Acquisizione dati: L interfaccia tra PC e mondo reale. 1. Esempi di convertitori DAC e ADC 2. Esempi pratici di acquisizione dati in ambiente MATLAB

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Acquisizione dati: L interfaccia tra PC e mondo reale. 1. Esempi di convertitori DAC e ADC 2. Esempi pratici di acquisizione dati in ambiente MATLAB"

Geraldo Serafini
8 anni fa
Visualizzazioni

1 Acquisizione dati: L interfaccia tra PC e mondo reale 1. Esempi di convertitori DAC e ADC 2. Esempi pratici di acquisizione dati in ambiente MATLAB

2 Interfacciamento tra PC e mondo reale, Acquisizione Dati ed uscita Analogica tramite una scheda DAC L acquisizione dati tramite scheda convertitore Digital to Analog Converter (DAC) è pratica comune di laboratorio. La PASCO ne offre una versione piuttosto blindata utile nei primi anni di corso. In molti casi questa è insufficiente o peggio, genera problemi a causa della sua rigidità. In questa lezione imparerete ad utilizzare una scheda di basso costo (Keythley DAS1601 ovvero National Instrument NI 6124E e successive) nell ambiente di calcolo Matlab.

La PASCO ne offre una versione piuttosto blindata utile nei primi anni di corso.

3 Letteratura Per approfondire l argomento sono utili i seguenti testi e documenti: P. Horowitz and W. Hill,The Art of Electronics, Cambridge University Press, 1980, in particolare il capitolo 9 - Per l hardware della scheda National Instruments 6124E: Per le alter schede di acquisizione National Instruments (ni6009 ni6008) Matlab data acquisition toolbox

unipr.it/~gigi/dida/strumentazione/ni-daq/pci-6024e-6025emanual.pdf http://www.fis.unipr.it/~gigi/dida/strumentazione/ni-daq/specifiche_6024e.pdf http://www.fis.unipr.it/~gigi/dida/strumentazione/ni-daq/presentazione_6024e.

4 Useremo due tipi di schede di acquisizione: quelle che si interfacciano tramite PCI o USB block diagram of a typical 16-bit 200-kHz DAQ board. It plugs into an open PCI slot in you PC. Differenze principali: - Velocità di trasferimento dati - Facilità di installazione (la PCI va inserita sulla scheda madre, vs la USB è plug & pray )

It plugs into an open PCI slot in you PC.

5 Gli ingredienti importanti: 0. Contatore binario 1. Convertitore digitale-analogico (DAC) 2. Convertitore analogico-digitale (ADC)

6 0. CONTATORE BINARIO Gate = segnale in AND con clock Contatore=timer

7 1) Digital-to-Analog Converter (DAC) Può essere realizzato con due diversi approcci principali: 1.a Weighted Summing Amplifier 1.b R-2R Network Approach

8 1.a Weighted Sum DAC

9 1.b R-2R Ladder DAC

10 1.b R-2R Ladder DAC

11 2. Analog to Digital Converter Può essere realizzato con tre diversi approcci principali: 2.a Digital-Ramp ADC 2.b Successive Approximation ADC 2.c Flash ADC

12 2.a Digital-Ramp ADC La conversione comporta un comparatore tra: 1. tensione di ingresso 2. segnale generato da un DAC L uscita del comparatore pilota un contatore binario

13 2.a Digital-Ramp ADC

14 2.b Successive approximation ADC DAC + comparatore Ora usa la logica per convergere + rapidamente

15 2.b Successive approximation ADC Illustration of 4-bit SAC with 1 volt step size

16 2.c Flash ADC +rapido di tutti. (63 for 6-bit, 255 for 8-bit, etc.) 8-bit necessita di 256 comparatori Priority encoder converte in binario

17 La temporizzazione: Sample Hold

18 Accuratezza Il numero di bit della scheda ne definisce il range dinamico o profondità: il rapporto tra la tensione massima V MAX e quella minima misurabile dv. Appare evidente che un range dinamico esteso è nemico della velocità: a parità di prezzo, schede ADC veloci hanno accuratezza di pochi bit, e viceversa. Entrambe le schede che userete hanno una profondità di 12 bit. Più precisamente, il livello di accuratezza per una digitalizzazione ad N bit con tensione compresa tra 0 e V MAX è dv= V MAX /2 N mentre se la tensione è compresa tra -V MAX e V MAX allora dv= V MAX /2 N-1 Per sfruttare al meglio il range dinamico il segnale può dover essere attenuato o, più spesso, amplificato. Le schede hanno un amplificatore a guadagno fisso e selezionabile (10x, 100x, 500x) che è posto prima dell ADC.

Entrambe le schede che userete hanno una profondità di 12 bit.

19 Velocità La velocità della scheda è definita dal numero di campionamenti che si possono effettuare in un secondo. Entrambe le schede DAS1601 e NI6524E hanno velocità massima di 100Ks, anche se poi il software non sempre consente di arrivare a questa velocità. Si possono acquisire diversi segnali quasi contemporaneamente: entrambe le schede hanno 16 ingressi unipolari (single ended) ovvero 8 differenziali multiplexati. La velocità dichiarata dal costruttore si riferisce al convertitore A/D, il multiplexing rallenta l acquisizione di un fattore almeno pari al numero di canali attivi

Si possono acquisire diversi segnali quasi contemporaneamente: entrambe le schede hanno 16 ingressi unipolari (single ended) ovvero 8

20 Esempio: misura della risonanza audio %definiamo parametri clear SampleRate=40000; Duration=5; SamplePerTrigger=Duration*SampleRate; tempo=(1:samplepertrigger)*duration/samplepertrigger; 8 x %Proviamo la scheda audio daqreset AI = analoginput('winsound'); AO = analogoutput('winsound'); addchannel(ai, 1); addchannel(ao, 1); set (AO, 'SampleRate', SampleRate) set (AI, 'SampleRate', SampleRate) set(ai, 'SamplesPerTrigger', SamplePerTrigger); Ampiezza f0=200; ff=3000; disp(['intervallo di frequenze testato: ',num2str(f0),'fino a ',num2str(ff),'hz']) %frequenze=linspace(f0,ff,samplepertrigger); frequenze=logspace(log10(f0),log10(ff),samplepertrigger); clear wave wave=sin((2*pi*frequenze.*tempo)); putdata(ao,wave') start([ao AI]) Frequenza (Hz) while AI.SamplesAcquired<SamplePerTrigger end wave_in=getdata(ai); plot(frequenze,smooth(wave_in.^2,100)) xlabel('frequenza (Hz)') ylabel('ampiezza')

SampleRate) set(ai, 'SamplesPerTrigger', SamplePerTrigger); Ampiezza 5 4 3 2 1 f0=200; ff=3000; disp(['intervallo di frequenze testato: ',num2str(f0),'fino a ',num2str(ff),'hz'])

Documenti analoghi

Introduzione alle misure con moduli multifunzione (DAQ)

Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Firenze Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni Introduzione alle misure con moduli multifunzione (DAQ) Ing. Andrea Zanobini - Maggio 2012 Dipartimento