανίζονται στο παραπάνω ιάγραµµα οµής. Για να καλωδιώσετε από τον έναν τερµατιστή στον άλλο, κάντε κλικ µε το εργαλείο Καλωδίωσης στον πρώτο τερµατιστή, µετακινήστε το εργαλείο στον δεύτερο τερµατιστή και κάντε κλικ. εν παίζει ρόλο η φορά της καλωδίωσης. Για να βοηθηθείτε στην καλωδίωση: "καρφώστε" τα καλώδια καθώς τα απλώνετε κάνοντας κλικ στο σηµείο που θέλετε. Κάντε δεξί κλικ πάνω στην συνάρτηση Equal? και επιλέξτε Show >> Terminals. Επιστρέψτε στο εικονίδιο µόλις τελειώσετε την καλωδίωση κάνοντας δεξί κλικ στην συνάρτηση και επιλέγοντας από το αναδυόµενο µενού Show >> Icon. 4. Πηγαίνετε στο παράθυρο της Πρόσοψης. 5. Αποθηκεύστε το VI. Επιλέξτε Save από το µενού File. Σιγουρευτείτε ότι η BASCLASS.LLB είναι στον τρέχοντα κατάλογο. Πληκτρολογήστε Compare.VI στο πλαίσιο διαλόγου. Κάντε κλικ στο ΟΚ. 6. Εισάγετε αριθµούς στους ψηφιακούς ελέγχους και εκτελέστε το VI. Με την χρήση του εργαλείου Χειρισµού κάντε διπλό κλικ στο ψηφιακό έλεγχο και εισάγετε έναν νέο αριθµό. Επαναλάβατε για τον άλλο έλεγχο. Εκτελέστε το VI κάνοντας κλικ στο κουµπί Εκτέλεσης. οκιµάστε µε αρκετούς διαφορετικούς αριθµούς. 7. Κλείστε το Compare VI επιλέγοντας Close από το µενού File. Τέλος Άσκησης

28 2.2. Τεχνικές Επεξεργασίας Αντικειµένων ηµιουργία αντικειµένων Εκτός από το ότι µπορείτε να δηµιουργήσετε αντικείµενα της Πρόσοψης χρησιµοποιώντας την παλέτα Controls, µπορείτε επίσης να δηµιουργήσετε τερµατιστές ελέγχου και ενδείκτες από το ιάγραµµα οµής. Μπορείτε να χρησιµοποιήσετε τους κόµβους του LabVIEW για να δηµιουργήσετε ελέγχους, ενδείκτες και σταθερές του ιαγράµµατος οµής κάνοντας δεξί κλικ στον τερµατιστή του κόµβου και επιλέγοντας την αντίστοιχη επιλογή. Το παράδειγµα που ακολουθεί περιγράφει τον τρόπο δηµιουργίας ενός ελέγχου στην Πρόσοψη για την συνάρτηση Add (Πρόσθεση). Σηµείωση: Μετά την δηµιουργία ελέγχων και ενδεικτών στο ιάγραµµα οµής, τα αντίστοιχα αντικείµενα µπορούν να διαγραφούν µόνο από την Πρόσοψη. Επιλογή Αντικειµένων Το εργαλείο Τοποθέτησης επιλέγει αντικείµενα στα παράθυρα της Πρόσοψης και του ιαγράµµατος οµής. Για να επιλέξετε ένα αντικείµενο κάντε κλικ µε το αριστερό πλήκτρο του ποντικιού εφόσον το εργαλείο Τοποθέτησης είναι πάνω στο αντικείµενο. Με shift κλικ ή µε συρόµενο πλαίσιο επιλέγετε επιπρόσθετα αντικείµενα. Μετακίνηση αντικειµένων H µετακίνηση αντικειµένων γίνεται κάνοντας κλικ επάνω τους µε το εργαλείο Τοποθέτησης και µετακινώντας τα, είτε µε αυτό, είτε χρησιµοποιώντας τα arrow keys του πληκτρολογίου. Κρατώντας πατηµένο το shift µπορείτε να περιορίσετε την κάθετη ή οριζόντια µετακίνηση του αντικειµένου. ιαγραφή αντικειµένων Επιλογή αντικειµένου και <delete> ή επιλέξτε Clear από το µενού Edit. Αντιγραφή αντικειµένων Για να αναπαράγετε ένα αντικείµενο κρατάτε πατηµένο το <ctrl> καθώς το έχετε επιλέξει και το σέρνετε. Μόλις αποδεσµεύσετε το κουµπί του ποντικιού ένα αντίγραφο του αντικειµένου σας εµφανίζετε στην νέα θέση, ενώ η αρχική εικόνα παραµένει στην παλαιά θέση. Μπορείτε επίσης να αντιγράψετε αντικείµενα χρησιµοποιώντας τις εντολές Copy και Paste από το µενού Edit. 31

29 Ονοµασία αντικειµένων Υπάρχουν ετικέτες δύο ειδών: Ελεύθερες (Free) ετικέτες και Ανατεθειµένες (Owned) ετικέτες. Οι ελεύθερες ετικέτες προσφέρουν πρόσθετη τεκµηρίωση για VIs. Μία ανατεθειµένη ετικέτα ανήκει και µετακινείται µε το αντίστοιχο αντικείµενο. Για να δηµιουργήσετε µία ελεύθερη ετικέτα, επιλέξτε το εργαλείο Ετικετών από την παλέτα Tools. Κάντε κλικ σε µία οποιαδήποτε ανοικτή περιοχή και πληκτρολογήστε το κείµενο που επιθυµείτε. Όταν προσθέτετε έναν ενδείκτη ή έλεγχο στην Πρόσοψη εµφανίζεται µία µαύρη ανατεθειµένη ετικέτα που περιµένει είσοδο. Αυτή η ετικέτα εξαφανίζεται εάν δεν εισάγετε αµέσως κείµενο. Για να δηµιουργήσετε µία ανατεθειµένη ετικέτα για ένα υπάρχον µη ονοµασµένο αντικείµενο κάντε δεξί κλικ στο αντικείµενο και επιλέξτε από το µενού Show Label. Επιλογή και διαγραφή καλωδίων Τµήµα καλωδίου είναι ένα οριζόντιο ή κάθετο κοµµάτι καλωδίου. Το σηµείο όπου τρία ή τέσσερα τµήµατα καλωδίου ενώνονται καλείται διασταύρωση (junction). Ένας κλάδος καλωδίου περιέχει όλα τα τµήµατα του καλωδίου από µία διασταύρωση σε µία άλλη, από ένα τερµατιστή στην επόµενη διασταύρωση ή από έναν τερµατιστή σε έναν άλλο εφόσον δεν υπάρχει διασταύρωση στο ενδιάµεσο. Μπορείτε να επιλέξετε ένα τµήµα καλωδίου κάνοντας κλικ επάνω του µε το εργαλείο Τοποθέτησης. Εάν κάνετε διπλό κλικ επιλέγετε τον κλάδο και εάν κάνετε τριπλό κλικ επιλέγετε όλο το καλώδιο. Τµήµατα ιασταύρωση Τµήµατα Λύγισµακάρφωµα Επιλογή τµήµατος: Μονό κλικ Επιλογή κλάδου: ιπλό κλικ Επιλογή όλου του καλωδίου: Τριπλό κλικ Επέκταση καλωδίων Μπορείτε να µετακινήσετε καλωδιωµένα αντικείµενα µόνα τους ή σαν οµάδα τραβώντας τα επιλεγµένα αντικείµενα στην νέα τους θέση µε το εργαλείο Τοποθέτησης. Χαλασµένα καλώδια Ένα διακεκοµµένο καλώδιο αναπαριστά ένα χαλασµένο καλώδιο. Μπορείτε να έχετε ένα χαλασµένο καλώδιο για πολλούς λόγους, όπως εάν συνδέσετε δύο πηγαίους τερµατιστές ή 32

30 ένα πηγαίο τερµατιστή µε ένα αποδέκτη τερµατιστή όταν οι τύποι των δεδοµένων τους δεν ταιριάζουν (για παράδειγµα συνδέοντας έναν αριθµητικό τύπο δεδοµένων σε µία Boolean είσοδο). Μπορείτε να αποµακρύνετε ένα χαλασµένο καλώδιο κάνοντας κλικ σε αυτό µε το εργαλείο Τοποθέτησης και πατώντας το πλήκτρο <delete>. Επιλέγοντας Remove Bad Wires από το µενού Edit σβήνετε όλα τα χαλασµένα καλώδια στο ιάγραµµα οµής (αυτό γίνεται και µε το πλήκτρο συντόµευσης <CTRL-B>). ιακεκοµµένο καλώδιο (χαλασµένο) Μην µπερδεύετε το διακεκοµµένο καλώδιο µε το διάστικτο καλώδιο, το οποίο αντιπροσωπεύει Boolean τύπο δεδοµένων ιάστικτο καλώδιο (σωστό) Αλλαγή γραµµατοσειράς, στυλ και µεγέθους κειµένου Μπορείτε να αλλάξετε τη γραµµατοσειρά, το στυλ, το µέγεθος και την στοίχιση οποιουδήποτε κειµένου εµφανίζεται σε µία ετικέτα ή στις ενδείξεις ενός ελέγχου ή ενδείκτη, χρησιµοποιώντας το δακτύλιο γραµµατοσειράς στη Γραµµή Εργαλείων. Ορισµένοι έλεγχοι και ενδείκτες χρησιµοποιούν κείµενο σε περισσότερες από µία ενδείξεις τους. Ως παράδειγµα αναφέρονται οι άξονες X και Υ στις γραφικές παραστάσεις και οι ψηφιακές ενδείξεις ή η βαθµονόµηση σε αριθµητικές κλίµακες. Με το LabVIEW, έχετε την ευελιξία να διαµορφώσετε κάθε ένδειξη κειµένου ανεξάρτητα. Μπορείτε να το κάνετε αυτό χρησιµοποιώντας το εργαλείο Ετικετών και επιλέγοντας αυτά που θέλετε από το δακτύλιο Γραµµατοσειρών. Μεταβολή µεγέθους αντικειµένων Μπορείτε να µεταβάλετε το µέγεθος των περισσοτέρων ελέγχων και ενδεικτών στην Πρόσοψη χρησιµοποιώντας το εργαλείο Τοποθέτησης. Τοποθετήστε το εργαλείο Τοποθέτησης σε µία από τις γωνίες του αντικειµένου µέχρι να εµφανιστεί η γωνία ενός πλαισίου. Κάντε κλικ και τραβήξτε µέχρι το επιθυµητό µέγεθος. Ευθυγράµµιση 33

31 Για να ευθυγραµµίσετε ένα σύνολο αντικειµένων επιλέξτε τα και µετά κάνοντας χρήση του δακτυλίου Ευθυγράµµισης στην Γραµµή Εργαλείων διαλέξτε τον άξονα κατά τον οποίο θα γίνει η ευθυγράµµιση. Αντιγραφή αντικειµένων µεταξύ VIs ή άλλων εφαρµογών Γίνετε µε την χρήση των εντολών Copy, Cut και Paste από το µενού Edit. Στην περίπτωση που είναι ανοικτά δύο VI, µπορείτε να αντιγράψετε αντικείµενα µε drag & drop. Χρήση χρώµατος Μπορείτε να χρωµατίσετε τα περισσότερα αντικείµενα κάνοντας δεξί κλικ µε το εργαλείο Χρωµατισµού (Coloring tool) από την παλέτα Eργαλείων (Tools). Επιλέγοντας το πλαίσιο µε το Τ µέσα του, κάνετε τα αντικείµενα διάφανα. Με την επιλογή Τ µπορείτε επίσης να αποκρύψετε το περίγραµµα των ετικετών. 34

32 Άσκηση 1-3 Στόχος: Εκµάθηση τεχνικών επεξεργασίας του LabVIEW. Θα τροποποιήσετε το ήδη υπάρχων VI Editing Exercise ώστε να εµφανίζεται όπως η παρακάτω Πρόσοψη. Στην συνέχεια θα καλωδιώσετε τα αντικείµενα όπως εµφανίζονται στο ιάγραµµα οµής για να κάνετε το VI εκτελέσιµο. Στη συνέχεια θα αλλάξετε όλες τις ετικέτες της πρόσοψης από την Αγγλική στην Ελληνική γλώσσα. Πρόσοψη ιάγραµµα οµής Τέλος Άσκησης

33 2.3. Τεχνικές αποσφαλµάτωσης Εύρεση λαθών Όταν ένα VI δεν είναι εκτελέσιµο, εµφανίζεται ένα σπασµένο βέλος στο κουµπί Εκτέλεσης που βρίσκεται στη παλέτα της Πρόσοψης του VI. Κάνοντας κλικ επάνω του παίρνετε µία λίστα λαθών και στην συνέχεια κάνοντας κλικ πάνω σε ένα από τα λάθη και κάνοντας κλικ στην εύρεση τονίζετε το αντικείµενο ή ο τερµατιστής που ανέφερε το λάθος. Υπερτονισµός Εκτέλεσης Μπορείτε να δώσετε κίνηση στο ιάγραµµα οµής κατά την διάρκεια εκτέλεσης ενός VI κάνοντας κλικ στο κουµπί Execution Highlighting. Το σύµβολο αλλάζει σε Ο υπερτονισµός εκτέλεσης συνήθως χρησιµοποιείται στην βήµα προς βήµα κατάσταση λειτουργίας για να ανιχνεύσουµε τη ροή δεδοµένων σε ένα ιάγραµµα οµής. Βήµα προς βήµα εκτέλεση ενός VI Για λόγους αποσφαλµάτωσης, ίσως να θέλετε να εκτελέσετε ένα ιάγραµµα οµής κόµβο - κόµβο. Αυτό ονοµάζεται single stepping βήµα προς βήµα. Για να ενεργοποιήσετε το single step κάντε κλικ στο κουµπί Step Into ή στο κουµπί Step Over. Αυτή η ενέργεια προκαλεί το αναβόσβηµα του πρώτου κόµβου δηλώνοντας ότι είναι έτοιµος να εκτελεστεί. Μπορείτε να κάνετε κλικ στο Step Into ή στο Step Over κουµπί ξανά για να εκτελέσετε τον κόµβο και να προχωρήσετε στον επόµενο κόµβο. Εάν ο κόµβος είναι µία δοµή ή ένα VI µπορείτε να επιλέξετε το κουµπί Step Over για να εκτελέσετε τον κόµβο, αλλά βήµα προς βήµα το εσωτερικό του. Για να γίνει πιο κατανοητό, εάν ο κόµβος είναι ένα υποvi και κάνετε κλικ στο κουµπί Step Over θα εκτελεσθεί το υποvi και θα προχωρήσετε στον επόµενο κόµβο χωρίς να δείτε την εκτέλεση των κόµβων του υποvi. Για εκτελέσετε βήµα προς βήµα µία δοµή ή ένα υποvi επιλέξτε στο κουµπί Step Into. Κάντε κλικ στο κουµπί Step Out για να τελειώσετε την εκτέλεση των κόµβων του ιαγράµµατος οµής και/ή να ολοκληρώσετε την βήµα προς βήµα εκτέλεση. Βήµα προς βήµα εκτέλεση ενός VI και των υποvi του Στην κατάσταση εκτέλεσης βήµα προς βήµα και στον υπερτονισµό εκτέλεσης, όταν εκτελείται ένα υποvi, το εικονίδιο του στο ιάγραµµα οµής του VI που το καλεί, επικαλύπτεται από µία εικόνα εκτέλεσης. Το υποvi εµφανίζεται στο ιάγραµµα οµής του κυρίως VI µε ένα πράσινο ή κόκκινο βέλος στο εικονίδιο του. Το παράθυρο ιαγράµµατος του υποvi εµφανίζεται στην κορυφή του κυρίως VI ιαγράµµατος. Από εδώ και πέρα µπορείτε να κάνετε βήµα προς βήµα εκτέλεση του υποvi ή να το εκτελέσετε µονοµιάς. Σηµεία Ελέγχου Μπορείτε να χρησιµοποιήσετε Σηµεία Ελέγχου (Probes) για να βλέπετε τα δεδοµένα καθώς ρέουν σε ένα καλώδιο του ιαγράµµατος οµής. Για να τοποθετήσετε ένα Σηµείο Ελέγχου σε ένα καλώδιο επιλέξτε το εργαλείο Σηµείων Ελέγχου από την παλέτα Tools και κάντε κλικ στο καλώδιο. Για να επιλέξετε ένα εναλλακτικό Σηµείο Ελέγχου αντί του προκαθορισµένου, κάντε δεξί κλικ στο καλώδιο και επιλέξτε ένα προσαρµοσµένο Σηµείο Ελέγχου (custom probe). Μπορείτε να επιλέξετε οποιονδήποτε συµβατό ενδείκτη, προσαρµόσιµο στον τύπο δεδοµένων του καλωδίου. 36

34 Σηµεία ιακοπής Εκτέλεσης Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σηµάτων σε Πραγµατικό Χρόνο Μπορεί να θέλετε να σταµατήσετε την εκτέλεση σε συγκεκριµένα σηµεία του VI σας και να δείτε τα δεδοµένα χρησιµοποιώντας ένα Σηµείο Ελέγχου ή να µεταβείτε σε κατάσταση εκτέλεσης βήµα προς βήµα. Χρησιµοποιήστε το εργαλείο Breakpoint και κάντε κλικ σε οποιοδήποτε σηµείο θέλετε να τοποθετήσετε ή να αφαιρέσετε (ένα προϋπάρχον) σηµείο διακοπής. 37

35 Άσκηση 1-4 Στόχος: Εξοικείωση µε τις µεθόδους αποσφαλµάτωσης του LabVIEW. Θα ανοίξετε ένα µη εκτελέσιµο VI και θα διορθώσετε το λάθος. Επίσης θα χρησιµοποιήσετε τις κατάστασης εκτέλεσης βήµα προς βήµα και υπερτονισµού για να εξετάσετε την πορεία εκτέλεσης του VI. Πρόσοψη ιάγραµµα δοµής 1. Ανοίξτε το VI Debug Exercise (Main) επιλέγοντας Open από το µενού File. Παρατηρείστε το κουµπί Αδυναµίας Εκτέλεσης που καταδεικνύει ότι το VI δεν είναι εκτελέσιµο. 2. Ανοίξτε το παράθυρο του ιαγράµµατος επιλέγοντας Show Diagram από το µενού Windows. Συνάρτηση Random Number (0-1) (Υποπαλέτα Numeric). Η συνάρτηση αυτή επιστρέφει ένα τυχαίο αριθµό µεταξύ του 0 και του 1. Συνάρτηση Multiply (Υποπαλέτα Numeric). Σε αυτή την άσκηση η συνάρτηση πολλαπλασιάζει τον τυχαίο αριθµό µε Σταθερά Numeric Constant (Υποπαλέτα Numeric). Αυτή η σταθερά ορίζει την σταθερά πολλαπλασιασµού στο ιάγραµµα οµής. VI Debug Exercise (Sub). Αυτό το VI προσθέτει 100 και µετά υπολογίζει την τετραγωνική ρίζα της τιµής. 3. Επιστρέψτε στο παράθυρο της Πρόσοψης επιλέγοντας Show Panel από το µενού Windows. 4. Βρείτε το αντικείµενο που ανέφερε το λάθος. Κάντε κλικ στο κουµπί Αδυναµίας Εκτέλεσης. Παρουσιάζεται ένα πλαίσιο διαλόγου που αναφέρει ένα λάθος. 38

36 Κάντε κλικ στο λάθος µέσα στο πλαίσιο διαλόγου και µετά στο Find. Στο ιάγραµµα οµής µια διακεκοµµένη γραµµή υπερτονίζει την συνάρτηση Multiply η οποία περιέχει έναν µη καλωδιωµένο τερµατιστή. 5. Καλωδιώστε την αριθµητική σταθερά (10.0) στον κάτω αριστερό τερµατιστή της συνάρτησης Multiply. Εάν θέλετε να δείτε τους τερµατιστές κάντε δεξί κλικ πάνω στο εικονίδιο της συνάρτησης Multiply και επιλέξτε από το αναδυόµενο µενού Show >> Terminals. Παρατηρείστε ότι όταν βάζετε το εργαλείο Καλωδίωσης πάνω σε ένα τερµατιστή εµφανίζεται µία λωρίδα υπόδειξης µε το όνοµα του τερµατιστή. Εάν καλωδιώσετε σωστά την αριθµητική σταθερά, το σύµβολο του βέλους εµφανίζεται πλήρες στο κουµπί Εκτέλεσης. 6. Επιστρέψτε στο παράθυρο της Πρόσοψης και εκτελέστε το VI αρκετές φορές κάνοντας κλικ στο κουµπί Εκτέλεσης. Ένας καλός τρόπος αποσφαλµάτωσης είναι η βήµα προς βήµα εκτέλεση του VI και η παρακολούθηση της ροής των δεδοµένων µέσα στο ιάγραµµα οµής. Καθώς τα δεδοµένα περνούν από τον ένα κόµβο στον άλλο η κίνηση τους απεικονίζεται µε φυσαλίδες που κινούνται κατά µήκος των καλωδίων. Επιπρόσθετα, στη η βήµα προς βήµα εκτέλεση, ο επόµενος κόµβος που πρόκειται να εκτελεστεί αναβοσβήνει γρήγορα. 7. Επιστρέψτε στο παράθυρο του ιαγράµµατος οµής. Ενεργοποιήστε τον υπερτονισµό εκτέλεσης κάνοντας κλικ στο. Το κουµπί αλλάζει σε. 8. Ενεργοποιήστε την βήµα προς βήµα εκτέλεση κάνοντας κλικ πάνω στο (Step Into), ή πάνω στο κουµπί (Step Over). Θα δείτε την ροή δεδοµένων από την αριθµητική σταθερά στην είσοδο της συνάρτησης Multiply και την συνάρτηση να αναβοσβήνει γρήγορα. 9. Το κουµπί εκτέλεσης αλλάζει σε για να καταδείξει ότι εκτελείται το VI. Για να περιηγηθείτε σε όλο το ιάγραµµα οµής κάντε κλικ στο κουµπί Step Over µετά από κάθε κόµβο. Κάνοντας κλικ πάνω στο κουµπί Step Over εκτελείτε τον τρέχοντα κόµβο και η εκτέλεση σας περιµένει στον επόµενο κόµβο. Όταν το περίγραµµα του πλαισίου του ιαγράµµατος οµής αναβοσβήνει κάντε κλικ στο Step Out κουµπί για να συµπληρώσετε την εκτέλεση του VI Debug Exercise (Main). 10. Εκτελέστε ξανά βήµα προς βήµα το VI, αλλά αυτή την φορά θα εκτελέσετε βήµα προς βήµα και το υποvi Debug Exercise (Sub). Ενεργοποιήστε το παράθυρο ιαγράµµατος του Debug Exercise (Main) και πατήστε το κουµπί Step Into ή το κουµπί Step Over. Κάντε κλικ στο κουµπί Step Into όταν το VI Debug Exercise (Sub) αρχίσει να αναβοσβήνει. Το παρακάτω ιάγραµµα οµής παρουσιάζεται στην κορυφή του VI κλήσης. Κάντε κλικ πάνω στο παράθυρο του ιαγράµµατος του VI Debug Exercise (Main) για να ενεργοποιήσετε το παράθυρο και παρατηρήστε το πράσινο βέλος στο Εικονίδιο του υποvi. 39

37 Κάντε κλικ πάνω στο παράθυρο του ιαγράµµατος του VI Debug Exercise (Sub) και µετά κάντε διπλό κλικ στο κουµπί Step Out για να ολοκληρώσετε την εκτέλεση του ιαγράµµατος οµής του υποvi. Το παράθυρο του ιαγράµµατος του VI Debug Exercise (Main) γίνεται ενεργό. Κάντε κλικ στο κουµπί Step Out για να ολοκληρώσετε την εκτέλεση του VI. 11. Σηµείο Ελέγχου Ενεργοποιήστε το Σηµείο Ελέγχου επιλέγοντας το εργαλείο Σηµείο Ελέγχου από την παλέτα Tools και µετά κάντε κλικ σε οποιοδήποτε αντικείµενο. Κλείστε όλα τα ανοικτά παράθυρα Σηµείων Ελέγχου. 12. Εκτελέστε ξανά βήµα προς βήµα το VI. Το παράθυρο του Σηµείου Ελέγχου παρουσιάζει τα δεδοµένα καθώς ρέουν µέσα σε αυτό το τµήµα. 13. Τοποθετήστε σηµεία διακοπής επιλέγοντας το εργαλείο Σηµείο ιακοπής από την παλέτα Tools. 14. Εκτελέστε το VI κάνοντας κλικ στο κουµπί Εκτέλεσης. Το VI θα σταµατήσει στα σηµεία διακοπής. Για να συνεχιστεί η εκτέλεση κάντε κλικ στο κουµπί Παύσης/Συνέχειας Για να αποµακρύνετε τα σηµεία διακοπής κάντε κλικ επάνω τους µε το εργαλείο Σηµείο ιακοπής. 15. Απενεργοποιήστε τον υπερτονισµό εκτέλεσης. 16. Αποθηκεύστε το VI µε νέο όνοµα επιλέγοντας Save as από το µενού File. Κλείστε το VI και όλα τα ανοικτά παράθυρα επιλέγοντας Close από το µενού File. Τέλος Άσκησης

38 3. ηµιουργία υποvi 3.1. Ορισµός υποvi Το κλειδί στην δηµιουργία εφαρµογών LabVIEW είναι η κατανόηση και χρήση της ιεραρχικής φύσης των VI. ηλαδή µετά την δηµιουργία ενός VI, µπορείτε να το χρησιµοποιήσετε σαν υποvi στο ιάγραµµα οµής ενός VI υψηλότερου επιπέδου. Εάν ένα ιάγραµµα οµής έχει ένα µεγάλο αριθµό εικονιδίων, µπορείτε να τα οµαδοποιήσετε σε ένα VI χαµηλότερου επιπέδου για να διατηρήσετε την απλότητα του ιαγράµµατος οµής. Αυτή η αρθρωτή (modular) αντιµετώπιση κάνει ευκολότερη την διόρθωση, κατανόηση και συντήρηση των εφαρµογών. Τα υποvi είναι αντίστοιχα µε τις συναρτήσεις και υπορουτίνες των γλωσσών προγραµµατισµού. Ο παρακάτω ψευδοκώδικας και το ιάγραµµα οµής καταδεικνύουν την αναλογία µεταξύ των υποvi και των υπορουτινών. Κώδικας Συνάρτησης function average (in1, in2, out) { out = (in1 + in2) / 2.0; } ιάγραµµα οµής υποvi main { Κλήση Κώδικα Προγράµµατος average (point1, point2, pointavg) } Κλήση VI στο ιάγραµµα οµής 2 Pt Avg Για παράδειγµα σκεφτείτε ένα VI που υπολογίζει την κλίση δύο συντεταγµένων. Η Πρόσοψη και το ιάγραµµα οµής του VI παρουσιάζονται παρακάτω. Για να χρησιµοποιήσετε αυτό το VI σαν υποvi, πρέπει να σχεδιάσετε ένα εικονίδιο και ένα σύνδεσµο για αυτό. 41

39 3.2. ηµιουργία Εικονιδίου και Συνδέσµου Ένα VI το οποίο θα χρησιµοποιήσετε σαν υποvi χρειάζεται ένα εικονίδιο που θα το αντιπροσωπεύει στο ιάγραµµα οµής του VI που το καλεί. Το υποvi πρέπει επίσης να έχει και ένα σύνδεσµο µε τερµατιστές για να µεταφέρει δεδοµένα από και προς το VI υψηλότερου επιπέδου. Εικονίδιο Κάθε VI έχει ένα προκαθορισµένο εικονίδιο το οποίο εµφανίζεται στην πάνω δεξιά γωνία των παραθύρων της Πρόσοψης και του ιαγράµµατος. Για τα VI, το προκαθορισµένο εικονίδιο που εµφανίζεται είναι το λογότυπο του LabVIEW και ένας αριθµός που υποδεικνύει των αριθµό των νέων VI που ανοίχτηκαν από την στιγµή που έγινε η έναρξη του LabVIEW. Μπορείτε να χρησιµοποιήσετε τον Icon Editor (Επεξεργαστή Εικονιδίων) και να γεµίσετε ή να σβήσετε το κάθε pixel και να προσαρµόσετε το εικονίδιο στις απαιτήσεις σας. Για να ενεργοποιήσετε τον Icon Editor κάντε δεξί κλικ πάνω στο προκαθορισµένο εικονίδιο στην πάνω δεξιά γωνία του παραθύρου της Πρόσοψης και επιλέξτε Edit Icon όπως στο παρακάτω παράδειγµα. Σηµείωση: Το µενού είναι διαθέσιµο µόνο στο edit mode (Operate >> Change to Edit Mode). Εµφανίζεται το επόµενο παράθυρο. Χρησιµοποιήστε τα εργαλεία στο αριστερό µέρος της οθόνης για να δηµιουργήσετε το σχέδιο του εικονιδίου στην περιοχή επεξεργασίας των pixel (δεξιά). Ανάλογα µε τον τύπο της ανάλυσης της οθόνης που χρησιµοποιείτε µπορείτε να σχεδιάσετε ένα ξεχωριστό εικονίδιο για ανάλυση µονόχρωµη, 16 χρωµάτων, ή 256 χρωµάτων. Η προκαθορισµένη κατάσταση του επεξεργαστή είναι το ασπρόµαυρο εικονίδιο, αλλά µε το ποντίκι µπορείτε να επιλέξετε οποιαδήποτε άλλη επιλογή χρώµατος. Πάντα κατασκευάζετε, όµως, ένα ασπρόµαυρο εικονίδιο για λόγους µεταφερσιµότητας. 42

40 Εάν σχεδιάσετε ένα έγχρωµο εικονίδιο, αυτό δεν θα εµφανιστεί στην υποπαλέτα της παλέτας Functions όταν το τοποθετήσετε στον κατάλογο *.lib, ούτε θα τυπωθεί ή εµφανιστεί σε ένα ασπρόµαυρο µόνιτορ. Σε αυτήν την περίπτωση το LabVIEW χρησιµοποιεί την κενή ασπρόµαυρη εικόνα και για αυτό τον λόγο το VI εµφανίζεται να έχει κενό εικονίδιο. Τα εργαλεία επεξεργασίας στην αριστερή περιοχή του παραθύρου είναι τα εξής: Μολύβι, Γραµµή, Σταγονόµετρο, Κουβάς γεµίσµατος, Ορθογώνιο, Γεµάτο ορθογώνιο, Επιλογή, Κείµενο, Μπροστινό µέρος / φόντο. Οι επιλογές στην δεξιά περιοχή του παραθύρου επεξεργασίας είναι οι εξής: Show Terminal, Undo, Ok, Cancel. Σύνδεσµος Ο σύνδεσµος είναι η προγραµµατιστική διεπαφή του VI. Εάν χρησιµοποιείτε τους ελέγχους και ενδείκτες της Πρόσοψης για να περνάτε δεδοµένα από και προς τα υποvi, αυτοί οι έλεγχοι και ενδείκτες χρειάζονται τερµατιστές στην διατοµή συνδέσµου. Ορίζετε συνδέσεις επιλέγοντας τον αριθµό των τερµατιστών που θέλετε για το VI και την ανάθεση, για κάθε ένα από αυτούς, σε ελέγχους και ενδείκτες της Πρόσοψης. Για να ορίσετε ένα σύνδεσµο επιλέξτε Show Connector από το αναδυόµενο µενού της διατοµής εικονιδίου στο παράθυρο της Πρόσοψης, όπως παρουσιάζεται στην επόµενη εικόνα. Το παράθυρο του ιαγράµµατος δεν έχει την διατοµή συνδέσµου. 43

41 Ο σύνδεσµος αντικαθιστά το εικονίδιο στην άνω δεξιά γωνία του παραθύρου της Πρόσοψης. Το LabVIEW επιλέγει τον κατάλληλο τύπο τερµατιστή για το VI µε ελέγχους στην αριστερή διατοµή του συνδέσµου και ενδείκτες στην δεξιά. Ο αριθµός των επιλεγµένων τερµατιστών εξαρτάται από τον αριθµό των ελέγχων και των ενδεικτών στην Πρόσοψη. Κάθε ορθογώνιο στον σύνδεσµο αναπαριστά µία περιοχή τερµατιστή είτε για είσοδο είτε για έξοδο από το VI. Εάν είναι αναγκαίο επιλέξτε διαφορετικό τύπο τερµατιστή για το VI. Επιλογή και διαφοροποίηση τύπου τερµατιστών Για να επιλέξετε ένα διαφορετικού σχήµα τερµατιστών για το VI, κάντε δεξί κλικ στον σύνδεσµο και επιλέξτε Patterns από το αντίστοιχο µενού. Μπορείτε να αλλάξετε σχήµα τερµατιστών µε το ποντίκι. Επιλέγοντας νέο σχήµα τερµατιστών όλες οι αναθέσεις ελέγχων 44

42 και ενδεικτών στους τερµατιστές θα χαθούν. Ο µέγιστος διαθέσιµος αριθµός τερµατιστών για ένα υποvi είναι 28. Εάν θέλετε να αλλάξετε την χωρική διάταξη του τερµατιστή συνδέσµου επιλέξτε ανάλογα από το µενού του συνδέσµου. Αντιστοίχηση τερµατιστών σε ελέγχους και ενδείκτες Η αντιστοίχηση τερµατιστών στους ελέγχους και ενδείκτες της Πρόσοψης γίνεται µε την χρήση του εργαλείου Καλωδίωσης. Για να συσχετίσετε την διατοµή του συνδέσµου µε τους ελέγχους και τους ενδείκτες της Πρόσοψης τα ακόλουθα βήµατα. 1. Κάντε κλικ σε ένα τερµατιστή του συνδέσµου. Το εργαλείο αλλάζει αυτόµατα στο εργαλείο Καλωδίωσης και ο αντίστοιχος τερµατιστής γίνεται µαύρος. 2. Κάντε κλικ στον έλεγχο ή ενδείκτη της Πρόσοψης που επιθυµείτε να αναθέσετε στον τερµατιστή που επιλέξατε. Μια διάστικτη γραµµή περικλείει την επιλογή. Εάν κάνετε κλικ σε άδειο χώρο τότε το διάστικτο περίγραµµα εξαφανίζεται και ο επιλεγµένος τερµατιστής σκιάζεται δηλώνοντας πως ο έλεγχος ή ενδείκτης που επιλέξατε αντιστοιχεί στον υποσκιασµένο τερµατιστή. 45

43 Σηµείωση: Εάν και χρησιµοποιείτε το εργαλείο Καλωδίωσης για την ανάθεση τερµατιστών του συνδέσµου στους ελέγχους και ενδείκτες της Πρόσοψης, δεν σχεδιάζονται αντίστοιχα καλώδια. 3. Επαναλάβετε τα βήµατα 1 και 2 για κάθε έλεγχο και ενδείκτη που θέλετε να συνδέσετε Χρήση VI σαν υποvi Μπορείτε να χρησιµοποιήσετε οποιοδήποτε VI που έχει εικονίδιο και σύνδεσµο σαν υποvi στο ιάγραµµα οµής ενός άλλου VI. Επιλέγετε ένα VI ώστε να χρησιµοποιηθεί σαν υποvi επιλέγοντας Select a VI από την παλέτα Functions, στην συνέχεια εµφανίζεται ένα πλαίσιο διαλόγου µε το οποίο µπορείτε να επιλέξετε οποιοδήποτε VI βρίσκεται στον υπολογιστή σας. Το υποvi είναι ανάλογο µε την υπορουτίνα. Ο κόµβος υποvi (σύνδεσµος/εικονίδιο) είναι ανάλογος µε την κλήση υπορουτίνας. Ο κόµβος υποvi δεν είναι υποvi από µόνος του, όπως µια δήλωση κλήσης υπορουτίνας σε ένα πρόγραµµα δεν είναι υπορουτίνα. Ένα ιάγραµµα οµής που περιέχει τον ίδιο κόµβο υποvi θα το καλέσει τόσες φορές όσες και εµφανίζεται, αλλά στην µνήµη δεν θα αποθηκευτούν πολλαπλά αντίγραφα του. Άνοιγµα, Χειρισµός και Αλλαγή υποvi Μπορείτε να ανοίξετε ένα VI, που χρησιµοποιείτε σαν υποvi, από το ιάγραµµα δοµής του VI που το καλεί. Ανοίγετε το παράθυρο της Πρόσοψης του υποvi κάνοντας διπλό κλικ πάνω στο εικονίδιο του υποvi. Επιλέξτε Show Diagram από το µενού Windows για να ανοίξετε το παράθυρο του ιαγράµµατος οµής. Κάθε αλλαγή που κάνετε στο υποvi µεταβάλλει µόνο την έκδοση που υπάρχει στην µνήµη µέχρι να αποθηκεύσετε το υποvi. Παρατηρείστε ότι οι αλλαγές επηρεάζουν όλες τις κλήσεις του υποvi και όχι µόνο τον κόµβο στον οποίο χρησιµοποιείται. Online Βοήθεια για κόµβους υποvi Με το παράθυρο βοηθείας ενεργοποιηµένο, όταν µετακινείτε ένα εργαλείο επεξεργασίας πάνω από ένα κόµβο υποvi, το παράθυρο βοηθείας παρουσιάζει το εικονίδιο του υποvi µε προσαρτηµένα καλώδια σε κάθε τερµατιστή, όπως παρουσιάζεται στο παρακάτω παράδειγµα. 46

44 Μπορείτε να καταχωρήσετε τις απαιτήσεις των εισόδων και εξόδων του υποvi και να αναπαραστήσετε την καταχώρηση αυτή µέσω του παραθύρου Βοήθειας. Για παράδειγµα, αν καταχωρήσετε µία είσοδο σαν Required (απαραίτητη), µπορείτε αυτόµατα να εντοπίσετε αν έχετε καλωδιώσει την είσοδο, ώστε να µπορεί να εκτελεστεί το υποvi. Για να ταξινοµήσετε τους τερµατιστές εισόδου κάντε δεξί κλικ στο εικονίδιο και επιλέξτε Show Connector. Στην συνέχεια κάντε δεξί κλικ στην είσοδο ή στην έξοδο του συνδέσµου και επιλέξτε This Connection Is >> Required, Recommended ή Optional. Required Recommended Optional εν µπορείτε να εκτελέσετε το VI αν δεν καλωδιωθεί. Στο παράθυρο Βοηθείας εµφανίζετε µε Bold κείµενο. Μπορείτε να εκτελέσετε το VI αλλά το παράθυρο λίστας λαθών θα αναφέρει µια προειδοποίηση για την είσοδο. Στο παράθυρο Βοηθείας εµφανίζετε µε απλό κείµενο. Μπορείτε να εκτελέσετε το VI αλλά η πιθανότητα λάθους καλωδίωσης αυξάνεται. Στο παράθυρο Βοηθείας οι συνδέσεις είναι απενεργοποιηµένες και στην απλή θέαση οι συνδέσεις είναι κρυµµένες. Σηµείωση: Προκαθορισµένα, οι τερµατιστές εισόδου και εξόδου είναι recommended. 47

45 48

46 Άσκηση 1-5 Θα κατασκευάσετε ένα VI που στην συνέχεια θα χρησιµοποιήσετε σαν υποvi. Το VI θα µετράει θερµοκρασία µε την χρήση του αισθητήρα θερµοκρασίας στο Όργανο Επίδειξης Μετρήσεων/Ελέγχων (ΟΕΜΕ). ο αισθητήρας θα εξάγει µια τάση ανάλογη µε την θερµοκρασία. Για παράδειγµα αν η θερµοκρασία είναι 70 0 F ο αισθητήρας θα εξάγει τάση 0.70 V. Το VI επίσης θα έχει την ικανότητα να παρουσιάζει την θερµοκρασία σε βαθµούς Celsius ή Fahrenheit. Παίρνετε µετρήσεις της τάσης µε την χρήση της κάρτας DAQ που υπάρχει µέσα στον υπολογιστή. Θα χρησιµοποιήσετε το VI Read Voltage για να µετρήσετε την τάση και στην συνέχεια για να την µετατρέψετε σε θερµοκρασία Celsius ή Fahrenheit. Σηµείωση: Εάν δεν είναι διαθέσιµη η κάρτα DAQ ή το ΟΕΜΕ χρησιµοποιήστε το VI (Demo) Read Voltage αντί για το VI Read Voltage. Πρόσοψη 1. Ανοίξτε µια νέα Πρόσοψη. 2. Τοποθετήστε τον ενδείκτη θερµόµετρο στο παράθυρο της Πρόσοψης επιλέξτε Thermometer από την παλέτα Numeric. Πληκτρολογήστε Temperature µέσα στο υπερτονισµένο κουτί διαλόγου και κάντε κλικ στο κουµπί Enter στην γραµµή εργαλείων. 3. Αλλάξτε την κλίµακα του ελέγχου θερµοµέτρου έτσι ώστε να παρουσιάζεται η θερµοκρασία µεταξύ του 0.0 και Με την χρήση του εργαλείου ετικετών κάντε διπλό κλικ στην κλίµακα του θερµοµέτρου, πληκτρολογήστε και κάντε κλικ στο κουµπί Enter στην γραµµή εργαλείων. 4. Τοποθετήστε τον κάθετο διακόπτη ελέγχου στο παράθυρο της Πρόσοψης. Κάντε δεξί κλικ σε µια ελεύθερη περιοχή του παράθυρου της Πρόσοψης και επιλέξτε Vertical Switch από την υποπαλέτα Boolean. Πληκτρολογήστε Temp Scale µέσα στο πλαίσιο κειµένου και κάντε κλικ στο κουµπί Enter στην γραµµή εργαλείων. Με την χρήση του εργαλείου Ετικετών τοποθετήστε την ελεύθερη ετικέτα deg C δίπλα στην αληθή συνθήκη του διακόπτη και την ετικέτα deg F δίπλα στην ψευδή συνθήκη του διακόπτη.] 49

47 Τεκµηρίωση των VI Μπορείτε να τεκµηριώσετε ένα VI επιλέγοντας Show VI Info από το µενού Windows. Εισάγετε την περιγραφή για το VI στο πλαίσιο διαλόγου. Μπορείτε να ξαναεµφανίσετε την περιγραφή επιλέγοντας Show VI Info από το µενού Windows. Μπορείτε να τεκµηριώσετε τα αντικείµενα στην Πρόσοψη (ή τους αντίστοιχους τερµατιστές τους στο ιάγραµµα οµής) κάνοντας δεξί κλικ πάνω στο αντικείµενο και επιλέγοντας Data Operations >> Description από το αναδυόµενο µενού. Εισάγετε την περιγραφή στο πλαίσιο διαλόγου που εµφανίζεται. 5. Τεκµηριώσατε το VI όπως φαίνεται παρακάτω. 6. Τεκµηριώστε τον ενδείκτη θερµοµέτρου και τον διακόπτη ελέγχου. 7. Παρουσιάστε τις περιγραφές τους. 50

48 ιάγραµµα οµής 1. Ανοίξτε το παράθυρο ιαγράµµατος επιλέγοντας Show Diagram από το µενού Windows. 2. Εισάγετε τα αντικείµενα όπως εµφανίζονται στο παραπάνω ιάγραµµα οµής. Εάν δεν είναι διαθέσιµη η κάρτα DAQ ή το ΟΕΜΕ, χρησιµοποιήστε το VI (Demo) Read Voltage αντί για το VI Read Voltage. Read Voltage VI (User Libraries >> Basics Course) (Demo) Read Voltage VI (User Libraries >> Basics Course) String Constant (υποπαλέτα String). Για να εισάγετε µια νέα τιµή κάντε διπλό κλικ µε το εργαλείο Ετικετών πάνω του και εισάγετε την νέα τιµή. Συνάρτηση Multiply (υποπαλέτα Numeric). Συνάρτηση Subtract (υποπαλέτα Numeric). Συνάρτηση Divide (υποπαλέτα Numeric). Συνάρτηση Select (υποπαλέτα Comparison). Σύµφωνα µε την τιµή του διακόπτη Temp Scale, η συνάρτηση εξάγει µετρήσεις θερµοκρασίας σε Fahrenheit (ψευδής) ή Celsius (αληθής). 3. Με την χρήση του εργαλείου Τοποθέτησης κατασκευάστε το ιάγραµµα οµής όπως εµφανίζεται παραπάνω και καλωδιώστε τα αντικείµενα µε την χρήση του εργαλείου Καλωδίωσης. Εάν θέλετε να δείτε τα εικονίδια των τερµατιστών κάντε δεξί κλικ επάνω τους και επιλέξτε Show Terminals από το αναδυόµενο µενού Το VI Read Voltage µετράει την τάση στο Κανάλι 0 της κάρτας. Στην συνέχεια πολλαπλασιάζει την τάση µε για να την µετατρέψει σε θερµοκρασία Fahrenheit ή για να µετατρέψει την θερµοκρασία Fahrenheit σε θερµοκρασία Celsius. 4. Εκτελέστε το VI πατώντας το κουµπί Συνεχούς Εκτέλεσης. Βάλτε το δάκτυλο σας στον αισθητήρα θερµοκρασίας και παρατηρήστε την αλλαγή. 5. Σταµατήστε την συνεχή εκτέλεση κάνοντας κλικ στο κουµπί. 51

49 6. Κατασκευάστε το εικονίδιο. Υπόδειξη: κρατώντας πατηµένο το Shift οι γραµµές που σχεδιάζονται µε την βοήθεια του εργαλείου Μολύβι είναι κάθετες ή οριζόντιες ευθείες. 7. Κατασκευάστε τον σύνδεσµο. Ορίστε τον τύπο τερµατιστή συνδέσµου κάνοντας δεξί κλικ στο εικονίδιο και επιλέγοντας Show Connector από το αναδυόµενο µενού. Το LabVIEW θα επιλέξει τον τύπο τερµατιστή βασιζόµενο στο αριθµό ελέγχων και ενδεικτών που υπάρχουν στην πρόσοψη. Αναθέστε τερµατιστές στον διακόπτη και στο θερµόµετρο µε την βοήθεια του εργαλείου Καλωδίωσης. Πρώτα συνδέστε τον αριστερό τερµατιστή του συνδέσµου µε τον διακόπτη και τον δεξιό τερµατιστή του συνδέσµου µε το θερµόµετρο. Σηµείωση: Μια συνήθης σύµβαση που κάνει το LabVIEW είναι ότι οι τερµατιστές που συνδέονται στους ελέγχους της Πρόσοψης βρίσκονται στην αριστερή πλευρά του συνδέσµου ενώ οι τερµατιστές που συνδέονται στους ενδείκτες της Πρόσοψης στο δεξιό µέρος. ηλαδή οι τερµατιστές εισόδου βρίσκονται αριστερά του συνδέσµου, ενώ οι τερµατιστές εξόδου δεξιά. 8. Αποθηκεύστε το VI µε όνοµα Thermometer.vi. Βεβαιωθείτε ότι η βιβλιοθήκη BASCLASS.LLB είναι ο ενεργός κατάλογος. 9. Κλείστε το VI επιλέγοντας Close από το µενού File. Τέλος Άσκησης

50 Πώς θα δηµιουργήσετε ένα υποvi από επιλογή Μπορείτε να απλοποιήσετε το ιάγραµµα οµής µετατρέποντας τµήµατα του διαγράµµατος σε υποvi. Μπορείτε να µετατρέψετε υποδιαγράµµατα σε υποvi επιλέγοντας το αντίστοιχο τµήµα και στην συνέχεια επιλέγοντας Sub VI From Selection από το µενού Edit. Το LabVIEW µετατρέπει την επιλογή σας σε υποvi και αντικαθιστά το υποδιάγραµµα µε ένα νέο υποvi. Επίσης δηµιουργεί αυτόµατα τους ελέγχους και ενδείκτες του νέου υποvi και το καλωδιώνει στα υπάρχοντα καλώδια. Σηµείωση: εν µπορείτε να µετατρέψετε ένα τµήµα διαγράµµατος µε περισσότερες από 28 εισόδους και εξόδους σε υποvi, γιατί ο µέγιστος αριθµός επιτρεπόµενων εξόδων και εισόδων ενός συνδέσµου είναι 28. Άσκηση 1-6 Στόχος: Να κατασκευάσετε ένα υποvi χρησιµοποιώντας την τεχνική ηµιουργίας υποvi από Επιλογή. Θα µετατρέψετε το VI Thermometer έτσι ώστε να καλεί ένα υποvi που µετατρέπει την θερµοκρασία από Fahrenheit σε Celsius. Πρόσοψη ιάγραµµα οµής Κατασκευάστε το εικονίδιο. Αποθηκεύστε το VI στην βιβλιοθήκη BASCLASS.LLB µε όνοµα Thermometer w/ Convert.vi Τέλος Άσκησης

51 54

52 2 ο Κεφάλαιο Βρόγχοι & ιαγράµµατα - Πίνακες & Γραφικές Απεικονίσεις - οµές Περίπτωσης & Ακολουθίας Περιεχόµενα 1. Βρόγχοι και ιαγράµµατα Βρόγχος While ιαγράµµατα Κυµατοµορφής...58 Kαλωδίωση Μονού ιαγράµµατος Καλωδίωση Πολλαπλού ιαγράµµατος Άσκηση Μηχανική δράση λογικών διακοπτών Πρόσθεση χρονισµού Άσκηση Ορισµός Εύρους εδοµένων Τροποποίηση ψηφίων ακρίβειας Καταχωρητές Ολίσθησης...69 Αρχικοποίηση των καταχωρητών ολίσθησης Άσκηση Άσκηση ιαγράµµατα Πολλαπλής απεικόνισης ιαµόρφωση ιαγραµµάτων Βρόγχος For...77 Αριθµητική µετατροπή Άσκηση Πίνακες και Γραφικές Απεικονίσεις Πίνακες...80 ηµιουργία ελέγχων και δεικτών πινάκων ισδιάστατοι πίνακες ηµιουργία σταθερού πίνακα ηµιουργία πινάκων µε βρόγχους ηµιουργία δισδιάστατων πινάκων Χρήση αυτόµατης δεικτοδότησης για ανάθεση τιµών στον µετρητή του βρόγχου For Συναρτήσεις πινάκων Πολυµορφισµός Γραφικά Συστοιχίες Μονές Γραφικές Παραστάσεις Πολλαπλές Γραφικές Παραστάσεις Γραφικά XY οµές Περίπτωσης και Ακολουθίας οµή Περίπτωσης...89 Άσκηση Ακολουθιακή δοµή...93 Τοπικές Μεταβλητές Ακολουθίας Άσκηση Κόµβος Συναρτήσεων...96 Άσκηση

53 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο 56

54 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο 1. Βρόγχοι και ιαγράµµατα Την ροή των δεδοµένων σε ένα VI την ελέγχουν οι δοµές. Το LabVIEW έχει τεσσάρων ειδών δοµές: τον βρόγχο While, τον βρόγχο For, την δοµή Case και την δοµή Sequence. Σε αυτή την άσκηση θα παρουσιάσουµε επίσης το ιάγραµµα Κυµατοµορφής (WaveForm Chart) και τους Καταχωρητές Ολίσθησης (Shift Registers) Βρόγχος While Ένας βρόγχος While επαναλαµβάνει πολλές φορές προεπιλεγµένο τµήµα του διαγράµµατος δοµής. Τοποθετείτε ένα βρόγχο While στο διάγραµµα δοµής επιλέγοντας τον από την υποπαλέτα Structures της παλέτας Functions. While loop Με την βοήθεια του ποντικιού (κρατώντας πατηµένο το αριστερό πλήκτρο του ποντικιού και σύροντας) δηµιουργείτε ένα πλαίσιο που περικλείει τον κώδικα της επιλογής σας. Ο βρόγχος While είναι ένα ορθογώνιο κουτί µεταβλητού µεγέθους που περικλείει τον κώδικα που θέλετε να επαναλάβετε. Μπορείτε να προσθέσετε αντικείµενα µέσα σε αυτόν κρατώντας πατηµένο το πλήκτρο του ποντικιού επάνω τους και σύροντας τα στο 57

55 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο εσωτερικό του. Ένας βρόγχος While επαναλαµβάνεται έως ότου η λογική τιµή που θα δοθεί στον υπό συνθήκη τερµατιστή (conditional terminal) λάβει την τιµή ΨΕΥ ΕΣ (FALSE). Το VI ελέγχει τον υπό συνθήκη τερµατιστή στο τέλος κάθε επανάληψης µε άµεσο αποτέλεσµα ο βρόγχος While να εκτελείται τουλάχιστον µία φορά. Ο τερµατιστής επαναλήψεων (iteration terminal) είναι ένας αριθµητικός τερµατιστής εξόδου που περιέχει τον αριθµό των επαναλήψεων που εκτέλεσε ο βρόγχος, αρχίζοντας από το µηδέν. Ένας βρόγχος While είναι ισοδύναµος µε τον ακόλουθο ψευδοκώδικα: Do Εκτέλεσε το ιάγραµµα στο Εσωτερικό του Βρόγχου (το οποίο ελέγχει την συνθήκη) While η συνθήκη είναι ΑΛΗΘΗΣ Στο παρακάτω παράδειγµα, ο βρόγχος While εκτελείται έως ότου η τιµή εξόδου από το υποvi είναι µικρότερη από το 10 ή η υαδική σταθερά Enable είναι ΨΕΥ ΗΣ. (Η συνάρτηση And δίνει έξοδο ΑΛΗΘΗΣ µόνο αν και οι δυο είσοδοι είναι ΑΛΗΘΕΙΣ, αλλιώς, δίνει έξοδο ΨΕΥ ΗΣ.) 1.2. ιαγράµµατα Κυµατοµορφής Το διάγραµµα κυµατοµορφής (waveform chart) είναι ένας ειδικός αριθµητικός ενδείκτης που απεικονίζει µια ή περισσότερες γραφικές παραστάσεις. Το διάγραµµα κυµατοµορφής βρίσκεται στην υποπαλέτα Graphs της παλέτας Controls. Τα διαγράµµατα κυµατοµορφής µπορούν να απεικονίζουν ένα ή πολλαπλά ίχνη, όπως στο παράδειγµα που ακολουθεί. 58

56 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Το διάγραµµα κυµατοµορφής έχει τρεις τρόπους ενηµέρωσης: καταγραφικό διάγραµµα (strip chart), διάγραµµα παλµογράφου (scope chart), και διάγραµµα σάρωσης (sweep chart). Μπορείτε να επιλέξετε τον τρόπο ενηµέρωσης αναδύοντας το µενού του διαγράµµατος κυµατοµορφής (δεξί click)και διαλέγοντας µια επιλογή από το µενού Advanced >> Update mode. Σε κατάσταση εκτέλεσης, επιλέξτε Update Mode από το αναδυόµενο µενού του διαγράµµατος. Το καταγραφικό διάγραµµα έχει µια κυλιόµενη απεικόνιση όµοια µε αυτή του καταγραφικού διαγράµµατος µε χαρτί. Το διάγραµµα παλµογράφου και το διάγραµµα σάρωσης έχουν επανασχεδιαστικές απεικονίσεις όµοιες µε του παλµογράφου. Επειδή υπάρχει λιγότερη επιβάρυνση στην επανασχεδίαση µίας γραφικής παράστασης, το διάγραµµα παλµογράφου και το διάγραµµα σάρωσης είναι σηµαντικά γρηγορότερα στην απεικόνιση γραφικών παραστάσεων από το καταγραφικό διάγραµµα. Στο διάγραµµα παλµογράφου όταν η γραφική παράσταση φτάνει στο δεξί όριο της περιοχής απεικόνισης, το ίχνος σβήνει (διαγράφεται) και ο σχεδιασµός ξεκινάει πάλι από το αριστερό όριο. Το διάγραµµα σάρωσης συµπεριφέρεται όπως και το διάγραµµα παλµογράφου, αλλά η οθόνη δεν σβήνεται όταν τα δεδοµένα φτάνουν το δεξί όριο. Αντίθετα, µία κινούµενη κάθετη γραµµή σηµειώνει την αρχή των νέων δεδοµένων και κινείται κατά µήκος της οθόνης καθώς προστίθενται νέα δεδοµένα. Kαλωδίωση Μονού ιαγράµµατος Μπορείτε να καλωδιώσετε απευθείας µια βαθµωτή (scalar) έξοδο σε ένα διάγραµµα κυµατοµορφής. Ο τύπος των δεδοµένων που απεικονίζεται στο τερµατικό εικονίδιο του διαγράµµατος κυµατοµορφής θα ταιριάξει µε τον τύπο εισόδου όπως στο παρακάτω παράδειγµα µονού διαγράµµατος (Single-Plot Chart). 59

57 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Καλωδίωση Πολλαπλού ιαγράµµατος Τα διαγράµµατα κυµατοµορφής µπορούν να φιλοξενήσουν περισσότερες από µια γραφικές παραστάσεις σε ένα Πολλαπλό ιάγραµµα (Multiple-Plot Chart). Πρέπει να συνδέσετε τα δεδοµένα µεταξύ τους χρησιµοποιώντας την λειτουργία Bundle που βρίσκεται στην υποπαλέτα Cluster. Στο παράδειγµα που ακολουθεί η λειτουργία Bundle οµαδοποιεί τις εξόδους από τρία διαφορετικά VI που συλλέγουν µετρήσεις θερµοκρασίας για να απεικονιστούν στο διάγραµµα κυµατοµορφής. Παρατηρείστε την αλλαγή στο τερµατικό εικονίδιο του διαγράµµατος κυµατοµορφής. Για να προσθέσετε και άλλες γραφικές παραστάσεις απλά αυξήστε τον αριθµό τερµατιστών εισόδου στην λειτουργία Bundle µε την χρήση του Εργαλείου Τοποθέτησης 60

58 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Άσκηση 2-1 Στόχος: Η χρήση του βρόγχου While και του διαγράµµατος κυµατοµορφής για την συλλογή δεδοµένων σε πραγµατικό χρόνο. Θα κατασκευάσετε ένα VI που θα µετράει θερµοκρασία και θα την παρουσιάζει σε ένα διάγραµµα κυµατοµορφής. Το VI θα µετράει την θερµοκρασία χρησιµοποιώντας σαν υποvi το Thermometer VI που κατασκευάσατε στην Άσκηση 1-5. (Να µετατρέψετε όλες τις ενδείξεις και τις ετικέτες στην Ελληνική γλώσσα). Πρόσοψη 1. Ανοίξτε µια καινούργια Πρόσοψη και τοποθετήστε ένα κάθετο διακόπτη (vertical switch - υποπαλέτα Boolean) στο παράθυρό της. Ονοµάστε τον διακόπτη Enable. Θα χρησιµοποιήσετε αυτό το διακόπτη για να σταµατήσετε την συλλογή δεδοµένων. 2. Τοποθετήστε ένα διάγραµµα κυµατοµορφής (υποπαλέτα Graph) στο παράθυρο της Πρόσοψης. Ονοµάστε το διάγραµµα κυµατοµορφής Temperature History. Το διάγραµµα κυµατοµορφής θα παρουσιάζει την θερµοκρασία σε πραγµατικό χρόνο. 3. Επειδή το διάγραµµα κυµατοµορφής ονοµάζει από µόνο του την κυµατοµορφή plot 0, ξαναδώστε όνοµα στη λεζάντα. Χρησιµοποιώντας το εργαλείο Ετικετών (Labeling Tool) κάντε τριπλό κλικ πάνω στην ονοµασία της κυµατοµορφής plot 0 στο υπόδειγµα του διαγράµµατος, πληκτρολογήστε Temp και κάντε κλικ έξω από την περιοχή κειµένου για να εισάγετε την αλλαγή. Η αλλαγή εισάγεται και εάν επιλέξετε το κουµπί enter στην εργαλειοθήκη. 4. Επειδή ο αισθητήρας θερµοκρασίας µετράει την θερµοκρασία του δωµατίου αλλάξτε την κλίµακα του διαγράµµατος κυµατοµορφής ώστε να απεικονίζονται καλύτερα οι αυξοµειώσεις της θερµοκρασίας. Χρησιµοποιώντας το εργαλείο Ετικετών κάντε διπλό κλικ πάνω στο 10,0 της κλίµακας του διαγράµµατος κυµατοµορφής, πληκτρολογήστε 90 και στη συνέχεια. ή κάντε κλικ έξω ή πατήστε το enter. Αλλάξτε µε τον ίδιο τρόπο το 0 σε 70. (Πρόκειται για κλίµακα βαθµών Fahrenheit). 61

59 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο ιάγραµµα οµής 1. Ανοίξτε το παράθυρο του ιαγράµµατος οµής. 2. Συµπεριλάβετε τους δύο τερµατιστές µέσα σε έναν βρόγχο While, µεγαλώστε τον βρόγχο µε την χρήση του Εργαλείου Τοποθέτησης. 3. Επιλέξτε το άλλο αντικείµενο του διαγράµµατος οµής. Thermometer VI (υποπαλέτα Select a VI ). Αυτό το VI επιστρέφει την µέτρηση θερµοκρασίας από έναν αισθητήρα θερµοκρασίας. 4. Καλωδιώστε το διάγραµµα όπως απεικονίζεται παραπάνω. 5. Επιστρέψτε στο Πρόσοψη και ανοίξτε τον κάθετο διακόπτη µε το εργαλείο Χειρισµού (Operating tool). Τρέξτε το VI. O βρόγχος While είναι µία επαναληπτική διαδικασία. Το διάγραµµα µέσα στο πλαίσιο του θα εκτελείται όσο η ορισµένη συνθήκη είναι αληθής. Σε αυτό το παράδειγµα όσο ο διακόπτης είναι ανοιχτός (ΑΛΗΘΗΣ) το VI Thermometer θα λαµβάνει και θα επιστρέφει µία νέα µέτρηση η οποία θα απεικονίζεται στο διάγραµµα κυµατοµορφής. 6. Για να σταµατήσετε την συλλογή δεδοµένων επιλέξτε τον κάθετο διακόπτη. Αυτή η ενέργεια προκαλεί την αλλαγή της συνθήκης του βρόγχου σε ΨΕΥ ΕΣ και έτσι ο βρόγχος σταµατά. 7. Μπορείτε να διαµορφώσετε και να προσαρµόσετε την κλίµακα του Χ και του Y του διαγράµµατος κυµατοµορφής έτσι ώστε να αρµόζει µε τις επιλογές σας για την παρουσίαση και για τα δεδοµένα. Για να το κάνετε αυτό όσο είσαστε στην διαδικασία επεξεργασίας κάντε δεξί κλικ πάνω στο διάγραµµα και επιλέξτε Y Scale >> Formatting από το αναδυόµενο µενού. Θα εµφανιστεί το ακόλουθο παράθυρο: 62

60 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Πειραµατιστείτε αλλάζοντας τις επιλογές πλέγµατος του X και Y άξονα από τον επιλογέα Στυλ Πλέγµατος (Grid Options) επιλέγοντας διάφορα στυλ από το υποµενού που εµφανίζεται. Σε αυτό το παράθυρο µπορείτε να αλλάξετε το στυλ κλίµακας, τους συντελεστές κλίµακας, τον τρόπο αντιστοιχίας και την διαµόρφωση και ακρίβεια της παρουσίασης του άξονα. Όταν τελειώσετε την εξερεύνηση των επιλογών εισάγετε στα πεδία τις τιµές που παρουσιάζονται παραπάνω και επιλέξτε OK ή Cancel. Για να καθαρίσετε την ενδιάµεση µνήµη απεικόνισης και να µηδενίσετε το διάγραµµα κυµατοµορφής κάντε δεξί κλικ στο διάγραµµα κυµατοµορφής και επιλέξτε Data Operations >> Clear Chart από το αναδυόµενο µενού. Εάν το VI εκτελείται επιλέξτε Clear Chart από το αναδυόµενο µενού. Μηχανική δράση λογικών διακοπτών Μπορεί να παρατηρήσατε ότι κάθε φορά που εκτελείτε το VI της Άσκησης 2-1, πρέπει πρώτα να ανοίξετε τον κάθετο διακόπτη και µετά να κάνετε κλικ στο κουµπί Εκτέλεσης. Με το LabVIEW µπορείτε να τροποποιήσετε την µηχανική δράση των λογικών διακοπτών. Οι επιλογές για τη µηχανική δράση των διακοπτών είναι: Switch when pressed, Switch when released, Switch until released, Latch when pressed, Latch when released, Latch until released. Για παράδειγµα υποθέστε ένα κάθετο διακόπτη όπως αυτός που παρουσιάζεται στα δεξιά. Η προκαθορισµένη τιµή του διακόπτη είναι κλειστός (Ψευδές).(Για επιλογή της µηχανικής δράσης των λογικών διακοπτών δεξί click πάνω στον διακόπτη και επιλογή Mechanical Action) 63

61 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Switch when pressed (Εναλλαγή µε το πάτηµα): Αλλάζει την τιµή ελέγχου κάθε φορά που κάνετε κλικ πάνω στον έλεγχο µε το εργαλείο Χειρισµού. Η δράση είναι όµοια µε αυτή του διακόπτη του φωτός και δεν επηρεάζεται από το πόσο συχνά το VI διαβάζει τον έλεγχο. Switch when released (Εναλλαγή µε την απελευθέρωση): Αλλάζει την τιµή ελέγχου µόνο όταν απελευθερώσετε το κουµπί του ποντικιού κατά την διάρκεια ενός κλικ του ποντικιού µέσα στο γραφικό όριο του ελέγχου. Η ενέργεια δεν επηρεάζεται από το πόσο συχνά το VI διαβάζει τον έλεγχο. Switch until released (Εναλλαγή έως την απελευθέρωση): Αλλάζει την τιµή ελέγχου όταν κάνετε κλικ πάνω στον έλεγχο και διατηρεί αυτή την νέα τιµή µέχρι να απελευθερώσετε το κουµπί του ποντικιού, οπότε ο έλεγχος επιστρέφει στην αρχική του τιµή. Η ενέργεια αυτή είναι όµοια µε αυτή του κουδουνιού της πόρτας. Latch when pressed (Μανδάλωση µε το πάτηµα): Αλλάζει την τιµή του ελέγχου όταν κάνετε κλικ πάνω στον έλεγχο και διατηρεί την νέα του τιµή µέχρι το VI να την διαβάσει µία φορά, έπειτα ο έλεγχος επιστρέφει στην αρχική τιµή (η ενέργεια λαµβάνει χώρα ανεξάρτητα µε το αν εσείς συνεχίζετε να πατάτε το κουµπί του ποντικιού). Η ενέργεια είναι όµοια µε αυτή του διακόπτη κυκλωµάτων και είναι χρήσιµη για να σταµατά While βρόγχους ή για να έχουµε VI που εκτελούν µία ενέργεια µόνο κάθε φορά που αναθέτουµε τιµή στον έλεγχο. Latch when released (Μανδάλωση µε την απελευθέρωση): Αλλάζει την τιµή του ελέγχου µόνο αφότου απελευθερώσετε το κουµπί του ποντικιού. Όταν το VI διαβάσει την τιµή µία φορά ο έλεγχος επιστρέφει στην παλαιότερη τιµή του. Αυτή η ενέργεια µας εγγυάται τουλάχιστον µία νέα τιµή. Latch until released (Μανδάλωση έως την απελευθέρωση): Αλλάζει την τιµή του ελέγχου όταν κάνετε κλικ πάνω στον έλεγχο και διατηρεί αυτή την τιµή έως ότου το VI την διαβάσει µία φορά ή µέχρι να απελευθερώσετε του κουµπί του ποντικιού, όποιο από αυτά συµβεί τελευταίο Τροποποιήστε τον κάθετο διακόπτη έτσι ώστε να µην χρειάζεται να τον ανοίξετε κάθε φορά που εκτελείτε το VI. Σταµατήστε το VI εάν εκτελείται. Ανοίξτε τον κάθετο διακόπτη. Από το αναδυόµενο µενού επιλέξτε Data Operation >> Make Current Value Default. Αυτό θα κάνει την ανοιχτή θέση να είναι προκαθορισµένη η τιµή του διακόπτη. Επιλέξτε από το αναδυόµενο µενού Mechanical Action >> Latch when pressed 9. Εκτελέστε το VI. Κάντε κλικ πάνω στον κάθετο διακόπτη για να σταµατήσετε την συλλογή δεδοµένων. Ο διακόπτης θα µετακινηθεί στη θέση κλειστός και θα

62 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο αλλάξει αµέσως µόλις ο τερµατιστής συνθήκης του βρόγχου While διαβάσει την τιµή. Πρόσθεση χρονισµού Όταν τρέξατε το VI, ο βρόγχος While εκτελέστηκε όσο το δυνατόν ταχύτερα. Μπορεί να θέλετε να πάρετε κάποια δεδοµένα σε συγκεκριµένα διαστήµατα όπως κάθε δευτερόλεπτο ή κάθε λεπτό. Μπορείτε να ελέγξετε το χρονισµό του βρόγχου χρησιµοποιώντας την συνάρτηση Wait Until Next ms Multiple (υποπαλέτα Time & Dialoge). Η συνάρτηση αυτή διαβεβαιώνει ότι καµία επανάληψη δεν θα είναι µικρότερη από τον καθορισµένο αριθµό των ms. 10. Τροποποιήστε το VI έτσι ώστε να λαµβάνει µετρήσεις της θερµοκρασίας κάθε µισό δευτερόλεπτο. Η αριθµητική σταθερά που είναι καλωδιωµένη στην συνάρτηση Wait Until Next ms Multiple (υποπαλέτα Time & Dialog) ορίζει µία καθυστέρηση 500 ms. 11. Τρέξτε το VI χρησιµοποιώντας διαφορετικές τιµές για τον αριθµό των ms. 12. Σώστε και κλείστε το VI µε όνοµα Temperature Monitor.vi. 13. Τροποποιήστε κατάλληλα την Πρόσοψη και το ιάγραµµα οµής της Άσκησης χρησιµοποιώντας στη θέση του VI Thermometer ένα VI γεννήτρια τυχαίου περιοδικού θορύβου. Τέλος Άσκησης

63 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Άσκηση 2-2 Στόχος: Να περάσουµε δεδοµένα έξω από ένα βρόγχο While µέσω ενός τούνελ Θα κατασκευάσετε ένα VI που δηµιουργεί τυχαίους αριθµούς µέχρι ένας από αυτούς να συµπέσει µε ένα δεδοµένο αριθµό. Ο τερµατιστής µέτρησης βρόγχων παρακολουθεί των αριθµό επαναλήψεων µέχρι να συµβεί η ταύτιση των αριθµών. Πρόσοψη 1. Ανοίξτε µια νέα Πρόσοψη. 2. Κατασκευάστε την Πρόσοψη όπως εµφανίζεται παραπάνω. Τροποποιείστε τους ελέγχους και τους ενδείκτες όπως εικονίζονται. Ο έλεγχος Number to Match ορίζει τον αριθµό µε τον οποίο θέλετε να γίνει η ταύτιση. Ο ενδείκτης Current Number παρουσιάζει τον τρέχοντα τυχαίο αριθµό. Ο ενδείκτης # of iterations παρουσιάζει τον αριθµό επαναλήψεων µέχρι να συµβεί µία ταύτιση. Ορισµός Εύρους εδοµένων Η επιλογή Εύρος εδοµένων (Data Range) σας εµποδίζει να εισάγετε µια τιµή που δεν είναι συµβατή µε το προκαθορισµένο εύρος ή την αύξηση. Οι επιλογές σας είναι να αγνοήσετε το λάθος ή να στρογγυλέψετε τον αριθµό στην κοντινότερη έγκυρη τιµή(coerce). Όταν ένα λάθος εύρους αναστείλει την εκτέλεση εµφανίζεται το σύµβολο. Επίσης ένα συµπαγές µαύρο πλαίσιο περικλείει τον έλεγχο που είναι εκτός εύρους. Για να θέσετε το εύρος από 0 έως 100 µε βήµα αύξησης 1 ακολουθήστε τα εξής βήµατα: 1. Κάντε δεξί κλικ στον ψηφιακό έλεγχο και επιλογή Εύρος εδοµένων από το αναδυόµενο µενού. 2. Συµπληρώστε το πλαίσιο διαλόγου όπως εικονίζεται παρακάτω και επιλέξτε ΟΚ. 66

64 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Τροποποίηση ψηφίων ακρίβειας Προκαθορισµένα, οι αριθµητικοί έλεγχοι και ενδείκτες παρουσιάζονται σε δεκαδική µορφή µε δύο δεκαδικά ψηφία. Με την επιλογή Format & Precision µπορείτε να αλλάξετε την ακρίβεια και τον τρόπο παρουσίασης των αριθµητικών ελέγχων και δεικτών. Για να αλλάξετε των αριθµό των δεκαδικών ψηφίων: 1. εξί κλικ στον ψηφιακό ενδείκτη και επιλογή Format & Precision από το αναδυόµενο µενού. Για να προσπελαστεί αυτό το µενού το VI δεν πρέπει να εκτελείται. 2. Εισάγετε την τιµή 0 στο πεδίο Digits of Precision και επιλέξτε ΟΚ. 67

65 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο ιάγραµµα οµής 1. Κατασκευάστε το ιάγραµµα οµής. Το µαύρο τετράγωνο που εµφανίζεται στο πλαίσιο του βρόγχου While καλείται τούνελ (tunnel). Μέσω των τούνελ τα δεδοµένα ρέουν µέσα και έξω από τις επαναληπτικές δοµές. Τα δεδοµένα περνούν έξω από το βρόγχο µετά την εκτέλεση του βρόγχου. Όταν ένα τούνελ στέλνει δεδοµένα σε ένα βρόγχο, ο βρόγχος εκτελείται µόνον αφού τα δεδοµένα φτάσουν στο τούνελ. Ο βρόγχος σε αυτή την άσκηση εκτελείται όσο δεν υπάρχει ταύτιση. ηλαδή, η συνάρτηση Not Equal? επιστρέφει την τιµή ΑΛΗΘΗΣ όσο οι δύο αριθµοί δεν ταυτίζονται. Κάθε φορά που εκτελείται ο βρόγχος, ο αυξάνει κατά ένα. Ο µετρητής επαναλήψεων στέλνει την τιµή που έχει, έξω από το βρόγχο, όταν ο βρόγχος ολοκληρωθεί. Η τιµή αυτή προσαυξάνεται κατά ένα έξω από τον βρόγχο γιατί ο µετρητής αρχίζει από το µηδέν. 2. Επιστρέψτε στην Πρόσοψη και εισάγετε ένα αριθµό στον έλεγχο Number to Match. Εκτελέστε το VI αρκετές φορές. Αλλάξτε τον αριθµό και εκτελέστε πάλι το VI. Παρατηρείστε ότι ο ενδείκτης Current Number ενηµερώνεται σε κάθε επανάληψη του βρόγχου και αυτό γιατί βρίσκεται µέσα στον βρόγχο. Ο ενδείκτης # of iterations ενηµερώνεται στο τέλος του βρόγχου και αυτό γιατί βρίσκεται έξω από τον βρόγχο. Αν έχετε πρόβληµα στο να παρακολουθήσετε πως το VI ενηµερώνει τους ενδείκτες ενεργοποιείστε τον υπερτονισµό εκτέλεσης 3. Εισάγετε ένα αριθµό που είναι εκτός εύρους στον έλεγχο Number to Match. Το εύρος αρχικά είναι από 0 έως 100 µε βήµα αύξησης 1. Επιχειρήστε να εκτελέσετε το VI.Ο αριθµός που εισάγατε µετατρέπεται στην κοντινότερη έγκυρη τιµή. Παρατηρείστε ότι µια κόκκινη παχιά γραµµή περικλείει τον έλεγχο Number to Match και το σύµβολο αντικαθιστά το κουµπί Εκτέλεσης. Το VI δεν θα αρχίσει να εκτελείται µέχρι να εισάγετε ένα έγκυρο αριθµό στον έλεγχο. Αντικαταστήστε τον αριθµό στον έλεγχο µε έναν έγκυρο αριθµό και εκτελέστε το VI. 4. Κλείστε και σώστε το VI µε όνοµα Auto Match.VI 5. Τροποποιήστε κατάλληλα την Πρόσοψη και το ιάγραµµα οµής της Άσκησης χρησιµοποιώντας στη θέση της γεννήτριας τυχαίων αριθµών ένα VI γεννήτρια οµοιόµορφου λευκού θορύβου. Τέλος Άσκησης

66 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο 1.3. Καταχωρητές Ολίσθησης Χρησιµοποιείτε καταχωρητές ολίσθησης για να µεταφέρετε τιµές από την µία επανάληψη στην άλλη. ηµιουργείτε ένα καταχωρητή ολίσθησης κάνοντας δεξί κλικ στο αριστερό ή δεξιό περιθώριο του βρόγχου και επιλέγοντας από το αναδυόµενο µενού Add Shift Register. Ο καταχωρητής ολίσθησης περιλαµβάνει ένα ζευγάρι τερµατιστών, αντικριστά τοποθετηµένους πάνω στις κάθετες πλευρές που πλαισίου του βρόγχου. Ο δεξιός τερµατιστής αποθηκεύει τα δεδοµένα στη συµπλήρωση µίας επανάληψης. Τα δεδοµένα ολισθαίνουν στο τέλος της επανάληψης και εµφανίζονται στον αριστερό τερµατιστή στην αρχή της επόµενης επανάληψης. Ένας καταχωρητής ολίσθησης µπορεί να κρατήσει οποιονδήποτε τύπο δεδοµένου (αριθµητικό, λογικό, πίνακα, κ.λ.π.). Ο καταχωρητής ολίσθησης αυτόµατα προσαρµόζεται στον τύπο δεδοµένων του πρώτου αντικειµένου που καλωδιώνετε σε αυτόν. Πριν το ξεκίνηµα του βρόγχου Πρώτη επανάληψη Επόµενη επανάληψη Τελευταία επανάληψη Αρχική Τιµή Αρχική Τιµή Νέα Τιµή Προηγούµενη Νέα Τιµή Προηγούµενη Νέα Τιµή Νέα Τιµή Νέα Τιµή Νέα Τιµή Μπορείτε να διαµορφώσετε τον καταχωρητή ολίσθησης έτσι ώστε να θυµάται τιµές από αρκετές προηγούµενες επαναλήψεις. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι πολύ χρήσιµο όταν θέλουµε να βρούµε µέσους όρους. ηµιουργείτε πρόσθετους τερµατιστές για να κρατήσετε τιµές από προηγούµενες επαναλήψεις κάνοντας δεξί κλικ στον αριστερό τερµατιστή και επιλέγοντας Add Εlement. Για παράδειγµα εάν προσθέσετε τρία στοιχεία στον αριστερό τερµατιστή µπορείτε να κρατήσετε τιµές από τις τρεις τελευταίες επαναλήψεις. εξί κλικ στον αριστερό τερµατιστή για την πρόσθεση νέων στοιχείων Οι προηγούµενες τιµές είναι διαθέσιµες στους αριστερούς τερµατιστές Πριν 1 βρόγχο Πριν 2 βρόγχους Πριν 3 βρόγχους εξί κλικ στο πλαίσιο για έναν νέ ο καταχωρητή ολίσθησης 69

67 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Αρχικοποίηση των καταχωρητών ολίσθησης Για να αρχικοποιήσετε ένα καταχωρητή ολίσθησης µε µία δεδοµένη τιµή, καλωδιώστε την αρχική τιµή στον αριστερό τερµατιστή του καταχωρητή ολίσθησης (έξω από τον βρόγχο While). Εάν αφήσετε την αρχική τιµή µη καλωδιωµένη, η αρχική τιµή θα είναι η προκαθορισµένη τιµή για τον τύπο δεδοµένων του καταχωρητή ολίσθησης. Για παράδειγµα εάν ο τύπος δεδοµένων του καταχωρητή ολίσθησης είναι λογικός η αρχική τιµή θα είναι ΨΕΥ ΕΣ. Όµοια εάν ο τύπος δεδοµένων του καταχωρητή ολίσθησης είναι αριθµητικός, η αρχική τιµή θα είναι µηδέν. 70

68 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Άσκηση 2-3 Στόχος: Χρήση των καταχωρητών ολίσθησης για την προσπέλαση τιµών από προηγούµενες επαναλήψεις. Πρόσοψη 1. Ανοίξτε το VI Shift Register Example. Η Πρόσοψη έχει τέσσερις δείκτες. Ο ενδείκτης Χ(i) παρουσιάζει την τρέχουσα τιµή, η οποία θα µετακινηθεί στον αριστερό τερµατιστή στην αρχή της επόµενης επανάληψης. Ο ενδείκτης Χ(i-1) παρουσιάζει την τιµή της προηγούµενης επανάληψης, ενώ ο ενδείκτης Χ(i-2) παρουσιάζει την τιµή δύο επαναλήψεων πριν. Το µηδέν που είναι καλωδιωµένο στους αριστερούς τερµατιστές αρχικοποιεί τα στοιχεία των καταχωρητών ολίσθησης στο µηδέν. 2. Ανοίξτε το παράθυρο του ιαγράµµατος οµής και επιλέξτε Tile Left and Right από το µενού Windows του παραθύρου του ιαγράµµατος οµής. Στην ανάγκη κλείστε ή µετακινήστε τις παλέτες των Εργαλείων (Tools) και Λειτουργιών (Functions). ιάγραµµα οµής 71

69 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο 1. Ενεργοποιήστε τον υπερτονισµό της εκτέλεσης κάνοντας κλικ στον αντίστοιχο κουµπί. 2. Εκτελέστε το VΙ και προσεκτικά παρατηρήστε τις φυσαλίδες. Εάν οι φυσαλίδες κινούνται πολύ γρήγορα χρησιµοποιήστε το κουµπί Pause και step over για να επιβραδύνετε την εκτέλεση. Παρατηρήστε ότι σε κάθε επανάληψη του βρόγχου While το VI διοχετεύει τις προηγούµενες τιµές διαµέσου των αριστερών τερµατιστών του καταχωρητή ολίσθησης. Κάθε επανάληψη του βρόγχου προσθέτει τον αριθµό 5 στο τρέχων δεδοµένο X(i). Αυτή η τιµή µεταφέρεται στον αριστερό τερµατιστή Χ(i-1), στην αρχή της επόµενης επανάληψης. Οι τιµές στον αριστερό τερµατιστή διοχετεύονται προς τα κάτω. Σε αυτό το παράδειγµα κρατιούνται οι 3 τελευταίες τιµές. Για να συγκρατήσουµε περισσότερες τιµές προσθέτουµε περισσότερα στοιχεία στον αριστερό τερµατιστή του καταχωρητή ολίσθησης. 3. Κλείστε το VI. Σώστε τις αλλαγές µε διαφορετικό όνοµα αρχείου. Τέλος άσκησης

70 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Άσκηση 2-4 Στόχος: Θα τροποποιήσετε το VI Temperature Monitor έτσι ώστε να υπολογίζει το µέσο όρο των τελευταίων τριών µετρήσεων θερµοκρασίας και να τον σχεδιάζει στο διάγραµµα κυµατοµορφής. Πρόσοψη 1. Ανοίξτε το VI Temperature Monitor που δηµιουργήσατε σε προηγούµενη άσκηση. 2. Θα τροποποιήσετε την Πρόσοψη, γι αυτό ανοίξτε το ιάγραµµα οµής. ιάγραµµα οµής 73

71 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο 1. ηµιουργείτε ένα καταχωρητή ολίσθησης κάνοντας δεξί κλικ στο αριστερό ή δεξιό περιθώριο του βρόγχου While και επιλέγοντας από το αντίστοιχο αναδυόµενο µενού Add Shift Register. Προσθέστε ένα επιπλέον στοιχείο κάνοντας δεξί κλικ πάνω στον αριστερό τερµατιστή του καταχωρητή ολίσθησης και επιλέγοντας Add Element από το αναδυόµενο µενού. 2. Τροποποιείστε το ιάγραµµα οµής όπως παρουσιάζεται παραπάνω. Κατά την διάρκεια κάθε επανάληψης του βρόγχου το VI Thermometer παίρνει µια θερµοκρασία µέτρησης. Το VI προσθέτει αυτή την τιµή στις τελευταίες δύο µετρήσεις που αποθηκεύονται στους αριστερούς τερµατιστές του καταχωρητή ολίσθησης. Το VI διαιρεί το αποτέλεσµα µε το τρία για να υπολογίσει το µέσο όρο που παρουσιάζει στο διάγραµµα κυµατοµορφής. Παρατηρείστε ότι το VI αρχικοποιεί τον καταχωρητή ολίσθησης µε µια µέτρηση θερµοκρασίας. 3. Εκτελέστε το VI. ιαγράµµατα Πολλαπλής απεικόνισης Τα ιαγράµµατα µπορούν να περιλαµβάνουν περισσότερες από µία γραφική παράσταση. Στην περίπτωση των πολλαπλών βαθµωτών εισόδων πρέπει να συνδυάσετε τα δεδοµένα µαζί. Θα µετατρέψετε το ιάγραµµα οµής έτσι ώστε να απεικονίζονται ταυτόχρονα στο διάγραµµα κυµατοµορφής και η τρέχουσα θερµοκρασία και ο µέσος όρος. 4. Τροποποιείστε το ιάγραµµα οµής όπως παρουσιάζεται παραπάνω. 5. Εκτελέστε το VI. Το VI παρουσιάζει τις δύο γραφικές παραστάσεις στο διάγραµµα κυµατοµορφής. Οι γραφικές παραστάσεις µοιράζονται την ίδια κάθετη κλίµακα. 74

72 ιαµόρφωση ιαγραµµάτων Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Μπορείτε να διαµορφώσετε τα διαγράµµατα κυµατοµορφής έτσι ώστε να ικανοποιούνται οι απαιτήσεις σας για την παρουσίαση των δεδοµένων. Οι δυνατότητες που υπάρχουν περιλαµβάνουν: υπόδειγµα, παλέτα, ψηφιακή απεικόνιση, µπάρα ολίσθησης και ενδιάµεση µνήµη (buffer). Αρχικά, τα διαγράµµατα κυµατοµορφής, έχουν εµφανή τις παλέτες τους και τα υποδείγµατά τους όταν τα τοποθετείτε για πρώτη φορά στην Πρόσοψη. Στο διάγραµµα κυµατοµορφής, η ψηφιακή απεικόνιση είναι ήδη ενεργοποιηµένη και για κάθε ίχνος υπάρχει ξεχωριστή ψηφιακή απεικόνιση. 6. Εάν η κυλιόµενη µπάρα είναι εµφανής, κρύψτε την επιλέγοντας από το αναδυόµενο µενού του διαγράµµατος κυµατοµορφής Show >> Scroll Bar. 7. Με την χρήση του εργαλείου Ετικετών µορφοποιήστε τον άξονα Y. Επιλέξτε το 70 στο άξονα Y, πληκτρολογήστε 75.0 και πατήστε <enter>. Επιλέξτε το δεύτερο νούµερο στον Y άξονα και πληκτρολογήστε Αυτός ο αριθµός καθορίζει την αριθµητική υποδιαίρεση του άξονα Y. Σηµείωση: Το µέγεθος του διαγράµµατος κυµατοµορφής έχει άµεση επίδραση στην παρουσίαση της κλίµακας των αξόνων. Μεγαλώστε το µέγεθος αν αντιµετωπίζετε δυσκολίες στην µορφοποίηση του διαγράµµατος. 8. Μετακινήστε το υπόδειγµα στην θέση που εικονίζεται, µε την βοήθεια του εργαλείου Τοποθέτησης και αλλάξτε όνοµα στην ετικέτα Temp σε Running Avg µε την βοήθεια του εργαλείου Ετικετών. Με τον ίδιο τρόπο, αφού εκτείνεται το υπόδειγµα, αλλάξτε την ετικέτα Plot 1 σε Current Temp. Μπορείτε να αλλάξετε την µορφή της γραµµής και των σηµείων της γραφικής παράστασης από τις επιλογές του αναδυόµενου µενού του υποδείγµατος και το χρώµα από το µενού Color. 9. Εκτελέστε το VI. Κατά την διάρκεια που εκτελείται το VI χρησιµοποιήστε τα κουµπιά της παλέτας για να µορφοποιήσετε το διάγραµµα κυµατοµορφής. 75

73 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Σηµείωση: Η µετατροπή της διαµόρφωσης κειµένου των αξόνων συχνά απαιτεί περισσότερο φυσικό χώρο από αυτόν που αρχικά έχει διατεθεί. Εάν λοιπόν αλλάξετε τους άξονες, η απεικόνιση µπορεί να µεγαλώσει περισσότερο από όση είναι ικανό να παρουσιάσει σωστά το VI. 10. Σταµατήστε την εκτέλεση. Σώστε το αρχείο µε όνοµα Temperature Running Average.vi. 11. Τροποποιήστε κατάλληλα την Πρόσοψη και το ιάγραµµα οµής της Άσκησης χρησιµοποιώντας στη θέση του VI Thermometer τη γεννήτρια τριγωνικών σηµάτων. Τέλος Άσκησης

74 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο 1.4. Βρόγχος For Ένας βρόγχος For επαναλαµβάνει τµήµα του ιαγράµµατος οµής προκαθορισµένο αριθµό φορών. Επιλέγουµε τον βρόγχο For από την υποπαλέτα των οµών (Structures) της παλέτας των Λειτουργιών (Function) και περικλείουµε τον κώδικα που θέλουµε να επαναλάβουµε. Ο βρόγχος For είναι ένα µεταβλητού µεγέθους ορθογώνιο κουτί και έχει δύο τερµατιστές: τον τερµατιστή µέτρησης (τερµατιστής εισόδου) και τον τερµατιστή επαναλήψεων (τερµατιστής εξόδου). Ο τερµατιστής µέτρησης ορίζει τον αριθµό των επαναλήψεων που θα εκτελέσει ο βρόγχος. Ο τερµατιστής επαναλήψεων περιέχει τον αριθµό που εκτελέστηκε ο βρόγχος. Η διαφορά ανάµεσα στον βρόγχο While και τον βρόγχο For είναι ότι ο βρόγχος For εκτελείται για ένα προκαθορισµένο αριθµό επαναλήψεων. For Loop Αριθµητική µετατροπή Μέχρι τώρα όλοι οι αριθµητικοί έλεγχοι και ενδείκτες ήταν κινητής υποδιαστολής διπλής ακρίβειας. Το LabVIEW µπορεί επίσης να αναπαραστήσει αριθµούς σαν ακέραιους (byte, word, long) ή σαν κινητής υποδιαστολής. Εάν καλωδιώσετε δύο τερµατιστές διαφορετικού τύπου δεδοµένων το LabVIEW θα µετατρέψει έναν από τους δύο τερµατιστές στην ίδια αναπαράσταση όπως ο άλλος. Για υπενθύµιση το LabVIEW τοποθετεί µία τελεία, η οποία ονοµάζεται τελεία εξαναγκασµού (coercion), στον τερµατιστή που λαµβάνει χώρα ο εξαναγκασµός. Για παράδειγµα, έστω ο αριθµητικός τερµατιστής ενός βρόγχου For. Η αναπαράσταση του τερµατιστή είναι ένας long ακέραιος. Εάν καλωδιώσετε έναν αριθµό κινητής υποδιαστολής διπλής ακρίβειας στον τερµατιστή µέτρησης, το LabVIEW θα το µετατρέψει σε long ακέραιο. Παρατηρήστε την γκρι κουκίδα στον τερµατιστή µέτρησης. Γκρι Κουκκίδα 77

75 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Για να αλλάξετε την αναπαράσταση ενός αριθµητικού αντικειµένου της Πρόσοψης κάντε δεξί κλικ στο αντικείµενο ή στο αντίστοιχο τερµατιστή του διαγράµµατος και επιλέξτε Representation. Θα εµφανιστεί µία παλέτα από όπου µπορείτε να κάνετε την επιλογή σας. Όταν το VI µετατρέπει αριθµούς κινητής υποδιαστολής σε ακέραιους, η στρογγύλευση γίνεται στον πλησιέστερο ζυγό ακέραιο. 78

76 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Άσκηση 2-5 Στόχος: Η κατασκευή ενός VI που απεικονίζει δυο τυχαίες γραφικές παραστάσεις σε ένα διάγραµµα κυµατοµορφής µε επανασχεδιασµό σάρωσης. Θα χρησιµοποιηθεί ένα τυχαίο σήµα και ένας τρέχων µέσος των τελευταίων τεσσάρων σηµείων της γραφικής του παράστασης. Σε αυτή την άσκηση, χρησιµοποιείτε το βρόγχο For (Ν=200) αντί του βρόγχου While. Προσπαθήστε να κάνετε το διάγραµµα σάρωσης, της Πρόσοψης, να µοιάζει µε το παρακάτω. Υποδείξεις για την κατασκευή του ιαγράµµατος οµής: 1. Χρησιµοποιήστε ένα καταχωρητή ολίσθησης µε τρεις αριστερούς τερµατιστές για να υπολογίσετε τον τρέχοντα µέσο όρο των τεσσάρων τελευταίων σηµείων. 2. Χρησιµοποιήστε την συνάρτηση Random Number (0-1) της υποπαλέτας Numeric για να δηµιουργήσετε τα δεδοµένα του σήµατος. 3. Χρησιµοποιήστε την συνάρτηση Bundle της υποπαλέτας Cluster για να οµαδοποιήσετε τα τυχαία δεδοµένα σήµατος µε τα δεδοµένα µέσου όρου πριν να τα απεικονίσετε. 4. Αποθηκεύστε το VI µε το όνοµα Random Average.vi 5. Επαναλάβετε την άσκηση χρησιµοποιώντας γεννήτρια Gaussian λευκού θορύβου στη θέση της γεννήτριας τυχαίων αριθµών. Τέλος Άσκησης

77 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο 2. Πίνακες και Γραφικές Απεικονίσεις 2.1. Πίνακες Ένας πίνακας είναι συλλογή στοιχείων δεδοµένων του ιδίου τύπου. Ένας πίνακας έχει µία ή περισσότερες διαστάσεις και µέχρι 2 31 στοιχεία ανά διάσταση. Οι πίνακες στο LabVIEW µπορεί να είναι οποιουδήποτε τύπου, δεν µπορείτε όµως να έχετε πίνακα πινάκων, διαγραµµάτων ή γραφικών. Προσπελαύνετε κάθε στοιχείο ενός πίνακα από τον αντίστοιχο δείκτη του. Ο δείκτης λαµβάνει τιµή από 0 έως Ν-1, όπου Ν είναι το πλήθος των στοιχείων του πίνακα. ηµιουργία ελέγχων και δεικτών πινάκων ηµιουργείτε ένα έλεγχο ή ενδείκτη πίνακα συνδυάζοντας ένα κέλυφος πίνακα µε ένα αντικείµενο δεδοµένων, που µπορεί να είναι αριθµητικό, λογικό ή αλφαριθµητική σειρά. Βήµα 1: Επιλέξτε ένα άδειο κέλυφος πίνακα από την υποπαλέτα Array & Cluster της παλέτας Controls. Βήµα 2: Για να δηµιουργήσετε ένα πίνακα σύρετε ένα αντικείµενο δεδοµένων µέσα στο κέλυφος του πίνακα ή βάζετε το αντικείµενο απευθείας µέσα στο κέλυφος χρησιµοποιώντας το αναδυόµενο µενού του. Αν δεν αναθέσετε ένα αντικείµενο δεδοµένων στο κέλύφος του πίνακα, ο τερµατιστής του πίνακα θα εµφανίζεται στο ιάγραµµα οµής µαύρος µε κενά άγκιστρα. 80

78 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο ισδιάστατοι πίνακες Ένας δισδιάστατος πίνακας απαιτεί δύο δείκτες για τον ορισµό της θέσης ενός στοιχείου του. Ένα δείκτη γραµµής και ένα δείκτη στήλης, οι οποίοι αρχίζουν από το 0. Προσθέτετε διαστάσεις σε ένα έλεγχο ή ενδείκτη πίνακα κάνοντας δεξί κλικ πάνω στο ένδειξη δείκτη του πίνακα και επιλέγοντας Add Dimension από το αναδυόµενο µενού. ηµιουργία σταθερού πίνακα Μπορείτε να δηµιουργήσετε σταθερούς πίνακες στο ιάγραµµα οµής συνδυάζοντας το κέλυφος ενός πίνακα µε ένα αντικείµενο δεδοµένων όπως θα κάνατε και στην Πρόσοψη. Ο σταθερός πίνακας είναι ένας συνδυασµός του κελύφους του Array Constant (που βρίσκετai στην υποπαλέτα Array της παλέτας Functions) και µιας σταθεράς (δεδοµένο). Το ακόλουθο παράδειγµα επιδεικνύει πως να δηµιουργήσετε ένα λογικό σταθερό πίνακα. Βήµα 1: Επιλέξτε ένα άδειο κέλυφος Array Constant από την υποπαλέτα Array της παλέτας Controls. Βήµα 2: Για να δηµιουργήσετε ένα πίνακα, σύρετε το αντικείµενο δεδοµένων µέσα στο κέλυφος του πίνακα ή εναποθέστε το αντικείµενο απευθείας µέσα στο κέλυφος χρησιµοποιώντας το αναδυόµενο µενού του. Τα διάφορα αντικείµενα δεδοµένων µπορεί να είναι αριθµητικές, λογικές ή αλφαριθµητικές σταθερές από την παλέτα Functions. ηµιουργία πινάκων µε βρόγχους Οι βρόγχοι For και While µπορούν να δηµιουργήσουν αυτόµατα πίνακες στα όρια τους. Αυτή η ικανότητα καλείται αυτόµατη δεικτοδότηση (auto-indexing). Το παρακάτω παράδειγµα δείχνει πως ένας βρόγχος For δεικτοδοτεί αυτόµατα έναν πίνακα στα όρια του. Κάθε επανάληψη δηµιουργεί το επόµενο στοιχείο του πίνακα. Μόλις ο βρόγχος συµπληρωθεί ο πίνακας µεταφέρεται στον ενδείκτη. Παρατηρήστε πως το καλώδιο γίνεται χοντρότερο καθώς περνάει από το περίγραµµα του βρόγχου και συνδέεται στον πίνακα. 81

79 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Εάν χρειάζεστε την τελευταία τιµή που πέρασε µέσω του τούνελ έξω από τον βρόγχο, χωρίς να θέλετε δηµιουργήσετε έναν πίνακα, πρέπει να απενεργοποιήσετε την αυτόµατη δεικτοδότηση κάνοντας δεξί κλικ πάνω στο τούνελ (το µαύρο τετράγωνο στο περιθώριο) και επιλέγοντας Disable Indexing. Αυτό ακριβώς έγινε στο παρακάτω παράδειγµα. Παρατηρήστε ότι το καλώδιο διατηρεί το προηγούµενο µέγεθός του. Παρατήρηση: Όταν καλωδιώνετε ένα πίνακα µέσα ή έξω από ένα βρόγχο For, η αυτόµατη δεικτοδότηση είναι προκαθορισµένα ενεργοποιηµένη. Αυτό δεν συµβαίνει για τον βρόγχο While. ηµιουργία δισδιάστατων πινάκων Για την κατασκευή ενός δισδιάστατου πίνακα µπορείτε να χρησιµοποιήστε δύο βρόγχους For, τον έναν µέσα στον άλλον, όπως φαίνεται παρακάτω. Ο εξωτερικός βρόγχος δηµιουργεί τα στοιχεία γραµµής ενώ ο εσωτερικός τα στοιχεία στήλης. 82

80 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Χρήση αυτόµατης δεικτοδότησης για ανάθεση τιµών στον µετρητή του βρόγχου For Όταν ενεργοποιείτε την αυτόµατη δεικτοδότηση σε ένα πίνακα που εισέρχεται στο βρόγχο For, το LabVIEW αυτόµατα αναθέτει το µέγεθος του πίνακα στον µετρητή επαναλήψεων του βρόγχου, εξαλείφοντας την ανάγκη να καλωδιώσουµε µία τιµή στον τερµατιστή µέτρησης Ν. Εάν ενεργοποιήσετε την αυτόµατη δεικτοδότηση για περισσότερους από έναν πίνακα ή αν βάλετε µια τιµή στον µετρητή, τότε ο µετρητής λαµβάνει την µικρότερη τιµή. Στο παρακάτω παράδειγµα, τον µετρητή του βρόχου For τον ρυθµίζει το µέγεθος του πίνακα και όχι το Ν. Συναρτήσεις πινάκων Το LabVIEW έχει πολλές συναρτήσεις για τη διαχείριση των πινάκων στην υποπαλέτα των Πινάκων (Array) της παλέτας Λειτουργιών (Function). Μερικές κοινές συναρτήσεις παρουσιάζονται παρακάτω. Επιστρέφει τον αριθµό των στοιχείων για κάθε διάσταση του πίνακα (array). Ο πίνακας µπορεί να είναι ένας πίνακας n διαστάσεων οποιουδήποτε τύπου. Αν ο πίνακας είναι µονοδιάστατος (1D), το µέγεθος (size) είναι ένας µακρύς ακέραιος. Αν ο πίνακας είναι πολυδιάστατος, η τιµή που επιστρέφεται είναι ένας µονοδιάστατος πίνακας στον οποίο κάθε στοιχείο είναι ένας µακρύς ακέραιος που αντιπροσωπεύει τον αριθµό των στοιχείων στην αντίστοιχη διάσταση του πίνακα. ηµιουργεί έναν πίνακα n διαστάσεων στον οποίο κάθε στοιχείο αρχικοποιείται στην τιµή του στοιχείου (element). Συνενώνει οποιονδήποτε αριθµό πινάκων ή στοιχείων εισόδου µε σειρά από πάνω προς τα κάτω για να δηµιουργήσει έναν πίνακα µε προσαρτηµένα στοιχεία (array with appended element). Αρχικά αυτή η συνάρτηση έχει δύο εισόδους στοιχείων, αλλά µπορείτε να τη ρυθµίσετε σε οποιονδήποτε αριθµό εισόδων θέλετε. Για να αλλάξει µια είσοδος στοιχείου σε είσοδο πίνακα, κάντε δεξί κλικ στην είσοδο και επιλέξτε Change to Array. Επιστρέφει ένα τµήµα του πίνακα (array) που περιέχει αριθµό στοιχείων ίσο µε το µήκος (length) ξεκινώντας από το δείκτη (index). 83

81 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Επιστρέφει το στοιχείο (element) του πίνακα (array) που βρίσκεται στη θέση του δείκτη (index). Αν ο πίνακας είναι πολυδιάστατος, πρέπει να προστεθούν πρόσθετες τερµατικές συνδέσεις δεικτών για κάθε διάσταση του πίνακα µεταβάλλοντας το µέγεθος του κόµβου ή µε δεξί κλικ στον κόµβο και µε επιλογή του Add Element από το αναδυόµενο µενού. Επίσης εκτός από το να εξάγετε ένα στοιχείο από τον πίνακα, µπορείτε να αποκόψετε µια σειρά ή µια στήλη από έναν πίνακα 2D. Μπορείτε δηλαδή να δηµιουργήσετε έναν υποπίνακα του αρχικού. Για να το κάνετε αυτό, αφού εκτείνετε τον κόµβο ώστε να περιέχει δύο εισόδους δείκτη, επιλέγετε Disable Indexing από το αναδυόµενο µενού του τερµατιστή δείκτη. Μπορείτε να εξάγετε υποπίνακες χρησιµοποιώντας οποιονδήποτε συνδυασµό διαστάσεων. Πολυµορφισµός Οι αριθµητικές συναρτήσεις Add, Multiply και Divide είναι πολυµορφικές. Αυτό σηµαίνει ότι οι είσοδοι αυτών των συναρτήσεων µπορεί να είναι διαφορετικές δοµές δεδοµένων: βαθµωτοί ή πίνακες. Για παράδειγµα µπορείτε να προσθέσετε ένα βαθµωτό µέγεθος σε ένα πίνακα ή δύο πίνακες µαζί. Το παράδειγµα που ακολουθεί δείχνει µερικούς από τους πολυµορφικούς συνδυασµούς της πρόσθεσης. Βαθµωτό + Βαθµωτό Βαθµωτό + Πίνακας Πίνακας + Πίνακας Πίνακας + Πίνακας Στον πρώτο συνδυασµό το αποτέλεσµα είναι βαθµωτό µέγεθος. Στο δεύτερο, ο βαθµωτός προστέθηκε σε κάθε στοιχείο του πίνακα. Στον τρίτο συνδυασµό κάθε στοιχείο του πίνακα προστέθηκε στο αντίστοιχο στοιχείο του άλλου πίνακα. Στον τέταρτο συνδυασµό, το αποτέλεσµα υπολογίστηκε όπως στον τρίτο συνδυασµό αλλά, επειδή ο ένας πίνακας είναι µικρότερος από τον άλλο, το αποτέλεσµα είναι ένας πίνακας µε µέγεθος ίσο µε το µικρότερο µέγεθος πίνακα εισόδου. Στο επόµενο παράδειγµα κάθε επανάληψη του βρόγχου γεννά ένα τυχαίο αριθµό που αποθηκεύεται σε ένα πίνακα που δηµιουργείται στο περίγραµµα του βρόγχου. Μόλις ο 84

82 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο βρόγχος τελειώνει, η συνάρτηση πολλαπλασιασµού πολλαπλασιάζει κάθε στοιχείο του πίνακα µε ένα συντελεστή. Στη συνέχεια, ο ενδείκτης στην Πρόσοψη απεικονίζει τον πίνακα Γραφικά Ο γραφικός ενδείκτης (graph indicator) είναι µια δισδιάστατη απεικόνιση ενός η περισσοτέρων πινάκων δεδοµένων τα οποία ονοµάζουµε γραφικές παραστάσεις (plots). Το LabVIEW έχει δυο ειδών γραφικά: γραφικά XY (XY graphs) και γραφικά κυµατοµορφής (waveform graphs). Και οι δύο τύποι έχουν όµοια εµφάνιση στην Πρόσοψη. Ένα παράδειγµα γραφικού δίνεται παρακάτω. Υπόδειγµα Στυλ γραµµής και σηµείων Παλέτα Ο ενδείκτης γραφικής παράστασης κυµατοµορφής βρίσκεται στην υποπαλέτα των Γραφικών (Graphs) της παλέτας των Ελέγχων (Controls). Η γραφική παράσταση κυµατοµορφής σχεδιάζει µόνο µονότιµες συναρτήσεις µε οµοιόµορφη κατανοµή σηµείων όπως οι χρονικά µεταβαλλόµενες κυµατοµορφές. Η γραφική παράσταση κυµατοµορφής είναι ιδανική για το σχεδιασµό πινάκων δεδοµένων όπου τα σηµεία είναι κατανεµηµένα οµοιόµορφα Συστοιχίες Η συστοιχία (Cluster) είναι µία δοµή δεδοµένων που οµαδοποιεί δεδοµένα, ακόµη και διαφορετικού τύπου. Μπορείτε να σκεφτείτε τη συστοιχία σαν µία δέσµη συρµάτων ή 85

83 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο καλωδίων. Κάθε σύρµα του καλωδίου αντιπροσωπεύει ένα διαφορετικό στοιχείο της συστοιχίας. Η συνάρτηση Bundle (υποπαλέτα Cluster) συγκεντρώνει τα συστατικά της γραφικής παράστασης σε µια µοναδική συστοιχία. Για το γραφικό κυµατοµορφής, τα συστατικά περιλαµβάνουν την αρχική τιµή Χ, την τιµή δέλτα του Χ και τον πίνακα Υ Μονές Γραφικές Παραστάσεις Για βασικές γραφικές παραστάσεις ένας πίνακας µε Y τιµές µπορεί να περάσει απευθείας σε ένα γραφικό κυµατοµορφής. Αυτή η µέθοδος υποθέτει ότι η αρχική X τιµή και η αρχική δέλτα τιµή του X είναι 0 και 1, αντίστοιχα. Το εικονίδιο του γραφικού εµφανίζεται τώρα σαν ενδείκτης πίνακα. Μπορείτε να καλωδιώσετε στη γραφική παράσταση κυµατοµορφής µια συστοιχία µε δεδοµένα που αποτελούνται από την αρχική τιµή X, την αρχική τιµή δέλτα του X και ένα πίνακα δεδοµένων. Με αυτή την δυνατότητα έχετε την ευελιξία να αλλάξετε την χρονική βάση του πίνακα. Το εικονίδιο του γραφικού εµφανίζεται τώρα σαν ενδείκτης συστοιχίας Πολλαπλές Γραφικές Παραστάσεις Μπορείτε να περάσετε δεδοµένα σε µία πολλαπλή γραφική παράσταση δηµιουργώντας ένα πίνακα µε τους τύπους των δεδοµένων που χρησιµοποιήθηκαν στο παραπάνω παράδειγµα. Το παράδειγµα που ακολουθεί αναλύει δύο µεθόδους καλωδίωσης πολλαπλών γραφικών παραστάσεων. Όπως και στο προηγούµενο παράδειγµα το εικονίδιο του γραφικού µαρτυρά των τύπο των δεδοµένων µε τα οποία καλωδιώνεται. 86

84 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Το παραπάνω παράδειγµα υποθέτει ότι η αρχική τιµή του X είναι 0 και η αρχική τιµή δέλτα του X είναι 1 και για τους δύο πίνακες. Στο παράδειγµα που ακολουθεί η αρχική τιµή του X και η αρχική τιµή δέλτα του X είναι καθορισµένες. Οι παράµετροι του X δεν είναι αναγκαίο να είναι οι ίδιες και για τα δύο σύνολα δεδοµένων Γραφικά XY Ο ενδείκτης του Γραφικού XY βρίσκεται στην υποπαλέτα των Γραφικών (Graph) του αναδυόµενου µενού της παλέτας Controls. Το Γραφικό XY είναι ένα Καρτεσιανό γραφικό αντικείµενο, γενικής χρήσης, ιδανικό για να απεικονίζει συναρτήσεις πολλαπλών τιµών όπως κυκλικά σχήµατα ή κυµατοµορφές µεταβλητού χρόνου. 87

85 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Η συνάρτηση Bundle συνδυάζει τους πίνακες X και Y σε µια συστοιχία, η οποία καλωδιώνεται στο Γραφικό XY. Τα συστατικά του Γραφικού XY, από πάνω προς τα κάτω, είναι ένας X πίνακας και Y ένας πίνακας. Τώρα το Γραφικό XY εµφανίζεται σαν ενδείκτης συστοιχίας. 88

86 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο 3. οµές Περίπτωσης και Ακολουθίας 3.1. οµή Περίπτωσης Τοποθετείτε την δοµή Περίπτωσης (Case) στο ιάγραµµα οµής επιλέγοντάς την από την υποπαλέτα των οµών (Structures) της παλέτας Functions. Μπορείτε να περικλείσετε κόµβους στην δοµή case ή να σύρετε τους κόµβους µέσα στην δοµή. Η δοµή Case είναι ανάλογη της δήλωσης if then else στις γλώσσες προγραµµατισµού. Η δοµή Case διαµορφώνεται όπως µία τράπουλα: µόνο µια περίπτωση είναι ορατή κάθε φορά. Κάθε περίπτωση περιέχει ένα υποδιάγραµµα. Μόνο µία περίπτωση εκτελείται ανάλογα µε την τιµή που καλωδιώνετε στον τερµατιστή επιλογής (selector terminal) που µπορεί να είναι αριθµητικός ή λογικός. Εάν ο τύπος δεδοµένων είναι λογικός, η δοµή έχει µια ΑΛΗΘΗ περίπτωση και µια ΨΕΥ Η περίπτωση. Αν ο τύπος δεδοµένων είναι αριθµητικός, η δοµή µπορεί να έχει µέχρι περιπτώσεις. 89

87 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Αριστερά είναι ένα παράδειγµα λογικής περίπτωσης. Στο παράδειγµα αυτό οι αριθµοί περνούν µέσω τούνελ στην δοµή Case και αντίστοιχα προστίθενται ή αφαιρούνται ανάλογα µε την τιµή που έχει καλωδιωθεί στον τερµατιστή επιλογής. Εάν η λογική τιµή που καλωδιώθηκε στον τερµατιστή επιλογής είναι ΑΛΗΘΗΣ, τότε το VI προσθέτει τους αριθµούς, αλλιώς αφαιρεί τους αριθµούς. εξιά είναι ένα παράδειγµα αριθµητικής περίπτωσης. Σε αυτό το παράδειγµα οι αριθµοί περνούν διαµέσου τούνελ στην δοµή Case και, ή προστίθενται ή αφαιρούνται, ανάλογα µε την αριθµητική τιµή που είναι καλωδιωµένη στον επιλογέα τερµατιστή. Σε αυτήν την περίπτωση ένας αριθµητικός Έλεγχος ακτυλίου Κειµένου (Text Ring Control) (Control >> List & Ring) συσχετίζει αριθµούς µε στοιχεία κειµένου. Εάν ο Αριθµητικός ακτύλιος Κειµένου που είναι καλωδιωµένος στον τερµατιστή επιλογής έχει τιµή 0 (0..1) τότε το VI προσθέτει τους αριθµούς αλλιώς εάν η τιµή είναι 1 (0..1) το VI θα αφαιρέσει τους αριθµούς. Σηµείωση: Πρέπει να ορίσετε το τούνελ εξόδου για κάθε περίπτωση. Όταν δηµιουργείτε ένα τούνελ εξόδου σε µια περίπτωση, αντίστοιχα τούνελ εµφανίζονται στο ίδιο σηµείο και στις άλλες περιπτώσεις. Μη καλωδιωµένα τούνελ εµφανίζονται στην οθόνη µε λευκά τετράγωνα. Εξασφαλίστε ότι καλωδιώνετε το τούνελ εξόδου για κάθε µη καλωδιωµένη περίπτωση, κάνοντας κάθε φορά κλικ πάνω στο ίδιο το τούνελ. Μπορείτε επίσης να καλωδιώσετε σταθερές ή ελέγχους σε µη καλωδιωµένες περιπτώσεις κάνοντας δεξί κλικ στα λευκά τετράγωνα και επιλέγοντας Create Constant ή Create Control. 90

88 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Στόχος: Χρήση της δοµής Case Άσκηση 2-6 Θα µετατρέψετε το VI Temperature Running Average έτσι ώστε να ανιχνεύει µια θερµοκρασία που είναι εκτός πεδίου. Εάν η θερµοκρασία υπερβεί ένα προκαθορισµένο όριο, θα ανάψει ένα led στην Πρόσοψη και θα ακουστεί ένα ήχος beep. Πρόσοψη 1. Ανοίξτε το VI Temperature Running Average. 2. Τροποποιείστε το Πρόσοψη όπως παρουσιάζεται παραπάνω. Ο ψηφιακός έλεγχος High Limit ορίζει τον άνω όριο θερµοκρασίας. Το WARNING LED δείχνει πότε η θερµοκρασία υπερβαίνει αυτό το όριο. 91

89 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο ιάγραµµα οµής 1. Τροποποιείστε το ιάγραµµα οµής όπως παραπάνω. Σηµειώνεται ότι δεν υπάρχουν εικονίδια στην περίπτωση False της δοµής Case. 2. Γυρίστε στην Πρόσοψη και στο έλεγχο High Limit βάλτε την τιµή 80. Τρέξτε το VI. 3. Μετονοµάστε το VI µε την χρήση του Save As σε Temperature Control.vi. Τέλος Άσκησης

90 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο 3.2. Ακολουθιακή δοµή Τοποθετείτε την Ακολουθιακή δοµή (Sequence structure) στο ιάγραµµα οµής επιλέγοντάς την από την υποπαλέτα Structures της παλέτας Functions. Μπορείτε να περικλείσετε κόµβους στην δοµή Sequence ή να σύρετε τους κόµβους µέσα στην δοµή. Η δοµή Sequence µοιάζει σαν τα καρέ (frame) ενός φιλµ και εκτελεί διαγράµµατα ακολουθιακά. Στις γλώσσες προγραµµατισµού οι εντολές εκτελούνται µε την σειρά που εµφανίζονται. Στον προγραµµατισµό ροής δεδοµένων, ο κόµβος εκτελείται όταν τα δεδοµένα είναι διαθέσιµα σε όλες τις εισόδους του, αλλά µερικές φορές είναι αναγκαίο να εκτελέσουµε έναν κόµβο πριν από κάποιον άλλο. Η δοµή Sequence είναι ο τρόπος µε τον οποίο το LabVIEW ελέγχει την σειρά µε την οποία εκτελούνται οι κόµβοι. Το διάγραµµα που θα εκτελεσθεί πρώτο, τοποθετείται µέσα στο περίγραµµα του Πλαισίου 0 (0..x), το διάγραµµα που θα εκτελεσθεί δεύτερο τοποθετείται µέσα στο σύνορο του Πλαισίου 1 (0..x), κτλ. Το (0..x) αναπαριστά το εύρος των πλαισίων στην δοµή Sequence. Όπως και στην δοµή Case µόνο ένα πλαίσιο είναι ορατό κάθε φορά. Τοπικές Μεταβλητές Ακολουθίας Τοπικές Μεταβλητές Ακολουθίας (Sequence locals) είναι µεταβλητές που µεταφέρουν δεδοµένα µεταξύ των πλαισίων της Ακολουθιακής δοµής. ηµιουργείτε Τοπικές Μεταβλητές Ακολουθίας κάνοντας δεξί κλικ στο περίγραµµα ενός πλαισίου και επιλέγοντας Add Sequence Local. Τα δεδοµένα που καλωδιώνονται σε µία τοπική µεταβλητή ακολουθίας και είναι διαθέσιµα σε υπακολουθιακά πλαίσια. Τα δεδοµένα δεν είναι διαθέσιµα σε προηγούµενα πλαίσια από το πλαίσιο που δηµιουργήθηκε η τοπική µεταβλητή ακολουθίας. Το παράδειγµα που ακολουθεί µας δείχνει µία Ακολουθιακή δοµή τριών πλαισίων. Η τοπική µεταβλητή ακολουθίας στο Πλαίσιο 1 περνάει την τιµή που επιστρέφει η συνάρτηση του Μετρητή Χρόνου (ms) {η συνάρτηση του Μετρητή Χρόνου (Tick Count) επιστρέφει τον αριθµό των ms που πέρασαν από την αρχή της εκτέλεσης}. Παρατηρήστε ότι η τιµή είναι διαθέσιµη στο Πλαίσιο 2 (όπως καταδεικνύει το βέλος) ενώ η τιµή δεν είναι διαθέσιµη για το Πλαίσιο 0 (όπως δείχνει το αµυδρό τετράγωνο). 93

91 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Σκοπός: η χρήση της Ακολουθιακής οµής. Άσκηση 2-7 Θα κατασκευάσετε ένα VI που υπολογίζει τον χρόνο που περνάει µέχρι να βρει έναν αριθµό που ταυτίζεται µε ένα συγκεκριµένο αριθµό που καθορίζετε. 1. Ανοίξτε το VI Auto Match που δηµιουργήσατε στο προηγούµενο µάθηµα 2. Κάντε τις αναγκαίες τροποποιήσεις στην Πρόσοψη και στο ιάγραµµα οµής όπως φαίνονται στις παρακάτω εικόνες. Πρόσοψη ιάγραµµα οµής 94

92 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο 1. Προσθέτετε πλαίσιο στη δοµή Sequence κάνοντας δεξί κλικ στο περίγραµµα κει επιλέγοντας Add Frame After. 2. Ορίζετε την ακολουθία των πλαισίων κάνοντας δεξί κλικ στο περίγραµµα και επιλέγοντας, για παράδειγµα, Make This Frame >> 1. Στο Πλαίσιο 0, η συνάρτηση Tick Count (ms) διαβάζει το ρολόι του λειτουργικού συστήµατος και επιστρέφει την τιµή του σε milliseconds. Στο Πλαίσιο 1, το VI εκτελεί το βρόγχο While όσο το νούµερο που καθορίστηκε δεν ταιριάζει µε τον αριθµό που επιστρέφει η Random Number (0-1). Στο Πλαίσιο 2, η ξαναδιαβάζει το ρολόι. Τότε το VI αφαιρεί τη νέα τιµή από την τιµή που διαβάστηκε στο Πλαίσιο 0 και επιστρέφει σε δευτερόλεπτα τον χρόνο που πέρασε. 3. Αποθηκεύστε το VI ως Time to Match.vi και κλείστε το. Τέλος Άσκησης

93 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο 3.3. Κόµβος Μαθηµατικών Τύπων Κόµβος Μαθηµατικών Τύπων Ο Κόµβος Μαθηµατικών Τύπων είναι ένα κουτί µεταβλητού µεγέθους το οποίο χρησιµοποιείτε για να εισάγετε αλγεβρικές παραστάσεις κατευθείαν στο ιάγραµµα οµής. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι εξαιρετικά χρήσιµο όταν οι εξισώσεις σας έχουν πάρα πολλές µεταβλητές ή είναι πολύπλοκες. Τοποθετείτε τον Κόµβο Μαθηµατικών Τύπων (Formula Node) στο ιάγραµµα οµής επιλέγοντάς τον από την υποπαλέτα Structures της παλέτας Functions. Εισάγετε εξισώσεις στον Κόµβο Μαθηµατικών Τύπων χρησιµοποιώντας το εργαλείο Ετικετών. Με τον Κόµβο Μαθηµατικών Τύπων µπορείτε να εισάγετε απευθείας µία πολύπλοκη παράσταση αντί να δηµιουργείτε αντίστοιχα υποτµήµατα στο ιάγραµµα οµής. ηµιουργείτε τους τερµατιστές εισόδου και εξόδου κάνοντας δεξί κλικ πάνω στο περίγραµµα του κόµβου και επιλέγοντας Add Input (Add Output) από το αντίστοιχο µενού. Εισάγετε την παράσταση ή παραστάσεις µέσα στο κουτί. Κάθε δήλωση παράστασης πρέπει να τελειώνει µε το (;). Οι παρακάτω τελεστές και συναρτήσεις είναι διαθέσιµες στον Κόµβο Μαθηµατικών Τύπων. Τελεστές Κόµβου Μαθηµατικών Τύπων, µε σειρά αύξουσας προτεραιότητας: ανάθεση = υπό συνθήκη?: λογικό OR λογικό AND && σχεσιακοί ==!= > < >= <= αριθµητικοί + - * / ^ µοναδιαίοι + -! Συναρτήσεις Κόµβου Μαθηµατικών Τύπων: 96

94 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Abs, acos, acosh, asin, asinh, atan, atanh, ceil, cos, cosh, cot, csc, exp, expm1, floor, getexp, getman, int, intrz, ln, lnp1, log, log2, max, min, mod, rand, rem, sec, sign, sin, sinc, sinh, sqrt, tan, tanh. Το παράδειγµα που ακολουθεί περιγράφει πως µπορείτε να κάνετε υπό συνθήκη επιλογή µέσα σε ένα Κόµβο Μαθηµατικών Τύπων. Υποθέστε το κάτωθι τµήµα κώδικα που υπολογίζει την τετραγωνική ρίζα του Χ εάν το Χ είναι θετικό και αναθέτει το αποτέλεσµα στο Y. Εάν το Χ είναι αρνητικό το Y λαµβάνει την τιµή -99. if (x>=0) then else end if y = sqrt (x) y = -99 Μπορείτε να υλοποιήσετε την ίδια εξίσωση χρησιµοποιώντας έναν Κόµβο Μαθηµατικών Τύπων όπως ο παρακάτω. 97

95 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Άσκηση 2-8 Στόχος: Χρήση του Κόµβου Μαθηµατικών Τύπων Θα κατασκευάσετε ένα VI που χρησιµοποιεί τον Κόµβο Μαθηµατικών Τύπων για τον υπολογισµό µιας µαθηµατική συνάρτησης (που αναπαριστά ένα σήµα) και παρουσιάζει την γραφική της παράσταση. Πρόσοψη 1. Ανοίξτε µια νέα Πρόσοψη. 2. Κατασκευάστε την ανωτέρω Πρόσοψη. Ο ενδείκτης Graph θα παρουσιάσει την γραφική παράσταση της συνάρτησης y = f(x)^3 + f(x), όπου f(x) = tanh(x) + cos(x). 3. Αποθηκεύστε το VI µε το όνοµα Formula Node Exercise.VI Τέλος Άσκησης

96 3 ο Κεφάλαιο Αλφαριθµητικές Σειρές - Είσοδος / Έξοδος Αρχείων Περιεχόµενα 1. Αλφαριθµητικές Σειρές ηµιουργία ελέγχων και ενδεικτών αλφαριθµητικών σειρών Συναρτήσεις Αλφαριθµητικών Σειρών Άσκηση Είσοδος/Έξοδος Αρχείων Ενδιάµεσες Λειτουργίες Αρχείων Αποθήκευση δεδοµένων σε νέο ή υπάρχον αρχείο Ανάγνωση δεδοµένων από αρχείο Αλφαριθµητικές Σειρές Λογιστικών Φύλλων και Είσοδος/Έξοδος αρχείων Πίνακες Στοιχείων Άσκηση Άσκηση Άσκηση VI Εισόδου/Εξόδου Αρχείων Υψηλού Επιπέδου VI χειρισµού αρχείων ASCII VI χειρισµού δυαδικών Αρχείων Άσκηση

97 100

98 1. Αλφαριθµητικές Σειρές Μια αλφαριθµητική σειρά χαρακτήρων είναι µια ακολουθία από απεικονίσιµους ή µη απεικονίσιµους χαρακτήρες. Συχνά χρησιµοποιούµε µια αλφαριθµητική σειρά χαρακτήρων για περισσότερους σκοπούς, εκτός από το να στέλνουµε απλά µηνύµατα κειµένου. Για παράδειγµα, στον έλεγχο οργάνων, λαµβάνουµε αριθµητικά δεδοµένα ως σειρές χαρακτήρων. Μετά µετατρέπουµε αυτές τις σειρές σε αριθµούς. Σε πολλές περιπτώσεις, η αποθήκευση αριθµητικών δεδοµένων σε δίσκο απαιτεί σειρές χαρακτήρων, που σηµαίνει ότι πρώτα πρέπει να µετατρέψετε τους αριθµούς σε σειρές χαρακτήρων πριν εγγράψετε τους αριθµούς σε ένα αρχείο στο δίσκο ηµιουργία ελέγχων και ενδεικτών αλφαριθµητικών σειρών Οι αλφαριθµητικοί έλεγχοι και ενδείκτες βρίσκονται στην υποπαλέτα String & Table της παλέτας Controls. Εισάγετε ή αλλάζετε το κείµενο µέσα στον αλφαριθµητικό έλεγχο χρησιµοποιώντας το Εργαλείο Χειρισµού (Operating tool) ή το Εργαλείο Ετικετών (Labeling tool). Μπορείτε να αλλάξετε το µέγεθος του αλφαριθµητικού ελέγχου ή ενδείκτη τραβώντας µια από τις γωνίες του µε το Εργαλείο Τοποθέτησης (Positioning tool). Για να ελαχιστοποιήσετε το χώρο που καταλαµβάνει στην Πρόσοψη ένας αλφαριθµητικός έλεγχος ή ενδείκτης χρησιµοποιήστε την επιλογή Show Scrollbar από το αναδυόµενο µενού. Εάν η επιλογή εµφανίζεται αµυδρή πρέπει να µεγαλώσετε την κάθετη διάσταση του παραθύρου. Μπορείτε επίσης να διαµορφώσετε τους αλφαριθµητικούς ελέγχους ή ενδείκτες για διαφορετικούς τύπους απεικόνισης. Για παράδειγµα, µπορείτε να επιλέξετε την Απεικόνιση Κωδικού (password) ενεργοποιώντας την επιλογή Password Display από το αναδυόµενο µενού της αλφαριθµητικής σειράς. Κάνοντας αυτήν την επιλογή για την απεικόνιση της αλφαριθµητικής σειράς, θα εµφανιστούν µόνο αστερίσκοι στην Πρόσοψη. Στο παρακάτω ιάγραµµα οµής τα αλφαριθµητικά δεδοµένα στον ενδείκτη αντικατοπτρίζουν αυτό που πληκτρολογήθηκε. Οι αλφαριθµητικοί έλεγχοι και ενδείκτες µπορούν επίσης να παρουσιάσουν και να δεχτούν χαρακτήρες που συνήθως δεν εµφανίζονται, όπως backspaces, carriage returns, tabs κ.τ.λ.. Για να παρουσιαστούν οι χαρακτήρες αυτοί επιλέξετε \ Codes Display από το αναδυόµενο µενού της αλφαριθµητικής σειράς. 101

99 Με αυτόν τον τρόπο οι χαρακτήρες που κανονικά δεν θα εµφανίζονταν παρουσιάζονται ως "\" (backslash) ακολουθούµενο από τον κατάλληλο κωδικό. Μια λίστα αυτών των κωδικών παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα. Για την πλήρη λίστα χρησιµοποιήστε το Online Reference (Help µενού). Για να εισάγετε ένα µη εµφανίσιµο χαρακτήρα σε µια αλφαριθµητική σειρά πληκτρολογήστε τον χαρακτήρα "\", ακολουθούµενο από τον κατάλληλο κωδικό για τον χαρακτήρα. Όπως φαίνεται στα δεξιά, αφού πληκτρολογήσετε το κείµενο µέσα στην αλφαριθµητική σειρά και πατήσετε το κουµπί Enter, οι οποιοιδήποτε µη απεικονίσιµοι χαρακτήρες εµφανίζονται µε τη µορφοποίηση του κώδικα backslash Κωδικός Ερµηνεία του LabVIEW \b Backspace (ASCII BS, ισοδύναµο µε \08) \f Form feed (ASCII FF, ισοδύναµο µε \0C) \n Linefeed (ASCII LF, ισοδύναµο µε \0A) \r Carriage return (ASCII CR, ισοδύναµο µε \0D) \t Tab (ASCII HT, ισοδύναµο µε \09) \s Space (ASCII SP, ισοδύναµο µε \20) 1.2. Συναρτήσεις Αλφαριθµητικών Σειρών Το LabVIEW έχει πολλές συναρτήσεις µε τις οποίες διαχειρίζεται αλφαριθµητικές σειρές. Οι συναρτήσεις αυτές βρίσκονται στην υποπαλέτα String της παλέτας Functions. Μερικές από τις πιο συνήθεις συναρτήσεις αναφέρονται παρακάτω. Η συνάρτηση String Length επιστρέφει τον αριθµό των χαρακτήρων σε µια αλφαριθµητική σειρά. Παράδειγµα: Η συνάρτηση Concatenate Strings συνενώνει όλες τις αλφαριθµητικές σειρές ή τους πίνακες αλφαριθµητικών σειρών εισόδου σε µία σειρά εξόδου. Μπορείτε να εκτείνετε αυτή τη συνάρτηση για να δεχτεί και άλλες εισόδους µε το Εργαλείο Τοποθέτησης (Positioning tool). Παράδειγµα: 102

100 πρώτου χαρακτήρα είναι µηδέν. Παράδειγµα: Η συνάρτηση String Subset επιστρέφει την υποσειρά (κοµµάτι της αρχικής σειράς) που ξεκινά από τη αρχική µετατόπιση (offset) και περιέχει αριθµό χαρακτήρων ίσο µε το µήκος (length). Η αρχική µετατόπιση του Η συνάρτηση Match Pattern ψάχνει για τη φράση (regular expression) στην αλφαριθµητική σειρά (string) ξεκινώντας από τη αρχική µετατόπιση (offset) και, αν τη βρει, διαιρεί την σειρά χαρακτήρων (string) σε τρεις υποσειρές. Αν η συνάρτηση δεν βρει τη φράση (regular expression), η έξοδος υποσειρά ταύτισης (match substring) είναι κενή, η έξοδος πριν την υποσειρά (before substring) είναι ολόκληρη η σειρά, η έξοδος µετά την υποσειρά (after substring) είναι κενή και η έξοδος αρχική µετατόπιση µετά το ταίριασµα (offset past match) είναι -1. Παράδειγµα: 103

101 Η συνάρτηση Format Into String µετατρέπει τα δεδοµένα εισόδου (input arguments) σε µια διαφορετική τελική σειρά χαρακτήρων (resulting string), της οποίας η µορφή καθορίζεται από την σειρά χαρακτήρων µορφοποίησης (format string). Αυξάνετε τον αριθµό των παραµέτρων κάνοντας δεξί κλικ στον κόµβο και επιλέγοντας Add Parameter από το αναδυόµενο µενού ή τοποθετώντας το Εργαλείο Επιλογής Θέσης (Positioning tool) στην κάτω αριστερή ή δεξιά γωνία του κόµβου και εκτείνοντάς τον έως ότου φτάσετε τον αριθµό των παραµέτρων που θέλετε. Παράδειγµα: Η συνάρτηση Scan From String µετατρέπει µια αλφαριθµητική σειρά που περιέχει έγκυρους αριθµητικούς χαρακτήρες (από το 0 έως το 9,, +, -, e, E και τελεία) σε αριθµό. Η συνάρτηση ξεκινά την ανίχνευση της σειράς εισόδου (input sting) από την αρχική θέση έρευνας (initial search location). Η συνάρτηση µπορεί να ανιχνεύσει την σειρά εισόδου σύµφωνα µε διάφορους τύπους δεδοµένων (για παράδειγµα, αριθµητικά ή Boolean) βασισµένη στην σειρά µορφοποίησης (format string). Αυτή η συνάρτηση µπορεί να επεκταθεί για να δέχεται πολλαπλές εισόδους. Στο παρακάτω παράδειγµα, η συνάρτηση µετατρέπει τη σειρά VOLTS DC +1,28E+2 στον αριθµό 128,00. Η συνάρτηση ξεκινά την ανίχνευση στον όγδοο χαρακτήρα (δηλαδή, το +). (Η αρχική µετατόπιση offset του πρώτου χαρακτήρα είναι µηδέν). Η συνάρτηση Format Into String καθώς και η scan From String έχουν µια διεπαφή Edit Scan String για τη δηµιουργία της σειράς µορφοποίησης. Η σειρά µορφοποίησης καθορίζει τη µορφή, την ακρίβεια, τον τύπο δεδοµένων και το πλάτος της τιµής που έχει µετατραπεί. Μπορείτε να προσπελάσετε το πλαίσιο διαλόγου Edit Scan String επιλέγοντας από το αναδυόµενο µενού του κόµβου Edit Format String ή απλά κάνοντας διπλό κλικ επάνω στον κόµβο. Αφού καθορίσετε την σειρά µορφοποίησης και επιλέξετε Create String, το πλαίσιο 104

102 διαλόγου δηµιουργεί την αλφαριθµητική σταθερά και την καλωδιώνει στην είσοδο της σειρά µορφοποίησης. είτε το ακόλουθο παράδειγµα χρήσης της εντολής Edit Scan String για τη δηµιουργία της σειράς µορφοποίησης για έναν αριθµό κινητής υποδιαστολής, µε ακρίβεια 2 ψηφίων, πλάτος 8 ψηφίων και παραγεµισµένο µε µηδενικά. Υπάρχουν πρόσθετες συναρτήσεις µορφοποίησης σειρών χαρακτήρων στην υποπαλέτα String >> Additional String to Number Functions. Μπορείτε να χρησιµοποιήσετε αυτές τις συναρτήσεις για συγκεκριµένους τύπους δεδοµένων. Για παράδειγµα, η συνάρτηση To Fractional µετατρέπει έναν αριθµό (είσοδος number) σε µια σειρά χαρακτήρων (έξοδος string) µε µορφή κινητής υποδιαστολής. Η συνάρτηση From Exponential/Fract/Eng µετατρέπει µια σειρά χαρακτήρων (είσοδος string) που περιέχει έγκυρους αριθµητικούς χαρακτήρες σε έναν αριθµό (έξοδος number). Η συνάρτηση ξεκινά την ανίχνευση της σειράς από τη αρχική µετατόπιση (offset). 105

103 Άσκηση 3-1 Στόχος: δηµιουργία ενός υποvi µε την χρήση των λειτουργιών Format Into String, Concatenate String, Match Pattern και String Length. Πρόσοψη 1. Ανοίξτε το Build String.vi που βρίσκεται στην βιβλιοθήκη BASCLASS.LLB. 2. Κατασκευάστε την Πρόσοψη όπως παρουσιάζεται παραπάνω. Σιγουρευτείτε ότι µετατρέψατε τους ελέγχους και ενδείκτες όπως εικονίζονται. Η συνάρτηση θα συνδέσει αλυσιδωτά την είσοδο από τους δύο αλφαριθµητικούς ελέγχους και από τον ψηφιακό έλεγχο σε µια µοναδική αλφαριθµητική έξοδο και θα την παρουσιάσει σε ένα αλφαριθµητικό ενδείκτη. Ο ψηφιακός ενδείκτης θα παρουσιάσει το µήκος της αλφαριθµητικής σειράς. Το VI θα ελέγξει επίσης εάν η εισαγόµενη αλφαριθµητική σειρά (κωδικός) ταιριάζει µε µια δεδοµένη σειρά. Στην περίπτωση που δεν ταιριάζει το VI ανάβει το LED, ενώ αν ταιριάζει, ένας αλφαριθµητικός ενδείκτης παρουσιάζει την ταιριασµένη αλφαριθµητική σειρά. 106

104 ιάγραµµα οµής Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σηµάτων σε Πραγµατικό Χρόνο 1. Κατασκευάστε το ανωτέρω ιάγραµµα οµής σύµφωνα µε τις ακόλουθες οδηγίες. Για να δηµιουργήσετε την αλφαριθµητική σειρά µορφοποίησης "%.4f", κάντε δεξί κλικ στην συνάρτηση Format Into String και επιλέξτε Edit Format String. Από το πλαίσιο διαλόγου Edit Format String, δηµιουργήστε την αλφαριθµητική σειρά µορφοποίησης. Επιλέξτε Use Specified Precision και πληκτρολογήστε «4» για να µετατρέψετε τον αριθµό σε αλφαριθµητική σειρά µε τέσσερα ψηφία µετά τη υποδιαστολή. Πατήστε το κουµπί Create String. Η συνάρτηση αυτόµατα δηµιουργεί µια αλφαριθµητική σταθερά και την συνδέει στην είσοδο format string. Συνάρτηση Empty String/Path? (υποπαλέτα Comparison). Σε αυτή την άσκηση, η συνάρτηση επιστρέφει την λογική τιµή ΑΛΗΘΕΣ εάν ανιχνεύσει µια κενή αλφαριθµητική σειρά στην έξοδο match substring υποσειρά της Match Pattern. 2. Επιστρέψτε στην Πρόσοψη και καλωδιώστε τους συνδέσµους για το υποvi. Κάντε δεξί κλικ στο Εικονίδιο/Σύνδεσµο και επιλέξτε Show Connector. Χρησιµοποιήστε το εργαλείο καλωδίωσης για να καλωδιώσετε τους τερµατιστές εισόδου και εξόδου στους ελέγχους και ενδείκτες της Πρόσοψης. Όταν η καλωδίωση είναι πλήρης επιλέξτε Show Icon. 3. Εισάγετε κείµενο µέσα στους τρεις αλφαριθµητικούς ελέγχους και ένα αριθµό µέσα στον ψηφιακό έλεγχο. (Πληκτρολογήστε password στον έλεγχο συνθήµατος). Εκτελέστε το VI. 4. Πληκτρολογήστε µια διαφορετική λέξη στον έλεγχο συνθήµατος και εκτελέστε το VI. 5. Αποθηκεύστε και κλείστε το VI. Τέλος Άσκησης

105 2. Είσοδος/Έξοδος Αρχείων Οι λειτουργίες εισόδου εξόδου αρχείων αποθηκεύουν και ανακτούν πληροφορίες από αρχεία που βρίσκονται σε δίσκους. Το LabVIEW έχει ενσωµατωµένες πολλές λειτουργίες και VI για να χειρίζεται είσοδο/έξοδο αρχείων. Όλες οι λειτουργίες Εισόδου/Εξόδου Αρχείων βρίσκονται στην υποπαλέτα File I/O της παλέτας (Functions). Αυτές οι λειτουργίες και τα VI είναι ιεραρχικά δοµηµένα σε τρία επίπεδα: VI αρχείων Υψηλού Επιπέδου (High-Level File VIs) Τα Υψηλού Επιπέδου VI χειρισµού Αρχείων απλοποιούν τις λειτουργίες Εισόδου/Εξόδου αρχείων. Αυτά τα VI χειρίζονται µε διαφάνεια το άνοιγµα και κλείσιµο των αρχείων και τα VI Εισόδου/Εξόδου Αρχείων Λογιστικού Φύλλου και µετατρέπουν δεδοµένα αριθµητικών πινάκων σε/από µορφοποιήσεις αλφαριθµητικών σειρών λογιστικού φύλλου καθώς τα διαβάζουν ή τα αποθηκεύουν στον δίσκο. Τα VI υψηλού επιπέδου καλούν τις Ενδιάµεσες Λειτουργίες Αρχείων ως υποvi. Βρίσκονται στην πάνω γραµµή της υποπαλέτας File I/O της παλέτας των Λειτουργιών (Functions). Είναι οργανωµένα στην πρώτη γραµµή σε δύο οµάδες: ASCII VIs και την υποπαλέτα Binary File VIs. Ενδιάµεσες Λειτουργίες Αρχείων (Intermediate File Functions) Οι Ενδιάµεσες Λειτουργίες Αρχείων βρίσκονται στην δεύτερη γραµµή της υποπαλέτας File I/O. Παρέχουν ουσιαστικά περισσότερη λειτουργικότητα από τα Υψηλού Επιπέδου VI Αρχείων, όπως το προγραµµατιστικό άνοιγµα και κλείσιµο αρχείου και η άµεση διαχείριση των δεικτών (markers) ανάγνωσης και εγγραφής αρχείων. Οι Ενδιάµεσες 108

106 Λειτουργίες Αρχείων καλύπτουν το 80% έως και 90% των αναγκών Εισόδου/Εξόδου αρχείων. Προηγµένες Λειτουργίες αρχείων (Advanced File Functions) Οι Προηγµένες Λειτουργίες Αρχείων βρίσκονται στην υποπαλέτα File I/O της παλέτας των Functions. Αυτές οι ενσωµατωµένες συναρτήσεις χειρίζονται λεπτοµέρειες εργασιών Εισόδου/Εξόδου αρχείου του LabVIEW και παρέχουν ευελιξία στην διαχείριση Εισόδου/Εξόδου αρχείου. Θα εξεταστούν σε επόµενη εργαστηριακή άσκηση Ενδιάµεσες Λειτουργίες Αρχείων Η βασική διεργασία Εισόδου/Εξόδου αρχείου στο ενδιάµεσο επίπεδο είναι το άνοιγµα ή η δηµιουργία ενός αρχείου, η ανάγνωση ή η αποθήκευση σε αυτό και µετά το κλείσιµο του αρχείου. Θα ασχοληθούµε µε τα VIs Open/Create/Replace File, Read File, Write File, Close File και Simple Error Handler. Η λειτουργία Open/Create/Replace File ανοίγει ή αντικαθιστά ένα υπάρχον αρχείο ή δηµιουργεί ένα νέο αρχείο. Αν αφήσετε την είσοδο file path ακαλωδίωτη, το VI εµφανίζει ένα πλαίσιο διαλόγου από το οποίο µπορείτε να επιλέξετε το νέο ή το υπάρχον αρχείο. Αφού ανοίξετε ή δηµιουργήσετε ένα αρχείο, µπορεί να γίνει ανάγνωση ή εγγραφή δεδοµένων σε αυτό χρησιµοποιώντας τις λειτουργίες Read File και Write File. Χρησιµοποιώντας αυτές τις δύο λειτουργίες µπορείτε να αναγνώσετε ή να εγγράψετε οποιονδήποτε τύπο δεδοµένων. Η Read File διαβάζει bytes δεδοµένων ίσα µε την τιµή της εισόδου count από το αρχείο το οποίο καθορίζει η είσοδος refnum (η οποία θα συζητηθεί στην επόµενη ενότητα). Η ανάγνωση ξεκινά από τη θέση που καθορίζεται από τις εισόδους pos mode και pos offset. Η Write File γράφει στο αρχείο το οποίο καθορίζει η είσοδος refnum. Η εγγραφή ξεκινά από τη θέση που καθορίζεται από τις εισόδους pos mode και pos offset. 109

107 Η Close File κλείνει το αρχείο που αντιστοιχεί στην είσοδο refnum κει επιστρέφει το µέγεθος του αρχείου σε bytes. Αυτό το VI κλείνει αρχεία όλων των τύπων δεδοµένων. Η λειτουργία Simple Error Handler (υποπαλέτα Time & Dialog) ελέγχει για σφάλµατα στις λειτουργίες αρχείων και εµφανίζει ένα πλαίσιο διαλόγου αν συµβεί κάποιο σφάλµα Αποθήκευση δεδοµένων σε νέο ή υπάρχον αρχείο Η αποθήκευση δεδοµένων σε νέο ή υπάρχον αρχείο είναι µια διαδικασία τριών βηµάτων: άνοιγµα ή δηµιουργία αρχείου, γράψιµο δεδοµένων στο αρχείο και κλείσιµο του αρχείου. Με τα VI Αρχείου, µπορείτε να γράψετε οποιουδήποτε τύπου δεδοµένα σε ένα αρχείο που ανοίξατε ή δηµιουργήσατε. Μπορείτε να προσπελάσετε αρχεία είτε προγραµµατιστικά είτε διαµέσου διαλόγου. Για να προσπελάσετε ένα αρχείο µέσω διαλόγου αφήνετε ακαλωδίωτο το file path Open/Create/Replace File. Μπορείτε να γλιτώσετε χρόνο καλωδιώνοντας προγραµµατιστικά το όνοµα του αρχείου και το όνοµα διαδροµής στο VI. Π.χ. το C:\TESTDATA\TEST1.DAT προσπελαύνει το αρχείο TEST1.DAT στον κατάλογο TESTDATA. Το παρακάτω παράδειγµα δείχνει τα βήµατα που πρέπει να ακολουθήσετε για να εγγράψετε δεδοµένα αλφαριθµητικών σειρών σε ένα ήδη υπάρχον αρχείο ενώ καλωδιώνετε προγραµµατιστικά το όνοµα του αρχείου και το όνοµα του υποκαταλόγου: Στο παράδειγµα αυτό, το VI Open/Create/Replace File VI ανοίγει το αρχείο TEST.DAT. Το VI δηµιουργεί επίσης µία συστοιχία refnum και µία συστοιχία error. Το refnum είναι ο προσδιοριστής που δηµιουργείται όταν ανοίγουµε ή δηµιουργούµε ένα αρχείο και προσδιορίζει το αρχείο στις ακόλουθες εργασίες. Η συστοιχία error είναι µια δεσµίδα δεδοµένων που περιέχει µηνύµατα λαθών που δηµιουργήθηκαν από προηγούµενα ή ανωτέρου επιπέδου VI. Αυτές οι συστοιχίες είναι η µέθοδος διαχείρισης λαθών του LabVIEW και είναι εξαιρετικά ισχυρά εργαλεία. Παρατηρείστε πως περνούν σειριακά από το ένα αρχείο VI στο επόµενο. Επειδή ένα VI ή ένας κόµβος δεν εκτελείται µέχρι να λάβει δεδοµένα σε όλες τις εισόδους του, το πέρασµα αυτών των δυο παραµέτρων εξαναγκάζει τα VIs Αρχείων να εκτελεστούν σε σειρά. Το VI Open/Create/Replace File περνάει τις συστοιχίες refnum και 110

108 error στην λειτουργία Write File, η οποία γράφει τα δεδοµένα στον δίσκο. Η λειτουργία Close File κλείνει το αρχείο αφού λάβει τις συστοιχίες error και refnum από την λειτουργία Write File. Το VI Simple Error Handler εξετάζει τη συστοιχία error και παρουσιάζει ένα πλαίσιο διαλόγου αν συµβεί λάθος. Παρατηρείστε ότι αν συµβεί ένα λάθος σε ένα VI, τα VI που ακολουθούν δεν εκτελούνται και δεν περνούν τη συστοιχία σφάλµατος στο VI Simple Error Handler Ανάγνωση δεδοµένων από αρχείο Όταν διαβάζετε δεδοµένα από ένα αρχείο, κανονικά ανοίγετε ένα ήδη υπάρχον αρχείο, διαβάζετε το περιεχόµενο του αρχείου µε την λειτουργία Read File και κλείνετε το αρχείο. Πρέπει επίσης να ορίσετε την ποσότητα των δεδοµένων που πρέπει να διαβαστούν. Το παρακάτω παράδειγµα παρουσιάζει τα βήµατα για το διάβασµα όλου του περιεχοµένου ενός αλφαριθµητικού αρχείου µε την χρήση αλληλεπιδραστικού πλαίσιο διαλόγου για την επιλογή του αρχείου: Το VI Open/Create/Replace File VI ανοίγει το αρχείο παρουσιάζοντας ένα αλληλεπιδραστικό πλαίσιο διαλόγου µε την υποβολή Enter Filename. Περνάει τις συστοιχίες refnum και error και το file size στην λειτουργία Read File. Η Read File διαβάζει δεδοµένα µεγέθους file size σε bytes από το αρχείο, αρχίζοντας από την αρχή του αρχείου συν την pos offset, η οποία παραµένει στην προκαθορισµένη µηδενική τιµή. Η λειτουργία Close File κλείνει το αρχείο. Η Simple Error Handler ελέγχει για λάθη Αλφαριθµητικές Σειρές Λογιστικών Φύλλων και Είσοδος/Έξοδος αρχείων Στο LabVIEW µπορείτε εύκολα να διαµορφώσετε αρχεία κειµένου έτσι ώστε να τα ανοίξετε σε ένα πρόγραµµα λογιστικού φύλλου. Σε πολλά προγράµµατα λογιστικού φύλλου ο χαρακτήρας tab διαχωρίζει στήλες και ο χαρακτήρας end of line διαχωρίζει γραµµές. Με την χρήση της συνάρτησης Concatenate Strings εισάγετε ένα tab ανάµεσα σε κάθε στοιχείο και ένα end of line µετά το τελευταίο στοιχείο. Το παρακάτω ιάγραµµα οµής δηµιουργεί ένα αρχείο κειµένου. Η συνάρτηση Format Into String µετατρέπει πρώτα τον µετρητή επαναλήψεων και τον τυχαίο αριθµό σε αλφαριθµητική σειρά. Η συνάρτηση συµπεριλαµβάνει επίσης ένα tab και ένα end of line για να διαµορφώσει τα δεδοµένα σε αλφαριθµητική σειρά λογιστικού φύλλου πριν να τα γράψει στο αρχείο. 111

109 0 0, , , , , Ανοίγοντας το αρχείο µε την χρήση ενός προγράµµατος λογιστικού φύλλου τα δεδοµένα παρουσιάζονται µε την εξής µορφή: Πίνακες Στοιχείων Ο πίνακας στοιχείων είναι ένας έλεγχος της Πρόσοψης που χρησιµοποιείται για να µεταφέρει ή για να παρουσιάσει δεδοµένα σε µορφή πίνακα. Ο τύπος των δεδοµένων ενός πίνακα στοιχείων είναι ένας αλφαριθµητικός πίνακας δύο διαστάσεων. Οι πίνακες στοιχείων µπορούν να είναι οποιουδήποτε µεγέθους αρκεί να υπάρχει διαθέσιµη αντίστοιχη µνήµη. Ο πίνακας στοιχείων που παρουσιάζεται παρακάτω έχει τρεις γραµµές και επτά στήλες. Παρουσιάζονται επίσης και οι προαιρετικές επικεφαλίδες γραµµής και στήλης για αυτόν τον πίνακα στοιχείων. Μπορείτε να δηµιουργήσετε ένα έλεγχο ή ενδείκτη πίνακα στοιχείων Table από την υποπαλέτα String & Table της παλέτας Controls. Ένας έλεγχος πίνακα στοιχείων εµφανίζεται στην Πρόσοψη. Επιλέγετε τα κελιά µέσα στον πίνακα στοιχείων κάνοντας κλικ µέσα σε ένα κελί µε το Εργαλείο Χειρισµού ή µε το Εργαλείο Τοποθέτησης. Τώρα µπορείτε να εισάγετε κείµενο µέσα στο επιλεγµένο κελί. Ο ενδείκτης πίνακα στοιχείων (ή έλεγχος) είναι ένας αλφαριθµητικός πίνακας δύο διαστάσεων. Για αυτόν το λόγο πρέπει να µετατρέψετε τους αριθµητικούς πίνακες δύο 112

110 διαστάσεων σε αλφαριθµητικούς πίνακες δύο διαστάσεων για να τους παρουσιάσετε µέσα σε ένα πίνακα. Οι επικεφαλίδες των γραµµών και των στηλών δεν παρουσιάζονται αυτόµατα όπως σε ένα φύλλο λογιστικού προγράµµατος. Πρέπει να δηµιουργήσετε µονοδιάστατους αριθµητικούς πίνακες για τις επικεφαλίδες των γραµµών και των στηλών. 113

111 Άσκηση 3-2 Στόχος: Να γράψουµε δεδοµένα σε ένα αρχείο. Να κατασκευάσετε ένα VI που συνδέει αλυσιδωτά ένα αλφαριθµητικό µήνυµα, ένα αριθµό και µια αλφαριθµητική µονάδα και τα αποθηκεύει σε ένα αρχείο. Θα χρησιµοποιήσετε σαν υποvi το Build String VI που κατασκευάσατε στην προηγούµενη άσκηση. Στην επόµενη άσκηση θα κατασκευάσετε ένα VI που θα διαβάζει το αρχείο και παρουσιάζει το περιεχόµενό του. Πρόσοψη 1. Κατασκευάστε την παραπάνω Πρόσοψη που περιέχει δυο αλφαριθµητικές παραστάσεις µε κανονική παρουσίαση και ένα ψηφιακό έλεγχο. Ο έλεγχος Statement To Write θα εισάγει το µήνυµα που θα γραφτεί στο αρχείο. Οι έλεγχοι Number to Write και Unit to Write θα εγγράψουν τις τιµές τους στο ίδιο αρχείο. 2. Πηγαίνετε στο ιάγραµµα οµής. ιάγραµµα οµής 1. Κατασκευάστε το ανωτέρω ιάγραµµα οµής. Οι λειτουργίες που χρησιµοποιούνται παρουσιάζονται παρακάτω. 114

112 Build String VI. (υποπαλέτα Select a VI ). ΥποVI που συνδέει αλυσιδωτά τις τρεις αλφαριθµητικές εισόδους σε ένα. Open/Create/Replace File VI (υποπαλέτα File I/O). Το VI αυτό εµφανίζει ένα αλληλεπιδραστικό πλαίσιο διαλόγου ώστε να ανοίξετε ή δηµιουργήσετε ένα αρχείο. (δεξί κλικ στον τερµατιστή VI prompt και επιλέξτε Create Constant) είναι το prompt που παρουσιάζει το πλαίσιο διαλόγου. (δεξί κλικ στον τερµατιστή VI function και επιλέξτε Create Constant) καθορίζει εάν θα ανοίξει ένα ήδη υπάρχον αρχείο ή αν θα δηµιουργήσει ένα νέο. Χρησιµοποιήστε το Operating tool για να αλλάξετε την τιµή του τερµατιστή. 2. Εισάγετε τιµές στους ελέγχους της Πρόσοψης και εκτελέστε το VI. Πληκτρολογήστε demofile.txt στο πλαίσιο του διαλόγου και κάντε κλικ στο OK ή στο Save. 3. Αποθηκεύστε το VI µε το όνοµα File Writer.vi. Στην επόµενη άσκηση θα κατασκευάσετε ένα VI που θα διαβάζει το αρχείο και παρουσιάζει το περιεχόµενό του. Τέλος άσκησης

113 Άσκηση 3-3 Στόχος: Να διαβάσουµε δεδοµένα από αρχείο. Να κατασκευάσετε ένα VI που διαβάζει το αρχείο που δηµιουργήσατε στην προηγούµενη άσκηση και παρουσιάζει την πληροφορία που διαβάστηκε σε ένα αλφαριθµητικό ενδείκτη εάν ο κωδικός του χρήστη ταιριάζει µε αυτό που έχει αποθηκευτεί στο Build String VI. Πρόσοψη 1. Κατασκευάστε το παραπάνω Πρόσοψη που περιέχει ένα αλφαριθµητικό έλεγχο µε ενεργοποιηµένο την παρουσίαση συνθήµατος (Password Display) και ένα αλφαριθµητικό ενδείκτη που παρουσιάζει την πληροφορία που διαβάστηκε από το αρχείο. Εάν ο αλφαριθµητικός έλεγχος συνθήµατος ταιριάζει µε αυτό που έχει αποθηκευτεί στο Build String VI, τότε τα δεδοµένα διαβάζονται από το αρχείο. Αλλιώς παρουσιάζεται ένα µήνυµα που φανερώνει ότι ο κωδικός δεν ταιριάζει. 2. Πηγαίνετε στο ιάγραµµα οµής. 116

114 ιάγραµµα οµής 1. Κατασκευάστε το ανωτέρω ιάγραµµα οµής. Build String VI (υποπαλέτα Select a VI ). Σε αυτή την άσκηση το υποvi ελέγχει τον αλφαριθµητικό κωδικό για να εξετάσει εάν συµπίπτει. Εάν υπάρχει σύµπτωση τότε το VI επιστρέφει την τιµή ΨΕΥ ΕΣ και διαβάζει τα δεδοµένα από το αρχείο. Αλλιώς τότε το VI επιστρέφει την τιµή ΑΛΗΘΕΣ και η δοµή επιστρέφει ένα µήνυµα αποτυχίας συνθήµατος στον αλφαριθµητικό ενδείκτη. Error Cluster σταθερά. Κάντε δεξί κλικ στο λευκό τούνελ στο True case πλαίσιο και επιλέξτε ηµιουργία Σταθεράς (Create Constant). 2. Αποθηκεύστε το VI µε το όνοµα File Reader.VI. 3. Eκτελέστε το VI. Βρείτε το demofile.txt και κάντε κλικ στο OK ή στο Save. Τέλος άσκησης

115 Άσκηση 3-4 Στόχος: Να αποθηκεύσουµε δεδοµένα σε ένα αρχείο µε τέτοια µορφή ώστε να µπορούν να προσπελαστούν από ένα επεξεργαστή κειµένου ή ένα πρόγραµµα λογιστικού φύλλου. Πρόσοψη 1. Ανοίξτε το VI Temperature Logger. Η Πρόσοψη περιλαµβάνει ένα αλφαριθµητικό έλεγχο και ένα διάγραµµα καταγραφικού. Ο ενδείκτης Εγγραφής Αλφαριθµητικής Σειράς σε Αρχείο (String Written to File) παρουσιάζει συνενωµένες τις αλφαριθµητικές σειρές θερµοκρασίας και ώρας. Το διάγραµµα καταγραφικού (strip chart) παρουσιάζει την καµπύλη της θερµοκρασίας. Η Πρόσοψη είναι ήδη κατασκευασµένη. Θα ολοκληρώσετε το ιάγραµµα οµής. 118

116 ιάγραµµα οµής Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σηµάτων σε Πραγµατικό Χρόνο 1. Κατασκευάστε το ιάγραµµα οµής. 2. Εκτελέστε το VI. Εµφανίζεται ένα κουτί διαλόγου ζητώντας να εισάγετε ένα όνοµα αρχείου. Πληκτρολογήστε temp.txt και κάντε κλικ στο OK ή στο Save. Το VI δηµιουργεί το αρχείο temp.txt. Το VI παίρνει 25 ενδείξεις (µια κάθε µισό δευτερόλεπτο) και αποθηκεύει τα δεδοµένα χρόνου και θερµοκρασίας στο αρχείο. Όταν το VI τελειώνει κλείνει και το αρχείο. 3. Αποθηκεύστε και κλείστε το VI. Τώρα µπορείτε να χρησιµοποιήσετε ένα επεξεργαστή κειµένου ή φύλλο λογιστικού προγράµµατος για να ανοίξετε το αρχείο που επιθυµείτε. 4. Ανοίξτε την εφαρµογή WordPad. 5. Επιλέξτε το αρχείο temp.txt στο κατάλογο C:\LABVIEW και ανοίξτε το. 6. Παρατηρήστε τον τρόπο που εµφανίζονται τα δεδοµένα. Τέλος άσκησης

117 2.2. VI Εισόδου/Εξόδου Αρχείων Υψηλού Επιπέδου VI χειρισµού αρχείων ASCII τελειώσει. Γράφει µια σειρά χαρακτήρων σε ένα νέο αρχείο ή την προσαρτά σε ένα ήδη υπάρχον. Το VI ανοίγει ή δηµιουργεί το αρχείο πριν γράψει σε αυτό και το κλείνει όταν αρχείο πριν διαβάσει από αυτό και το κλείνει όταν τελειώσει. ιαβάζει έναν καθορισµένο αριθµό χαρακτήρων από ένα αρχείο ξεκινώντας από µια καθορισµένη αρχική µετατόπιση. Το VI ανοίγει το Μετατρέπει έναν πίνακα αριθµών απλής ακρίβειας 2D ή 1D σε µια σειρά κειµένου και γράφει αυτή τη σειρά σε ένα νέο αρχείο ή την προσαρτά σε ένα ήδη υπάρχον. Προαιρετικά µπορείτε να αναστρέψετε τα δεδοµένα. Το VI ανοίγει ή δηµιουργεί το αρχείο πριν γράψει σε αυτό και το κλείνει όταν τελειώσει. ηµιουργεί ένα αρχείο κειµένου που µπορεί να διαβαστεί από τα περισσότερα προγράµµατα λογιστικού φύλλου. ιαβάζει έναν καθορισµένο αριθµό από γραµµές ή στήλες από ένα αρχείο αριθµητικού κειµένου ξεκινώντας από µια καθορισµένη αρχική µετατόπιση χαρακτήρα και µετατρέπει τα δεδοµένα σε έναν 2D πίνακα αριθµών απλής ακρίβειας. Το VI ανοίγει το αρχείο πριν διαβάσει από αυτό και το κλείνει όταν τελειώσει. Μπορείτε να χρησιµοποιήσετε αυτό το VI για να διαβάσετε ένα αρχείο λογιστικού φύλλου αποθηκευµένο σε µορφή κειµένου. 120

118 ιαβάζει έναν καθορισµένο αριθµό γραµµών από ένα αρχείο µορφής ASCII ξεκινώντας από µια καθορισµένη αρχική µετατόπιση χαρακτήρα. Το VI ανοίγει το αρχείο πριν διαβάσει από αυτό και το κλείνει όταν τελειώσει VI χειρισµού δυαδικών Αρχείων Τα VI χειρισµού δυαδικών αρχείων είναι VI υψηλού επιπέδου που διαβάζουν και γράφουν σε ένα αρχείο δεδοµένα σε δυαδική µορφή. Τα δεδοµένα µπορούν να είναι ακέραιας µορφής ([Ι16] µε πρόσηµο, µήκους 16 bit) ή κινητής υποδιαστολής ([SGL] µονής ακρίβειας 32 bit). Η αποθήκευση δεδοµένων σε δυαδική µορφή µπορεί να είναι ωφέλιµη σε θέµατα ταχύτητας προσπέλασης. 121

119 Άσκηση 3-5 Στόχος: Αποθήκευση πολλαπλών σηµάτων σε αρχείο, έτσι ώστε ένα πρόγραµµα λογιστικού φύλλου να µπορεί να προσπελάσει το αρχείο και να παρουσιάσει τα αριθµητικά δεδοµένα σε ένα πίνακα. Σε αυτή την άσκηση θα εξετάσετε τον τρόπο µε τον οποίο το VI αποθηκεύει αριθµητικούς πίνακες σε αρχείο µε τέτοια µορφοποίηση ώστε να µπορούν να προσπελαστούν από ένα φύλλο λογιστικού προγράµµατος. Πρόσοψη 1. Ανοίξτε το VI Spreadsheet Example. Το VI είναι ήδη κατασκευασµένο. 2. Εκτελέστε το VI. Το VI δηµιουργεί ένα πίνακα δυο διαστάσεων (128 γραµµές x 3 στήλες). Η πρώτη στήλη περιέχει δεδοµένα ηµιτονοειδούς σήµατος, η δεύτερη στήλη περιέχει δεδοµένα ενός σήµατος θορύβου και η τρίτη δεδοµένα σήµατος συνηµιτονοειδούς µορφής. Το VI αναπαριστά γραφικά κάθε στήλη σε ένα γράφηµα και παρουσιάζει τα δεδοµένα σε ένα πίνακα ενδείξεων. Μετά την παρουσίαση και την γραφική απεικόνιση των δεδοµένων εµφανίζεται ένας διάλογος για το όνοµα του αρχείου. Πληκτρολογήστε wave.txt και κάντε κλικ στο OK ή στο Save. Εξετάστε το αρχείο που δηµιούργησε το VI. 122

120 ιάγραµµα οµής Εξηγήστε τη λειτουργία κάθε συνάρτησης στο ιάγραµµα οµής. Τέλος άσκησης

121 124

122 4 ο Κεφάλαιο Συλλογή εδοµένων σε Πραγµατικό Χρόνο Περιεχόµενα 1. Συλλογή δεδοµένων Άσκηση Οργάνωση των VI Συλλογής εδοµένων Αναλογική Είσοδος Απλά VIs Ι/Ο Ενδιάµεσα VIs Άσκηση Άσκηση Άσκηση Αποθήκευση Κυµατοµορφών στο δίσκο Παρακολούθηση και ειγµατοληψία Πολλαπλών Καναλιών Αναλογικής Εισόδου Συλλεγµένες Κυµατοµορφές και Γραφήµατα Συµπλέγµατα Σφαλµάτων Κανάλια Πίνακας Συµπλέγµατος Ορίων Εισόδου Άσκηση Άσκηση Άσκηση Συνεχής Συλλογή εδοµένων Άσκηση Πρόσοψη Σκανδαλισµός Άσκηση Συνεχής Ροή εδοµένων σε Αρχείο Άσκηση

123 126

124 1. Συλλογή δεδοµένων Αυτή η Εργαστηριακή Άσκηση θα εισάγει την χρήση των καρτών συλλογής δεδοµένων (DAQ boards) και του λογισµικού του LabVIEW που σχετίζεται µε αυτές. Η βιβλιοθήκη Συλλογής εδοµένων (Data Acquisition) του LabVIEW περιέχει VIs για τον έλεγχο των καρτών συλλογής δεδοµένων της National Instruments. Οι κάρτες µε τις οποίες είναι εφοδιασµένο το εργαστήριο έχουν δυνατότητες αναλογικοψηφιακής µετατροπής (A/D), ψηφιοαναλογικής µετατροπής (D/A), ψηφιακής εισόδου/εξόδου (Digital I/O), και λειτουργιών µετρητή/χρονιστή. Συγκεκριµένα, υπάρχουν τέσσερις κάρτες του τύπου Lab PC 1200 (όλες Plug & Play, δύο σε PCI και δύο σε ISA bus), µία Lab PC και µία AT-MIO-16E- 10. Παρακάτω εικονίζονται τα µπλοκ διαγράµµατα και οι απολήξεις των ακίδων για τις δύο από τις τρεις διαθέσιµες κάρτες. Επάνω: Μπλοκ ιάγραµµα της κάρτας συλλογής δεδοµένων Lab PC 1200 Αριστερά: Ακίδες της κάρτας Lab PC

125 Επάνω: Μπλοκ ιάγραµµα της κάρτας συλλογής δεδοµένων AT-MIO-16E-10 Αριστερά: Ακίδες της κάρτας AT-MIO- 16E

126 Στοιχεία του Συστήµατος Συλλογής εδοµένων Η θεµελιώδης αποστολή ενός συστήµατος συλλογής δεδοµένων (DAQ system) είναι η µέτρηση ή η δηµιουργία φυσικών σηµάτων του πραγµατικού κόσµου. Για να µπορεί ένα υπολογιστικό σύστηµα να µετρήσει ένα φυσικό σήµα, πρέπει πρώτα ένας αισθητήρας (sensor) ή µετατροπέας µορφής ενέργειας (transducer) να µετατρέψει το φυσικό σήµα σε ηλεκτρικό, δηλαδή σε τάση ή ρεύµα. Η κάρτα συλλογής δεδοµένων που βρίσκεται µέσα στον υπολογιστή είναι ένα µόνο στοιχείο του συστήµατος. Συχνά δεν µπορείτε να συνδέσετε σήµατα απευθείας στην κάρτα, αλλά πρέπει να προηγηθεί µια µονάδα προσαρµογής του σήµατος. Τελικά αφού τα σήµατα ψηφιοποιηθούν από την κάρτα, το λογισµικό αναλαµβάνει τη συλλογή και την ανάλυση των δεδοµένων καθώς και την παρουσίαση των αποτελεσµάτων. Θα έλθετε σε επαφή µε σήµατα που προέρχονται από εξωτερικές πηγές, εξαρχής διαµορφωµένα ώστε να µπορούν να γίνουν δεκτά από την κάρτα συλλογής δεδοµένων. Ειδικά θα δουλέψετε µε ένα Όργανο Επίδειξης Μετρήσεων/Ελέγχων (ΟΕΜΕ-Demo Box) το οποίο τροφοδοτεί µε σήµατα την κάρτα και διαθέτει επιλογές όπως τριγωνικά, τετραγωνικά ή ηµιτονοειδή σήµατα, θερµόµετρο και µετατροπέα της θερµοκρασίας σε τάση κλπ. Μια απεικόνιση και παρουσίαση των εισόδων και εξόδων του ΟΕΜΕ θα βρείτε παρακάτω. Το όργανο αυτό, εκτός από τον ρόλο της γεννήτριας σηµάτων, παίζει και το ρόλο της φυσικής διεπαφής της κάρτας µε τον έξω κόσµο, µια και το χρησιµοποιείτε για να συνδέσετε φυσικά κάποια εξωτερικά σήµατα στα κανάλια εισόδου της κάρτας, ή για να λάβετε έξοδο από την κάρτα. 129

127 1. Μονοφωνική Υποδοχή Μικροφώνου 3,5 mm 2. Σύνδεση Συσκευής 68 Ακίδων 3. LED είκτης Ενεργοποίησης 4. Έξοδος Τετραδικού Κωδικοποιητή 5. Τερµατιστής Γρήγορης Σύνδεσης για τον Ηλεκτρονόµο DIO 5 6. Περιστροφικός ιακόπτης του Τετραδικού Κωδικοποιητή. 7. ιακόπτης Πίεσης της Ψηφιακής Σκανδάλης 8. Τερµατιστές Γρήγορης Σύνδεσης για τους Μετρητές 9. LEDs Ψηφιακής Θύρας 10. Περιστροφικός ιακόπτης Ρύθµισης Συχνότητας για την Γεννήτρια Κυµατοµορφών 11. Επιλογέας Περιοχής Συχνοτήτων για την Γεννήτρια Κυµατοµορφών 12. ιακόπτης Γεννήτριας Θορύβου 13. Αισθητήρας Θερµοκρασίας IC 14. Τερµατιστές Γρήγορης Σύνδεσης για την Γεννήτρια Κυµατοµορφών 15. Τερµατιστής Γρήγορης Σύνδεσης για τα Κανάλια Αναλογικής Εισόδου 1 και Τερµατιστής Γρήγορης Σύνδεσης για τα Κανάλια Αναλογικής Εξόδου 0 και Σύνδεση Συσκευής ΜΙΟ 50 Ακίδων 18. Σύνδεση Συσκευής Lab/1200 Όργανο Επίδειξης Μετρήσεων/Ελέγχων (ΟΕΜΕ-Demo Box) 130

128 Ρύθµιση του Hardware της Συλλογής εδοµένων Τα Windows παρακολουθούν όλες τις συσκευές που είναι εγκατεστηµένες στο σύστηµά σας, συµπεριλαµβανοµένων και των καρτών συλλογής δεδοµένων της National Instruments. Αν πρόκειται για κάρτες Plug & Play, όπως η Lab PC 1200, τα Windows τις ανιχνεύουν και τις ρυθµίζουν αυτόµατα. Όσον αφορά στις µη PnP κάρτες, πρέπει να ρυθµιστούν χειροκίνητα µέσω της εφαρµογής Add New Hardware των Windows. Μπορείτε να ελέγξετε τις ρυθµίσεις των Windows από το Device Manager του πίνακα ελέγχου του συστήµατος. Επιλέγοντας λοιπόν Start>>Settings>>Control Panel>>System>>Device Manager θα βρείτε τις κάρτες συλλογής δεδοµένων που είναι εγκατεστηµένες στο σύστηµά σας κάτω από τη λίστα Data Acquisition Devices. Μπορείτε να δείτε τις ρυθµίσεις αυτών των καρτών όσον αφορά στα interrupts, DMA channels και Base Addresses που καταλαµβάνουν ως συσκευές του υπολογιστή σας. Το LabVIEW εγκαθιστά µια εφαρµογή ρύθµισης, τη NI-DAQ Configuration Utility, για τον καθορισµό όλων των παραµέτρων των καρτών συλλογής δεδοµένων. Μετά την εγκατάσταση µιας τέτοιας κάρτας στον υπολογιστή και την ρύθµισή της από τα Windows όπως αναφέρθηκε πιο πάνω, πρέπει να εκτελεστεί αυτή η εφαρµογή. Αυτή διαβάζει τις καταχωρήσεις του Device Manager στο registry των Windows και αναθέτει έναν λογικό αριθµό συσκευής σε κάθε κάρτα συλλογής δεδοµένων. Αυτόν τον αριθµό τον χρησιµοποιείτε στο LabVIEW για να αναφερθείτε στη συγκεκριµένη κάρτα. Η εφαρµογή βρίσκεται στη θέση Start>>Programs>>LabVIEW>>NI-DAQ Configuration Utility. Παρακάτω εικονίζεται το παράθυρο της εφαρµογής. Οι παράµετροι της κάρτας που µπορείτε να ρυθµίσετε µε την εφαρµογή αυτή εξαρτώνται από την κάρτα. Κάποιες κάρτες είναι εξολοκλήρου παραµετροποιήσιµες (αν και συνήθως δεν χρειάζονται πρόσθετες ρυθµίσεις µια και τα Windows τις βλέπουν µε τις βέλτιστες ρυθµίσεις), ενώ σε άλλες θα πρέπει να ρυθµίζετε βραχυκυκλωτήρες (jumpers). Η εφαρµογή αποθηκεύει το λογικό αριθµό της συσκευής και τις παραµέτρους των ρυθµίσεων στο registry των Windows. 131

129 Άσκηση 4-1 Στόχος: Να ανοίξετε την εφαρµογή ρύθµισης της κάρτας και να παρατηρήσετε τις τρέχουσες ρυθµίσεις. Επίσης θα κάνετε τους προβλεπόµενους ελέγχους της εφαρµογής στην κάρτα. Σηµείωση: Μην κάνετε καµία αλλαγή στις ρυθµίσεις. Οι κάρτες έχουν ρυθµιστεί ήδη σωστά! 1. Ξεκινήστε την εφαρµογή NI-DAQ Configuration Utility. 2. Εξετάστε τις λεπτοµέρειες των παραµέτρων των καρτών στο παράθυρο το οποίο εικονίζεται παρακάτω. Αυτό το παράθυρο χρησιµοποιείται για την επιλογή των τύπων και των ρυθµίσεων για κάθε αριθµό συσκευής. Συνήθως όλα τα ανιχνεύει και τα ρυθµίζει αυτόµατα η εφαρµογή. Στη συγκεκριµένη περίπτωση, η συσκευή #1 είναι ρυθµισµένη ως µια Lab PC 1200 κάρτα. Οι ρυθµίσεις DMA και IRQ είναι οι προεπιλεγµένες ρυθµίσεις των Windows που καθορίστηκαν όταν το σύστηµα ανίχνευσε για πρώτη φορά την κάρτα αυτή. 3. Επιλέξτε Configure/Test Device# 1. Με τη βοήθεια των µενού Test και Hardware ελέγχετε τις παραµέτρους της κάρτας και ρυθµίζετε, για παράδειγµα, το κέρδος της κάρτας. 132

130 4. Χρησιµοποιήστε τις επιλογές του µενού Test για να επιβεβαιώσετε τη λειτουργία της κάρτας συλλογής δεδοµένων. Με την επιλογή Configuration επιβεβαιώνεται η ορθότητα των ρυθµίσεων της κάρτας, ενώ µε τις επιλογές Analog και Digital I/O ελέγχετε τη σωστή λειτουργία, τα επίπεδα τάσης εισόδου και εξόδου, το κέρδος και την ψηφιακή επικοινωνία της κάρτας µε τον έξω κόσµο και συγκεκριµένα µε το OEME. Τέλος Άσκησης

131 1.1. Οργάνωση των VI Συλλογής εδοµένων Τα VIs συλλογής δεδοµένων του LabVIEW είναι οργανωµένα σε υποπαλέτες ανάλογα µε τον τύπο της εκάστοτε λειτουργίας αναλογική είσοδος, αναλογική έξοδος, λειτουργίες µετρητή ή ψηφιακή είσοδος/έξοδος. Η προσπέλαση στην κεντρική παλέτα γίνεται από την παλέτα Functions του ιαγράµµατος οµής µε την επιλογή Data Acquisition. Τα VIs εδώ είναι οργανωµένα σε έξι υποπαλέτες: Analog Input, Analog Output, Digital I/O, Counter, Calibration and Configuration, και Signal Conditioning. Κάθε υποπαλέτα περιέχει VIs ή υποπαλέτες µε VIs που οργανώνονται ως Απλά VIs Ι/Ο, Ενδιάµεσα VIs, VIs Εφαρµογών και Προηγµένα VIs. Η υποπαλέτα της Αναλογικής Εισόδου που φαίνεται παρακάτω απεικονίζει αυτήν την ιεραρχία. Η επάνω σειρά περιέχει Απλά VIs Αναλογικής Εισόδου και η κάτω σειρά Ενδιάµεσα VIs Αναλογικής Εισόδου. Τα Προηγµένα VIs Αναλογικής Εισόδου και τα VIs Εφαρµογών Αναλογικής Εισόδου προσπελαύνονται µέσω δύο υποπαλετών. 134

132 Απλά VIs Ι/Ο Αποτελούνται από VIs υψηλού επιπέδου τα οποία διενεργούν βασική αναλογική είσοδο, αναλογική έξοδο, ψηφιακή Ι/Ο και λειτουργίες χρονιστή/µετρητή. Είναι ιδανικά για απλή συλλογή δεδοµένων, ή για το ξεκίνηµά σας µε τη συλλογή δεδοµένων στο LabVIEW. Περιέχουν µία απλοποιηµένη µέθοδο διαχείρισης σφαλµάτων. Όταν κατά τη συλλογή δεδοµένων συµβεί ένα σφάλµα στο VΙ σας, εµφανίζεται ένα πλαίσιο διαλόγου που σας δίνει πληροφορίες για το σφάλµα. Μέσω του πλαισίου αυτού έχετε τη δυνατότητα να σταµατήσετε την εκτέλεση του VI ή να αγνοήσετε το σφάλµα. Ενδιάµεσα VIs Συγκρινόµενα µε τα Απλά VIs Ι/Ο, τα Ενδιάµεσα VIs, έχουν περισσότερη λειτουργικότητα όσον αφορά στο hardware, ευελιξία και απόδοση στην ανάπτυξη της εφαρµογής σας. Περιλαµβάνουν δυνατότητες που λείπουν από τα Απλά VIs Ι/Ο, όπως τον εξωτερικό χρονισµό και την Ι/Ο µετρητή. Καθώς αποκτάτε µεγαλύτερη οικειότητα µε το LabVIEW, θα βλέπετε ότι τα Ενδιάµεσα VIs ταιριάζουν καλύτερα στις περισσότερες εφαρµογές σας. Τα Ενδιάµεσα VIs περιλαµβάνουν πιο ευέλικτη διαχείριση σφαλµάτων από τα Απλά VIs Ι/Ο. Με κάθε VI µπορείτε να περάσετε σε άλλα VIs πληροφορίες σφαλµάτων και να διαχειριστείτε τα σφάλµατα προγραµµατιστικά. Προηγµένα VIs Είναι οι διεπαφές κατωτέρου επιπέδου για τον οδηγό των καρτών συλλογής δεδοµένων (NI- DAQ). Λίγες εφαρµογές απαιτούν τη χρήση των Προηγµένων VIs. Για τις περισσότερες εφαρµογές συλλογής δεδοµένων αρκεί η χρήση των Απλών και των Ενδιάµεσων VIs. VIs Εφαρµογών Αποτελούνται από βολικές οµαδοποιήσεις Ενδιάµεσων VIs. Προορίζονται για τις περιπτώσεις στις οποίες χρειάζεστε περισσότερο έλεγχο της λειτουργικότητας από αυτόν που προσφέρουν τα Απλά VIs I/O, αλλά θέλετε να µειώσετε τον αριθµό των VIs που καλείτε. 135

133 1.2. Αναλογική Είσοδος Απλά VIs Ι/Ο Η υποπαλέτα Analog Input της υποπαλέτας Data Acquisition περιέχει VIs τα οποία εκτελούν αναλογικοψηφιακές (A/D) µετατροπές. Για να συλλέξετε ένα µόνο σηµείο από το σήµα σας που είναι συνδεδεµένο µε την κάρτα συλλογής δεδοµένων, χρησιµοποιείτε το VI AI Sample Channel. Αυτό το VI µετρά το σήµα που είναι συνδεδεµένο στο κανάλι που καθορίζεται και επιστρέφει τη µετρούµενη τάση. Η είσοδος Device είναι ο αριθµός συσκευής που έχει ανατεθεί στην κάρτα. Η είσοδος Channel είναι µια αλφαριθµητική σειρά που καθορίζει τον αριθµό καναλιού της αναλογικής εισόδου. Οι είσοδοι high limit και low limit καθορίζουν το εύρος του σήµατος εισόδου. Η προκαθορισµένη ρύθµιση για αυτές είναι +10V και 10V, αντίστοιχα. Αν συµβεί ένα σφάλµα κατά τη λειτουργία του AI Sample Channel, ένα πλαίσιο διαλόγου εµφανίζει τον κωδικό του σφάλµατος και έχετε την επιλογή να σταµατήσετε τη λειτουργία ή να συνεχίσετε την εκτέλεση. Σε πολλές εφαρµογές, η συλλογή ενός σηµείου τη φορά µπορεί να µην είναι αρκετά γρήγορη. Επίσης, είναι δύσκολο να διατηρηθεί σταθερό το µεσοδιάστηµα δειγµατοληψίας µεταξύ των σηµείων λόγω του ότι ο ρυθµός δειγµατοληψίας εξαρτάται από πολλούς παράγοντες: την ταχύτητα εκτέλεσης του βρόγχου, την επιβάρυνση του software κλπ. Χρειάζεστε λοιπόν VIs που µπορούν να συλλέγουν πολλαπλά δείγµατα σε ρυθµούς µεγαλύτερους από αυτόν που µπορεί να επιτύχει το VI AI Sample Channel, όπως επίσης και τη δυνατότητα να καθορίζετε τους ρυθµούς δειγµατοληψίας. Ένα τέτοιο VI είναι το AI Acquire Waveform. Το AI Acquire Waveform συλλέγει καθορισµένο αριθµό δειγµάτων στον καθορισµένο ρυθµό δειγµατοληψίας από ένα κανάλι εισόδου και επιστρέφει τα δεδοµένα που συνέλεξε. Οι είσοδοι Channel και Device είναι οι ίδιες µε αυτές του AI Sample Channel, όπως οι ίδιες θα είναι και για όλα τα VIs συλλογής δεδοµένων και γενικά σε όσα επικοινωνούν µε την κάρτα. 136

134 Έχετε τη δυνατότητα ρύθµισης του αριθµού των δειγµάτων που θα συλλεχθούν και του αριθµού των συλλεγόµενων δειγµάτων ανά δευτερόλεπτο, προσαρµόζοντας αντίστοιχα τις εισόδους Number of Samples και Sample rate. H έξοδος Waveform είναι ένας µονοδιάστατος πίνακας που περιέχει τα δεδοµένα της αναλογικής εισόδου σε Volts. Η έξοδος Actual sample period είναι το αντίστροφο του πραγµατικού ρυθµού δειγµατοληψίας που χρησιµοποιήθηκε. Αυτός ο αριθµός µπορεί να διαφέρει ελαφρά από τον ρυθµό που ζητήθηκε, ανάλογα µε τις δυνατότητες του εξοπλισµού. 137

135 1.3. Ενδιάµεσα VIs ύο χαρακτηριστικά µας βοηθούν στον καθορισµό µιας λειτουργίας της αναλογικής εισόδου: 1. αν χρειαζόµαστε ενδιάµεση µνήµη 2. αν χρειαζόµαστε ένα ρολόι για ακριβή χρονισµό των µετατροπών του A/D. Μεταβάλλοντας αυτά τα χαρακτηριστικά µπορείτε να δηµιουργήσετε εφαρµογές που συλλέγουν µεµονωµένα σηµεία, κυµατοµορφές και δεδοµένα σε πραγµατικό χρόνο. Τα VI που διεκπεραιώνουν τις λειτουργίες που αναφέραµε είναι τα VI Αναλογικής Εισόδου Ενδιάµεσου Τύπου. Το VI AI Config ρυθµίζει την λειτουργία της αναλογικής εισόδου για ένα προκαθορισµένο αριθµό καναλιών, διαµορφώνει το hardware και δεσµεύει µία ενδιάµεση µνήµη στην µνήµη του υπολογιστή. Οι είσοδοι που χρησιµοποιούνται εκτός των γνωστών είναι οι εξής: Buffer Size, ελέγχει την ενδιάµεση µνήµη που θα καταληφθεί από την µνήµη του υπολογιστή και ορίζεται σε αριθµό δειγµάτων ανά κανάλι (scans). Interchannel Delay, ορίζει την διακαναλική καθυστέρηση στην δειγµατοληψία ανά διαστήµατα. Οι έξοδοι που χρησιµοποιούνται είναι οι εξής: Task ID, είναι µία µεταβλητή, την οποία δέχονται σαν είσοδο όλα τα επόµενα VI αναλογικής εισόδου έτσι ώστε να αναγνωρίσουν την κάρτα και τα κανάλια στα οποία θα επιδράσουν. Στο τέλος της εκτέλεσής τους παράγουν την Task ID σαν έξοδο. Error Cluster, σύµπλεγµα λάθους το οποίο αναφέρει εάν έχει συµβεί κάποιο λάθος ή όχι. Το VI AI Config έχει και άλλες εισόδους οι οποίες χρησιµοποιούνται σε πιο πολύπλοκες εφαρµογές. Το VI AI Start ελέγχει τον ρυθµό µε τον οποίο συλλέγουµε δεδοµένα, τον αριθµό των δειγµάτων (σηµείων) που θα συλλέξουµε και την χρήση του σκανδαλισµού µέσω hardware. 138

136 Οι δύο βασικοί είσοδοι αυτού του VI είναι: Scan Rate (scans/sec), ορίζει τον αριθµό των δειγµάτων ανά δευτερόλεπτο σε κάθε κανάλι. Number of scans to acquire, ορίζει τον αριθµό δειγµατοληψιών στην λίστα καναλιών. Το VI AI Read διαβάζει δεδοµένα από την ενδιάµεση µνήµη που καθορίστηκε από το AI Config. Ελέγχει τον αριθµό των σηµείων που θα διαβάσει από την ενδιάµεση µνήµη, την θέση της ενδιάµεσης µνήµης από την οποία θα διαβάσει και το εάν θα επιστρέψει δυαδικά ή κβαντισµένης τάσης δεδοµένα. Το VI AI Single Scan επιστρέφει ένα δείγµα από τα δεδοµένα. Η είσοδος opcode ορίζει την θέση της ενδιάµεσης µνήµης από την οποία θα διαβάσουµε ενώ η έξοδος voltage data µας δίνει την τάση η οποία διαβάστηκε από κάθε κανάλι της λίστας καναλιών. Το VI αυτό χρησιµοποιείται µόνο σε συνδυασµό µε το VI AI Config. Τo VI AI Clear σταµατά την λειτουργία αναλογικής εισόδου, απελευθερώνει ενδιάµεση µνήµη και τους πόρους της κάρτας DAQ. 139

137 140

138 Άσκηση 4-2 Στόχος: Η συλλογή ενός αναλογικού σήµατος µε τη χρήση της κάρτας συλλογής δεδοµένων. Θα κατασκευάσετε ένα VI το οποίο µετρά την τάση που δίνει ο αισθητήρας θερµοκρασίας του OEME. Ο αισθητήρας είναι εσωτερικά συνδεδεµένος µε το Κανάλι 0 της κάρτας συλλογής δεδοµένων και εξάγει µία τάση ανάλογη µε την θερµοκρασία (περίπου 10mV για 1 βαθµό C). Πρόσοψη 1. Ανοίξτε µια νέα Πρόσοψη. 2. Κατασκευάστε την Πρόσοψη που εικονίζεται παραπάνω. Μορφοποιήστε τους ελέγχους και τους ενδείκτες όπως εικονίζονται. Σηµείωση: Το VI ρυθµίζει αυτόµατα το κέρδος της κάρτας συλλογής δεδοµένων ανάλογα µε τις τιµές που θα καθοριστούν στους ελέγχους high και low limit. 3. Ρυθµίστε την κλίµακα του µετρητή από το 0,1 ως το 0,4 (ίσως χρειαστεί να µεγαλώσετε το µετρητή). 141

139 ιάγραµµα οµής 1. Κατασκευάστε το ιάγραµµα οµής που εικονίζεται παραπάνω. 2. Επιστρέψτε στην Πρόσοψη, ανοίξτε το διακόπτη ενεργοποίησης (power switch) και εκτελέστε το VI. Ο µετρητής θα πρέπει να εµφανίζει την τάση που δίνει ο αισθητήρας θερµοκρασίας. Βάλτε το δάχτυλό σας πάνω στον αισθητήρα και παρατηρήστε ότι η τάση αυξάνεται. 3. Για να εξοµοιώσετε µια κατάσταση σφάλµατος, εισάγετε την τιµή 0 στον έλεγχο Device και εκτελέστε το VI. Ένα πλαίσιο διαλόγου θα πρέπει να σας εµφανίσει το σφάλµα. 4. Αποθηκεύστε το VI. Ονοµάστε το Voltometer.vi. 5. Τροποποιήστε το VI ώστε να κάνει χρήση των Ενδιάµεσων VIs. Η νέα Πρόσοψη και το ιάγραµµα οµής φαίνονται παρακάτω. 6. Αποθηκεύστε το νέο VI µε όνοµα Voltometer2.vi. 142

140 Τέλος Άσκησης

141 Άσκηση 4-3 Στόχος: Να µειωθεί ο θόρυβος σε αναλογικές µετρήσεις µε τη χρήση µεγαλύτερου ρυθµού δειγµατοληψίας και εξαγωγή µέσου όρου. Πριν ξεκινήσετε αυτήν την άσκηση, σιγουρευτείτε ότι το ΟΕΜΕ είναι στην πρίζα και συνδέστε την έξοδο τετραγωνικής κυµατοµορφής στο CH1 της αναλογικής εισόδου χρησιµοποιώντας καλώδιο. 1. Ανοίξτε και εκτελέστε το VI Measurement Averaging. Το VI µετρά την έξοδο τάσης από τον αισθητήρα θερµοκρασίας κάθε δευτερόλεπτο και την σχεδιάζει σε ένα διάγραµµα κυµατοµορφής. 2. Εισάγετε θόρυβο στις µετρήσεις θερµοκρασίας γυρνώντας τον περιστροφικό διακόπτη της συχνότητας τελείως δεξιά. Οι µετρήσεις θα πρέπει να αρχίσουν να διακυµαίνονται µε αιχµές τάσης θορύβου. 3. Σταµατήστε το VI και ανοίξτε το ιάγραµµα οµής. Τροποποιήστε την περίπτωση True ώστε να παίρνει 30 µετρήσεις, να υπολογίζει τον µέσο όρο και να σχεδιάζει τα αποτελέσµατα. 4. Εκτελέστε το VI. Παρατηρήστε πως πέφτουν οι αιχµές τάσης θορύβου όταν είναι ανοιχτός ο διακόπτης Averaging. 5. Αποθηκεύστε το VI στον κατάλογό σας µε το ίδιο όνοµα και κλείστε το. Τέλος άσκησης

142 Άσκηση 4-4 Στόχος: Η συλλογή και η απεικόνιση µιας αναλογικής κυµατοµορφής. Θα κατασκευάσετε ένα VI το οποίο χρησιµοποιεί τα VIs συλλογής δεδοµένων για την συλλογή ενός σήµατος και την σχεδίασή του σε ένα γράφηµα. Για αυτήν την άσκηση, συνδέστε το CH1 Αναλογικής Εισόδου στo OEME στην έξοδο ηµιτονοειδούς κυµατοµορφής της γεννήτριας. Πρόσοψη 1. Κατασκευάστε από την αρχή την πρόσοψη που εικονίζεται παραπάνω. Ο έλεγχος # of Samples καθορίζει τον αριθµό των σηµείων (δειγµάτων) που θα προκύψουν από τη δειγµατοληψία. Ο έλεγχος Sample/Sec καθορίζει το ρυθµό δειγµατοληψίας. 145

143 ιάγραµµα οµής 1. Κατασκευάστε το ιάγραµµα οµής που φαίνεται παραπάνω. 2. Επιστρέψτε στην Πρόσοψη, βάλτε τιµές στους ελέγχους και εκτελέστε το VI. Το γράφηµα σχεδιάζει την αναλογική κυµατοµορφή. οκιµάστε διάφορες τιµές για το ρυθµό δειγµατοληψίας και τον αριθµό των δειγµάτων. Αποθήκευση Κυµατοµορφών στο δίσκο Μπορείτε να αποθηκεύσετε την κυµατοµορφή σε ένα αρχείο χρησιµοποιώντας το VI Write To Spreadsheet File στην υποπαλέτα File. 3. Τροποποιήστε το ιάγραµµα οµής όπως φαίνεται παρακάτω. 4. Εκτελέστε το VI. Αφού το VI συλλέξει και εµφανίσει την κυµατοµορφή, εµφανίζεται ένα πλαίσιο διαλόγου για να εισάγετε το όνοµα αρχείου που είναι acquire.txt. 5. Αποθηκεύστε το VI µε όνοµα Acquire Waveform.vi και κλείστε το. Τέλος άσκησης

144 1.4. Παρακολούθηση και ειγµατοληψία Πολλαπλών Καναλιών Αναλογικής Εισόδου Με το VI AI Acquire Waveforms της κατηγορίας των Απλών VIs I/O Αναλογικής Εισόδου, µπορείτε σε µία εκτέλεση να συλλέξετε κυµατοµορφές από πολλαπλά κανάλια. Το VI αυτό συλλέγει τον καθορισµένο αριθµό δειγµάτων στον καθορισµένο ρυθµό δειγµατοληψίας από πολλαπλά κανάλια και επιστρέφει τα δεδοµένα που συνέλεξε. Τα κανάλια καθορίζονται σε µια είσοδο αλφαριθµητικής σειράς και διαχωρίζονται από κόµµα, για παράδειγµα, 1,2,4. Η έξοδος Waveform είναι πίνακας δύο διαστάσεων που περιέχει τα δεδοµένα εισόδου σε volts. Κάθε στήλη του πίνακα αυτού περιέχει και το σήµα κάθε καναλιού. Παρακάτω δίνεται ένα παράδειγµα χρήσης αυτού του VI και ο τρόπος µε τον οποίο µπορούν να διαχωριστούν τα δεδοµένα του κάθε καναλιού. 147

145 Υπάρχουν τρεις µέθοδοι δειγµατοληψίας πολλαπλών καναλιών και η επιλογή της καταλληλότερης εξαρτάται από τις δυνατότητες της κάρτας. ειγµατοληψία Round Robin Ταυτόχρονη δειγµατοληψία ειγµατοληψία κατά διαστήµατα Όταν συλλέγουµε δεδοµένα από πολλαπλά κανάλια εισόδου, ο αναλογικός πολυπλέκτης συνδέει κάθε σήµα στον ADC µε ένα σταθερό ρυθµό. Αυτή η µέθοδος, γνωστή και σαν δειγµατοληψία Round Robin, είναι σηµαντικά φθηνότερη από το να έχουµε ένα ενισχυτή και ένα ADC για κάθε κανάλι. ύο είναι τα σηµαντικά θέµατα που πρέπει να ξέρετε για αυτή την µέθοδο: εν µπορείτε να δειγµατοληπτήσετε πολλαπλά κανάλια ταυτόχρονα. Ο µέγιστος ρυθµός δειγµατοληψίας ανά κανάλι είναι αντιστρόφως ανάλογος του αριθµού των καναλιών που δειγµατοληπτούµε. Επειδή ο πολυπλέκτης µετακινείται ανάµεσα στα κανάλια, δηµιουργείται µια χρονική ολίσθηση ανάµεσα σε δύο διαδοχικά δείγµατα καναλιών, και αυτός είναι ο λόγος που η µέθοδος Round Robin είναι κατάλληλη για εφαρµογές όπου η σχέση του χρόνου µεταξύ κάθε δειγµατοληπτούµενου καναλιού δεν παίζει ρόλο. Για εφαρµογές όπου η σχέση χρόνου µεταξύ των σηµάτων εισόδου είναι σηµαντική (όπως φασµατική ανάλυση σηµάτων AC) πρέπει να χρησιµοποιήσετε ταυτόχρονη δειγµατοληψία. Οι κάρτες που έχουν αυτή την ικανότητα χρησιµοποιούν ενισχυτές ανεξάρτητους από χρήση οργάνων. Οι κάρτες δειγµατοληπτούν και διατηρούν το κύκλωµα µαζί µε ένα αναλογικό πολυπλέκτη ο οποίος δροµολογεί τα σήµατα εισόδου σε ένα ADC για µετατροπή. Η δειγµατοληψία ανά διαστήµατα δηµιουργεί την εντύπωση της ταυτόχρονης δειγµατοληψίας για σήµατα χαµηλών συχνοτήτων διατηρώντας το οικονοµικό όφελος της Round Robin. Η µέθοδος αυτή χρησιµοποιεί ένα ρυθµό για να σαρώνει τα κανάλια εισόδου και ένα άλλο ρυθµό για να ελέγχει την έναρξη της νέας σάρωσης. Η δειγµατοληψία ανά διαστήµατα είναι κατάλληλη για σήµατα που µεταβάλλονται αργά όπως η πίεση και θερµοκρασία. Συλλεγµένες Κυµατοµορφές και Γραφήµατα Μπορείτε να καλωδιώσετε απευθείας την έξοδο του VI AI Acquire Waveforms σε ένα γράφηµα κυµατοµορφής για να σχεδιαστεί. Πάντως, για να σχεδιαστούν σωστά οι κυµατοµορφές, πρέπει να επιλέξετε Transpose Array από το αναδυόµενο µενού του γραφήµατος. Μπορείτε επίσης εύκολα να απεικονίσετε την σωστή χρονική βάση στον άξονα x χρησιµοποιώντας την παραπάνω τεχνική και µια συνάρτηση Bundle. Η συνάρτηση αυτή συνενώνει την πραγµατική περίοδο ανίχνευσης από το VI AI Acquire Waveforms και τα δεδοµένα των κυµατοµορφών για τη σχεδίαση του γραφήµατος. 148

146 Συµπλέγµατα Σφαλµάτων Ένα πλεονέκτηµα στην χρήση DAQ VI Ενδιάµεσου Τύπου είναι ότι µπορείτε να αναπτύξετε τις δικές σας ρουτίνες διαχείρισης σφαλµάτων. Κάθε VI Ενδιάµεσου Τύπου έχει µία είσοδο error in και µία έξοδο error out. Και τα δύο είναι συµπλέγµατα που περιέχουν τα πεδία status, code, source όπως στο ακόλουθο παράδειγµα. Το πεδίο status είναι Boolean και δείχνει εάν έχει συµβεί ένα σφάλµα στην λειτουργία DAQ. Το Code είναι ένα αριθµητικό πεδίο που καταγράφει το σφάλµα DAQ (µία πλήρη λίστα των σφαλµάτων DAQ για την αντίστοιχη κάρτα περιέχεται στο DAQ board configuration utility). Το Source είναι ένα αλφαριθµητικό πεδίο που περιέχει το όνοµα της συνάρτησης DAQ που παρήγαγε το σφάλµα. Όταν τα VI DAQ εκτελούνται ελέγχουν πρώτα το σύµπλεγµα error in, για να δουν εάν ένα σφάλµα έχει συµβεί σε οποιοδήποτε προηγούµενο VI DAQ. Εάν η κατάσταση είναι ΑΛΗΘΗΣ (έχει συµβεί λάθος), το VI δεν θα συνεχίσει την εκτέλεση, απλά θα περάσει την πληροφορία στο σύµπλεγµα error out για το επόµενο VI. Εάν η κατάσταση είναι ΨΕΥ ΗΣ, το VI συνεχίζει µε την λειτουργία DAQ και θέτει το σύµπλεγµα error out έτσι ώστε να απεικονίζει την ύπαρξη ή όχι λάθους κατά την διάρκεια της εκτέλεσης του ίδιου του VI. Ένας διαχειριστής λαθών, όπως η συνάρτηση Simple Error Handler (υποπαλέτα Time and Dialog) απεικονίζει την πληροφορία σφάλµατος συµπεριλαµβάνοντας και µία περιγραφή µέσα σε ένα πλαίσιο διαλόγου. Κανάλια Ο έλεγχος καναλιών (Channels) είναι ένας πίνακας από αλφαριθµητικές σειρές. Υπάρχουν τρεις µέθοδοι για να καθορίσετε τα κανάλια που θέλετε να δειγµατοληπτήσετε: Για να δειγµατοληπτήσετε ένα κανάλι ή πολλαπλά κανάλια µε τα ίδια άνω και κάτω όρια εισάγετε τον αριθµό των καναλιών, διαχωρισµένο µε κόµµατα, στο πρώτο στοιχείο του πίνακα. Για να δειγµατοληπτήσετε πολλαπλά κανάλια µε διαφορετικά άνω και κάτω όρια εισάγετε κάθε κανάλι σε διαφορετικό στοιχείο του πίνακα. 149

147 Για να δειγµατοληπτήσετε ένα πλήθος καναλιών εισάγετε το πρώτο και το τελευταίο κανάλι διαχωρισµένα µε µία άνω κάτω τελεία στο πρώτο στοιχείο του πίνακα. Πίνακας Συµπλέγµατος Ορίων Εισόδου Χρησιµοποιείτε τον πίνακα συµπλέγµατος (cluster array) ορίων εισόδου (input limits) για να δηλώσετε το πλάτος του σήµατος ή των σηµάτων εισόδου. Κάθε στοιχείο του πίνακα περιέχει δύο αριθµητικούς ελέγχους που ορίζουν το άνω και κάτω όριο για τα κανάλια που αναφέρονται στο αντίστοιχο στοιχείο των channels. Το LabVIEW χρησιµοποιεί αυτή την πληροφορία για να ορίσει το κέρδος στην κάρτα. Για παράδειγµα, για µία plug-in κάρτα µε περιοχή τάσης αναλογικής εισόδου -5V έως +5V, οι ρυθµίσεις άνω και κάτω ορίου σε αντίστοιχα +5V και -5V δίνουν ένα κέρδος 1 στο σήµα, ενώ ρυθµίσεις ορίων σε +0,5V και -0,5V δίνουν ένα κέρδος 10. Στην περίπτωση που ορίσετε όρια που δεν υποστηρίζονται από την κάρτα σας το LabVIEW παίρνει το µέγιστο δυνατό κέρδος για το hardware έτσι ώστε το ενισχυµένο σήµα να είναι µέσα στα όρια της αναλογικής εισόδου. Εάν αφήσετε τα όρια εισόδου ακαλωδίωτα, το LabVIEW χρησιµοποιεί προκαθορισµένες τιµές για την αντίστοιχη κάρτα. Μπορείτε να παρακολουθήσετε την έξοδο του AI Hardware Config (Data Acquisition >> Analog Input >> Advanced) για να προσδιορίσετε το πραγµατικό κέρδος που εφαρµόστηκε στο σήµα εισόδου. Για παράδειγµα θεωρήστε µία κάρτα DAQ µε περιοχή τάσης αναλογικής εισόδου ±10V και διαθέσιµα κέρδη 1, 10, 100, 500. Θέλουµε να δειγµατοληπτήσουµε 8 σήµατα στα κανάλια 0 έως 7. Τα σήµατα που συνδέονται στα κανάλια 0 και 1 έχουν εύρος από -10V έως +10V. Τα σήµατα στα κανάλια 2 έως 7 έχουν εύρος από -1V έως +1V. Το επόµενο παράδειγµα παρουσιάζει τις κατάλληλες ρυθµίσεις για τα channels και τα input limits για την συλλογή των δεδοµένων. Παρατηρήστε ότι τα κανάλια 0 και 1 έχουν όρια ±10V και κέρδος 1, ενώ τα κανάλια 2 έως 7 έχουν όρια ±1V και κέρδος

148 Άσκηση 4-5 Στόχος: Παρατήρηση της επίδρασης της συχνότητας δειγµατοληψίας σε ένα σήµα εισόδου. Πριν εκτελέσετε την άσκηση συνδέστε την έξοδο του ηµιτόνου στην αναλογική είσοδο CH1 και γυρίστε το κουµπί της συχνότητας τελείως δεξιά. 1. Ανοίξτε και εκτελέστε το VI Sampling Rate Example. 2. Επιλέξτε ρυθµό δειγµατοληψίας 1000Hz και ρυθµίστε την συχνότητα στο ΟΕΜΕ µέχρι να φτάσει η κορυφή, στο γράφηµα των συχνοτήτων, περίπου στα 200Hz. 3. Μειώστε το ρυθµό δειγµατοληψίας στα 500Hz. Παρατηρείστε ότι ενώ το γράφηµα στο πεδίο των συχνοτήτων εµφανίζεται παραµορφωµένο, η πληροφορία για την συχνότητα παραµένει σωστή (γιατί;). 4. Τοποθετήστε το ρυθµό δειγµατοληψίας µόλις πάνω από τα 400Hz. Τι παρατηρείτε; Εξηγήστε το λόγο. 5. Τοποθετήστε το ρυθµό δειγµατοληψίας στα 250Hz. Τι παρατηρείτε; Εξηγήστε το λόγο. Όταν επιλέγετε ρυθµό δειγµατοληψίας: Εάν ενδιαφέρεστε για πληροφορία στο πεδίο του χρόνου δειγµατοληπτήστε µε ρυθµό 4 ή 5 φορές µεγαλύτερο από την συνιστώσα µε την υψηλότερη συχνότητα. Εάν η κυµατοµορφή είναι µη περιοδική πρέπει να υπερδειγµατοληπτήσετε 10 φόρες την µέγιστη συχνότητα σήµατος. 151

149 Εάν ενδιαφέρεστε για πληροφορία στο πεδίο των συχνοτήτων η δειγµατοληψία µε ρυθµό 2 ή 3 φορές µεγαλύτερο από την συνιστώσα µε την υψηλότερη συχνότητα έχει τα επιθυµητά αποτελέσµατα. 6. Κλείστε το VI χωρίς να αποθηκεύσετε αλλαγές. Τέλος άσκησης

150 Άσκηση 4-6 Στόχος: Παρατήρηση διαφοράς µεταξύ σάρωσης round-robin και δειγµατοληψίας κατά διαστήµατα. Πριν εκτελέσετε την άσκηση συνδέστε την έξοδο του ηµίτονου στην αναλογική είσοδο CH1 και γυρίστε το κουµπί της συχνότητας τελείως δεξιά. 1. Εκτελέστε το VI Interval Scanning Example. Το VI συλλέγει τις κυµατοµορφές από τα δύο κανάλια και τις απεικονίζει. Αν και το ίδιο σήµα είναι είσοδος και στα δύο κανάλια, υπάρχει µία µετατόπιση στην απεικόνιση των αντίστοιχων κυµατοµορφών και αυτό γιατί τα δύο σήµατα πολυπλέχτηκαν από έναν ADC. Με την χρήση της µεθόδου round-robin και ένα ρυθµό δειγµατοληψίας 1000pts/s τα δύο κανάλια δειγµατοληπτούνται σε ένα σταθερό διάστηµα των 0,5ms ανά κανάλι (1000Hz / 2 κανάλια). 2. Αλλάξτε τον έλεγχο δακτυλίου σε Interval Scanning ON και εκτελέστε το VI. Παρατηρήστε ότι τα σήµατα εµφανίζονται το ένα πάνω στο άλλο σαν να γίνεται ταυτόχρονη δειγµατοληψία. Με ενεργοποιηµένη την σάρωση ανά διαστήµατα το LabVIEW σαρώνει τα δύο κανάλια όσο γρήγορα µπορεί (ανάλογα µε τα τεχνικά χαρακτηριστικά της κάρτας) και επαναλαµβάνει την σάρωση κάθε 1ms. Επειδή η συχνότητα του σήµατος εισόδου είναι χαµηλή σε σχέση µε τον ρυθµό µετατροπής του Α/D τα κανάλια εµφανίζονται σαν να έχουν δειγµατοληφθεί ταυτόχρονα. 3. Κλείστε το VI χωρίς να σώσετε αλλαγές. Τέλος άσκησης

151 Άσκηση 4-7 Στόχος: Η χρήση των Ενδιάµεσων VIs για την κατασκευή VI που συλλέγει, απεικονίζει κυµατοµορφές από πολλαπλά κανάλια και τις αποθηκεύει σε ένα αρχείο προγράµµατος λογιστικού φύλλου. Για αυτήν την άσκηση, συνδέστε την έξοδο ηµιτονοειδούς-τριγωνικής κυµατοµορφής στο CH1 Αναλογικής Εισόδου και την έξοδο τετραγωνικής κυµατοµορφής στο CH2 Αναλογικής Εισόδου του OEME. Κατασκευάστε ένα VI το οποίο ανιχνεύει δεδοµένα από το Κανάλι 1 και το Κανάλι 2 και σχεδιάζει και τις δύο κυµατοµορφές σε ένα γράφηµα κυµατοµορφής. Συλλέξτε 1000 σηµεία από κάθε κανάλι στα Hz. Το VI θα πρέπει επίσης να γράφει τα σήµατα που ανιχνεύει σε ένα αρχείο λογιστικού φύλλου, έτσι ώστε όταν το αρχείο ανοιχτεί από ένα πρόγραµµα λογιστικού φύλλου, κάθε κανάλι να εµφανίζεται σε κάθε στήλη. Παρακάτω φαίνονται η προτεινόµενη Πρόσοψη και το ιάγραµµα οµής. Αποθηκεύστε το VI στον κατάλογό σας µε όνοµα Scan Two Waveforms.vi. Τέλος άσκησης

152 Συνεχής Συλλογή εδοµένων Η συνεχής συλλογή δεδοµένων ή συλλογή δεδοµένων σε πραγµατικό χρόνο επιστρέφει δεδοµένα από µία διαδικασία συλλογής που βρίσκεται σε εκτέλεση χωρίς να την διακόπτει. Αυτή η διαδικασία απαιτεί µία κυκλική ενδιάµεση µνήµη. Ορίζετε το µέγεθος µίας µεγάλης κυκλικής ενδιάµεσης µνήµης και µόλις αρχίσει η συλλογή δεδοµένων η κάρτα συλλέγει δεδοµένα και τα αποθηκεύει στην ενδιάµεση µνήµη. Το LabVIEW µεταφέρει δεδοµένα έξω από την ενδιάµεση µνήµη σε κοµµάτια για να τα απεικονίσει, να τα αποθηκεύσει κ.λ.π. Όταν η ενδιάµεση µνήµη είναι γεµάτη η κάρτα αρχίζει να γράφει δεδοµένα στην αρχή της. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται µέχρι το σύστηµα να συλλέξει τον προκαθορισµένο αριθµό δειγµάτων ή να συµβεί ένα λάθος. Η συνεχής συλλογή δεδοµένων είναι χρήσιµη για εφαρµογές όπως η συνεχή αποθήκευση δεδοµένων ή η απεικόνιση τους σε πραγµατικό χρόνο. Για να έχετε συνεχή συλλογή δεδοµένων ορίζετε την AI Start να συλλέγει δεδοµένα έπ αόριστον. Επειδή η συλλογή είναι ασύγχρονη και άλλες λειτουργίες του LabVIEW µπορούν να εκτελούνται κατά την διάρκεια που γίνεται η συλλογή δεδοµένων. Στο παρακάτω ιάγραµµα οµής παρουσιάζεται µία τυπική διαδικασία συνεχούς συλλογής δεδοµένων. Για να ξεκινήσετε την συλλογή βάλτε στην είσοδο number of scan to acquire στην AI Start την τιµή 0. Η AI Read καλείται µέσα σε µία δοµή βρόγχου για να ανακτήσει δεδοµένα από την ενδιάµεση µνήµη. Από εκεί και πέρα µπορείτε να στείλετε αυτά τα δεδοµένα για αποθήκευση, παρουσίαση ή για οποιαδήποτε άλλη επεξεργασία. Η AI Clear σταµατά την συλλογή, απελευθερώνει την ενδιάµεση µνήµη και απελευθερώνει τους πόρους της κάρτας. Παρατηρήστε ότι οι διαφορές µεταξύ του ιαγράµµατος οµής και του αντίστοιχου για µία συλλογή κυµατοµορφής είναι ο βρόγχος While και το 0 που έχει καλωδιωθεί στην είσοδο number of scans to acquire στην AI Start και στην παράµετρο number of scans to read. 155

153 Άσκηση 4-8 Στόχος: Να κατασκευάσετε ένα VI που εκτελεί συνεχή συλλογή δεδοµένων και απεικονίζει τα δεδοµένα που έχουν πρόσφατα συλλεχθεί σε µία γραφική παράσταση µε την βοήθεια της χρήσης του ελέγχου Interchannel Delay. Πριν τρέξετε αυτήν την άσκηση, κάντε τις ακόλουθες συνδέσεις στο ΟΕΜΕ: Συνδέστε την έξοδο του ηµιτόνου στην αναλογική είσοδο CH1 και την έξοδο του τετραγωνικού παλµού στην αναλογική είσοδο CH2. Πρόσοψη 1. Ανοίξτε το Scan Two Waveforms.vi που δηµιουργήσατε προηγούµενα και τροποποιήστε την πρόσοψη όπως παραπάνω. Θέστε το Scan Rate σε 1000Hz, το # of Scans in Buffer σε 3000 και τον αλφαριθµητικό έλεγχο εισόδου καναλιού σε 0,1,2 ή 0:2. 2. Υπόδειξη: Για την δηµιουργία του συµπλέγµατος Read/Search Position επιλέξτε Create Control από το αναδυόµενο µενού της AI Read. 3. ιαµορφώστε το σύµπλεγµα Read/Search Position έτσι ώστε το VI να διαβάζει δεδοµένα από το τέλος της ενδιάµεσης µνήµης συλλογής δεδοµένων. Εισάγετε στον έλεγχο # Scans to read at a time τον αριθµό

154 ιάγραµµα οµής 1. Τροποποιήστε το ιάγραµµα οµής όπως παρουσιάζεται παραπάνω. 2. Εκτελέστε το VI και παρακολουθήστε τα δεδοµένα που παρουσιάζονται στην γραφική παράσταση καθώς αλλάζετε τη συχνότητα. 3. Τοποθετήστε τον έλεγχο Read/Search Position στο Relative to read mark. 4. Εκτελέστε το VI και παρακολουθήστε τον ενδείκτη Scan Backlog καθώς µειώνετε τον έλεγχο scan rate ή το numbers of scans to read at a time. Ο Scan Backlog ορίζεται σαν ο αριθµός των δειγµάτων που έχουν συλλεχθεί µέσα στην ενδιάµεση µνήµη αλλά δεν έχουν ακόµα διαβαστεί. Ο Scan Backlog είναι ένα µέτρο για να ελέγχουµε το πόσο καλά γίνεται η συνεχή απόκτηση δεδοµένων. Η σταθερή αύξηση του Scan Backlog δηλώνει ότι δεν διαβάζουµε τα δεδοµένα από την ενδιάµεση µνήµη αρκετά γρήγορα µε τελικό αποτέλεσµα να χάσουµε δεδοµένα, οπότε και η AI Read θα επιστρέψει λάθος. 5. Αποθηκεύστε το VI µε όνοµα Continuous Acquire with MIO.vi. Τέλος άσκησης

155 Σκανδαλισµός Υπάρχουν δύο τρόποι να αρχίσει µία διαδικασία DAQ: µε σκανδαλισµό µέσω software ή µέσω hardware. Σκανδαλισµός µέσω Software Με τον σκανδαλισµό µέσω software η λειτουργία DAQ αρχίζει µόλις εκτελεστεί η αντίστοιχη συνάρτηση που αρχικοποιεί την συλλογή δεδοµένων. Για παράδειγµα τα VI Easy I/O DAQ χρησιµοποιούν σκανδαλισµό µέσω software. Όλες οι κάρτες DAQ υποστηρίζουν αυτόν τον τρόπο σκανδαλισµού. Σκανδαλισµός µέσω Hardware Ένας άλλος τρόπος για να αρχίσουµε την συλλογή δεδοµένων είναι να περιµένουµε να συµβεί ένα συγκεκριµένο εξωτερικό γεγονός. Συνήθως αρχίζουµε την συλλογή δεδοµένων βάση των χαρακτηριστικών ενός ψηφιακού ή αναλογικού σήµατος όπως το πλάτος, το επίπεδο κ.λ.π. Τα ολοκληρωµένα κυκλώµατα στην κάρτα χρησιµοποιούν αυτό το αναλογικό ή ψηφιακό γεγονός για να ξεκινήσουν τα ρολόγια της κάρτας που ελέγχουν την συλλογή. Μερικές κάρτες DAQ υποστηρίζουν ψηφιακό σκανδαλισµό για να ξεκινήσουν µία συλλογή δεδοµένων ενώ άλλες κάρτες υποστηρίζουν και αναλογικό σκανδαλισµό. Η είσοδος στην κάρτα DAQ που δέχεται το σήµα σκανδαλισµού είναι η EXTTRIG είτε η START TRIG. Όλες οι σειρές καρτών που χρησιµοποιούµε υποστηρίζουν ψηφιακό σκανδαλισµό. Οι κάρτες που υποστηρίζουν και αναλογικό σκανδαλισµό είναι οι AT-MIO-16E-1, AT-MIO-16E-2, AT-MIO-16E-3 και οι περισσότερες κάρτες της σειράς Α2000. Ανάκτηση υπό Συνθήκη Όταν εκτελείται µία ανάκτηση υπό συνθήκη η κάρτα συλλέγει δεδοµένα και τα αποθηκεύει στην ενδιάµεση µνήµη συλλογής χρησιµοποιώντας σκανδαλισµό µέσω software. Ωστόσο η κάρτα δεν αρχίζει να επιστρέφει δεδοµένα στο LabVIEW παρά µόνο όταν αποκτήσει ένα δείγµα που πληρεί δεδοµένες συνθήκες επιπέδου και κλίσης. Μην συγχέετε την ανάκτηση υπό συνθήκη µε τον αναλογικό σκανδαλισµό. Συστήµατα που χρησιµοποιούν αναλογικό σκανδαλισµό δεν αποθηκεύουν δεδοµένα στην ενδιάµεση µνήµη συλλογής παρά µόνο όταν συµβεί η συνθήκη σκανδαλισµού. Παρακάτω παρουσιάζεται το σύµπλεγµα της ανάκτησης υπό συνθήκη που ορίζει τα κριτήρια για την ανάκτηση δεδοµένων από την ενδιάµεση µνήµη συλλογής. Το σύµπλεγµα αυτό είναι είσοδος στο VI AI Read. Μόλις η συλλογή αρχίζει η κάρτα δειγµατοληπτεί συνεχώς το σήµα και το συγκρίνει µε τις συνθήκες ανάκτησης. Όταν πληρούνται οι συνθήκες αυτές η AI Read επιστρέφει το σύνολο των δεδοµένων που καθορίζονται από την είσοδο number of scans to read. 158

156 Άσκηση 4-9 Στόχος: Να κατασκευάσετε ένα VI που αρχίζει συλλογή δεδοµένων µε hardware ψηφιακό σκανδαλισµό. Πριν τρέξετε αυτήν την άσκηση, κάντε τις ακόλουθες συνδέσεις στο ΟΕΜΕ: Συνδέστε την έξοδο του ηµιτόνου στην αναλογική είσοδο CH1, και την έξοδο του τετραγωνικού παλµού στην αναλογική είσοδο CH2. Πρόσοψη 1. Ανοίξτε το Scan Two Waveforms.vi που δηµιουργήσατε προηγούµενα και τροποποιήστε την πρόσοψη όπως παραπάνω Σηµειώνεται ότι για να δηµιουργήσετε τους ελέγχου Trigger Type και Pretrigger Scans επιλέγετε Create Control από το αναδυόµενο µενού του εικονιδίου της AI Start. 159

157 ιάγραµµα οµής 1. Κατασκευάστε το ιάγραµµα οµής όπως παρουσιάζετε παρακάτω. 2. Εκτελέστε το VI το οποίο περιµένει µέχρι να πατήσετε το κουµπί Trigger πάνω στο ΟΕΜΕ. Αφού συλλέξετε δεδοµένα µόνο από το κανάλι 1, δοκιµάστε να συλλέξετε δεδοµένα από το κανάλι 1 και Αποθηκεύστε το VI µε όνοµα Acquire with HW Trig.vi. Τέλος Άσκησης

158 Συνεχής Ροή εδοµένων σε Αρχείο Ήδη έχουµε δει ασκήσεις µε VI που στέλνουν δεδοµένα σε αρχεία. Σε αυτές τις ασκήσεις το LabVIEW µετατρέπει τα δεδοµένα στο αντίστοιχο format του αρχείου και τα αποθηκεύει µόλις συµπληρωθεί η συλλογή δεδοµένων. Ένας διαφορετικός τρόπος αντιµετώπισης και σε µερικές περιπτώσεις πολύ πιο αποδοτικός είναι το γράψιµο µικρών κοµµατιών δεδοµένων στο σκληρό δίσκο κατά την διάρκεια της διαδικασίας της συλλογής των δεδοµένων. Αυτός ο τύπος εισόδου / εξόδου αρχείου καλείται συνεχής ροή (streaming). Το πλεονέκτηµα της συνεχούς ροής δεδοµένων σε αρχείο είναι ότι µπορείτε να εκτελείτε εφαρµογές συνεχούς συλλογής δεδοµένων και να έχετε ταυτόχρονα αποθηκευµένο στο σκληρό σας δίσκο ένα αντίγραφο όλων των δεδοµένων της δειγµατοληψίας. Στις συνεχείς εφαρµογές η ταχύτητα µε την οποία µπορεί το LabVIEW να ανακτήσει δεδοµένα από την ενδιάµεση µνήµη συλλογής και στην συνέχεια να τα στείλει στον σκληρό δίσκο είναι σηµαντική. Πρέπει να µπορείτε να διαβάσετε και να στείλετε τα δεδοµένα τόσο γρήγορα έτσι ώστε η κάρτα να µην µπορέσει να γράψει στην κυκλική ενδιάµεση µνήµη πάνω σε δεδοµένα που δεν έχουν διαβαστεί. Για να αυξήσετε την αποδοτικότητα της ανάκτησης δεδοµένων πρέπει να αποφύγετε την εκτέλεση άλλων λειτουργιών κατά την διάρκεια της συλλογής δεδοµένων. Επίσης θα πρέπει να χρησιµοποιήσετε την δυαδική έξοδο δεδοµένων της AI Read αντί της εξόδου τάσης, έτσι ώστε να αυξήσετε τόσο την αποδοτικότητα της ανάκτησης όσο και αυτή της συνεχούς ροής. Όταν διαµορφώνετε την AI Read έτσι ώστε να παράγει µόνο δυαδικά δεδοµένα (καθορίζεται από την είσοδο output units), τα δεδοµένα επιστρέφουν γρηγορότερα γιατί δεν χρειάζεται κάθε σηµείο να µετατραπεί σε τάση σύµφωνα µε την κλίµακα που αντιστοιχεί στο εύρος και στο κέρδος που χρησιµοποιείται. Το µειονέκτηµα του διαβάσµατος και της συνεχούς ροής δεδοµένων είναι ότι τα αρχεία που παράγονται δεν µπορούν να διαβαστούν εύκολα από χρήστες ή από άλλες εφαρµογές. Από την εµπειρία των προηγούµενων ασκήσεων της συνεχούς συλλογής δεδοµένων µπορείτε εύκολα να µετατρέψετε ένα VI συνεχούς συλλογής έτσι ώστε να συµπεριλάβετε και την ιδιότητα της συνεχούς ροής δεδοµένων σε αρχείο. 161

159 Άσκηση 4-10 Στόχος: Να εξετάσετε ένα VI που εκτελεί συνεχή ροή δεδοµένων σε αρχείο. Πριν τρέξετε αυτήν την άσκηση, κάντε τις ακόλουθες συνδέσεις στο ΟΕΜΕ: Συνδέστε την έξοδο του ηµιτόνου στην αναλογική είσοδο CH1και την έξοδο του τετραγωνικού παλµού στην αναλογική είσοδο CH2. 1. Ανοίξτε το Cont Acq to File (binary) VI. 2. Μελετήστε το ιάγραµµα οµής. Παρατηρήστε ότι η απλή πρόσθεση τριών VI εισόδου / εξόδου αρχείου δηµιουργεί συνεχή αποθήκευση δεδοµένων στο σκληρό δίσκο. Για λόγους επίδοσης το VI συλλέγει δεδοµένα σε δυαδική µορφή. 3. Επιλέξτε ένα µέγεθος αρχείου δειγµάτων στον έλεγχο αρχείου Max # of scans to write και εκτελέστε το VI. Αποθηκεύστε το αρχείο µε τα δεδοµένα µε όνοµα DAQDATA.BIN. Κατά την διάρκεια εκτέλεσης του VI περιστρέψτε το κουµπί συχνοτήτων πάνω στο ΟΕΜΕ. 4. Σταµατήστε το VI. 5. Ανοίξτε και τρέξτε το VI Display Acq d File (binary) για να δείτε τα περιεχόµενα του αρχείου. Βρείτε και ανοίξτε το αρχείο DAQDATA.BIN. 6. Κλείστε και τα δύο VI χωρίς να αποθηκεύσετε αλλαγές. Τέλος άσκησης

160 5 ο Κεφάλαιο Αναλογική Έξοδος - Ψηφιακή Είσοδος/Εξοδος Περιεχόµενα 1. Αναλογική Έξοδος Αναλογική Έξοδος Μονής Ενηµέρωσης Άσκηση ηµιουργία Αναλογικής Κυµατοµορφής Άσκηση Άσκηση Ψηφιακή Είσοδος / Έξοδος VIs Ψηφιακής Εισόδου / Εξόδου Εφαρµογές Άµεσης Ψηφιακής Εισόδου / Εξόδου Άσκηση Άσκηση

161 164

162 1. Αναλογική Έξοδος Όπως ακριβώς υπάρχουν δύο γενικές µέθοδοι για τη συλλογή αναλογικών κυµατοµορφών ένα σηµείο κάθε φορά χωρίς τη χρήση της ενδιάµεσης µνήµης του υπολογιστή, ή πολλά σηµεία τη φορά µε τη χρήση ενδιάµεσης µνήµης και hardware µετρητές υπάρχουν παρόµοιες µέθοδοι για την αναλογική έξοδο. Μπορείτε να κάνετε απλές µονές ενηµερώσεις σε κανάλια αναλογικής εξόδου χωρίς να χρησιµοποιείτε hardware ρολόγια. Επίσης µπορείτε να ενηµερώνετε κανάλια σε σηµαντικά ταχύτερους και ακριβέστερους ρυθµούς χρησιµοποιώντας ενδιάµεση µνήµη και έναν µετρητή για τον έλεγχο της ταχύτητας της ενηµέρωσης. Τα VI τα οποία ελέγχουν τις λειτουργίες αναλογικής εξόδου είναι διαρθρωµένα σε τέσσερις κατηγορίες: 1. Easy I/O VI (Data Acquisition >> Analog Output, κορυφαία γραµµή): Προορίζονται για απλές εφαρµογές αναλογικής εξόδου. Έχουν ενσωµατωµένη διαχείριση λαθών και χρησιµοποιούν τα ίδια όρια για όλα τα κανάλια τα οποία διαχειρίζονται. 2. Intermediate VIs (Data Acquisition >> Analog Output, κάτω γραµµή): Προορίζονται για τις περισσότερες εφαρµογές αναλογικής εξόδου που απαιτούν ρουτίνες διαχείρισης λαθών ορισµένες από τον χρήστη, ιδιαίτερο χρονισµό, διαφορετικές ρυθµίσεις ορίων για κάθε κανάλι ή συνεχή λειτουργία. 3. Advanced VIs (Data Acquisition >> Analog Output >> Advanced): Είναι θεµελιώδη VI που χρησιµοποιούνται σαν βάση για άλλα VI αναλογικής εξόδου. Σπάνια χρειάζεστε να χρησιµοποιήσετε αυτά τα VI µια και τα intermediate VI παρέχουν την ίδια λειτουργικότητα µε πολύ πιο απλό τρόπο. 4. Analog Output Utility VIs (Data Acquisition >> Analog Output >> Advanced): Είναι µία εύκολη οµαδοποίηση των Intermediate VIs για την εκτέλεση λειτουργιών αναλογικής εξόδου. 165

163 1.1. Αναλογική Έξοδος Μονής Ενηµέρωσης Θα περιγράψουµε τα σηµαντικότερα VIs που καλύπτουν την ενότητα της Αναλογικής Εξόδου Μονής Ενηµέρωσης. Τα περισσότερα είναι από τη συχνότερα χρησιµοποιούµενη οµάδα των Ενδιάµεσων VIs, εκτός από το πρώτο που ανήκει στα Απλά VIs I/O. Το VI AO Update Channel εγγράφει µία καθορισµένη τάση σε ένα κανάλι αναλογικής εξόδου. Όπως πάντα, Device είναι η είσοδος στην οποία δηλώνουµε τον αριθµό που έχει ανατεθεί από τον υπολογιστή στην κάρτα συλλογής δεδοµένων και Channel είναι η είσοδος όπου σε µορφή αλφαριθµητικής σειράς καθορίζουµε το κανάλι αναλογικής εξόδου. Στην είσοδο Voltage το VI δέχεται την τιµή της τάσης που πρόκειται να εξάγει. Την ίδια λειτουργία µπορούµε να εκτελέσουµε σε πολλαπλά κανάλια χρησιµοποιώντας το παρεµφερές VI Update Channels. Περισσότερη λειτουργικότητα και δυνατότητες µπορείτε να έχετε αν χρησιµοποιήσετε το VI AO Write One Update που βρίσκεται στην υποπαλέτα Analog Output Utilities. Αυτό αρχικοποιεί άµεσα την κάρτα συλλογής δεδοµένων και εκτελεί µια λειτουργία αναλογικής εξόδου για τα κανάλια που καθορίζονται στην είσοδο channels (0). Κάθε κανάλι ενηµερώνεται µια φορά µε µια τιµή από τον πίνακα voltage data. Η σειρά των τιµών µέσα σε αυτόν τον πίνακα εισόδου θα πρέπει να αντιστοιχεί µε τη σειρά των επιλεγµένων καναλιών αναλογικής εξόδου. Η είσοδος limit settings καθορίζει την πολικότητα και την περιοχή τιµών για κάθε κανάλι µε τη µορφή ενός επάνω και ενός κάτω ορίου. Η είσοδος iteration σας επιτρέπει να εκτελείτε το VI επανειληµµένα χωρίς να χρειάζεται κάθε φορά η αρχικοποίηση της κάρτας συλλογής δεδοµένων. Ένας καλός τρόπος καλωδίωσης αυτής της εισόδου είναι µε τον τερµατιστή επαναλήψεων του βρόχου, όταν βέβαια το VI βρίσκεται µέσα σε ένα βρόχο. 166

164 Άσκηση 5-1 Στόχος: Η εκτέλεση µιας λειτουργίας Αναλογικής Εξόδου µονού σηµείου. Πριν εκτελέσετε την άσκηση συνδέστε την αναλογική έξοδο CH0 στην αναλογική είσοδο CH1. 1. Ανοίξτε το VI Voltage Output Example το οποίο είναι ήδη κατασκευασµένο. Το VΙ αυτό εξάγει µία τάση από 0V έως 9,5V µε βήµα 0,5V. Θα παρατηρήσετε την τάση εξόδου χρησιµοποιώντας το VI Voltmeter που έχετε κατασκευάσει. 2. Ανοίξτε το ιάγραµµα οµής. Ο βρόγχος For εκτελείται κάθε 500ms και το ΑΟ Write One Update εξάγει την τάση. Μόλις τελειώσει η εκτέλεση του βρόγχου το VI εξάγει µηδενική τάση για να µηδενίσει το κανάλι της αναλογικής εξόδου ενώ µία τοπική µεταβλητή γράφει 0,0 στον ενδείκτη Voltage Output. 167

165 3. Ανοίξτε το VI Voltmeter και διαµορφώστε την κλίµακα από 0,0 έως 10,0, εισάγετε στον έλεγχο καναλιού «1» και ορίστε τον έλεγχο ορίων όπως παρουσιάζεται παραπάνω. 4. Εκτελέστε το VI Voltmeter και το VI Voltage Output µαζί. Το πρώτο θα πρέπει να εµφανίζει την τάση εξόδου του δεύτερου. 5. Κλείστε και τα δύο VIs χωρίς να σώσετε καµία αλλαγή. Τέλος Άσκησης

166 1.2. ηµιουργία Αναλογικής Κυµατοµορφής Για πολλές εφαρµογές η εγγραφή µίας τιµής σε κανάλι αναλογικής εξόδου µε την χρήση χρονισµού µέσω software δεν είναι µία αρκετά γρήγορη διαδικασία. Αυτές οι εφαρµογές απαιτούν από την κάρτα DAQ την ενηµέρωση καναλιού σε επακριβή διαστήµατα. Αυτός ο τύπος εφαρµογής καλείται δηµιουργία κυµατοµορφής. Τα VIs ενδιάµεσου τύπου που χρησιµοποιούνται για την δηµιουργία κυµατοµορφής είναι τα εξής: AO Config, AO Write, AO Start και AO Clear. Αυτά τα VIs είναι παρόµοια µε τα VIs ενδιάµεσου τύπου αναλογικής εισόδου τα οποία παρουσιάσαµε στην προηγούµενη εργαστηριακή άσκηση. Η µόνη διαφορά είναι ότι στο VI AO Write πρέπει να έχουν γραφτεί τα δεδοµένα στην ενδιάµεση µνήµη πριν να εκτελεστεί το VI. Το AO Config αρχικοποιεί τη λειτουργία της αναλογικής εξόδου για έναν καθορισµένο αριθµό καναλιών, αρχικοποιεί το hardware και δεσµεύει µια ενδιάµεση µνήµη για την λειτουργία. Η έξοδος taskid χρησιµοποιείται από όλα τα VIs Αναλογικής Εξόδου που ακολουθούν για να αναγνωρίσουν τη συσκευή και τα κανάλια στα οποία θα εκτελεστούν. Το AO Write εγγράφει τα δεδοµένα από την είσοδο voltage data στην ενδιάµεση µνήµη που έχει εκχωρηθεί για τη λειτουργία της αναλογικής εξόδου. Τα δεδοµένα πρέπει να είναι ένας δισδιάστατος πίνακας, όπου κάθε στήλη δεδοµένων είναι τα δεδοµένα που γράφονται στο αντίστοιχο κανάλι από τη λίστα καναλιών. Η είσοδος allow generation ελέγχει αν το ίδιο σύνολο δεδοµένων µπορεί να γραφτεί στα κανάλια αναλογικής εξόδου περισσότερες από µια φορές. Μπορείτε επίσης να χρησιµοποιήσετε αυτό το VI για να ελέγξετε την κατάσταση µιας διαδικασίας δηµιουργίας κυµατοµορφής καλωδιώνοντας το taskid, αλλά αφήνοντας ακαλωδίωτη τη voltage data. Η κατάσταση της λειτουργίας που σχετίζεται µε αυτό το taskid, φαίνεται στις εξόδους number of updates done, number of buffers done, generation complete και error out. 169

167 Αυτό το VI ξεκινά µια λειτουργία αναλογικής εξόδου µε ενδιάµεση µνήµη. Η είσοδος update rate είναι ο αριθµός των ενηµερώσεων που θα γίνουν ανά δευτερόλεπτο ανά κανάλι. Για παράδειγµα, αν καλωδιώσετε τη σταθερά 1000 στην είσοδο του ρυθµού ενηµέρωσης και δίνετε αναλογική έξοδο σε δύο κανάλια, η κάρτα θα παράγει και στα δύο κανάλια ένα ρυθµό ενηµέρωσης των 1000 Hz στο καθένα. Μπορείτε να καθορίσετε την πηγή του χρονισµού της διαδικασίας στις εισόδους clock και clock source. Η είσοδος number of buffer iterations ελέγχει πόσες φορές θα αναπαραχθούν ή θα επανεγγραφούν τα δεδοµένα στην ενδιάµεση µνήµη. Αν καλωδιώσετε την τιµή 0 σε αυτήν την είσοδο, η κάρτα θα εξάγει επανειληµµένα τα δεδοµένα της ενδιάµεσης µνήµης έως ότου εκτελέσετε τη συνάρτηση AO Clear. Η AO Clear σταµατά τη διαδικασία αναλογικής εξόδου, ελευθερώνει την ενδιάµεση µνήµη του υπολογιστή και απελευθερώνει όλους τους πόρους της κάρτας συλλογής δεδοµένων, όπως τους µετρητές. Το Απλό VI I/O AO Generate Waveforms επίσης δηµιουργεί κυµατοµορφές σε ένα κανάλι αναλογικής εξόδου σε έναν καθορισµένο ρυθµό ενηµέρωσης. Πάντως, αυτό το VI δεν είναι τόσο ευέλικτο όσο τα Ενδιάµεσα VIs µια και δεν µπορείτε να καθορίσετε διαφορετικά όρια για κάθε κανάλι, να καθορίσετε εναλλακτικές πηγές χρονισµού ή να επιτρέψετε πολλαπλές επαναλήψεις της ενδιάµεσης µνήµης. 170

168 Άσκηση 5-2 Στόχος: ηµιουργία µιας αναλογικής κυµατοµορφής. Πριν εκτελέσετε την άσκηση συνδέστε την αναλογική έξοδο CH0 στην αναλογική είσοδο CH1. 1. Ανοίξτε και εκτελέστε το VI AO Waveform Gen. Το VI δηµιουργεί µία κυµατοµορφή στο κανάλι 0 της αναλογικής εξόδου. Επίσης εισάγει την κυµατοµορφή µε την χρήση της αναλογικής εισόδου στο κανάλι 1 και την παρουσιάζει σε µία γραφική απεικόνιση. 2. Αυξήστε ή µειώστε τον ρυθµό ενηµέρωσης και παρατηρήστε ότι η συχνότητα της κυµατοµορφής που παρουσιάζετε αυξάνεται ή µειώνεται, αντίστοιχα. Ο έλεγχος Update Rate καθορίζει τον ρυθµό µε τον οποίο η κάρτα εξάγει τις τάσεις. Όµως, η πραγµατική συχνότητα της κυµατοµορφής εξόδου εξαρτάται από δύο παράγοντες: τον αριθµό των σηµείων που αποτελούν ένα κύκλο και τον ρυθµό µε τον οποίο τα σηµεία δίνονται στην έξοδο. Για παράδειγµα, εάν ένας κύκλος της κυµατοµορφής αποτελείται από 1000 σηµεία και ο ρυθµός ενηµέρωσης είναι 2000 ανά δευτερόλεπτο η συνολική ενηµέρωση της κυµατοµορφής συµπληρώνεται σε χρόνο 0,5 δευτερολέπτου, δίνοντας µία συχνότητα 2Hz. Μπορείτε επίσης να αλλάξετε την συχνότητα της κυµατοµορφής αλλάζοντας το µέγεθος της ενδιάµεσης µνήµης. Για παράδειγµα εάν ένας κύκλος της κυµατοµορφής αποτελείται από 10 σηµεία και ο ρυθµός ενηµέρωσης είναι 2000 σηµεία ανά δευτερόλεπτο, η πραγµατική συχνότητα είναι 200Hz. Το µειονέκτηµα της µείωσης του µεγέθους της ενδιάµεσης µνήµης είναι ότι η λειτουργία της αναλογικής εξόδου έχει πολύ µικρότερη ακρίβεια και αυτό γιατί η διαφορά τάσης µεταξύ ενός σηµείου και του εποµένου είναι κατά πολύ µεγαλύτερη. Σηµείωση: Εάν ο ρυθµός ενηµέρωσης είναι πολύ γρήγορος και η κάρτα DAQ χρησιµοποιεί interrupts για να µεταφέρει δεδοµένα από την µνήµη στον DAC, η CPU αναγκάζεται να χρησιµοποιεί πολύ χρόνο εξυπηρετώντας αυτές τις διακοπές, ο υπολογιστής εµφανίζεται αργός ή σαν να έχει κολλήσει. Γι' αυτό εάν θέλετε να χρησιµοποιήσετε γρήγορους ρυθµούς ενηµέρωσης χρησιµοποιήστε µία κάρτα που χρησιµοποιεί DMA για την µεταφορά δεδοµένων από την µνήµη στον DAC. 171

169 3. Κλείστε το VI χωρίς να σώσετε καµία αλλαγή. Τέλος άσκησης

170 Άσκηση 5-3 Στόχος: Η συνεχής δηµιουργία µίας αναλογικής κυµατοµορφής Πριν να εκτελέσετε την άσκηση συνδέστε την αναλογική έξοδο CH0 στην αναλογική είσοδο CH1. 1. Ανοίξτε ένα νέο VI και κατασκευάστε την παραπάνω πρόσοψη. Ο έλεγχος Update Rate καθορίζει τον ρυθµό δηµιουργίας κυµατοµορφής ενώ ο έλεγχος Buffer Length καθορίζει τον αριθµό των σηµείων που δηµιουργούνται µε την χρήση του VI Sawtooth. Η ενδιάµεση µνήµη γράφεται στην µνήµη του υπολογιστή. Generated W aveform Amplitude (Volts peak) Get W aveform Components Y Frequency 1000,00 Sawtooth W aveform.vi Build Array Transpose 2D Array Every 500ms check for DAQ errors or for the STOP button to be pushed Buffer Length (#points) Bundle msec 500 continue or stop message 2 W a it U n til N e xt m s M u ltip le Device Channel Channel Update Rate Unbundle By Name status Not Or 1. Κατασκευάστε το παραπάνω ιάγραµµα οµής. 2. Αποθηκεύστε το VI µε όνοµα Generate Sawtooth Waveform.vi. 173

171 3. Εκτελέστε το VI. 4. Ανοίξτε και εκτελέστε το VI Read and Chart. Το VI αυτό δειγµατοληπτεί συνεχώς το κανάλι αναλογικής εισόδου 1 και απεικονίζει τα δεδοµένα σε ένα διάγραµµα σάρωσης. 5. Σταµατήστε και τα δύο VI. Στο VI Generate Sawtooth Waveform από το αναδυόµενου µενού της συνάρτησης AO Config για την είσοδο allocate mode, επιλέξτε Create Constant και θέστε σαν τιµή της σταθεράς την επιλογή 6 (χρήση µνήµης FIFO). 6. Εκτελέστε και τα δύο VI και πειραµατιστείτε µε τον ρυθµό ενηµέρωσης για να δείτε πόσο γρήγορα µπορείτε να ενηµερώσετε την πριονωτή κυµατοµορφή πριν να λάβετε λάθος. Πρέπει να µπορείτε να πάτε πολύ ταχύτερα µε την κατάσταση λειτουργίας FIFO ενεργοποιηµένη. 7. Σταµατήστε και τα δύο VI. Κλείστε και αποθηκεύστε το VI Generate Sawtooth Waveform.vi. Κλείστε το VI Read and Chart χωρίς να αποθηκεύσετε καµία αλλαγή. Τέλος άσκησης

172 2. Ψηφιακή Είσοδος / Έξοδος Τα συστατικά ψηφιακής εισόδου / εξόδου µίας κάρτας DAQ αποτελούνται από ολοκληρωµένα που δέχονται σαν είσοδο ή έξοδο σήµατα TTL. Ένα σήµα TTL ορίζεται σαν χαµηλό (ψευδές) όταν κυµαίνεται από 0V έως 0.8V και υψηλό (αληθές) όταν κυµαίνεται από 2.2V έως 5.5V. Σε όλες τις κάρτες οι ψηφιακές γραµµές οµαδοποιούνται σε θύρες. Ο αριθµός των ψηφιακών γραµµών σε κάθε θύρα εξαρτάται από την κάρτα, όλες όµως έχουν τέσσερις ή οκτώ γραµµές. ιαβάζοντας / γράφοντας σε µία θύρα µπορείτε να αναγνωρίσετε / καθορίσετε την κατάσταση των πολλαπλών ψηφιακών γραµµών. Σε όλες τις κάρτες, εκτός των σειρών TIO-10 και MIO E, οι γραµµές σε κάθε θύρα πρέπει να έχουν την ίδια κατεύθυνση: είσοδο ή έξοδο. Υπάρχουν δύο κατηγορίες ψηφιακών εφαρµογών: άµεσες (immediate) και χρονικά ρυθµιζόµενες (timed). Με την άµεση ψηφιακή είσοδο / έξοδο, η κλήση µίας ψηφιακής συνάρτησης διαβάζει / ενηµερώνει άµεσα την κατάσταση µίας γραµµής ή το pattern της θύρας. Με την χρονικά ρυθµιζόµενη είσοδο / έξοδο οι µεταφορές των ψηφιακών δεδοµένων ρυθµίζονται χρονικά µε εξωτερικά σήµατα VIs Ψηφιακής Εισόδου / Εξόδου Τα VIs Ψηφιακής Εισόδου / Εξόδου βρίσκονται οργανωµένα σε τρεις κατηγορίες: Data Acquisition >> Digital I/O, πάνω σειρά, στην οποία βρίσκονται τα Απλά VIs. Data Acquisition >> Digital I/O, κάτω σειρά, στην οποία βρίσκονται τα Ενδιάµεσα VIs για εφαρµογές που απαιτούν χρονισµό ή handshake των ψηφιακών δεδοµένων. Τα VIs αυτά µπορούν να εκτελέσουν συνεχή µεταφορά δεδοµένων ή µεταφορά ενός byte. Ανάλογα µε την κάρτα που διαθέτουµε, υπάρχουν επιπρόσθετες ψηφιακές γραµµές ή µετρητές (πάνω στην κάρτα) για να ελέγξουµε τον χρονισµό της µεταφοράς δεδοµένων. 175

173 Data Acquisition >> Digital I/O >> Advanced Digital I/O, τα Προηγµένα VIs είναι διεπαφές κατώτερου επιπέδου ψηφιακής Εισόδου / Εξόδου και αποτελούν δοµικά τµήµατα άλλων ψηφιακών VIs. Τα Προηγµένα VIs µπορούν να εκτελέσουν άµεση και χρονικά ρυθµιζόµενη είσοδο / έξοδο. Άµεση Ψηφιακή Είσοδος / Έξοδος Η πιο απλή εφαρµογή ψηφιακής επικοινωνίας είναι η άµεση ή οποία καλείται και nonlatched είσοδος / έξοδος. Όλες οι κάρτες µε ψηφιακές γραµµές υποστηρίζουν αυτή την µέθοδο. Όταν το LabVIEW καλεί µια ψηφιακή συνάρτηση µε αυτόν τον τρόπο η κατάσταση της ψηφιακής γραµµής εξόδου ενηµερώνεται άµεσα, ή επιστρέφεται η τρέχουσα ψηφιακή τιµή της γραµµής εισόδου, ανάλογα µε την κατεύθυνση της ψηφιακής γραµµής. Μόλις ανατεθεί µια κατάσταση σε µια ψηφιακή γραµµή, παραµένει µέχρι να της ανατεθεί µία νέα. Η διαµόρφωση της κατεύθυνσης σε µια ψηφιακή γραµµή γίνεται µέσω software, ενώ η αλλαγή κατεύθυνσης µπορεί να γίνει όποτε είναι αναγκαίο. Απλά VIs I/O Με την χρήση των Απλών VIs I/O µπορείτε να εισάγετε / εξάγετε, άµεσα, ψηφιακά δεδοµένα σε µία γραµµή ή σε µία θύρα. Αν δεν καλωδιώσετε µία θετική τιµή στην είσοδο iteration, όλες οι συναρτήσεις θα αρχικοποιήσουν αυτόµατα την κάρτα DAQ για την κατάλληλη λειτουργία κάθε φορά που θα κληθούν. Ειδικότερα αν χρησιµοποιείτε αυτές τις συναρτήσεις µέσα σε ένα βρόγχο µπορείτε να αποφύγετε άσκοπη επαναδιαµόρφωση της θύρας απλά καλωδιώνοντας τον τερµατιστή επαναλήψεων βρόγχου στην είσοδο iteration. Write to Digital Line, αναθέτει µία κατάσταση σε µία συγκεκριµένη γραµµή µίας θύρας. Η είσοδος Device είναι ο αριθµός συσκευής που έχει ανατεθεί στην κάρτα ενώ οι είσοδοι port number και line καθορίζουν αντίστοιχα την θύρα και την ψηφιακή 176

174 γραµµή στην οποία θα γίνει η εγγραφή. Η line state καθορίζει την κατάσταση που θα εγγραφεί στην γραµµή: υψηλή (αληθής) ή χαµηλή (ψευδής). Read from Digital Line, διαβάζει την λογική κατάσταση µίας ψηφιακής γραµµής και λειτουργεί ακριβώς όπως η προηγούµενη συνάρτηση. Write to Digital Port, εξάγει ένα ψηφιακό pattern σε µία καθορισµένη θύρα. Η είσοδος pattern είναι η δεκαδική αντιστοιχία του ψηφιακού ή δυαδικού προτύπου. Η Read from Digital Port, διαβάζει τις καταστάσεις όλων των ψηφιακών γραµµών της αντίστοιχης θύρας. Σηµείωση: Τα Απλά VIs I/O λειτουργούν σωστά όταν τα χρησιµοποιείτε σαν ένα στιγµιότυπο µιας σειράς διαδικασιών στην επικοινωνία µέσω µίας ψηφιακής γραµµής ή θύρας. Επειδή τα Απλά VIs I/O χρησιµοποιούν µη αρχικοποιηµένους καταχωρητές ολίσθησης για να θυµούνται πληροφορίες διαµόρφωσης µεταξύ κλήσεων δεν είναι κατάλληλα για να ελέγξουν πολλαπλές ψηφιακές θύρες µέσα σε ένα VI. Σε µια τέτοια περίπτωση χρησιµοποιήστε τα Προηγµένα VIs. Προηγµένα VIs Με την χρήση των Προηγµένων VIs µπορείτε να ελέγξετε πιο αποτελεσµατικά την πολλαπλή ψηφιακή ανάγνωση / εγγραφή γιατί δεν χρειάζεται να διαµορφώνετε την κάρτα σε κάθε λειτουργία όπως χρειαζόταν µε τα Απλά VIs. Τα Προηγµένα VIs επιτρέπουν την χρήση µιας µάσκας γραµµών στην ταυτόχρονη ανάγνωση / εγγραφή πολλαπλών γραµµών µίας θύρας χωρίς να χρειάζεται να διαβάζουν / εγγράφουν όλη την θύρα. Επίσης τα VIs αυτά σας επιτρέπουν, µε την βοήθεια πλαισίων διαλόγου, να ορίσετε την δική σας διαχείριση λαθών. 177

175 DIO Port Config, διαµορφώνει µια ψηφιακή θύρα για ανάγνωση / εγγραφή. Οι είσοδοι Device και port number καθορίζουν την συσκευή και την θύρα που θα χρησιµοποιήσουµε ενώ η είσοδος line direction map καθορίζει την κατεύθυνση των γραµµών της θύρας. Η έξοδος task ID out χρησιµοποιείται για να αναφερθούµε, σε επόµενες ψηφιακές λειτουργίες, στις γραµµές της θύρας που διαµορφώθηκαν µε το VI. DIO Port Write, ενηµερώνει άµεσα τις γραµµές τις θύρας που υποδεικνύονται από την task ID. Η είσοδος pattern είναι µία ακέραια τιµή που καθορίζει την κατάσταση της κάθε γραµµής όταν µετατραπεί σε δυαδικό αριθµό. Για παράδειγµα το 1 έχει αντίστοιχο δυαδικό 0001 και θέτει την υψηλή κατάσταση στην γραµµή 0, ενώ το 15 έχει αντίστοιχο δυαδικό 1111 και θέτει στις γραµµές 0 έως 3 την υψηλή κατάσταση. Η είσοδος line mask σας δίνει την ικανότητα να επιδράσετε σε συγκεκριµένες γραµµές της θύρας. Η τιµή αυτής της εισόδου εκλαµβάνεται σαν δυαδικός αριθµός και καθορίζει τις γραµµές που θα γίνει η εγγραφή ενώ οι γραµµές που δεν περιλαµβάνονται στην µάσκα δεν επηρεάζονται. Μπορείτε να επιλέξετε µια µόνο ψηφιακή γραµµή, στην οποία θα επιδράσετε, µε την χρήση της συνάρτησης Scale By Power of 2, ή πολλές ψηφιακές γραµµές εισάγοντας απευθείας µία δεκαδική τιµή. Στο επόµενο παράδειγµα ένα pattern 8 εισάγεται στην είσοδο line mask µε αποτέλεσµα να ενηµερωθεί η ψηφιακή γραµµή 3. Στο επόµενο παράδειγµα ένα pattern 6 εισάγεται στην είσοδο line mask µε αποτέλεσµα να ενηµερωθούν οι ψηφιακές γραµµές 1 και 2. Στην περίπτωση που 178

176 διαµορφώσετε την θύρα σαν θύρα εισόδου θα επιστραφεί λάθος στην συνάρτηση error out. DIO Port Read, αντίστοιχη λειτουργία µε την προηγούµενη αλλά για ανάγνωση των ψηφιακών γραµµών µιας θύρας Εφαρµογές Άµεσης Ψηφιακής Εισόδου / Εξόδου Εφαρµογές που περιλαµβάνουν έλεγχο και παρακολούθηση ρελέ, µετρητών και άλλων συσκευών TTL γίνονται µε την βοήθεια άµεσης ψηφιακής εισόδου / εξόδου. Ανίχνευση θέσης διακόπτη Το παράδειγµα που ακολουθεί µας παρουσιάζει την ανίχνευση της θέσης ενός εξωτερικού διακόπτη µε την χρήση του Απλού VI Read from Digital Line. Το κλείσιµο του διακόπτη ξεκινά µια ακολουθία ελέγχου του LabVIEW. Η διαµόρφωση του hardware δίνεται στο ακόλουθο διάγραµµα. 179

177 Στο παρακάτω ιάγραµµα οµής η Read from Digital Line διαβάζει συνεχώς την κατάσταση της ψηφιακής γραµµής 0 στην θύρα 0 µέχρι αυτή να γίνει ψευδής (κλειστός διακόπτης). Τότε το VI βγαίνει έξω από τον βρόγχο While και εκτελεί το υπόvi Begin Test. Η Read from Digital Line αρχικοποιεί την θύρα εισόδου µόνο στην πρώτη εκτέλεση του βρόγχου (επανάληψη 0). Έλεγχος ρελέ Φανταστείτε ένα σύστηµα στο οποίο θέλετε να ελέγξετε µια βαλβίδα για να ρυθµίσετε την ροή ενός υγρού σε µία δεξαµενή. Εάν η στάθµη πέσει κάτω από µια συγκεκριµένη στάθµη θέλετε να ανοίξετε την βαλβίδα για να αρχίσει η εισροή υγρού στην δεξαµενή, ενώ όταν γεµίσει θέλετε να κλείσει η βαλβίδα και να σταµατήσει η εισροή υγρού. Κανονικά η βαλβίδα είναι κλειστή και για αυτό πρέπει να παρέχετε ισχύ από µια εξωτερική πηγή (π.χ. 220 VAC) για να ανοίξετε την βαλβίδα. ίνεται παρακάτω ένα παράδειγµα χρήσης ενός ρελέ µιας εξωτερικής συσκευής της National Instruments που ονοµάζεται SCXI-1161 και συνδέεται µε τις κάρτες συλλογής δεδοµένων. Σε αυτό το παράδειγµα η ψηφιακή θύρα εισόδου / εξόδου στην κάρτα DAQ πού συνδέεται στο ρελέ 0 διαµορφώνεται σαν θύρα εξόδου. Εισάγοντας την τιµή 1 στη ψηφιακή γραµµή που συνδέεται µε το ρελέ θέτουµε τον διακόπτη στη θέση ON, ολοκληρώνοντας το κύκλωµα ισχύος και ανοίγουµε την βαλβίδα. Το ιάγραµµα οµής που ακολουθεί χρησιµοποιεί Προηγµένα VIs για να ελέγξει το σύστηµα. Το ιάγραµµα ξεκινά αρχικοποιώντας τη θύρα 0 της κάρτας συλλογής δεδοµένων ως µια θύρα εξόδου. Η συνάρτηση Scale By Power Of 2 δηµιουργεί τη µάσκα γραµµών για να ελέγχει µόνο τη γραµµή 0. Το subvi Get Tank Level επιστρέφει τη στάθµη του 180

178 υγρού στη δεξαµενή. Αν η στάθµη είναι µικρότερη από το κάτω όριο (Low Level), τότε γράφεται ένα 1 στη γραµµή, ανοίγοντας τη βαλβίδα και επιτρέποντας την εισροή του υγρού. Οµοίως, αν η στάθµη είναι µεγαλύτερη από το επάνω όριο, γράφεται ένα 0 στη γραµµή, κλείνοντας τη βαλβίδα και σταµατώντας τη ροή του υγρού. 181

179 Άσκηση 5-4 Κατασκευάστε ένα VI το οποίο χρησιµοποιεί έναν διακόπτη της Πρόσοψης για να ελέγχει την κατάσταση του δεξιού LED της θύρας 0 στο ΟΕΜΕ. Όποτε ενεργοποιείτε το διακόπτη, το LED θα πρέπει να ανάβει. Όταν κλείνετε το διακόπτη, το LED θα πρέπει να σβήνει. Χρησιµοποιήστε το DIO Port Config και το DIO Port Write από την υποπαλέτα Data Acquisition >> Digital I/O >> Advanced Digital I/O. Η κατάσταση οποιασδήποτε άλλης γραµµής της θύρας δεν θα πρέπει να ενηµερώνεται. Το παρακάτω σχήµα δείχνει τη σύνδεση µεταξύ του δεξιού LED της θύρας 0 του ΟΕΜΕ και της γραµµής 0 της θύρας 0 της κάρτας συλλογής δεδοµένων. Υπόδειξη: Ρυθµίστε τη θύρα σας ως θύρα εξόδου καλωδιώνοντας την τιµή 1 στην είσοδο line direction map του DIO Port Config. Θυµηθείτε ότι το ΟΕΜΕ χρησιµοποιεί αρνητική λογική και γι' αυτό πρέπει να καλωδιώσετε µια χαµηλή (ψευδή) τιµή για να ανάψετε ένα LED. Επίσης, χρησιµοποιήστε τη µάσκα γραµµών για να ενηµερώνετε µόνο τη γραµµή 0 Τέλος άσκησης

180 Άσκηση 5-5 Στόχος: Ο έλεγχος µέσω του LabVIEW εξωτερικών ψηφιακών LED και εξωτερικού ρελέ. Παρακάτω απεικονίζεται το κυκλωµατικό διάγραµµα του ρελέ που διαθέτει το ΟΕΜΕ. Συµπεριλαµβάνεται και εξωτερικό κύκλωµα µε µία τροφοδοσία που µπορεί να είναι µπαταρία και ένα φορτίο που µπορεί να είναι ένα µικρό κινητηράκι ή λαµπάκι πυρακτώσεως. Πρέπει να κάνετε τις συνδέσεις στο ρελέ του ΟΕΜΕ όπως τις βλέπετε στο διάγραµµα αυτό πριν ξεκινήσετε την άσκηση. 1. Ανοίξτε το VI LEDs and Relay. Βλέπετε την παρακάτω πρόσοψη. 2. Εκτελέστε το VI και παρατηρήστε τα αποτελέσµατα στο ΟΕΜΕ. Πατώντας τα κουµπιά από το 0 έως το 3 στον έλεγχο Lines Control, ελέγχετε τα LEDs και µε 183

181 το κουµπί Relay ελέγχετε το ρελέ του ΟΕΜΕ και κατ' επέκταση το φορτίο που είναι συνδεδεµένο σε αυτό. 3. Ανοίξτε το ιάγραµµα οµής και µελετήστε το. 4. Απαντήστε στις παρακάτω ερωτήσεις. (Γράψτε τις απαντήσεις στο VI Info αφού σώσετε το VI στο δικό σας κατάλογο). Πόσες ψηφιακές γραµµές περιέχει η θύρα που χρησιµοποιεί το VI και ποιες από αυτές ενηµερώνονται; Σε ποιες περιπτώσεις σταµατάει η λειτουργία του VI και πως; (3 τρόποι) Σε ποιες µετατροπές υπόκεινται τα δεδοµένα του Lines Control και σε ποιες αυτά του Lines Indicator; Γιατί γίνονται αυτές οι µετατροπές; Σε ποιον τύπο δεδοµένων του LabVIEW κατατάσσετε αυτά που απεικονίζονται µέσω του Lines Indicator; Τι ακριβώς κάνει η συνάρτηση ; Τέλος άσκησης

182 6 ο Κεφάλαιο Φασµατική Ανάλυση Περιεχόµενα 1. Φασµατική Ανάλυση Απεικόνιση Φασµατικής Πληροφορίας ίπλευροι FFT Συλλογή φασµατικής πληροφορίας από µετασχηµατισµούς Μείωση του φαινοµένου διαπλάτυνσης φασµατικών γραµµών µε την χρήση παραθύρων VIs Φασµατικής Ανάλυσης Ασκήσεις ΑΣΚΗΣΗ ΑΣΚΗΣΗ ΑΣΚΗΣΗ ΑΣΚΗΣΗ

183 186

184 1. Φασµατική Ανάλυση Απεικόνιση Φασµατικής Πληροφορίας ύο από τις βασικότερες προκλήσεις που αντιµετωπίζονται στην επιστηµονική ανάλυση είναι η µαθηµατική περιγραφή του µετασχηµατισµού Fourier και η κατανόηση των ιδιοτήτων του. Οι πιο κοινές εφαρµογές του µετασχηµατισµού Fourier είναι η εξέταση γραµµικών, χρονικά ανεξάρτητων, συστηµάτων και η φασµατική ανάλυσή τους. Η σπουδαιότητα αυτού του µετασχηµατισµού έγκειται στο ότι µας εφοδιάζει µε ένα τρόπο µελέτης και εξαγωγής πληροφοριών για το φασµατικό περιεχόµενο ενός σήµατος. Τα περισσότερα βιβλία πάνω σε γραµµικά συστήµατα, στην επεξεργασία ψηφιακών σηµάτων και στην επεξεργασία σηµάτων παρουσιάζουν την µαθηµατική περιγραφή του δίπλευρου µετασχηµατισµού Fourier: + ( ) = { ()} = () j2π ft Χ f F xt xte dt, (1) και του αντιστρόφου του µετασχηµατισµού: x + 1 j π ft () t F { X ( f )} = e 2 dt =. (2) Ο δίπλευρος µετασχηµατισµός περιέχει όλη την πληροφορία των αρνητικών, θετικών συχνοτήτων και του χρόνου ενώ ο µονόπλευρος µετασχηµατισµός περιέχει µόνο τις θετικές συχνότητες και το χρονικό ιστορικό του σήµατος. Ένα ζεύγος µετασχηµατισµού Fourier αποτελείται από την αναπαράσταση του σήµατος στο πεδίο του χρόνου και των συχνοτήτων και ο αντίστοιχος συµβολισµός είναι xt () X( f). (3) Ο υπολογισµός του FFT βασίζεται στην διακριτή εφαρµογή των εξισώσεων (1) και (2). Συνήθως στον FFT και στον DFT χρησιµοποιείται µια τυποποιηµένη αναπαράσταση της πληροφορίας της συχνότητας. Η τυποποίηση αυτή χρησιµοποιείται κυρίως για λόγους ταχύτητας και επεξεργασίας. Η τυποποίηση που χρησιµοποιείται στην αναπαράσταση του φασµατικού περιεχοµένου του σήµατος εµφανίζεται δύσχρηστη ειδικά όταν χρησιµοποιείται σε εφαρµογές ελέγχου και µετρήσεων. Γι αυτό τον λόγο υπάρχουν δύο τρόποι για την ευκολότερη 187

185 αναπαράσταση του φασµατικού περιεχόµενου του σήµατος: η αναπαράσταση µε την DC συνιστώσα στον κέντρο και αναπαράσταση µονόπλευρου φάσµατος. Ένας γρήγορος και εύκολος τρόπος µετατροπής σε έναν µετασχηµατισµό Fourier µε κέντρο το DC είναι η αντιγραφή ενδιάµεσης µνήµης από την µία πλευρά στην άλλη. Στην περίπτωση της µετατροπής µονόπλευρου φασµατικού περιεχοµένου η λύση είναι η εξαγωγή της φασµατικής πληροφορίας και ο πολλαπλασιασµός κάθε τιµής µε 2 (εξαιρώντας τις συνιστώσες DC και Nyquist). ιαφορετικοί χειρισµοί πρέπει να γίνουν για τον υπολογισµό χρονοσειράς άρτιου µήκους, µια και είναι προϋπόθεση για τον υπολογισµό ενός FFT, το µήκος χρονοσειράς να είναι δύναµη του 2. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η προεπεξεργασία που πρέπει να γίνει στην χρονοσειρά έτσι ώστε να εξάγουµε την επιθυµητή τυποποιηµένη απεικόνιση του φασµατικού περιεχοµένου του σήµατος. Τα δύο πρώτα παραδείγµατα παρουσιάζουν εναλλακτικές και εύκολες,µεθόδους για τον υπολογισµό του µετασχηµατισµού Fourier µε κέντρο το DC και του µετασχηµατισµού Fourier χωρίς την χρήση ενδιάµεσης µνήµης. Επίσης παρουσιάζεται η µέθοδος της ανάκτησης και της σωστής παρουσίασης του φασµατικού περιεχοµένου ενός σήµατος µε την χρήση του FFT για δεδοµένη περίοδο δειγµατοληψίας. Μπορείτε να επεκτείνετε αυτό το παράδειγµα έτσι ώστε να συµπεριλαµβάνει τον FFT µε κέντρο το DC και τον µονόπλευρο FFT. ίπλευροι FFT Τα περισσότερα βιβλία που αναφέρονται στον µετασχηµατισµό Fourier και στις ιδιότητες του παρουσιάζουν έναν πίνακα από ζευγάρια δίπλευρου µετασχηµατισµού Fourier. Μπορείτε να χρησιµοποιήσετε την ιδιότητα της ολίσθησης συχνότητας για να πάρετε µία δίπλευρη αναπαράσταση (η DC συνιστώσα στο κέντρο της ενδιάµεσης µνήµης). Εάν xt ( ) X( f), είναι ένα ζεύγος µετασχηµατισµών Fourier, τότε j2π f0t () ( xte X f f ) (4) 0 Έστω t 1 = = 1, (5) f s όπου f s η συχνότητα δειγµατοληψίας στην διακριτή αναπαράσταση ενός χρονικά µεταβαλλόµενου σήµατος και f 0 ο ενδείκτης που αντιστοιχεί στην συνιστώσα Nyquist f Nyq f 0 = f f = s 1 Nyq 2 = 2 t, (6) 188

186 διότι τόση είναι η ολίσθηση συχνότητας που απαιτεί από την DC συνιστώσα για να εµφανιστεί στην θέση της συνιστώσας Nyquist. Η διακριτή αναπαράσταση της εξίσωση (4) µε την χρήση των εξισώσεων (5) και (6) είναι: xe i ji π X π, (7) k 2 όπου n είναι ο αριθµός των στοιχείων της διακριτής σειράς. Η επέκταση του εκθετικού όρου στην χρονοσειρά µας δίνει: π 1εάν τοι είναι άρτιος e ji = cos( i π) + jsin( i π) = (8) -1εάν τοι είναι περιττός που σηµαίνει ότι για να πάρετε ένα FFT του οποίου η συνιστώσα DC εµφανίζεται στο κέντρο της σειράς πρέπει να αλλάξετε το πρόσηµο σε όλα τα περιττά στοιχεία της αρχικής σειράς. H λειτουργία αυτή ονοµάζεται µετατόπιση Nyquist. Εάν λοιπόν η αρχική σειρά εισόδου είναι X = { x0 x1 x2 x3 xn 2 xn 1} παράγει τον δίπλευρο FFT είναι η Y = { x, x, x, x,..., x, x }.,,,,...,, η σειρά που n 2 n 1 Το παρακάτω ιάγραµµα οµής είναι ένας τρόπος εφαρµογής, της παραπάνω ιδιότητας χωρίς την χρήση επιπλέον ενδιάµεσης µνήµης. Σε αυτήν την δεδοµένη εφαρµογή ο βρόγχος FOR συµπεριλαµβάνει έναν καταχωρητή ολίσθησης µε δύο αριστερούς τερµατιστές. Οι σταθερές που είναι καλωδιωµένες στους καταχωρητές ολίσθησης τους αρχικοποιούν µε αντίστοιχες τιµές -1 και 1. Όταν ο βρόγχος εκτελείται το πρώτο στοιχείο του πίνακα δεν αλλάζει γιατί πολλαπλασιάζετε µε 1. Η επόµενη επανάληψη µεταθέτει τα περιεχόµενα των αριστερών τερµατιστών του καταχωρητή ολίσθησης και πολλαπλασιάζει το δεύτερο στοιχείο του πίνακα µε -1, δηλαδή αλλάζει το πρόσηµο της αρχικής τιµής. Ο βρόγχος FOR επαναλαµβάνεται µέχρι να επεξεργαστεί όλον τον πίνακα. Μετά τον τερµατισµό του βρόγχου τα περιεχόµενα του πίνακα εξόδου είναι έτοιµα για την δηµιουργία ενός δίπλευρου FFT µε το DC στο κέντρο. Τέλος στο παρακάτω σχήµα παρουσιάζονται οι τερµατιστές εισόδου και εξόδου του VI Nyquist Shift. Μπορείτε να χρησιµοποιήσετε αυτό το VI σε οποιαδήποτε εφαρµογή απαιτεί δίπλευρη πληροφορία. 189

187 Το ακόλουθο ιάγραµµα οµής παρουσιάζει έναν απλό τρόπο χρήσης αυτού του VI. Το πάνω µέρος του ιαγράµµατος οµής παρουσιάζει την γραφική παράσταση των ακατέργαστων δεδοµένων, που παρουσιάζονται στο παρακάτω διάγραµµα κυµατοµορφής. Στο προηγούµενο ιάγραµµα οµής του VI Nyquist Shift προεπεξεργαζόταν τα ακατέργαστα δεδοµένα κάνοντας αλλαγή προσήµου σε κάθε στοιχείο περιττής θέσης. Το VI Power Spectrum εκτελεί την ανάλυση των δεδοµένων. Για την σωστή απεικόνιση των επεξεργασµένων δεδοµένων πρέπει να εφοδιάσετε τον ενδείκτη που αντιστοιχεί στην αρµονική. Σε αυτήν την περίπτωση η αρχική τιµή n x0 =. 2 x 0 για την γραφική απεικόνιση πρέπει να είναι Το παρακάτω διάγραµµα παρουσιάζει τα αποτελέσµατα της επεξεργασίας των δεδοµένων έτσι ώστε να εξαχθεί ένας δίπλευρος FFT. Παρατηρήστε ότι η DC συνιστώσα εµφανίζεται στο κέντρο της γραφικής παράστασης στο δείκτη 0 και το ότι όλη η παρουσίαση είναι αντίστοιχη µε αυτή που εµφανίζεται στο ζεύγος µετασχηµατισµού Fourier. 190

188 Μπορείτε να εφαρµόσετε αυτήν την τεχνική σε χρονοσειρές που δηµιουργούν πραγµατικούς και µιγαδικούς FFT, άρτιου µεγέθους πραγµατικούς και µιγαδικούς DFT, συνδυασµένα φάσµατα και φάσµατα ισχύος, γρήγορους µετασχηµατισµούς Hartley (FHT) και σε όλες τις συναρτήσεις που συσχετίζονται µε αυτές. εν µπορείτε να εφαρµόσετε αυτήν την τεχνική απευθείας σε πίνακες περιττού µεγέθους γιατί εµφανίζεται το φαινόµενο της διαπλάτυνσης των φασµατικών γραµµών (leakage). Ωστόσο µπορούν να εξαχθούν παρόµοιες τεχνικές επεξεργασίας πινάκων περιττού µεγέθους. Συλλογή φασµατικής πληροφορίας Η εφαρµογή του µετασχηµατισµού Fourier απεικονίζει ένα ψηφιακό σήµα στους αντίστοιχους συντελεστές της σειράς Fourier ή των αρµονικών. υστυχώς καµία αποτύπωση του χρόνου ή της συχνότητας δεν σχετίζεται απευθείας µε την λειτουργία του FFT. Μοντέρνα συστήµατα συλλογής δεδοµένων επιτρέπουν τον έλεγχο ή καθορισµό της περιόδου (χρονικής απόστασης) δειγµατοληψίας t. Επειδή ένας πίνακας µε δείγµατα αναπαριστά µια εξέλιξη αντίστοιχων ισαπέχοντων χρονικά δειγµάτων µπορείτε να υπολογίσετε την αντίστοιχη συχνότητα σε Hertz. Η συχνότητα δειγµατοληψίας (Hertz) ή ρυθµός δειγµατοληψίας (δείγµατα ανά sec) f s για περίοδο δειγµατοληψίας t είναι f s, και η αντίστοιχη διακριτική ικανότητα t στο πεδίο των συχνοτήτων είναι f = f s = 1, όπου n είναι ο αριθµός δειγµάτων στην n n t σειρά. οθέντος περιόδου δειγµατοληψίας t =1 msec, το παρακάτω ιάγραµµα οµής απεικονίζει γραφικά την σωστή πληροφορία της συχνότητας. 191

189 () Έστω σήµα xt, το αντίστοιχο φάσµα ισχύος µε τον σωστό άξονα συχνότητας και η αντίστοιχη διακριτική ικανότητα f εµφανίζεται παρακάτω: Η περίοδος δειγµατοληψίας είναι η µικρότερη συχνότητα που µπορεί να επιλύσει το σύστηµα µε την χρήση FFT ή αντίστοιχων ρουτινών. Ένας απλός τρόπος για να αυξήσετε την διακριτική ικανότητα είναι η αύξηση του αριθµού των δειγµάτων ή η αύξηση της περιόδου δειγµατοληψίας. Μείωση του φαινοµένου διαπλάτυνσης φασµατικών γραµµών µε την χρήση παραθύρων Το θεώρηµα δειγµατοληψίας καθορίζει ότι για την πλήρη ανακατασκευή ενός συνεχούς αναλογικού χρονικά µεταβαλλόµενου σήµατος από ένα διακριτό πρέπει η συχνότητα δειγµατοληψίας f s να είναι τουλάχιστον διπλάσια από την µέγιστη συχνότητα f max του δειγµατοληπτούµενου σήµατος. Το θεώρηµα αυτό γεφυρώνει το χάσµα µεταξύ συνεχών αναλογικών χρονικά µεταβαλλόµενων σηµάτων και ψηφιακών χρονικά µεταβαλλόµενων σηµάτων. Στην πρακτική εφαρµογή της ψηφιοποίησης εµφανίζονται παρενέργειες ακόµα και όταν η δειγµατοληψία πληρεί το κριτήριο του Nyquist. Ένα από τα πιο κοινά φαινόµενα που εµφανίζεται είναι η διαπλάτυνση των φασµατικών γραµµών η οποία οφείλεται στο πεπερασµένο µέγεθος του παραθύρου παρατήρησης. 192

190 Όταν χρησιµοποιείτε ένα FFT ή ένα DFT για να µετρήσετε το φασµατικό περιεχόµενο των δεδοµένων σας κάνετε άµεσα την υπόθεση ότι το πεπερασµένο παράθυρο των δεδοµένων είναι περίοδος ενός περιοδικού σήµατος. Το ορθογώνιο παράθυρο παρατήρησης µπορεί να προκαλέσει απότοµές µεταβολές στα δεδοµένα που εξετάζετε. Μπορείτε να ελαχιστοποιήσετε το φαινόµενο αυτό εφαρµόζοντας ένα χρονικό παράθυρο εξοµάλυνσης. Τα χρονικά αυτά παράθυρα µετατρέπουν το φασµατικό περιεχόµενο της ψηφιοποιηµένης κυµατοµορφής και η λειτουργία τους είναι παρόµοια µε την αυτή του φιλτραρίσµατος. Ο τύπος του παραθύρου που θα χρησιµοποιήσετε εξαρτάται από τις απαιτήσεις της εφαρµογής. Συνήθως χρησιµοποιούµε ένα από τα εξής χρονικά παράθυρα: Uniform (κανονικό ορθογώνιο), Hanning, Hamming, Blackman-Harris, Exact Blackman, Blackman, Flat Top, Four Term Blackman-Harris, Seven Term Blackman-Harris Το ακόλουθο παράδειγµα παρουσιάζει φάσµα σήµατος, που αποτελείται από το άθροισµα δύο ηµιτόνων, χωρίς παράθυρο και µε την χρήση παραθύρου. Τα δύο ηµίτονα έχουν διαφορετικό πλάτος και συχνότητα, τα οποία παρουσιάζονται στον επόµενο σχήµα. Το παρακάτω ιάγραµµα οµής παρουσιάζει την εφαρµογή παράθυρων εξοµάλυνσης έτσι ώστε να µειωθεί το φαινόµενο της διαπλάτυνσης φασµατικών γραµµών. 193

191 Στο επόµενο σχήµα εµφανίζονται τα αποτελέσµατα. Η διακεκοµµένη γραµµή αναπαριστά το φάσµα του ψηφιοποιηµένου σήµατος χωρίς την εφαρµογή παραθύρου και η συµπαγής γραµµή αναπαριστά το φάσµα µε την χρήση παραθύρου. Παρατηρήστε ότι το φάσµα του σήµατος στο οποίο δεν έχει εφαρµοστεί παράθυρο εξοµάλυνσης εµφανίζει διαπλάτυνση φασµατικών γραµµών που είναι τουλάχιστον 20dB µε αποτέλεσµα να επικαλύπτει το φάσµα του ηµιτόνου µε το µικρότερο πλάτος. 194

192 Μπορείτε να εφαρµόσετε πιο πολύπλοκες τεχνικές για να πάρετε µία ακριβέστερη περιγραφή του φάσµατος του αρχικού συνεχούς αναλογικού σήµατος. Ωστόσο στις περισσότερες εφαρµογές η εφαρµογή ενός παραθύρου εξοµάλυνσης είναι αρκετή για την απόκτηση µίας καλής φασµατικής αναπαράστασης του σήµατος. 195

193 2. VIs Φασµατικής Ανάλυσης Θα περιγράψουµε εδώ τα σηµαντικότερα VIs Φασµατικής Ανάλυσης, τα οποία έχουν ως σκοπό να εκτελούν ανάλυση βασισµένη σε DFT και FFT, σε ψηφιοποιηµένα σήµατα. Η ανάλυση αυτή χρησιµεύει για εφαρµογές µέτρησης συχνότητας, όπως αυτές που υλοποιούνται µε διάφορα όργανα µέτρησης συχνότητας, π.χ. δυναµικοί αναλυτές σήµατος. Παραδείγµατα για τη χρήση των VIs Φασµατικής Ανάλυσης υπάρχουν στις βιβλιοθήκες labview\examples\analysis\measure\daqmeas.llb και measxmpl.llb. Είναι σκόπιµο και αποδοτικό να αναφέρεστε στην online βοήθεια αυτά τα VIs µια και είναι αρκετά πολύπλοκα και χρειάζονται συνήθως διευκρίνιση ή υπενθύµιση για τις εισόδους και εξόδους τους. Συνήθως τα VIs Φασµατικής Ανάλυσης διεξάγουν µετατροπές από το πεδίο του χρόνου στο πεδίο των συχνοτήτων. Τέτοιες µετατροπές σχετίζονται µε το φάσµα πλάτους και φάσης, το φάσµα ισχύος του σήµατος, τη συνάρτηση µεταφοράς και ούτω καθ εξής. Άλλα αλληλεπιδρούν µε VIs που διεξάγουν λειτουργίες όπως διαχείριση παραθύρων στο πεδίο του χρόνου και εκτίµηση της ισχύος και της συχνότητας. Γενικά, τα VIs Φασµατικής Ανάλυσης µπορούν να χρησιµοποιηθούν για τις ακόλουθες εφαρµογές: Εφαρµογές ανάλυσης φάσµατος Φάσµα πλάτους και φάσης Φάσµα ισχύος Προσαρµοσµένο παράθυρο στο πεδίο του χρόνου Εκτίµηση ισχύος και συχνότητας Ανάλυση Αρµονικών και µετρήσεις Συνολικής Αρµονικής Παραµόρφωσης Εφαρµογές απόκρισης συχνότητας και ανάλυσης διπλού καναλιού Συνάρτηση µεταφοράς Συνάρτηση κρουστικής απόκρισης Συναρτήσεις απόκρισης συχνότητας Συνδυασµένο φάσµα ισχύος (cross power spectrum) Οι φασµατικές αναλύσεις χρησιµεύουν για τη µέτρηση του φασµατικού περιεχοµένου στατικών ή µεταβαλλόµενων σηµάτων. Ο FFT παρέχει την πληροφορία µέσης συχνότητας κατά τη διάρκεια του χρόνου κατά τον οποίο συλλέχθηκε το σήµα. Γι αυτό το λόγο, ο FFT χρησιµοποιείται κυρίως για ανάλυση στατικών σηµάτων (όταν το φασµατικό περιεχόµενο του σήµατος δε µεταβάλλεται σηµαντικά κατά το χρόνο συλλογής του), ή όταν θέλετε µόνο τη µέση ενέργεια για κάθε φασµατική γραµµή. Για τη µέτρηση της πληροφορίας για τη συχνότητα που µεταβάλλεται κατά τη συλλογή, πρέπει να χρησιµοποιούνται VIs Συνδυασµένης Χρονοσυχνοτικής Ανάλυσης (Joint Time Frequency Analysis - JTFA), όπως το Φασµατόγραµµα Gabor. 196

194 Τα VIs Φασµατικής Ανάλυσης είναι κατασκευασµένα µε βάση ταvis επεξεργασίας σήµατος και έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά που µοντελοποιούν τη συµπεριφορά των παραδοσιακών εργαστηριακών οργάνων φασµατικής ανάλυσης: Η είσοδος θεωρείται ότι είναι σήµα του πραγµατικού κόσµου στο πεδίο του χρόνου. Οι έξοδοι είναι το πλάτος και η φάση, διαµορφωµένα σε κλίµακα και σε µονάδες όπου χρειάζεται, έτοιµα για άµεση γραφική απεικόνιση. Μονόπλευρα φάσµατα που εκτείνονται από DC έως Συχνότητα ειγµατοληψίας 2 Μετατροπή της περιόδου δειγµατοληψίας σε απόσταση µεταξύ των συχνοτήτων (διακριτική ικανότητα) για την γραφική απεικόνιση µε τις σωστές µονάδες στον άξονα X (σε Hertz). Όπου είναι απαραίτητο εφαρµόζονται διορθώσεις για τα παράθυρα που χρησιµοποιούνται. Τα χρονικά παράθυρα προσαρµόζονται σε κλίµακα έτσι ώστε κάθε παράθυρο να δίνει το ίδιο αποτέλεσµα κορυφής πλάτους στο φάσµα µέσα στο πλαίσια των περιορισµών για την ακρίβεια ως προς το πλάτος. υνατότητα απεικόνισης των φασµάτων πλάτους µε χρήση διαφόρων µονάδων, 2 συµπεριλαµβανοµένων και των µονάδων φασµατικής πυκνότητας V / Hz, V / Hz Γενικά, µπορείτε να συνδέσετε τα VIs Φασµατικής Ανάλυσης στην έξοδο των VIs συλλογής δεδοµένων και σε γραφήµατα µέσω συστοιχιών µορφοποίησης των αξόνων, όπως παρουσιάζεται παρακάτω στο ιάγραµµα οµής του φασµατικού αναλυτή. Στη βιβλιοθήκη Φασµατικής Ανάλυσης συµπεριλαµβάνονται τα παρακάτω παραδείγµατα: Παράδειγµα Φάσµατος Πλάτους Παράδειγµα Εξοµοίωσης υναµικής Ανάλυσης Σήµατος Παράδειγµα Συνολικής Αρµονικής Παραµόρφωσης (THD) Απλός Αναλυτής Φάσµατος και Αναλυτής Φάσµατος υναµικός Αναλυτής Σήµατος και Αναλυτής Απόκρισης Συχνότητας 197

195 Περιγραφή των VIs Φασµατικής Ανάλυσης Complex FFT υπολογίζει το µετασχηµατισµό Fourier για την ακολουθία εισόδου Χ. Αν το Υ αντιπροσωπεύει την ακολουθία εξόδου, τότε, Υ=F{X} Μπορείτε να χρησιµοποιήσετε το VI Complex FFT για να εκτελέσετε τις ακόλουθες λειτουργίες όταν το Χ ανήκει σε κάποιον µιγαδικό τύπο δεδοµένων. Μετασχηµατισµό FFT µιας µιγαδικής ακολουθίας Χ Μετασχηµατισµό DFT µιας µιγαδικής ακολουθίας Χ To VI αναλύει πρώτα τα δεδοµένα εισόδου και βασισµένο σε αυτήν την ανάλυση, υπολογίζει το µετασχηµατισµό Fourier των δεδοµένων µε έναν από τους δύο προηγούµενους τρόπους. Όταν ο αριθµός των δειγµάτων στην ακολουθία εισόδου Χ είναι δύναµη του 2, n=2 m για m=1, 2, 3,, 23, όπου n είναι ο αριθµός των δειγµάτων, το VI υπολογίζει τον γρήγορο µετασχηµατισµό Fourier εφαρµόζοντας τον αλγόριθµο split-radix. Ο µεγαλύτερος µιγαδικός FFT που µπορεί να υπολογίσει είναι 2 23 = (8M). Όταν ο αριθµός των δειγµάτων στην ακολουθία εισόδου Χ δεν είναι µια δύναµη του 2, n 2 m για m=1, 2, 3,, 23, όπου n είναι ο αριθµός των δειγµάτων, το VI υπολογίζει τον διακριτό µετασχηµατισµό Fourier εφαρµόζοντας τον αλγόριθµο Chirp-Z. Ο µεγαλύτερος µιγαδικός DFT που µπορεί να υπολογίσει είναι = (4M-1). Σηµείωση: Τα πλεονεκτήµατα του FFT περιλαµβάνουν την ταχύτητα και την αποδοτική χρήση της µνήµης. Πάντως, η ακολουθία εισόδου πρέπει να είναι δύναµη του 2. O DFT µπορεί να επεξεργαστεί ακολουθία εισόδου οποιουδήποτε µεγέθους, αλλά είναι αργότερος από τον FFT και χρησιµοποιεί περισσότερη µνήµη, γιατί πρέπει να αποθηκεύει ενδιάµεσα αποτελέσµατα κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας. Μπορείτε να χρησιµοποιήσετε το VI Zero Padding για να µετατρέψετε τον αριθµό δειγµάτων σε δύναµη του 2. Έστω ότι Υ είναι η µιγαδική ακολουθία εξόδου και n ο αριθµός των δειγµάτων. Μπορεί να αποδειχτεί ότι Υ n-i =Y -i που σηµαίνει ότι µπορείτε να ερµηνεύσετε το (n-i) στό στοιχείο του Υ ως το i στό στοιχείο της ακολουθίας, και αντιπροσωπεύει την αρνητική i στή αρµονική. 198

196 Αν το n είναι περιττός, έστω k=n/2, ο ακόλουθος πίνακας δείχνει τη µορφή της µιγαδικής ακολουθίας εξόδου του FFT: Στοιχείο Πίνακα Ερµηνεία Υ 0 Υ 1 Υ 2 Υ Υ k-2 Υ k-1 Υ k Υ k+1 = Υ n-(k-1) = Υ -(k-1) Υ k+2 = Υ n-(k-2) = Υ -(k-2) Υ n-3 Υ n-2 Υ n-1 Συνιστώσα DC 1 η ή θεµελιώδης αρµονική 2 η αρµονική 3 η αρµονική (k-2) στή αρµονική (k-1) στή αρµονική Αρµονική Nyquist -(k-1) στή αρµονική* -(k-2) στή αρµονική* -3 η αρµονική* -2 η αρµονική* -1 η αρµονική* *Αυτές αντιπροσωπεύουν αρνητικές αρµονικές Το σχήµα που ακολουθεί αντιπροσωπεύει αυτήν την µιγαδική ακολουθία. FFT{X} Θετικές Αρµονικές Αρνητικές Αρµονικές 199

197 Αν το n είναι περιττός, έστω k=(n-1)/2, ο ακόλουθος πίνακας δείχνει τη µορφή της µιγαδικής ακολουθίας εξόδου του FFT: Στοιχείο Πίνακα Ερµηνεία Υ 0 Υ 1 Υ 2 Υ Υ k-2 Υ k-1 Υ k Υ k+1 = Υ n-k = Υ -k Υ k+2 = Υ n-(k-1) = Υ -(k-1) Υ n-3 Υ n-2 Υ n-1 Συνιστώσα DC 1 η ή θεµελιώδης αρµονική 2 η αρµονική 3 η αρµονική (k-2) στή αρµονική (k-1) στή αρµονική k στή αρµονική -k στή αρµονική* -(k-1) στή αρµονική* -3 η αρµονική* -2 η αρµονική* -1 η αρµονική* *Αυτές αντιπροσωπεύουν αρνητικές αρµονικές Το σχήµα που ακολουθεί αντιπροσωπεύει αυτήν τον προηγούµενο πίνακα. FFT{X} Θετικές Αρµονικές Αρνητικές Αρµονικές Η µορφή αυτή είναι τυποποιηµένη σε εφαρµογές ψηφιακής επεξεργασίας σήµατος. 200

198 AC & DC Estimator: Υπολογίζει µια εκτίµηση των επιπέδων τάσης AC και DC του σήµατος εισόδου. Signal είναι η είσοδος, δηλαδή το σήµα στο πεδίο του χρόνου, συνήθως σε volts. Για µια έγκυρη εκτίµηση πρέπει στη µέτρηση να περιέχονται τουλάχιστον τρεις κύκλοι του σήµατος. Vrms = N i= 1 N e 2 i AC estimate είναι η εκτίµηση για το επίπεδο της εναλλασσόµενης συνιστώσας AC του σήµατος εισόδου, συνήθως σε volts rms αν το σήµα εισόδου είναι σε volts. DC estimate είναι η εκτίµηση για το επίπεδο της συνεχούς συνιστώσας DC του σήµατος εισόδου, συνήθως σε volts αν το σήµα εισόδου είναι σε volts. Amplitude and Phase Spectrum: Υπολογίζει το µέγεθος και τη φάση του µονόπλευρου, προσαρµοσµένου σε κλίµακα φάσµατος πλάτους ενός πραγµατικού σήµατος στο πεδίο του χρόνου. Signal είναι το σήµα εισόδου όπως και στο προηγούµενο VI. Unwrap phase. Ρυθµίστε αυτήν την είσοδο στην τιµή TRUE για να ενεργοποιήσετε την αποδίπλωση της φάσης εξόδου (phase unwrapping) Amp Spectrum Phase (radians). dt είναι η περίοδος δειγµατοληψίας του σήµατος στο πεδίο του χρόνου, συνήθως σε δευτερόλεπτα. Amp Spectrum Mag είναι το µέγεθος του µονόπλευρου φάσµατος πλάτους σε volts rms αν το σήµα εισόδου είναι σε volts. Όταν το σήµα εισόδου δεν είναι σε volts, τα αποτελέσµατα είναι στη µονάδα του σήµατος εισόδου rms. Amp Spectrum Phase είναι η φάση του µονόπλευρου φάσµατος πλάτους σε radians. df είναι το διάστηµα µεταξύ των φασµατικών γραµµών του φάσµατος ισχύος, σε Hertz, όταν το dt είναι σε δευτερόλεπτα. Το VI υπολογίζει το φάσµα πλάτους ως FFT(Σήµατος) N 201

199 όπου Ν είναι ο αριθµός των δειγµάτων. Auto Power Spectrum: Υπολογίζει το µονόπλευρο, προσαρµοσµένο σε κλίµακα φάσµα ισχύος ενός σήµατος στο πεδίο του χρόνου. Power Spectrum είναι το µονόπλευρο φάσµα ισχύος (volts rms στο τετράγωνο) όταν το σήµα εισόδου είναι σε volts. Αν το σήµα εισόδου δεν είναι σε volts, τα αποτελέσµατα είναι στη µονάδα του σήµατος εισόδου rms στο τετράγωνο. Το VI υπολογίζει το φάσµα ισχύος ως FFT*(Σήµατος) FFT (Σήµατος) 2 N όπου Ν είναι ο αριθµός των δειγµάτων και * το συζυγές µιγαδικό. Στη συνέχεια, το VI µετατρέπει το φάσµα ισχύος σε µονόπλευρο φάσµα. Cross Power Spectrum: Υπολογίζει το µονόπλευρο, προσαρµοσµένο σε κλίµακα, συνδυασµένο φάσµα ισχύος δύο σηµάτων πραγµατικού χρόνου. Το συνδυασµένο φάσµα ισχύος δίνει το γινόµενο των πλατών των σηµάτων Χ και Υ και τη διαφορά µεταξύ των φάσεών τους (φάση του Υ µείον φάση του Χ). Το VI υπολογίζει το φάσµα ισχύος ως FFT*(Σήµατος X) FFT (Σήµατος Y) 2 N όπου Ν είναι ο αριθµός των δειγµάτων των σηµάτων Χ και Υ. Στη συνέχεια, το VI µετατρέπει το συνδυασµένο φάσµα ισχύος σε µονόπλευρα φάσµατα. Harmonic Analyzer: Βρίσκει τους θεµελιώδεις και αρµονικούς συντελεστές (πλάτος και συχνότητα) που υπάρχουν στην είσοδο Auto Power Spectrum και υπολογίζει το ποσοστό της συνολικής αρµονικής παραµόρφωσης (%THD) και την συνολική αρµονική παραµόρφωση συν το θόρυβο (%THD+θόρυβος). 202

200 Auto Power Spectrum είναι το µονόπλευρο φάσµα ισχύος του τµηµατοποιηµένου σήµατος (χρήση παραθύρου). Αυτός ο πίνακας µπορεί να είναι η έξοδος µιας διαδικασίας υπολογισµού του µέσου όρου στο πεδίο των συχνοτήτων για τη βελτίωση της εκτίµησης αρµονικών. Frame size είναι ο αριθµός των δειγµάτων στο πεδίο του χρόνου, πριν ο πίνακας που περιέχει το σήµα περάσει στο VI Auto Power Spectrum. Ουσιαστικά, το frame size είναι ο αριθµός των δειγµάτων ενός µπλοκ δεδοµένων από µια διαδικασία συλλογής δεδοµένων. Αν αυτός ο έλεγχος δεν καλωδιωθεί, το µέγεθος του frame σε αυτό το VI ρυθµίζεται να είναι διπλάσιο του µεγέθους του πίνακα εισόδου του Auto Power Spectrum. # harmonics είναι ο αριθµός των αρµονικών συνιστωσών που θα υπολογίσει αυτό το VI και θα χρησιµοποιηθούν στη µέτρηση του THD. Αυτός ο αριθµός συµπεριλαµβάνει και τη θεµελιώδη συνιστώσα. Για παράδειγµα, αν θέλετε να υπολογίσετε τη δεύτερη αρµονική παραµόρφωση στο σήµα σας, αυτός ο αριθµός θα πρέπει να είναι δύο. Window είναι το είδος του χρονικού παραθύρου που επιλέγεται. 0: Uniform (κανονικό ορθογώνιο) 1: Hanning 2: Hamming 3: Blackman-Harris 4: Exact Blackman 5: Blackman 6: Flat Top 7: Four Term Blackman-Harris 8: Seven Term Blackman-Harris Sampling rate είναι ο ρυθµός δειγµατοληψίας σε Hz. Fundamental frequency είναι η εκτίµηση της θεµελιώδους συχνότητας που θέλετε να χρησιµοποιηθεί για την ανίχνευση αρµονικών και τον υπολογισµό του THD. Αν αυτός ο έλεγχος είναι ρυθµισµένος στο 0, τότε χρησιµοποιείται ως θεµελιώδης συχνότητα η µεγαλύτερη µη DC συνιστώσα. Harmonic Amplitudes είναι ο πίνακας των πλατών της θεµελιώδους συχνότητας και των αρµονικών της. Harmonic Frequencies είναι ο πίνακας των συχνοτήτων της θεµελιώδους συχνότητας και των αρµονικών της. % THD είναι η ποσοστιαία συνολική αρµονική παραµόρφωση που παρουσιάζεται στην είσοδο του Auto Power Spectrum. Ο υπολογισµός της γίνεται βάσει της παρακάτω εξίσωσης: 203

201 A( f 2 ) + A( f3) A( f N ) % THD = A( f1) όπου Α(f 1 ) είναι το πλάτος της θεµελιώδους συνιστώσας, A(f N ) είναι το πλάτος της Νοστής αρµονικής και Ν είναι το πλήθος των αρµονικών. % THD+Noise είναι η ποσοστιαία συνολική αρµονική παραµόρφωση συν το ποσοστό του θορύβου που παρουσιάζεται στην είσοδο του Auto Power Spectrum. Ο υπολογισµός της γίνεται βάσει της παρακάτω εξίσωσης: 100 sum(aps) % THD = A( f 1 ) όπου sum(aps) είναι ο άθροισµα των στοιχείων του Auto Power Spectrum µείον τα στοιχεία που βρίσκονται κοντά στη DC και κοντά στη θεµελιώδη συχνότητα. Για να λειτουργήσει σωστά αυτό το VI, πρέπει να του περάσετε το τµηµατοποιηµένο φάσµα ισχύος του σήµατός σας. Θα πρέπει να περάσετε το σήµα σας που είναι στο πεδίο του χρόνου µέσω του VI Scaled Time Domain Window και στη συνέχεια µέσω του VI Auto Power Spectrum, και να συνδέσετε την έξοδο του Auto Power Spectrum σε αυτό το VI. Το ακόλουθο ιάγραµµα οµής δείχνει ένα παράδειγµα της χρήσης του VI Harmonic Analyzer. Impulse Response Function: Υπολογίζει την κρουστική απόκριση ενός συστήµατος βασιζόµενο σε πραγµατικά σήµατα Χ (διέγερσης Signal X Stimulus) και Υ (απόκρισης Signal Y Response). Impulse Response είναι η συνάρτηση της κρουστικής απόκρισης που υπολογίζεται από τη µέση τιµή της συνάρτησης µεταφοράς. Η παράµετρος αυτή δεν έχει µονάδες. 204

202 Η κρουστική απόκριση είναι στο πεδίο του χρόνου, κι έτσι δεν χρειάζεται να µετατρέψετε τις χρονικές µονάδες σε µονάδες συχνότητας. Η κρουστική απόκριση είναι ο αντίστροφος µετασχηµατισµός της συνάρτησης µεταφοράς και υπολογίζεται ως εξής: Αντίστροφο ς FFT Συνδυασµένο Φάσµα Ισχύος ( ιέγερσης, Φάσµα Ισχύος ( ιέγερσης) Απόκρισης) Scaled Time Domain Window: Εφαρµόζει το επιλεγµένο παράθυρο στο σήµα που βρίσκεται στο πεδίο του χρόνου. Waveform είναι το σήµα στο πεδίο του χρόνου. Window είναι το παράθυρο που θα χρησιµοποιηθεί. 0: Uniform (κανονικό ορθογώνιο) 1: Hanning 2: Hamming 3: Blackman-Harris 4: Exact Blackman 5: Blackman 6: Flat Top 7: Four Term Blackman-Harris 8: Seven Term Blackman-Harris Windowed Waveform είναι το σήµα στο πεδίο του χρόνου, πολλαπλασιασµένο µε το παράθυρο σε κατάλληλη κλίµακα. Window constants περιέχει τις σταθερές παραθύρου για το επιλεγµένο παράθυρο. Οι προεπιλεγµένες τιµές είναι αυτές του ορθογώνιου παραθύρου (no window). Το VI διαµορφώνει σε κλίµακα το αποτέλεσµα έτσι ώστε όταν υπολογίζεται η ισχύς ή το πλάτος της κυµατοµορφής µετά την εφαρµογή του παραθύρου, όλα τα παράθυρα παρέχουν τα ίδια επίπεδα τάσης ή ισχύος, µέσα βέβαια στα πλαίσια των περιορισµών ακρίβειας του παραθύρου. Επίσης, αυτό το VI επιστρέφει σηµαντικές σταθερές παραθύρου που είναι χρήσιµες όταν ακολουθούν VIs που εκτελούν υπολογισµούς στο Φάσµα Ισχύος. 205

203 3. Ασκήσεις Παρατήρηση: Οι ερωτήσεις που είναι σε πλάγια γραφή να γίνουν εφόσον έχουν πραγµατοποιηθεί πρώτα οι ερωτήσεις που δεν είναι σε πλάγια γραφή. ΑΣΚΗΣΗ 6-1 Σκοπός: Εξάσκηση στις διάφορες µορφές φασµατικής ανάλυσης. Ανοίξτε το παράδειγµα ( ίπλευρο) Φάσµα (Ισχύος) Κεντραρισµένο στο Centered Spectrum στο dspxmpl.llb). DC (DC 1. α) Αναγνωρίστε στο διάγραµµα τα διάφορα VIs και εξηγείστε τη λειτουργία του καθενός. β) Γιατί χρειάζεται η λειτουργία Nyquist Shift; γ) Ποίες είναι οι µονάδες των διαφόρων µεγεθών στους άξονες των γραφηµάτων; δ) Ποιά είναι η διακριτική ικανότητα µέτρησης της συχνότητας και από ποιές παραµέτρους εξαρτάται; 2. Για ένα δεδοµένο σήµα, υπάρχει τρόπος να αυξήσω τη διακριτική ικανότητα φασµατικής ανάλυσης ή την ταχύτητα υπολογισµών κρατώντας σταθερά τη συχνότητα δειγµατοληψίας; (σύσταση: χρησιµοποιείστε πρόσθεση µηδενικών - zerro pading - στα δείγµατα εισόδου). 3. Χωρίς να έχετε διάθεσή σας το VI Φάσµατος Ισχύος, δηµιουργείστε ένα λογικό διάγραµµα µε το VI FFT για να υπολογίζετε το ίπλευρο Φάσµα Ισχύος Κεντραρισµένο στο DC. 4. Τροποποιείστε την εφαρµογή ίπλευρο Φάσµα Ισχύος Κεντραρισµένο στο DC για να δηµιουργείστε εφαρµογή που να υπολογίζει το Μονόπλευρο Φάσµα Ισχύος. 206

204 ΑΣΚΗΣΗ 6-2 Σκοπός: Εξάσκηση στη χρήση χρονικών παραθύρων στη φασµατική ανάλυση. Ανοίξτε την εφαρµογή Window Comparison (στο windxmpl.llb). 1. α) Αναγνωρίστε τα διάφορα µέρη της πρόσοψης και στο διάγραµµα τα διάφορα VIs και εξηγείστε τη λειτουργία του καθενός. β) Ποιάς µορφής φάσµατα αναπαριστά το δεξιό γράφηµα στην Πρόσοψη; γ) Γιατί στο διάγραµµα φασµάτων επιλέχθηκε ο κάθετος άξονας να είναι σε db; δ) Ποιά είναι η συχνότητα δειγµατοληψίας; ε) Ποιά είναι η διακριτική ικανότητα υπολογισµού των φασµάτων; 2. Επιλέξτε ως σήµα εισόδων 1 και 2 ηµίτονο συχνότητας 50,38 Hz πλάτους 1 Volt (σταθερά ίσα σήµατα) και µεταβάλετε το είδος χρονικών παραθύρων που έχετε στη διάθεσή σας (Hanning, Hamming, Triangle, Blackman, Exact Blackman, Blackman- Harris, Kaiser, Flat Top) στο δεύτερο γράφηµα φασµατικής ανάλυσης, έχοντας σταθερά στο γράφηµα 1 φασµατική ανάλυση µε ορθογώνιο παράθυρο. Σχολιάστε τα αποτελέσµατα της σύγκρισης κάθε χρονικού παραθύρου µε το ορθογώνιο. 3. Επιλέξτε ως σήµα εισόδου 2 ηµίτονο συχνότητας 50,38 Hz πλάτους 1 Volt (σταθερό σήµα) και µεταβάλετε τη συχνότητα του σήµατος εισόδου 1 (διατηρήστε το πλάτος του σήµατος 2 σταθερό και ίσο µε 1 mvolt). Σηµειώστε την ελάχιστη διαφορά συχνότητας (µεταξύ των σηµάτων εισόδου 1 και 2) η οποία είναι διακρίσιµη στο φάσµα εξόδου µε την εφαρµογή των χρονικών παραθύρων που έχετε στη διάθεσή σας. 4. Επαναλάβατε την προηγούµενη ερώτηση αλλά διατηρήστε το πλάτος του σήµατος 2 σταθερό και ίσο µε 1 Volt). Σχολιάστε το συνδυασµό των αποτελεσµάτων της ερώτησης 3 και 4 (επιλέξτε τον κατάλληλο τρόπο παρουσίασης των αποτελεσµάτων σας). 5. ηµιουργείστε εφαρµογή που να υπολογίζει την συνάρτηση απόκρισης των διαφόρων χρονικών παραθύρων (Hanning, Hamming, Triangle, Blackman, Exact Blackman, Blackman-Harris, Kaiser, Flat Top, ορθογώνιο). Συγκρίνετε τα αποτελέσµατα. 207

205 ΑΣΚΗΣΗ 6-3 Σκοπός: Εξάσκηση στη χρήση Φασµατικού Αναλυτή Πραγµατικών Σηµάτων. Ανοίξτε την εφαρµογή Φασµατικός Αναλυτής (Spectrum Analyzer) (στο \examples\ analysis\measure\daqmeas.llb). 1. α) Αναγνωρίστε τα διάφορα µέρη της πρόσοψης και στο διάγραµµα τα διάφορα VIs. β) Εξηγείστε τη λειτουργία του φασµατικού αναλυτή χρησιµοποιώντας δοµικό διάγραµµα. γ) Ποιάς µορφής φάσµατα αναπαριστά το κάτω γράφηµα (για την απάντησή σας χρησιµοποιείστε και τις διάφορες επιλογές στο Display Settings). δ) Πως γίνεται η εφαρµογή διαδοχικών χρονικών πλαισίων ανάλυσης; (π.χ. µε επικάλυψη). ε) Πως υπολογίζονται τα µέσα φάσµατα; 2. Χρησιµοποιήστε το µικρόφωνο (συνδεδεµένο στον ενισχυτή του συστήµατος) και παρατηρήστε φάσµατα οµιλίας. Μεταβάλετε τον αριθµό των µέσων φασµάτων. Ποιές είναι οι κατάλληλες τιµές παραµέτρων του φασµατικού αναλυτή για υπολογισµό µέσων φασµάτων µεγάλης διάρκειας; 3. Χρησιµοποιείστε τα διαθέσιµα σήµατα από την εργαστηριακή γεννήτρια δοκιµών και µετρήστε τα φάσµατά τους. 4. Χρησιµοποιείστε µικρόφωνο και εκφωνείστε ένα χαρακτηριστικό φώνηµα φωνήεν (π.χ. το /α/). Υπολογίστε το φάσµα του. Χρησιµοποιείστε κατάλληλη µέθοδο σκανδαλισµού από τους διαθέσιµους. Σχολιάστε τη χρήση του φασµατικού αναλυτή σε ηµιστατικά σήµατα σαν της οµιλίας. Ποιό είναι το κατάλληλο µέγεθος χρονικού παραθύρου και γιατί; Ποιά η χρησιµότητα των Μέσων Φασµάτων; 5. Τροποποιείστε την εφαρµογή του Φασµατικού αναλυτή ώστε να έχετε τη δυνατότητα να σώζετε σε αρχείο το αναλογικό σήµα που θέλετε να αναλύσετε και επίσης να επιλέγετε σαν είσοδο του Φασµατικού αναλυτή σήµα από αρχείο (για ανάλυση off-line). Επαναλάβετε την ερώτηση 3 χρησιµοποιώντας σήµα οµιλίας από αρχείο και δοκιµάστε διαφορετικές παραµέτρους ανάλυσης που έχετε στη διάθεσή σας (π.χ. µέγεθος χρονικού παραθύρου, µέση τιµή φάσµατος. 208

206 ΑΣΚΗΣΗ 6-4 Σκοπός: Εξάσκηση στη χρήση Αναλυτή Αρµονικής Παραµόρφωσης. Ανοίξτε την εφαρµογή Αναλυτής Αρµονικής Παραµόρφωσης (THD Example) (στο \examples\analysis\measxmpl.llb). 1. α) Αναγνωρίστε τα διάφορα µέρη της πρόσοψης και στο διάγραµµα τα διάφορα VIs. β) Εξηγείστε τη λειτουργία του Αναλυτή Αρµονικής Παραµόρφωσης χρησιµοποιώντας δοµικό διάγραµµα. γ) Ποιάς µορφής φάσµατα αναπαριστά το γράφηµα. δ) Πως λειτουργεί το VI Υour System (που προσοµοιώνει ένα σύστηµα που εισάγει ελεγχόµενη παραµόρφωση σε ένα σήµα); 2. Με σταθερή συχνότητα δειγµατοληψίας Hz µεταβάλετε το µέγεθος χρονικού πλαισίου µε τιµές 100, 500, 1000, 2500, 5000 και παρατηρείστε τις µεταβολές στο φάσµα και στη Συνολική Αρµονική Παραµόρφωση. 3. Με σταθερή συχνότητα δειγµατοληψίας Hz και σταθερό µέγεθος χρονικού πλαισίου 2500 παρατηρείστε τις µεταβολές στα αποτελέσµατα του Αναλυτή Αρµονικής Παραµόρφωσης για τα διάφορα διαθέσιµα χρονικά παράθυρα ανάλυσης. Σχολιάστε τα αποτελέσµατα χρησιµοποιώντας γραφική αναπαράσταση των µετρήσεών σας. 4. Μεταβάλετε τη σταθερά παραµόρφωσης στο VI Υour System από 0.5 σε τιµές 1, 3 και 5 και σηµειώστε τις διαφορές στα αποτελέσµατα του Αναλυτή Αρµονικής Παραµόρφωσης. 5. Τροποποιείστε το διάγραµµα ώστε να µπορεί να χρησιµοποιηθεί ο Αναλυτής Αρµονικής Παραµόρφωσης σε περιπτώσεις ενός πραγµατικού συστήµατος (π.χ. ενός ακουστικού ενισχυτή). 209

207 210

208 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο 7 ο Κεφάλαιο Ψηφιακά Φίλτρα Περιεχόµενα 1. Φίλτρα Σχετικά µε τις Λειτουργίες των Ψηφιακών Φίλτρων Φίλτρα IIR Φιλτράρισµα IIR ιαδοχικής Μορφής Φίλτρα Butterworth Φίλτρα Chebyshev Φίλτρα FIR Ασκήσεις

209 212 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σηµάτων σε Πραγµατικό Χρόνο

210 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο 1. Φίλτρα Αυτή η άσκηση περιέχει µια σύντοµη παρουσίαση της θεωρίας των ψηφιακών φίλτρων και περιγράφει τα VI που υλοποιούν τα φίλτρα IIR, FIR και τα µη γραµµικά φίλτρα. Για παραδείγµατα χρήσης των VI φίλτρων µπορείτε να ανατρέξετε στη βιβλιοθήκη examples\analysis\fltrxmpl2.llb. Θα δείτε επίσης ότι είναι πολύ βολικό να χρησιµοποιείτε την επιλογή Show Help και το Online Reference για να παίρνετε βοήθεια για την χρήση αυτών των VI. Σχετικά µε τις Λειτουργίες των Ψηφιακών Φίλτρων Η σχεδίαση των αναλογικών φίλτρων είναι ένας από τους σηµαντικότερους τοµείς της ηλεκτρονικής σχεδίασης. Αν και υπάρχουν βιβλία σχεδίασης αναλογικών φίλτρων που περιλαµβάνουν απλές και καλά δοκιµασµένες σχεδιάσεις φίλτρων, η σχεδίαση των φίλτρων είναι συνήθως θέµα ειδικών επειδή απαιτεί προχωρηµένες µαθηµατικές γνώσεις και κατανόηση των διεργασιών του συστήµατος που επηρεάζει το φίλτρο. Τα µοντέρνα εργαλεία δειγµατοληψίας και ψηφιακής επεξεργασίας σήµατος έκαναν δυνατή την αντικατάσταση των αναλογικών φίλτρων µε ψηφιακά φίλτρα σε εφαρµογές που απαιτούν ευελιξία και δυνατότητα προγραµµατισµού. Αυτές οι εφαρµογές περιλαµβάνουν την επεξεργασία ήχου, τις τηλεπικοινωνίες, τη γεωφυσική και τις εφαρµογές της ιατρικής παρακολούθησης. Τα ψηφιακά φίλτρα έχουν τα ακόλουθα πλεονεκτήµατα έναντι των αναλογικών: Είναι προγραµµατιζόµενα Είναι σταθερά και προβλέψιµα εν έχουν αποκλίσεις λόγω θερµοκρασίας ή υγρασίας και δεν απαιτούν στοιχεία ρύθµισης της ακρίβειας. Έχουν καλύτερο λόγο απόδοσης προς κόστος. Μπορείτε να χρησιµοποιήσετε τα ψηφιακά φίλτρα στο LABVIEW για να ελέγξετε παραµέτρους όπως η τάξη του φίλτρου, οι συχνότητες αποκοπής, ο κυµατισµός και η εξασθένιση. Τα VI ψηφιακών φίλτρων που περιγράφονται σε αυτήν την Άσκηση ακολουθούν τη φιλοσοφία των εικονικών οργάνων. ιαχειρίζονται εσωτερικά όλα τα θέµατα της σχεδίασης, τους υπολογισµούς, τη µνήµη και το φιλτράρισµα των δεδοµένων. εν χρειάζεται να είναι κάποιος ειδικός στα ψηφιακά φίλτρα ή τη θεωρία τους για να επεξεργαστεί τα δεδοµένα. Οι ακόλουθες λειτουργίες είναι βασισµένες σε τεχνικές σχεδίασης φίλτρων: Παράθυρα εξοµάλυνσης Infinite impulse response (IIR) ή επαναληπτικά ψηφιακά φίλτρα Finite impulse response (FIR) ή επαναληπτικά ψηφιακά φίτλρα 213

211 Μη γραµµικά φίλτρα Το υπόλοιπο αυτής της ενότητας παρουσιάζει ένα σύντοµο θεωρητικό υπόβαθρο σχετικά µε τις IIR, FIR και µη γραµµικές τεχνικές και τα VI ψηφιακών φίλτρων που αντιστοιχούν σε κάθε µία από αυτές Φίλτρα IIR Τα φίλτρα άπειρης κρουστικής απόκρισης (Infinite impulse response - IIR) είναι ψηφιακά φίλτρα µε κρουστική απόκριση που µπορεί θεωρητικά να είναι άπειρη σε µήκος (διάρκεια).η γενική διαφορική εξίσωση που χαρακτηρίζει τα φίλτρα είναι: y i N b 1 Na 1 1 = b j xi j a a0 j= 0 k= 1 k y i k Όπου N b είναι ο αριθµός των συντελεστών b j και N a είναι ο αριθµός των αντίστροφων συντελεστών a k. Στις περισσότερες σχεδιάσης φίλτρων IIR (και σε όλα τα φίλτρα IIR του LABVIEW), ο συντελεστής a 0 είναι 1. Το δείγµα εξόδου στον τρέχοντα δείκτη δείγµατος i είναι το άθροισµα των τρεχόντων και των περασµένων εισόδων x i και x i-j όταν j 0) και των πεπερασµένων εξόδων (y i-k ). Η απόκριση του γενικού φίλτρου IIR σε έναν παλµό (x 0 =1 x i =0 για όλα τα i 0) λέγεται κρουστική απόκριση του φίλτρου και είναι πράγµατι απείρου µήλους για µη µηδενικούς συντελεστές. Πάντως, σε πρακτικές εφαρµογές φίλτρων, η κορυστική απόκριση σταθερών φίλτρων IIR εκφυλίζεται στο µηδέν σε έναν πεπερασµένο αριθµό δειγµάτων. Τα φίλτρα IIR στο LabVIEW έχουν τις παρακάτω ιδιότητες: Οι αρνητικοί δείκτες θεωρούνται ότι είναι µηδέν την πρώτη φορά που καλείτε το VI. Επειδή η αρχική κατάσταση του φίλτρου θεωρείται ότι είναι µηδέν (αρνητικοί δείκτες), εµφανίζεται µια µεταβατική συνιστώσα ανάλογη µε την τάξη του φίλτρου πριν το φίλτρο φτάσει σε σταθερή κατάσταση. Η διάρκεια της µεταβατικής απόκρισης, ή καθυστέρησης, για κατωπερατά και ανωπερατά φίλτρα είναι ίση µε την τάξη του φίλτρου. Καθυστέρηση = Τάξη Η διάρκεια της µεταβατικής κατάστασης για ζωνοπερατά φίλτρα και φίλτρα αποκοπής ζώνης είναι διπλάσια της τάξης του φίλτρου. Καθυστέρηση = 2*Τάξη 214

212 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο Μπορείτε να εξαλείψετε αυτήν την µεταβατική απόκριση σε διαδοχικές κλήσεις ενεργοποιώντας την µνήµη της κατάστασης. Για να γίνει αυτό, θέστε τον έλεγχο init/cont του VI στο ΑΛΗΘΕΣ (συνεχές φιλτράρισµα). Ο αριθµός των στοιχείων στην φιλτραρισµ ςνη ακολουθιά ισούται µε τον αριθµό των στοιχεών στην ακολουθία εισόδου. Όταν ολοκληρωθεί το φιλτραρισµά, το φίλτρο διατηρεί τις τιµές της εσωτερικής του κατάστασης. Το πλεονέκτηµα των ψηφιακών φίλτρων IIR έναντι των φίλτρων πεπερασµένης κρουστικής απόκρισης (finite impulse response - FIR) είναι ότι τα φίλτρα IIR απαιτούν συνήθως λιγότερους συντελεστές για να εκτελέσουν παρόµοιες λειτουργίες φιλτραρίσµατος. Έτσι, τα φίλτρα IIR εκτελούνται πολύ πιο γρήγορα και δεν απαιτούν πρόσθετη µνήµη. Το µειονέκτηµα των φίλτρων IIR είναι ότι η φασική απόκριση είναι µη γραµµική. Αν η εφαρµογή δεν απαιτεί πληροφορία για την φάση, όπως για παράδειγµα η απλή παρακολούθηση του σήµατος, τα φίλτρα IIR µπορεί να είναι κατάλληλα. Για τις εφαρµογές που απαιτούν γραµµικές φάσεις αποκρίσεις θα πρέπει να χρησιµοποιείται φίλτρα FIR. Φιλτράρισµα IIR ιαδοχικής Μορφής Τα φίλτρα που υλοποιούνται µε την απευθείας χρήση της παραπάνω εξίσωσης είναι γνωστά ως φίλτρα IIR άµεσης µορφής. Οι υλοποιήσεις άµεσης µορφής είναι συχνά ευαίσθητες σε σφάλµατα που εισάγονται από την κβάντιση των συντελεστών και τα όρια ακρίβειας. Ακόµη, ένα φίλτρο που είναι σχεδιασµένο ώστε να είναι σταθερό, µπορεί να γίνει ασταθές αν µεγαλώσει το πλήθος των συντελεστών, που είναι ανάλογο της τάξης του φίλτρου. Μια πιο ευαίσθητη δοµή µπορεί να επιτευχθεί σπάζοντας την συνάρτηση µεταφοράς άµεσης µορφής σε τµήµατα χαµηλότερης τάξης, ή σε στάδια φιλτραρίσµατος. Η συνάρτηση µεταφοράς άµεσης µορφής του φίλτρου που δίνεται από την εξίσωση που αναφέρθηκε παραπάνω (µε α 0 =1) µπορεί να γραφτεί ως λόγος των µετασχηµατισµών z, ως εξής: 215

213 1) ( ) ( ) ( = a a a a N N N N z a z a z b z b b z H Παραγοντοποιώντας αυτήν την εξίσωση σε παράγοντες δευτέρας τάξης, η συνάρτηση µεταφοράς του φίλτρου γίνεται γινόµενο συναρτήσεων φίλτρων δεύτερης τάξης: = = i N k k k k k k z a z a z b z b b z H ) ( όπου N s =[N a /2] είναι ο µεγαλύτερος ακέραιος N a /2 και N a N s. Αυτή η νέα δοµή του φίλτρου µπορεί να περιγραφεί ως µια διαδοχή φίλτρων δεύτερης τάξης. Κάθε µεµονωµένο στάδιο υλοποιείται χρησιµοποιώντας το φίλτρο άµεσης µορφής H επειδή απαιτεί ένα ελάχιστο αριθµό αριθµητικών πράξεων και ένα ελάχιστο αριθµό στοιχείων καθυστέρησης (εσωτερικές καταστάσεις του φίλτρου). Κάθε στάδιο έχει µια είσοδο, µια έξοδο και δύο εσωτερικές καταστάσεις (s k [i-1] και s k [i- 2]). x(i) y(i) Αν n είναι ο αριθµός των δειγµάτων της ακολουθίας εισόδου, η διαδικασία φιλτραρίσµατος προχωρά όπως στις ακόλουθες εξισώσεις: ] [ ] [ 1,2,... 2], [ 1] [ ] [ ] [ 1,2,... 2], [ 1] [ ] [ ] [ ] [ ] [ i y i y N k i s b i s b i s b i y N k i s a i s a l i y i s i x i y N s s k k k k k ok k s k k k k k k = = + + = = = = για κάθε δείγµα i = 0,1,, n-1 Για φίτλρα µε µία συχνότητα αποκοπής (κατωπερατά και ανωπερατά), τα στάδια του φίλτρου δεύτερης τάξης µπορούν να σχεδιαστούν άµεσα. Το ολοκληρωµένο κατωπερατό ή ανωπερατό φίλτρο IIR περιέχει διαδοχικά φίλτρα δεύτερης τάξης. Για φίλτρα µε δύο συχνότητες αποκοπής, (ζωνοπερατά και αποκοπής ζώνης), µια πιο φυσική µορφή είναι τα στάδια φίλτρων τέταρτης τάξης. Το ολοκληρωµένο ζωνοπερατό φίλτρο ή φίλτρο αποκοπής ζώνης είναι διαδοχικά φίλτρα τέταρτης τάξης. Η λειτουργία φιλτραρίσµατος για στάδια τέταρτης τάξης προχωρά όπως στις ακόλουθες εξισώσεις: Στάδιο 1 Στάδιο 2 Στάδιο Ν s 216

214 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο ] [ ] [ 1,2,... 4], [ 3] [ 2] [ 1] [ ] [ ] [ 1,2,... 4], [ 3] [ 2] [ 1] [ ] [ ] [ ] [ ] [ i y i y N k i s b i s b i s b i s b i s b i y N k i s a i s a i s a i s a l i y i s i x i y N s s k k k k k k k k k ok k s k k k k k k k k k k = = = = = = Παρατηρήστε ότι στην περίπτωση των σταδίων τέταρτης τάξης, N s = [(N 0 +1)/4]. Φίλτρα Butterworth Την απόκριση συχνότητας των φίλτρων Butterworth χαρακτηρίζουν µια οµαλή απόκριση σε όλες τις συχνότητες και µια µονότονη µείωση από τις καθορισµένες συχνότητες αποκοπής, και αυτό είναι το πλεονέκτηµα τους. Στην ιδανική περίπτωση τα φίλτρα Butterworth είναι επίπεδα απόκριση µονάδας στην περιοχή συχνοτήτων όπου το σήµα περνά και µηδενική στην περιοχή που αποκόπτεται το σήµα. Η συχνότητα µισής ισχύος (ή συχνότητα εξασθένησης 3 db) αντιστοιχεί στις καθορισµένες συχνότητες αποκοπής. Η γραφική παράσταση που ακολουθεί δείχνει την απόκριση ενός φίλτρου Butterworth. Όταν καθορίσετε την συχνότητα αποκοπής, το LABVIEW καθορίζει την κλίση του φίλτρου ανάλογα µε την τάξη του. Τα φίλτρα υψηλότερης τάξης προσεγγίζουν την ιδανική απόκριση κατωπερατού φίλτρου. Τάξης 2 Τάξης 3 Τάξης 5 217

215 Φίλτρα Chebyshev Τα φίλτρα Butterworth µπορεί να µην παρέχουν µια καλή προσέγγιση της απόκρισης του ιδανικού φίλτρου, λόγω της αργής µετάβασης µεταξύ της ζώνης όπου περνά το σήµα (το τµήµα του φάσµατος που µας ενδιαφέρει) και της ζώνης αποκοπής (το ανεπιθύµητο τµήµα του φάσµατος). Φαίνεται στο σχήµα που ακολουθεί ότι τα φίλτρα Chebyshev εισάγουν ένα σφάλµα στη ζώνη όπου περνά το σήµα µε τη µορφή κάποιας διακύµανσης, η οποία βέβαια είναι ελεγχόµενη µέσα από το πρόγραµµα. Μαζί µε τον κυµατισµό του σήµατος στη ζώνη όπου αυτό περνάει, άλλα βασικά χαρακτηριστικά απόκρισης των φίλτρων Chebyshev είναι η µονότονα φθίνουσα απόκριση πλάτους στη ζώνη αποκοπής και µια πιο απότοµη κλίση από αυτή των φίλτρων Butterworth. Τάξης 2 Τάξης 3 Τάξης Φίλτρα FIR Τα ψηφιακά φίλτρα πεπερασµένης κρουστικής απόκρισης (Finite impulse response - FIR) είναι επίσης γνωστά ως µη επαναληπτικά φίλτρα ή φίλτρα κινητού µέσου όρου επειδή η έξοδος τους µπορεί να εκφραστεί ως ένας πεπερασµένος συγκερασµός. y i = n 1 k = 0 h k x i k 218

216 Συστήµατα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήµατος σε Πραγµατικό Χρόνο όπου το x είναι µια πεπερασµένη ακολουθία εισόδου που πρόκειται να φιλτραριστεί, το y είναι η φιλτραρισµένη ακολουθία εξόδου και το h είναι οι συντελεστές του φίλτρου FIR. Η λίστα που ακολουθεί δίνει τα πιο σηµαντικά χαρακτηριστικά των φίλτρων FIR: Μπορούν να επιτύχουν γραµµική φάση λόγω της συµµετρίας των συντελεστών του φίλτρου στην υλοποίηση. Είναι πάντα σταθερά Μπορεί το φιλτράρισµα να διεξαχθεί µε τη χρήση του συγκερασµού και έτσι να συσχετιστεί µε µια καθυστέρηση µε την ακολουθία εξόδου Καθυστέρηση = n 1 2 Όπου n είναι ο αριθµός των συντελεστών του φίλτρου FIR. Οι γραφικές παραστάσεις που ακολουθούν δίνουν µια τυπική απόκλιση πλάτους και φάσης των φίλτρων FIR ως προς την συχνότητα. Αυτές οι γραφικές παραστάσεις έγιναν µε την χρήση του παραδείγµατος FIR Filter Design. Οι ασυνέχειες στην απόκριση φάσης προκύπτουν από τις ασυνέχειες που εισάγονται κατά τον υπολογισµό της απόκρισης πλάτους µε τη χρήση των απόλυτων τιµών. Παρατηρείστε ότι οι ασυνέχειες στη φάση είναι της τάξης του π. Πάντως η φάση είναι καθαρά γραµµική. Σχεδιάζετε φίλτρα FIR προσεγγίζοντας µια καθορισµένη, επιθυµητή απόκριση συχνότητας ενός συστήµατος διακριτού χρόνου. Οι πιο κοινές τεχνικές προσεγγίζουν την επιθυµητή απόκριση πλάτους ενώ διατηρούν µια γραµµική απόκριση φάσης. 219