Messtechnik - · PDF fileElektor, 1993 DM 48,00 00 22 Lenk, Arno Elektromechanische Systeme,...
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re Stand: 03/01 MT-Literaturauswahl 1 FHTW Berlin, FB 1 Ingenieurwissenschaften I, Prof. Dr.-Ing. habil. Rehnitz Messtechnik - Literaturauswahl (Stand: 03/01) 1 Basisliteratur und Elektrische Messtechnik 2 Elektrische Messung nichtelektrischer Größen 3 Analoge und digitale Signalverarbeitung 4 Prüftechnik und Messautomatisierung/ Qualitätssicherung 5 Schnittstellen, PC-Messtechnik und Feldbussysteme 6 Allgemeine Messtechnik nichtelektrischer Größen 7 Messtechnik für mikrosystemtechnische und physikalische Anwendungen 8 Messtheorie, Informationstheorie, Simulation u.a. 9 Laborpraxis, Messauswertung und EMV 10 Messtechnik für Nachrichtentechnik, Studiotechnik, MM u.a. 11 Produktinformationen und Applikationsschriften Die aufgeführte Literatur dient der persönlichen Information und der ersten Orientierung in den Fachgebieten A) Elektrische Messtechnik für TI-Direktstudenten B) PC-Messtechnik für TI-Direktstudenten C) Industrielle Messtechnik für TI-Fernstudenten D) Nachrichtenmesstechnik für NT-Direktstudenten E) Allgemeine Messtechnik für MST-Direktstudenten FHTW-Bibliotheksstandorte: Allee der Kosmonauten (AdK=99); Karlshorst (90-92); Warschauer Platz (94); Marktstr. (97); Blankenburg (98)
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 01/99) Einführungsbeispiel MT_Kap40__1.wpd-6
Tab. 1: Mess-, Prozess- und Programmzyklus-Zeiten (Beispiel)
Sensor-Zeitkonstante � � 55 ms (Thermalert TX) S
� Mindestmesszeitabstand ('Ansprechzeit') ��
t = 3�� ��
165 ms min S
Prozeß-Zeitkonstante � ��
50 s (Aufheizung des Prüflings) P
Bedingung für Programmzyklus-Zeiten T (ohne Sonderaufwand erfüllbar)��t
�� T « � min P
Datenübertragung nach HART-Protokoll (ohne Handshakezeiten): 303 ms (<T)
Programmzykluszeiten T unter DOS / BASIC
80386 - 33 MHz Pentium - 133 MHzBildschirmausgabe des
Kommunikationsprotokolls
365 ms nein714 ms
365 ms ja (mit Scrollen)714 ms
Programmzykluszeiten T unter WIN / LabVIEW(Pentium - 133 MHz)
ohne Ausgabe des mit Ausgabe des BetriebsartKommunik.-Protokolls Kommunik.-Protokolls des Programms
718 ms 356 ms nur Meßwertausgabe
709 ms 360 msMesswert- und oszillo-
grafische Ausgabe (auf PC)
(360-430) msMesswert-, oszillografische,Statistik- und Histogramm-
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 04/02) Vertrauensbereich EMT_23_2.wpd - 1
Vertrauensbereich( vereinfachtes Modell )
1. (unkorrigierter) Messwert
2. erfasster systematischer Fehler e C
3. systemat. Restfehler(grenze) *x R
4. Streuung
5. Faktor t zur Berücksichtigung der statistischen Sicherheit S( “ Sicherheitsfaktor ”, ‘Vertrauensfaktor’ )
t = f (S; Verteilungstyp, M)
z.B. t-Faktor für Normalverteilung(Für normalverteilte Zufallsgrößen heißt t-Faktor auch "Student!Faktor")
t
Statistische Sicherheit S = 1 ! "(Irrtumswahrscheinlichkeit ")
68% 95% 99% 99,7%(32%) ( 5%) ( 1%) (3‰)
M = 5 1,15 2,78 4,60 6,44
10 1,06 2,26 3,25 4,02
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Kurzform für Messergebnis:
x ' xC ± *x [bei S ' ...%]
xC ' x & eC
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 04/02) Vertrauensbereich EMT_23_2.wpd - 2
6. korrigierter Messwert
7. Messunsicherheit(wichtige Kenngröße zur Fehlerkennzeichnung)
Beispiel 1 Spannungsmessung ( x Y U ):
Systematische Restfehlergrenze *U = 300 µV; R
Streuung s = 500 µV (wurde mit M = 100 Werten ermittelt);zufällige Fehler seien normalverteilt, das Problem erfordere einestatistische Sicherheit S = 95% (" = 5%);für jede Messung werden N = 2 unabhängige Einzelmessungendurchgeführt (Doppelbestimmungen).
Y Als Messunsicherheit ergibt sich (mit t . 2 ): *U . 768 µV
8. Vertrauensbereich (Konfidenzintervall)
Beispiel 2 Spannungsmessung ( x Y U ):
N = 5 Messdaten: U / mV = 13,4; 13.0; 13,5; 13,4; 13,2 (n = 1, ..., N) n
Annahmen: e = !0,22 mV; *x = 0,10 mV; S = 99%; C R
Messwerte auch zur Streuungsermittlung nutzen ( M = N )
Y unkorrigierter Messwert: 13,30 mV; korrigierter Messwert: 13,52 mV Y s = 0,20 mV; t = 4,6; *U = 0,42 mV; Vertr.Ber.: (13,10 ... 13,94) mV
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 04/02) Vertrauensbereich EMT_23_2.wpd - 3
Für normalverteilte Zufallsgrößen gilt im Einzelnen:
*x . t @ s
N
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 04/02) Vertrauensbereich EMT_23_2.wpd - 4
Für den Fall vernachlässigbarer (syst.) Restfehler (*x ÿ 0) R
vereinfacht sich die Formel für die Messunsicherheit *x
(1)
Damit wird oft eine Tabellierung von t und t//N benötigt.Für normalverteilte Zufallsgrößen gilt für den oft genutztenSonderfall M = N (Zur Bestimmung von Mittelwert und Streuung werden die-
selben Messwerte genutzt, vgl. Kurztabelle, S.2):
NS = 68% S = 95% S = 99% S = 99,7%
t t / /N t t / /N t t / /N t t / /N
2 1,84 1,30 12,71 8,99 63,66 45,01 235,8 166,7
3 1,32 0,76 4.303 2,484 9,925 5,730 19,20 11,10
4 1,20 0,60 3.182 1,591 5,841 2,921 9,20 4,60
5 1,15 0,51 2,776 1,241 4,604 2,059 6,44 2,88
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4 1,00 0 1,960 0 2,576 0 2,97 0
Für gleichverteilte Zufallsgrößen gelten in zwei Sonderfällen(mit )x - max. Abweichung; S - statistische Sicherheit) max
einfache Beziehungen (ohne Begründung):
a) M ÿ 4 und N » 1Gl. (1) mit s = )x / /3 und t nach vorstehender Tabelle max
b) M ÿ 4 und N = 1*x = S @ )x = (S@/3) @ s = t @ s [also: t = /3@S] max
Hk � � ld pkbit
HE� ld (K�1) bit
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/98) Information MT_Kap12__1.wpd.1
Informationstheoretische Grundbegriffe
Information
Maß der 'Überraschung' bei einem Ereignis
(Empfang eines Zeichens, Versuch, Messung, ...)
Informationsgehalt/ -gewinn
Es wird angenommen, dass Ereignisse der Klasse k (z.B. Würfeln einer ‘4') mit der Wahr-scheinlichkeit p auftreten. Ergibt ein Versuch/ eine Messung nun ein solches Ereignis, so k
gewinnt man die Information
Existieren K+1 'Elementarereignisse' [k= 0.. K, s.u.], sind also diese Ereignisse einein-deutig K+1 Klassen zuordenbar, so trägt der 'Ereignisraum' einen Entscheidungsgehalt
Sind Ereignisse verschiedener Klassen (unvereinbar und) gleichwahrscheinlich, gilt füralle k:
Mittlerer Informationsgehalt/ Entropie
Werden sehr viele 'zufällige' Ereignisse (N � �) beobachtet, so konvergiert der mittlereInformationsgehalt gegen die 'Entropie':
K+1 - Anzahl der Klassen
Die Entropie ist eine wichtige Kenngröße,
z.B. für die Kodierungstheorie:
mit mittlerer Länge eines Binärkodes:
M � �N
n�1Hn � N � H
M � N � L � N � H
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H � vz � I ; I � C
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/98) Information MT_Kap12__1.wpd.2
Informationsmenge
Summe der (insgesamt oder in einer bestimmten Zeit) übertragenen oder gespeichertenInformation (N - Anzahl der Zeichen, Messungen oder ...):
(für viele Ereignisse, N » 1)
Wichtige Kenngröße
z.B. für die Speicherdimensionierung:
Informationsfluß
Informationsmenge �M, die in einem bestimmten Zeitintervall �t übertragen wird, bezogenauf diese Zeit:
mit v als Datenrate (auch 'Schrittgeschwindigkeit', ... bei mehrwertiger VerarbeitungZ
[Telex-Lochstreifenstanzer]; 'MIPS' [millions of instructions per second], 'LIPS' [logical inferences per
second] ... bei paralleler Verarbeitung)
Wichtige Kenngröße
z.B. für Schnittstellendimensionierung:
mit - maximaler (technischer); mittlerer (technischer) Informationsfluß
Kanalkapazität C = f (Bandbreite, SNR), z.B. 19200 bit/ s,
SNR - signal noise ratio (Signal-Rausch-Abstand)
Weitere Informationen:
� LV ‘Grundlagen der Informatik’
� Literatur zur Informationstheorie
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/00) Entropie: Beispiel MT_Kap12__2.wpd - 1
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Gleichverteilung
p 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 � p = 1k k
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�p � ld p 0,46 0,46 0,46 0,46 0,46k kH = H E
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keine Gleichverteilung
p 0,05 0,1 0,2 0,5 0,15 � p = 1k k
�ld p 4,3 3,3 2,3 1,0 2,7 H / bitk k
�p � ld p 0,215 0,33 0,46 0,5 0,405k kH
= 1,9 bit
generell: H > H Gleichverteilung Ungleichverteilung
ungleichlanger Code; falls gleichlang (K+1=8�3 Bit), dann wäre auch L = 3 bit.1
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/00) Entropie: Beispiel MT_Kap12__2.wpd - 2
.
Gleichverteilung keine Gleichverteilung
k p H / bit Code p H / bit Code k k k k 1
0 0,125 3 0,015 6,0589000 111110
1 0,125 3 0,060 4,0589001 1110
2 0,125 3 0,254 1,9771010 10
3 0,125 3 0,498 1,0058011 0
4 0,125 3 0,126 2,9885100 110
5 0,125 3 0,031 5,0116101 11110
6 0,125 3 0,008 6,9658110 1111110
7 0,125 3 0,008 6,9658111 1111111
� p 1,000 1,000k
H / bit 3 1,98085L / bit 3 1,98100
L ��
HH = � p � H - Entropie (mittlerer Informationsgehalt) k k
L = � p � L - mittlere Codelänge k k
30.4.1916 - 24.2.2001
Claude Elwood Shannon, 84. Der Ingenieur, Mathematiker undHobby-Einradfahrer verstand es, jedes Problem, das ihn faszinierte, inGleichungen zu übersetzen. Jongleuren etwa hinterließ er die Bälle-Balancie-Formel F + D x H = Z + D x N. Folgenreicher für dieNachwelt war das Meisterwerk des Genies — „Eine mathematischeTheorie der Kommunikation“ aus dem Jahr 1948. Shannonsbahnbrechende Arbeit, in der das „Bit“ als Informationseinheiteingeführt wird, legte das Fundament zur Dot-com-Welt der E-Mails,Web-Seiten und Napster-Dateien. Als 24-Jähriger hatte der vonKollegen als blitzschneller Denker Gerühmte am MassachusettsInstitute of Technology die wohl bedeutendste Diplomarbeit derWissenschaftsgeschichte verfasst. Shannon zeigte, dass mittels der Symbole „1“ und „0“ (Stroman — Strom aus) formulierte logische Probleme in elektrischen Schaltkreisen zu lösen sind.Jahre vor der Erfindung der Chips schuf er damit die Universalgrammatik der Computer-Gesellschaft. Claude Elwood Shannon, der an Alzheimer litt, starb am 24. Februar in seinemHaus in Medford (Massachusetts).
262 DER SPIEGEL 2001
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/00) Messkomparator MT_Kap211_1.wpd - 1
Idealer MesskomparatorDefinition: (Sub-) System zum Messgrößenvergleich
mit einer bestimmten Erkennbarkeits-Schwelle('Auflösungsunsicherheit') �v > 0
Eingangsgrößen:
2 (Inform.parameter der) Analogsignale v und vI II
Ausgangsgrößen:
3 Binärsignale q , q und q (1-aus-3-Kode) 1 2 3
Systemeigenschaften:
Fall i Bedingung q q q y 1 2 3 i
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I q II
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/00) Messkomparator MT_Kap211_1.wpd - 2
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/00) Messkomparator MT_Kap211_1.wpd - 3
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/00) Messkomparator MT_Kap211_1.wpd - 4
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/00) Messkomparator MT_Kap211_1.wpd - 5
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 12/98) Zahlengenerator MT_Kap212_1.wpd.1
Steuerbarer ZahlengeneratorDefinition: (Sub-) System zum programmgesteuerten
Erzeugen beliebig kodierter Zahlen
Eingangsgrößen:
3 Binärsignale q , q und q (1-aus-3-Kode) 1 2 3
zusammenfassbar zu Signalvektor: y = { q , q , q } 1 2 3
Ausgangsgröße:
(binär, ... oder) dezimal kodierte Zahl z
Allg. Systemeigenschaften zum Triggerzeitpunkt t ['Takt' n] n
Fall i SystemreaktionEingangsbelegung y =
1 y [n] (q =1, ...) z [n] > z [n-1]
2 y [n] (q =1, ...) z [n] = z [n-1]
3 y [n] (q =1, ...) z [n] < z [n-1]
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Ungestörte Signale und Systeme
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 12/98) Messinformation MT_Kap24__1.wpd.1
Auflösung ±��
x :
benachbarte Messwerte x und x (x -Repräsentant der Messgrößenklasse k) k k+1 k
Auflösung (kleinste nachweisbare Meßgrößenänderung, symmetrisch um x ) k
Anzahl unabhängiger Klassen K +1:
Messspanne (Messbereichsumfang):
Klassenbreite (Messwerteabstand): (2��x)
Klassenwahrscheinlichkeit p : k
Wahrscheinlichkeit, dass einer Messgröße x ein Messwert x zugeordnet wird k
bzw. dass die Messgröße x in k-ter Klasse registriert wird
(k = 0, 1, ..., K; d.h. K+1 Klassen)
Informationsgewinn bei einer Messung (Ergebnis in k-ter Klasse):
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Entropie (mittlere Information) einer Messung H :
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400 MW / DIVTB
Relevante und technische Information (Digitales Speicheroszilloskop)© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 05/99) MT_Kap244_1.wpd.1
Digitales SpeicheroszilloskopPC-gesteuerte Erfassung und Übernahme von Daten
über IEC625-Bus (Kanalkapazität C = 1 MB/s)
Nr Betriebsart Bemerkungen
�� Datenerfassung(Oszilloskop-intern)
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[ADU] ��
[Oszi-MEM]
Abtastfrequenz
�� Datenerfassung(Oszi - PC-gesteuert)
Vom Aufzeichnungsbefehlbis zur Fertigmeldung
�� Datenübertragung(Einzel-MW-Transfer, ACD)
Übertragung je eines Messwertesin je eine Programmvariable
�� Datenübertragung(String-Transfer, ACD)
je 50 MW in einen String
�� Datenübertragung(Block-/ DMA-Transfer, ACD)
alle 4000 MW in vordefiniertenSpeicherbereich, ca. 16 KB
�� Datenübertragung(Block-/ DMA-Transfer, BC)
alle 4000 MW in vordefiniertenSpeicherbereich, ca. 4 KB
Oszi - z.B. 4000 MW auf 10 DIV Horizontalablenkung (1 DIV - 1 Einteilungsabschnitt auf Bildschirm)MW - Messwert TB - Zeitbasis (z.B. 2 µs / DIV) MEM - SpeicherACD - Ascii codierte Dezimalziffern BC - Binär codierte Daten
Beispiel: DSO - Datensatzformat ( DS - Datensatz )( MW - Meßwert )
z.B. alle im Kanal k = 1 gespeicherten n = 4000 Meßwerte sollen ausgelesen werden ( 1.MW bei m = 0 ; letzter MW bei 3999)
DS - Kopf DS - Terminator ...
n
DS - Kopf # 1 @ , 0 0 0 0 , 4 0 0 0 ,
DS - TerminatorKontrollsumme DS - Begrenzer
( 0 ... 2 ) Byte( 1 ... 2 ) Byte
Beispiel: DSO - Meßwertformate ( 8 Bit - ADU )( MW - Meßwert )
ACD ( ASCII - Codierte Dezimalziffern + MW - Begrenzer )
BC ( Binär Codierte Meßwerte, ohne MW - Begrenzer )
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1 MW --> (3+1) Byte
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Relevante und technische Information (Digitales Speicheroszilloskop)© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 05/99) MT_Kap244_1.wpd.2
Informationsmenge für 1 DatensatzDSO-PC-Kommunikation über IEC625-Bus
Zeitbasis TB / s/cm1E-06 1E-05 1E-04 1E-03 1E-02 1E-01 1E+00
1E+04
1E+05
1E+06
Erfassung (Oszi intern)Erfassung (PC-gesteuert)Transfer (Einzel-MW, ACD)Transfer (MW-String, ACD)Transfer (Block-/DMA, ACD)Transfer (Block-/DMA, BC)relevante Information M= 4000*H
relevanteInformation
4000 * (14 + 4 * 1 +4) * 8 bit
80 * (14 + 4 * 50 + 4) * 8 bit
(14 + 4 * 4000 + 4) * 8 bit
(14 + 1 * 4000 + 1) * 8 bit
Relevante und technische Information (Digitales Speicheroszilloskop)© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 05/99) MT_Kap244_1.wpd.3
Erfassungs- und TransferzeitenDSO-PC-Kommunikation über IEC625-Bus
Zeitbasis TB / s/cm1E-06 1E-05 1E-04 1E-03 1E-02 1E-01 1E+00
1E-05
1E-04
1E-03
1E-02
1E-01
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1E+01
1E+02
Erfassung (Oszi intern)Erfassung (PC-gesteuert)Transfer (Einzel-MW, ACD)Transfer (MW-String, ACD)Transfer (Block-/DMA, ACD)Transfer (Block-/DMA, BC)
Relevante und technische Information (Digitales Speicheroszilloskop)© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 05/99) MT_Kap244_1.wpd.4
Fluß der relevanten InformationDSO-PC-Kommunikation über IEC625-Bus
Zeitbasis TB / s/cm1E-06 1E-05 1E-04 1E-03 1E-02 1E-01 1E+00
1E+01
1E+02
1E+03
1E+04
1E+05
1E+06
1E+07
1E+08
1E+09
1E+10Erfassung (Oszi intern)Erfassung (PC-gesteuert)Transfer (Einzel-MW, ACD)Transfer (MW-String, ACD)Transfer (Block-/DMA, ACD)Transfer (Block-/DMA, BC)Plotter-Ausdruck
Relevante und technische Information (Digitales Speicheroszilloskop)© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 05/99) MT_Kap244_1.wpd.5
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/00) Messinformation MT_Kap251_1.wpd - 1
Messunsicherheit ±��
x:
�x - Grenze des systemat. Restfehlers, s - Streuung, t - Vertrauensfaktor R
N - Anzahl der Einzelmessungen pro Messwert (vgl. Abschn. 1.1.2)
Anzahl unabhängiger Klassen K+1: [ganzzahlig]
Mess-Spanne (Messbereichsumfang): x - x max min
Klassenbreite (Breite des Vertrauensbereiches): (2 � �x)
Vertrauensbereich für Klassenrepräsentanten x : x ��x .. x +�x k k (k) k (k)
Hinweis: Die Klassen müssen lückenlos und überlappungsfrei den gesamtenMessbereich überdecken. Die Messunsicherheit kann in jeder Klassek anders sein; dann gilt:
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Gestörte Signale und/oder Systeme
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/00) Messinformation MT_Kap251_1.wpd - 2
Klassenwahrscheinlichkeit:
Wahrscheinlichkeit,
dass einer Messgröße x ein Klassenrepräsentant x zugeordnet wird k
bzw. dass die Messgröße x in der k-ten Klasse registriert wird(k = 0, 1, ..., K; d.h. K+1 Klassen).
Informationsgewinn bei einer Messung (Ergebnis in k-ter Klasse):
H = � ld p bit k k
Entropie (mittlere Information) einer Messung H :
physikalischeGröße Messwerte
unabhängigeMesswert-Klassen
für ungestörte Signale & Systeme gilt : ± � x = ± � x(�x - Auflösung)
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�x
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zur Klasse x kunabhängigerVertrauens-
bereich
zur Klasse x kunabhängigerVertrauens-
bereich
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x k+1
x k-1
(z.B. x k=0)
Klasse k+1mit Klassen-
kennwertx k+1
Klasse k-1mit Klassen-
kennwertx k-1
Bestimmung der relevanten Information© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 06/99) MT_Kap252_1.wpd.1
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Relevante und technische Information gestörter Signale© FHTW Berlin, FB 1 - Re Stand: 06/99 MT_Kap_254.1
Relevante und technische Information gestörter Signale© FHTW Berlin, FB 1 - Re Stand: 06/99 MT_Kap_254.2
Relevante und technische Information gestörter Signale© FHTW Berlin, FB 1 - Re Stand: 06/99 MT_Kap_254.3
Relevante und technische Information gestörter Signale© FHTW Berlin, FB 1 - Re Stand: 06/99 MT_Kap_254.4
Relevante und technische Information gestörter Signale© FHTW Berlin, FB 1 - Re Stand: 06/99 MT_Kap_254.5
Relevante und technische Information gestörter Signale© FHTW Berlin, FB 1 - Re Stand: 06/99 MT_Kap_254.6
Verrauschter Dreieck-PulsRelevante Information gestörter Signale am DSO
Effektivwert des Rauschsignals0 10 20 30 40 50 60
0
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10000
15000
20000
25000
30000
Amplitude des Dreiecksignals: 64Rauschen als InformationRauschen als Störungnormalverteiltes weißes Rauschen
Amplitude der Dreieckschwingung:12,55mV
Effektivwert des Rauschsignals:(0 ... 11,76) mV
y - Verstärkung des Oszis:5mV / cm
Relevante und technische Information gestörter Signale© FHTW Berlin, FB 1 - Re Stand: 06/99 MT_Kap_254.7
© FHTW Berlin, FB 1 - Re
Stand: 11/98
MT - Sensortechnik
MT_Kap322_1.wpd.1
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Stand: 11/98
MT - Sensortechnik
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/00) Drucksensor MT_Kap35__1.wpd-1
Piezoresistive Druckmessung
(1) Unterdrückung von Störgrößen (abgeglichene Brücke)
Allg. Abgleich:
(Stör-) Größen w haben keinen Einfluss auf Abgleich, wenn
� sie kein Element beeinflussen (‘Trivialfall’)
� zwei benachbarte Elemente proportionales Verhaltenzeigen (auch nichtlineare Einflüsse), z.B.
� beide Halbbrücken gleichartig beeinflusst werden, z.B.
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Mit r = r (x, w) können Nutz- und Störsignale behandelt werden i i
(Taylorreihe)
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/00) Drucksensor MT_Kap35__1.wpd-2
Piezoresistive Druckmessung
(2) Kennlinien-Linearisierung (ausgesteuerte Brücke)
Die Messgröße x (z.B. der Druck p) kann die Brücken-elemente R , ..., R beeinflussen, die wiederum die Brücken- 1 4
spannung u bestimmen:
(1)
Mit R = R � [1+ r (x)] für i= 1, 2, 3, 4 i i0 i
und nach Abgleich (bei x = 0), d.h.
folgt (im Selbststudium) für die speisespannungsbezogene1
Brückenspannung
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/00) Drucksensor MT_Kap35__1.wpd-3
Eliminierung der Nichtlinearitäten durch Eliminierung
� der quadratischen Terme im Zähler und � der linearen und quadratischen Terme im Nenner
Lineares Verhalten: Optimale ‘Halbbrückenbedingungen’
Bei r = ��
r / ��
und r = ��
r / ��
2 1 4 3
gilt
bzw.
Beispiele:
1. Aktive Halbbrücker = �r /
� und r = �r = 0 (R , R - Festwiderstände) 2 1 4 3 4 3
u / u = [1 / (1+��
)] �� r S 1
2. Aktive Vollbrücke
r = �r /�
=�r = r / �
4 3 2 1
u / u = [2 / (1+��
)] �� r S 1
für �
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Dehnung � = �l / l
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� > 0 - gedehnt
� < 0 - gestaucht
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R3
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 11/00) Drucksensor MT_Kap35__1.wpd-4
Piezoresistive Druckmessung(3) Aufbau und Wirkungsweise eines integrierten Sensors
R = R(� ,�) = �(� ,�) � l(� ,�) / A(� ,�) i i i i i
mit den Dehnungen � = � = +B � p 1 4 �p
� = � = �B � p 2 3 �p
R = R � (1+r ) i 0i i
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� r = r = + k�B �p + � �� 1 4 �p R
r = r = � k�B �p + � �� 2 3 �p R
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(Stand: 04/02)
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re
(Stand: 04/02)
HW-Überblick MT_Kap411_1.wpd - 2
Erläuterung:1
Bedeutung: + (groß), o (begrenzt), ! (kaum); Nutzung: [] (nur bei Bedarf)
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 04/02) SW-Überblick MT_Kap412_1.wpd.1
Software-Situation in der PC-Messtechnik
Bedeutung für die Vorlesung
Messplatz-Programmierung Praxis / Labor 1
Assembler ! ! / !
konventionelle Hochsprachen, z.B.
Basic VB, ... ! / o ! / !TP Delphi ! / o o / [+]C C , VC o o / [+]++
textorientierte MT-Entwicklungssysteme, z.B.
Basic + ě ! / [o]HP Instrument BASIC(unter Windows)
TP (Power Lab) ! ! / [o]
C LabWindows / CVI + ě [+] / +
grafische MT-Entwicklungssysteme, z.B.
GLabVIEW + ĝ + / +(Visual Designer)
anderegrafischeObjekte
Agilent VEE + ĝ [+] / + (TestPoint, ...)
Funktionsgenerator für weißes Rauschen
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hier: Pin 1 DAU-AusgangPin 42 Analogmasse
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 12/98) PCMT-Probleme MT_Kap413_1.wpd.1
Nr Quellcode Programm Umgebung(ausgeführt als) (gestartet unter)
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(FG & Schreiber )**
LV .vi(kompiliert)
(Entwicklungs-umgebung)
LabVIEW
FG - Funktionsgenerator (nur Ausgabe über DAU der MDE-Karte)*
x/t-Schreiber (zusätzlich als VirtualInstrument auf Monitor realisiert)**
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 12/98) PCMT-Probleme
MT_Kap413_1.wpd.2
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(Stand: 07/00)
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(Stand: 07/00)
Störungen durch PC-Betrieb
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(Stand: 07/00)
Störungen durch PC-Betrieb
MT_Kap413_1c.wpd - 10
MDE-Karte
Anwendungsprogramm bzw.
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Spracheninterface (Bibliotheken) *.h, *.lib ( C ) *.tpu ( TP )
Kartentreiber *.exe bzw. *.com
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 06/01) MDE-Karten MT_Kap420_1.wpd.1
Anwendungsprogramm bzw.
MT - Entwicklungssystem
Spracheninterface (Bibliotheken) *.h, *.lib ( C ) *.tpu ( TP )
Treiberfunktionen (dynamic link library) *.dll
VirtuellerKartentreiber *.vxd u.a.
MDE-Karte
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 06/01) MDE-Karten MT_Kap420_1.wpd.2
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{Basis-Adresse: z.B. 300h=768d}
m = $10;
{Maske für Bit 4: z.B. 10h=16d}
{|0001|0000|}
c1= $90;
{Steuerwort: PA-Eing, PB-Ausg}
{|1001|0000|}
c2= $80;
{ PA-Ausg, PB-Ausg}
{|1000|0000|}
var z, z1, z2 : byte;
{Ein-, auszugebende Zahlen}
b : byte;
{zu lesendes Bit: FALSE ø b:=0; TRUE ø b:=1}
begin
{a) Eingabe des 4.Bits - Sensoranwendung}
Port[x+3] := c1;
{Port A empfangsbereit (in Betriebsart 0)}
z := Port[x];
{Auslesen des Port_A-Inhaltes nach z}
b := z and m;
{b enthält Bit4-Information}
{|xxx?|xxxx|}
{b) Ausgabe des 4.Bits - Aktor-Anwendung}
Port[x+3] := c2;
{Port A und Port B sendebereit}
z1:= z or m;
{Bit 4 wird auf ‘1' gesetzt}
{|xxx1|xxxx|}
Port[x] := z1;
{z1 wird an Port A ausgegeben}
z2:= z and not(m);
{Bit 4 wird auf ‘0' gesetzt}
{|xxx0|xxxx|}
Port[x+1] := z2;
{z2 wird an Port B ausgegeben}
end.
ACH 1AIGND
TRIG 1
ACH 2AIGND
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 07/00) Multifunktionskarten (ADU) MT_Kap422_1.wpd - 1
Multifunktionskarten zur Datenerfassung (DAQ - data acquisition)
a) Steckerbelegungmit Analog-Eingängen und externem Trigger-Eingang (Bsp.)
68 poliger Stecker
ACH 1/2 - Analogkanal 1/2AIGND - Erde für analoge Eingänge
für 2 erdgebundene Signale u (t) und u (t) 1 2
oder für 1 erdfreies Signal u (t) 12
PFI 0 / TRIG 1 - Triggereingang 1
für ein externes Triggersignal (analog oder digital)(PFI - Programmable Function Input)
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 07/00) Multifunktionskarten (ADU) MT_Kap422_1.wpd - 2
Multifunktionskarten zur Datenerfassung(DAQ - data acquisition)
b) Triggerarten
� Hardware-Triggerung (Trigger-Start = DAQ-Start)
� durch externes digitales Signal � durch externes analoges Signal
� Software-Triggerung (Programm-Start = DAQ-Start)
� Normalbetrieb:Alle erfassten Daten werden sofort gepuffertoder ungepuffert ausgelesen.
� Bedingte Auswertung:Daten werden sofort erfasst, aber erst nachVorliegen einer Bedingung als gültig erklärt undausgelesen.Ein externes analoges Signal muss bestimmtePegel-, Flanken- oder Anzahl-Bedingungenerfüllen.
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const x = $700;
{Basis-Adresse: z.B. 700h=1792d}
ir= 5;
{HW-seitig eingestellter Interrupt, normal: 2.par.SS}
oh= $01;
{Offset-Adr. f. HiByte (höherwertiges Byte): z.B.1d}
ol= $00;
{Offset-Adr. f. LoByte (niederwertiges Byte): z.B.0d}
c = $03;
{Offset-Adr., evtl. Änderung der Betriebsart}
var f : real;
{gewünschte Abtastfrequenz/ Hz}
z : array [0..1023] of integer;
{kodierte Messdaten}
i : integer;
{Nr. des Messwerts}
p0: pointer;
{Zeiger auf alte Interruptroutine, z.B.auf 2.par.SS}
procedure set_timer(freq:real); {...}
{s.Zeitgeberprogrammierung}
procedure enable_IRQ(intNr:byte); {...}
{ermöglicht Interrupt}
procedure disable_IRQ(intNr:byte); {...}
{sperrt Interrupt}
procedure IO_int; interrupt;
{Interrupt-Prozedur: Aufruf bei Int.}
begin
z[i] := 256*Port[x+oh] + Port[x+ol];
{2 Register auslesen Y MW}
{...;}
{z.B. neue Kanäle einstellen, ...}
i := i+1;
{nächstes Auslesen vorbereiten}
end;
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begin
disable_IRQ(0);
{sperrt PC-Timer-Interrupt, IRQ0}
GetIntVec(intNr, p0);
{rettet/speichert Original-Interruptvektor}
SetIntVec(intNr, @IO_int);
{lenkt Int. auf Prozedur‘IO_int’ um}
{...;}
{z.B. neuen Eingabekanal einstellen}
enable_IRQ(intNr);
{lässt Unterbrechung durch Karten-Interrupt zu}
end;
procedure disable_IO_int(intNr:byte);
begin
disable_IRQ(intNr);
{sperrt Karten-Interrupt}
SetIntVec(intNr, p0);
{setzt zurück auf Orig.Interruptprozedur}
enable_IRQ(0);
{erlaubt wieder Interrupt durch PC-Timer}
end;
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{Hauptprogramm}
Port[x+c] := $92;
{Betriebsart: Port A, B auf Eingabe}
i := 0; {...;}
{Vorbereitung: Messwert-Index, evtl. Kanal-Nr.}
f := 1000;
{Abtastfrequenz auf 1000Hz setzen}
set_timer(f);
{fordert aller 1/f=1ms AD-Umsetzung an, nach}
{jeder Umsetzung wird Interrupt angefordert}
enable_IO_int(ir);
{sperrt PC-Timer-Interrupt,}
{lässt Karten-Interrupt zu}
repeat
{...;}
{Abarbeitung eines unabhängigen Programmteils,}
{unterbrochen durch Interrupt-Routine ‘IO_int’}
{bei jedem ‘IO_int’-Aufruf erhöht sich i um 1}
until (i=1024) or KeyPressed;
disable_IO_int(ir);
{sperrt Karten-Interrupt, lässt PC-Timer}
For i:= 0 to 1023 Do WriteLn(z[i]);
{Ausgabe aller Messwerte}
end.
{Hauptprogramm}
ACH 1AIGND
TRIG 1
ACH 2AIGND
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 07/00) Multifunktionskarten (ADU) MT_Kap422_3.wpd - 1
Multifunktionskarten zur Datenerfassung (DAQ - data acquisition)
a) Steckerbelegungmit Analog-Eingängen und externem Trigger-Eingang (Bsp.)
68 poliger Stecker
ACH 1/2 - Analogkanal 1/2AIGND - Erde für analoge Eingänge
für 2 erdgebundene Signale u (t) und u (t) 1 2
oder für 1 erdfreies Signal u (t) 12
PFI 0 / TRIG 1 - Triggereingang 1
für ein externes Triggersignal (analog oder digital)(PFI - Programmable Function Input)
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 07/00) Multifunktionskarten (ADU) MT_Kap422_3.wpd - 2
Multifunktionskarten zur Datenerfassung(DAQ - data acquisition)
b) Triggerarten
� Hardware-Triggerung (Trigger-Start = DAQ-Start)
� durch externes digitales Signal � durch externes analoges Signal
� Software-Triggerung (Programm-Start = DAQ-Start)
� Normalbetrieb:Alle erfassten Daten werden sofort gepuffertoder ungepuffert ausgelesen.
� Bedingte Auswertung:Daten werden sofort erfasst, aber erst nachVorliegen einer Bedingung als gültig erklärt undausgelesen.Ein externes analoges Signal muss bestimmtePegel-, Flanken- oder Anzahl-Bedingungenerfüllen.
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procedure set_timer(fre : real);
const x = $300;
{Basis-Adresse: z.B. 300h=768d}
c = $03;
{Offset-Adr. für Bus-Interface}
o0= $04; o1= $05;
{Offset für Zähler-Register 0 und 1}
ct= $07;
{Offset-Adr. für Timer-Betriebsarten-Register}
var fac : real;
{Umrechnungsfaktor}
t1, t2 : integer;
{Konstanten für Zähler 0 und 1}
begin
Port[x+c] := $92;
{Betriebsart für Bus-Interface}
fac := 2.0E+06/fre;
{Faktor bei 2MHz Karten-Taktfrequenz}
t0 := Trunc(fac/32767)+1; if t0 = 1 then t0 := 2;
{Setzen der Konstante von Timer 0 auf mind. 2}
t1 := Round(fac/t0);
{Setzen der Konstante von Timer 1}
Port[x+ct] := $34;
{Steuerwort für Zähler 0}
Port[x+o0] := Lo(t0);
{niederwertiges Byte für Zähler 0}
Port[x+o0] := Hi(t0);
{höherwertiges Byte für Zähler 0}
Port[x+ct] := $74;
{Steuerwort für Zähler 1}
Port[x+o1] := Lo(t1);
{niederwertiges Byte für Zähler 1}
Port[x+o1] := Hi(t1);
{höherwertiges Byte für Zähler 1}
end.
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Bsp.: Initialisierung des Busses,Adressierung und Entadressierungder Geräte;Fernsteuerung: Ein/ Aus ; ...[Bedienungsanforderung (SRQ), ...]
Sender Empfänger
ATN=1 (L): Interface-Botschaften ('Kommandos')
akt. Controller(z.B. 1. PC)
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[Empfänger] [Sender]
Bsp.: Initialisierung des Busses,Adressierung und Entadressierungder Geräte;Fernsteuerung: Ein/ Aus ; ...[Bedienungsanforderung (SRQ), ...]
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 07/00) Einführung MT_Kap433_2.wpd-1
ATN=0 (H): Geräte-Botschaften ('Daten')
DVM( z.B. mit Sensor )
MEM(Datenspeicher)
Plotter
Steuer-einrichtung
Talker( Sender )
Listener( Empfänger )
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 07/00) Einführung MT_Kap433_2.wpd-2
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 07/00) Einführung MT_Kap433_2.wpd-3
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 07/00) Einführung MT_Kap433_2.wpd-4
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:MEAS:VOLT:AC? 10,1.00E-5
:CALC:AVER:AVER?
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re
(Stand: 12/98)
IEC625-/ IEEE488- Befehle
MT_Kap441_1.wpd.1
625/488-Mehrdraht-Interface-Botschaften (ASCII-Zeichen auf DIO 1..8 bei ATN=TRUE)
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MSA6, PPE
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MSA7, PPE
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MTA17
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MSA17,PPD
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32
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MLA18
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MTA18
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114
MSA18,PPD
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MLA19
53
83
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115
MSA19,PPD
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DCL
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116
MSA20,PPD
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MTA21
75
117
MSA21,PPD
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54
MLA22
56
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MTA22
76
118
MSA22,PPD
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MSA30,PPD
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UNT
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127
Definitionen:
MLA My Listen Address
PPE Par Poll Enable
TCT Take Control
DCL Device Clear
MSA My Secondary Address
PPU Par Poll Unconfigure
UNL Unlisten
GET GroupExecute Trigger
MTA My Talker Address
SDC Selected Device Clear
UNT Untalk
GTL Go To Local
PPC Par Poll Configure
SPD Serial Poll Disable
LLO Local Lockout
PPD Par Poll Disable
SPE Serial Poll Enable
[Par Poll - Parallel Poll]
© FHTW Berlin, FB 1 - Re
(Stand: 12/98)
IEC625-/ IEEE488- Befehle
MT_Kap441_1.wpd.2
625.2/488.2-Routinen
[nur anwendbar für 488.2-fähige Interfacekarte (board) und Geräte (devices)]
Syntax für QBasic-Programme
Syntax für C-Programme
Beschreibung
AllSpoll (board%, addresslist%(),
AllSpoll (board, addresslist,
Serielle Abfrage aller ausgewähl-
resultlist%())
resultlist)
ten Geräte
DevClear (board%, address%)
DevClear (board, address)
Rücksetzen eines Gerätes
DevClearList (board%,
DevClearList (board, addresslist)
Rücksetzen mehrerer Geräte
addresslist%())
EnableLocal (board%,
EnableLocal (board, addresslist)
ermöglicht Frontplattenbedienung
addresslist%())
bei Geräten
EnableRemote (board%,
EnableRemote (board, addresslist)
ermöglicht Fernbedienung/ IEC-Pro-
addresslist%())
grammierung von Geräten
FindLstn (board%, addresslist%(),
FindLstn (board, addresslist,
ermittelt alle Hörer der ausge-
resultlist%(), limit%)
resultlist, limit)
wählten Geräte
FindRQS (board%, addresslist%(),
FindRQS (board, addresslist,
ermittelt, welches Gerät eine Be-
result%)
result)
dienung anfordert
-GenerateREQF (board, addr)
löscht Bedienungswunsch eines si-
mulierten Gerätes
-GenerateREQT (board, addr)
fordert (bei einem simulierten
Gerät) Bedienung an
-GotoMultAddr (board, type,
ermöglicht Mehrfachunterstützung
addrfunc, spollfunc)
für Primär- oder Sekundäradressen
PassControl (board%, address%)
PassControl (board, address)
übergibt Steuerung an ein anderes
controllerfähiges Gerät
PPoll (board%, result%)
PPoll (board, result)
führt eine Parallelabfrage durch
625.2/488.2-Routinen
[nur anwendbar für 488.2-fähige Interfacekarte (board) und Geräte (devices)]
Syntax für QBasic-Programme
Syntax für C-Programme
Beschreibung
© FHTW Berlin, FB 1 - Re
(Stand: 12/98)
IEC625-/ IEEE488- Befehle
MT_Kap441_1.wpd.3
PPollConfig (board%, address%,
PPollConfig (board, address,
richtet Gerät zur Parallelabfrage
dataline%, sense%)
dataline, sense)
ein
PPollUnconfig (board%,
PPollUnconfig (board, addresslist)
beendet Parallelabfragbarkeit für
addresslist%())
ausgewählte Geräte (d.h. deakti-
viert Parallelabfragemodus)
RcvRespMsg (board%, data$,
RcvRespMsg (board, data,
liest Datenbytes vom einem bereits
termination%)
termination)
adressierten Gerät
ReadStatusByte (board%, address%,
ReadStatusByte (board, address,
fragt ein Gerät seriell ab und
result%)
result)
übergibt Statusbyte
Receive (board%, address%, data$,
Receive (board, address, data,
liest Datenbytes von einem Gerät
termination%)
count, termination)
ReceiveSetup (board%, address%)
ReceiveSetup (board, address)
bereitet ein Gerät zum Senden und
die Interfacekarte zum Empfangen
von Daten vor
ResetSys (board%, addresslist%())
ResetSys (board, addresslist)
initialisiert ein IEC-Bus-System
auf drei Ebenen (initialisiert
Bus, Botschaftenaustausch und aus-
gewählte Geräte)
Send (board%, address%, data$,
Send (board, address, data,
sendet Datenbytes an ein Gerät
eotmode%)
eotmode)
SendCmds (board%, commands$)
SendCmds (board, commands, count)
sendet Interface-Botschaften
SendDataBytes (board%, data$,
SendDataBytes (board, data, count,
sendet Datenbytes an bereits
eotmode%)
eotmode)
adressierte Geräte
625.2/488.2-Routinen
[nur anwendbar für 488.2-fähige Interfacekarte (board) und Geräte (devices)]
Syntax für QBasic-Programme
Syntax für C-Programme
Beschreibung
© FHTW Berlin, FB 1 - Re
(Stand: 12/98)
IEC625-/ IEEE488- Befehle
MT_Kap441_1.wpd.4
SendIFC (board%)
SendIFC (board)
setzt Interface-Funktionen mit IFC
zurück
SendList (board%, addresslist%(),
SendList (board, addresslist,
sendet Datenbytes an mehrere Gerä-
data$, eotmode%)
data, count, eotmode)
te
SendLLO (board%)
SendLLO (board)
sendet Local Lockout an alle Gerä-
te, d.h., verhindert lokale Be-
dienbarkeit der Geräte
SendSetup (board%, addresslist%())
SendSetup (board, addresslist)
bereitet ausgewählte Geräte zum
Datenempfang vor
SetRWLS (board%, addresslist%())
SetRWLS (board, addresslist)
versetzt ausgewählte Geräte in den
Fernsteuermodus und verhindert
lokale Bedienbarkeit
TestSRQ (board%, result%)
TestSRQ (board, result)
ermittelt den aktuellen Status der
SRQ-(Bedienanforderungs-) Leitung
TestSys (board%, addresslist%(),
TestSys (board, addresslist,
veranlaßt ausgewählte Geräte zum
resultlist%())
resultlist)
Selbsttest
Trigger (board%, address%)
Trigger (board, address)
triggert ein einzelnes Gerät
TriggerList (board%,
TriggerList (board, addresslist)
triggert ausgewählte Geräte
addresslist%())
WaitSRQ (board%, result%)
WaitSRQ (board, result)
wartet, bis (von einem Gerät) Be-
dienung angefordert wird
Controller Device(Gerät)
a)b)
Program Message(Gerätenachricht)
Device Message(Geräteantwort)
Prinzip: Beispiel: SZ (Schlusszeichen/
Endekennung)
x - beliebiges ASCII-Byte CR - 13d LF - 10dEOI - End-Or-Identify-Leitung
a) flexibles |(CR) | LF |Empfangen | x | x + EOI |
| x | LF+EOI |
b) präzises | x | LF+EOI | Senden
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 07/00) Gerätebotschaften nach IEC 625.2 MT_Kap441_3.wpd-1
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 07/00) Gerätebotschaften nach IEC 625.2 MT_Kap441_3.wpd-2
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 07/00) Gerätebotschaften nach IEC 625.2 MT_Kap441_3.wpd-3
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 12/98) LabWindows MT_Kap453_1.wpd.1
Quellcode Programm Umgebung(ausgeführt als) (gestartet unter)
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LWdos .prj(kompiliert)
(Entwicklungs-umgebung)
LabWindows
FG - Funktionsgenerator (nur Ausgabe über DAU der MDE-Karte)*
x/t-Schreiber (zusätzlich als VirtualInstrument auf Monitor realisiert)*
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 12/98) LabWindows MT_Kap453_1.wpd.2
Entwicklung einesvirtuellen Messgerätes/ Messplatzes (VI)
Bsp.: Einfacher Rauschgenerator (ohne Zeitregime)
0) Problemanalyse und StruktogrammLW_bsp2
1) Bedienoberfläche (GUI)Deklarationsdatei (Header) LW_bsp2.hObjektdatei (User Interface Ressource) LW_bsp2.uir
2) C - Programm
a) Prototypmit funktionsfähiger Ereignissteuerung LW_bsp2p.c
b) Signalverarbeitungals (Gesamt-) Modul LW_bsp2m.coder als (Einzel-) Funktionen LW_bsp2f.c
c) GesamtprogrammLW_bsp2 .c
Programm-Dokumentationmit ausführlichen Erläuterungen für interessierte Studenten: auf Anfrage
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// WARNING: Do not add to, delete from, or otherwise modify the contents of this include fil
//
Trotz Warnung aus didaktischen Gründen gekürzt!
#include <userint.h>
// include file für ‘UserInterfaceLibrary’ und ‘CallBack prototype
/* Panels and Controls: */
#define PANEL 1
// Frontplatte für die folgenden ‘Controls’
#define PANEL_Address 2
/* callback function: AddressCB */
#define PANEL_Ident 3
/* callback function: IdentCB */
#define PANEL_End 4
/* callback function: EndCB */
#define PANEL_Meas 5
/* callback function: MeasCB */
#define PANEL_Reset 6
/* callback function: ResetCB */
#define PANEL_STRING 7
// Indikator für ‘Geräte-Name’
#define PANEL_Chart 8
// Indikator für ‘Messdaten’
/* Callback Prototypes: */
int CVICALLBACK AddressCB(int panel, int control, int event, void *callbackData,
int eventData1, int eventData2);
int CVICALLBACK EndCB(int panel, int control, int event, void *callbackData,
int eventData1, int eventData2);
int CVICALLBACK IdentCB(int panel, int control, int event, void *callbackData,
int eventData1, int eventData2);
int CVICALLBACK MeasCB(int panel, int control, int event, void *callbackData,
int eventData1, int eventData2);
int CVICALLBACK ResetCB(int panel, int control, int event, void *callbackData,
int eventData1, int eventData2);
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// Skelett-Code ‘CVI_DMMp.c’ aus ‘CVI_DMM.uir’ generiert
#include <userint.h>
// include file für ‘UserInterfaceLibrary’
#include "CVI_DMM.h"
// ‘Header file’ für das graf. Benutzerinterface
static int panelHandle;
// Frontplatten-Variable, automatisch erzeugt
// bei Einbindung der ‘LoadPanel’-Funktion
// Hauptprogramm
int main (int argc, char *argv[])
{panelHandle = LoadPanel (0, "CVI_DMM.uir", PANEL);
// Frontplatten-Aufruf
DisplayPanel (panelHandle);
// Frontplatten-Anzeig
// weiterer Code möglich: ausgeführt vor Beginn der Ereignissteuerung
RunUserInterface ();
// veranlasst Ereignissteuerung
// weiterer Code möglich: ausgeführt nach Abschluss der Ereignissteuerung
DiscardPanel (panelHandle);
return 0;
}
// Es folgen die CallBack-Funktionen,
// die bei Betätigung der Bedienungselemente aktiviert werden:
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int CVICALLBACK AddressCB (int panel, int control, int event,
void *callbackData, int eventData1, int eventData2)
{switch (event)
{ case EVENT_COMMIT:
// hier: Code - ausgeführt bei Veränderung der ‘Geräte-Adresse’
break;
}return 0;
} int CVICALLBACK IdentCB (int panel, int control, int event,
void *callbackData, int eventData1, int eventData2)
{switch (event)
{ case EVENT_COMMIT:
// hier: Code - ausgeführt bei Betätigung der ‘*IDN?’-Taste
break;
}return 0;
}
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int CVICALLBACK EndCB (int panel, int control, int event,
void *callbackData, int eventData1, int eventData2)
{switch (event)
{ case EVENT_COMMIT:
// hier: weiterer Code - ausgeführt bei Betätigung der ‘ENDE’-Taste
QuitUserInterface (0);
// beendet ‘RunUserInterface’
break;
}return 0;
} int CVICALLBACK MeasCB (int panel, int control, int event,
void *callbackData, int eventData1, int eventData2)
{switch (event)
{ case EVENT_COMMIT:
// hier: Code - ausgeführt bei Betätigung der Taste ‘MESSUNG’
break;
}return 0;
}
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// CallBack-Funktion bei Betätigung der ‘RESET’-Taste
int CVICALLBACK ResetCB (int panel, int control, int event,
void *callbackData, int eventData1, int eventData2)
{switch (event)
{ case EVENT_COMMIT:
// hier: Code - ausgeführt bei Betätigung der ‘RESET’-Taste
break;
}return 0;
}
// Ende des Skelett-Codes ‘CVI_DMMp.c’
/* Zusammenfassung [vgl. ‘Entwurf der Bedienoberfläche (GUI)’,S.2
-
CallBack-Funktionen sind eingetragen bei folgenden Controls:
“Geräte-Adresse”, “RESET”, “IDN?”, “MESSUNG” und “ENDE”
-
Für die Terminierung der Ereignissteuerung (‘QuitUserInterface
“Programmende”) ist das “ENDE”-Bedienelement ausgewählt worden
*/
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nstatic int deviceID;
static int panelHandle;
int CVICALLBACK AddressCB (int panel, int control, int event,
void *callbackData, int eventData1, int eventData2)
{switch (event)
{ case EVENT_COMMIT:
GetCtrlVal (panelHandle, PANEL_Address, &deviceID);
// Adresse von Frontplatte an Programm übergeben
break;
}return 0;
}
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#include <gpib.h>
// u.a. für ‘UNL’, ‘GTL’
#define
MLA1
"!"
//
My Listener Address 1 (0x21)
#define
MLA20
"4"
//
My Listener Address 20 (0x34)
static char asc;
// Hilfsvariable für ein ASCII-Zeichen
static int panelHandle;
static int deviceID;
static int boardID = 0;
int CVICALLBACK ResetCB (int panel, int control, int event,
void *callbackData, int eventData1, int eventData2)
{switch (event)
{ case EVENT_COMMIT:
/*
Nutzerinterface- (GUI-) Befehle:
*/
ClearStripChart (panelHandle, PANEL_Chart);
// löscht Anzeige 'Messdaten'
SetCtrlVal (panelHandle, PANEL_STRING, " ");
// löscht Anzeige 'Gerätename
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/*
LowLevel-GPIB- (“Mehrdraht”-) Befehle (Interface-Botschaften):
*/
ibcmd (boardID, "\x14", 1);
// DCL (0x14)
ibcmd (boardID, "!4", 2);
// Listener-Adressierung: 1 und 2
ibcmd (boardID, "\x04", 1);
// SDC (0x04)
asc = UNL; ibcmd (boardID, &asc, 1);
// #define UNL 0x3
ibcmd (boardID, MLA1, 1);
// Listener-Adressierung: 1
asc = 0x34; ibcmd (boardID, &asc, 1); //= ibcmd(boardID,MLA20,
// Listener-Adressierung: 20
asc = GTL; ibcmd (boardID, &asc, 1);
// #define GTL 0x3
/*
HighLevel-GPIB-Befehle, 625.2/488.2-Universaltreiber-Funktionen
(Interface-& Gerätebotschaften):
*/
SendIFC (boardID);
// IFC (wie LowLevel-Befehl ‘ibsic
DevClear (boardID, deviceID);
// löscht Datenspeicher für ausgewähltes Gerä
Send (boardID, deviceID, "*CLS", 5, 1);
// löscht Status für ausgewähltes Gerät
break;
}return 0;
}
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n#include <gpib.h>
// für ‘Send’, ‘Receive’
static int panelHandle, deviceID, boardID = 0;
static char Geraete_Name[60];
// zur Übernahme der Geräte-Antwo
int CVICALLBACK IdentCB (int panel, int control, int event,
void *callbackData, int eventData1, int eventData2)
{switch (event)
{ case EVENT_COMMIT:
/*
HighLevel-GPIB-Befehle, 625.2/488.2-Universaltreiber-Funktionen*/
Send (boardID, deviceID, "*IDN?", 6, 1);
// Anfrage an ausgewähltes Gerä
Receive (boardID, deviceID, Geraete_Name, 60, 256);
// Empfangen der Antwort
SetCtrlVal (panelHandle, PANEL_STRING, Geraete_Name);
// Anzeigen in ‘Geräte_Name’
break;
}return 0;
}
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“hp34401a.fp”
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#include <formatio.h>
// für ‘Fmt’
#include <visatype.h>
// für ‘ViSession’, ...
#include “hp34401a.h”
// für ‘hp34401_init’, ...
static int deviceID; static char InitStr [16];
static ViSession VISAsession;
// auch automatisch generiert,
static ViInt32 Anzahl;
// müssen aber manuell hinter
static ViReal64 Messwerte[10];
// ‘visatype.h’ eingeordnet werden
int CVICALLBACK MeasCB (int panel, int control, int event,
void *callbackData, int eventData1, int eventData2)
{ switch (event)
{case EVENT_COMMIT:
/* Geräte-Initialisierung (gerätespezifischer Treiber):
*/
Fmt (InitStr, “%s<GPIB::%d::INSTR”, deviceID);
// => z.B. InitStr = “GPIB::20::INSTR
hp34401a_init (InitStr,
// Initialisierung des DMM
VI_FALSE, VI_FALSE,
// ohne *IDN?, ohne *RST
&VISAsession);
// übergebene Prozesskennung
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/*
Geräte-Konfiguration (gerätespezifischer Treiber):
*/
hp34401a_ConfigureMeasurement (VISAsession,
HP34401A_VAL_DC_VOLTS,
// Gleichspannungsmessung
0.1, 0.00001);
// Messbereich/ V, Auflösung
hp34401a_ConfigureMultiPoint (VISAsession,
1, 5,
// 1 Trigger, 5 Messungen
HP34401A_VAL_INTERVAL, 1.0);
// Triggerart, pro 1.0 s messe
/*
Mehrfach-Messung: Ausführung und Datentransfer
*/
hp34401a_ReadMultiPoint (VISAsession,
6000, 10,
// max.Messzeit: 6 s, Puffer: 10 Wert
Messwerte, &Anzahl);
// Array-Name, Zahl erfasster Messwer
PlotStripChart (PANEL, PANEL_Chart,
// Ausgabe an Schreiber
Messwerte, Anzahl,
// Datenarray, Menge
0, 0,
// Startstelle, Auslassung
VAL_DOUBLE);
// Datentyp: Array-Element
/*
Rücksetzen der Konfiguration (aus Optimierungsgründen):
*/
hp34401a_reset (VISAsession);
// deaktiviert ConfigureMultiPoin
/*
Schließen der VISA-Sitzung:
*/
hp34401a_close (VISAsession);
// Rückgabe der Ressourcen
break;
}
return 0;
}
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#include <gpib.h>
// nur zusätzliche Include-Files
static int deviceID;
// nur zusätzliche Variablen
static int boardD = 0;
int main (int argc, char *argv[])
{panelHandle = LoadPanel (0, "CVI_DMM.uir", PANEL);
// Frontplatten-Aufruf
DisplayPanel (panelHandle);
// Frontplatten-Anzeig
GetCtrlVal (panelHandle, PANEL_Address, &deviceID);
// Geräte-Adresse übergeben
/*
LowLevel-GPIB-Befehl, Interface-Botschaft:
*/
ibsic (boardID);
// 'Eindraht' -Befehl: IFC
// hier: Gerätetreiber-Baustein ‘Init’ möglich
RunUserInterface ();
// veranlasst Ereignissteuerung
// hier: Gerätetreiber-Baustein ‘Close’ möglich
DiscardPanel (panelHandle);
// Ausblenden der Frontplatte
return 0;
}
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©FHTW Berlin, FB 1, PCMT - Re Stand: 04/99 LV_drv.wpd mailto:[email protected]
Komprimierte Infos zur Treiberentwicklung unter LabVIEW (LV)Literatur
[0] Jamal, R.; Krauss, Ph.: LabVIEW - Das Grundlagenbuch; Prentice Hall, 1998
[1] Dahn, H.-G.: Praxisbuch LabVIEW 3
[2] Wells, L.: The LabVIEW Student Edition User's Guide
[3] Ausgewählte Dokumente der VXIplug&play (VPP) Systems Alliance
[3.1] VPP-3.1: Instrument Driver Architecture and Design Specification
[3.2] VPP-3.2: Instrument Driver Developers Specification (spez. Sec.7: Developing LV driver)
[3.3] VPP-3.3: Instrument Drivers Function Panel Specification
[3.4] VPP-3.4: Instrument Driver Programmer Interface Specification
[3.5] VPP-4.2: VISA-2 VISA Transition Library (VTL) Specification
[4] Schmeisser, K.: Developing a LabVIEW Instrument Driver NI Application Note
[5] Jamal, R.; Pichlik, H.: LabVIEW - Programmiersprache der vierten Generation
[6] Jamal, R.; Jaschinski, H.: Virtuelle Instrumente in der Praxis
[7] LV�Help�OnlineRef.�ViLibraryOverview�InstrumentI/O�LV InstrumentDriversOverview
Definitionen/ Abkürzungen (s.a. [3.2, Sec2.7])
Gerätetreiber - Bibliothek von Funktionsaufrufen zur Ansteuerung verschiedener Gerätefunktionen, entbindetden Endanwender von der langwierigen Programmierung der Gerätefunktionalität und von dermühsamen Anbindung an ein gewähltes Bussystem [5, S.80]
Satz von Softwareroutinen, die ein programmierbares Meßgerät steuern. Jede Routine korrespondiertmit jeweils einer Geräte(grund)funktion.
LV-Gerätetreiber - Satz von VIs, die ein programmierbares Meßgerät steuern; Quellcode sind Blockschalt-bilder, die aus ausführbaren Icons bestehen. (Die Bedienoberfläche eines Treibers entspricht jedochnicht der echten Frontplatte eines Gerätes) [3.2, Sec7]
VI - LabVIEW-Programm oder Virtual Instrument
VISA -Virtual Instrument Software Architecture [3.1, Sec5.2.2]
VTL - VISA Transition Library [3.1, 5.2.2]
Externes Treiberarchitektur-Modell (Interface Model)[LV] - Modell für die Wechselwirkung eines VISA-Gerätetreibers i.e.S. (Functional Body [Set of VIs]) mit angrenzenden SW-Modulen [der Gerätetrei-ber kommuniziert mit dem I/O-Interface [standard VISA I/O library oder VISA Transition Library],dem Subroutine-Interface [alle anderen VIs aus LV], dem Programmatic Developer Interface[icon/connector] und dem Interactive Developer Interface [front panel]] [3.1, Sec5.2]
Internes Treiberarchitektur-Modell (Design Model) - Modell für den inneren Aufbau und die interne Organi-sation eines SW-Gerätetreibers [3.1, Sec5.3, Regel 5.5] [LV]
[Component Functions: Initialisierungsfkt: initialisiert die SW-Verbindung zum Gerät, erreicht evtl.definierten Anfangszustand (default), auch PowerON; Konfigurationsfktn: SW-Routinen zur Ein-stellung; Aktivierungsfktn/ Statusfktn: veranlassen Starten oder Beenden von Test- und Mess-operationen/ erkunden den aktuellen Gerätestatus oder den Status bevorstehender|laufender Operatio-nen (dem Programmierer überlassen); Datenfktn: Funktionen zur Datenübertragung vom und zumGerät (dem Programmierer überlassen); weitere nützliche Fktn (utility functions, einige erforderlich,andere dem Programmierer überlassen): Reset, SelfTest u.a.; Close Function: beendet SW-Verbin-dung und gibt Systemressourcen frei; Application Functions: high-level prüf- und messorientierteRoutinen (meistens: Konfigurieren, Starten und Ablesen) [block diagram source code at the highestlevel of driver hierarchy, built from a lower level set of instrument driver component functions]]
R-Regel (Rule), E-Empfehlung (Recommandation), B-Bemerkung (Observation)1
©FHTW Berlin, FB 1, PCMT - Re Stand: 04/99 LV_drv.wpd mailto:[email protected]
Allg. Vorschriften für die Entwicklung eines VISA-Gerätetreibers (Kurzform) [3.1]1
E 4.1 (Full-Feature Control:) Ein Treiber sollte vollständige Steuerung der Mess- und Prüfeigenschaftenermöglichen.
R 4.1 (Source Code Distribution:) Der Gerätetreiber i.e.S. (Functional Body) muss im Quellcode geliefertwerden.
R 4.2 (Error Handling:) Alle Treiberfunktionen sollen einen Fehlerstatus liefern (Type ViStatus)
R 4.3 (Error Handling:) Erster Fehler soll wiedergegeben werden. Falls erfolgreich, dann RückgabeVI_NULL
R 4.4 (Error Handling:) Bei Statusangaben sollen Fehler Vorrang vor Warnungen haben.
R 4.5 (Error Handling:) Bei Warnungen soll Ausführung fortgesetzt werden.
R 4.6 (Documentation:) Jede Funktion für eine besondere Platform verlangt spezielle Infos.
R 4.7 (Documentation:) Revisionsinfos erforderlich (für VXI-Treiber)
R 4.8 (Revision Control:) Jeder Treiber muss Infos enthalten: (aktueller VXI-Platform,) Treiber-Revision undminimale Geräte-Revision (aus Kompatibilitätsgründen).
R 5.1 (I/O-Interface:) Ein (VXI-) Treiber darf nur die VTL (VISA Transition Library) aufrufen. [Sicherungder Kompatibilität; GPIB-Treiber auch VISA I/O Standard Library ]
R 5.2 (Subroutine Interface:) Werden fremde Unterprogramme in Treiber eingebunden, so sind sie mit derTreibersoftware auszuliefern.
R 5.3 (Subroutine Interface:) Unterstützungsbibliotheken sollen auf Minimum beschränkt werden.
R 5.4 (Design Model:) Ein Treiber eines speziellen Gerätes soll die Anwendungsvielfalt bei Messplatzanwen-dungen gewährleisten [d.h. Treiberbausteine müssen genügend elementar sein, so dass alle sinnvollenMessabläufe gewährleistet werden können, z.B. nicht (nur) gleichzeitiges Konfigurieren und Messen(MEAS:....?), sondern auch separates Konfigurieren und Messen (CONF:... & READ?)]
R 5.5 (Design Model:) Ein Treiber muss dem Internen Architekturmodell genügen, d.h. Einteilung inApplikationsfunktionen und Komponentenfunktionen (Initialize ~ und Close ~; Configuration ~,Action/Status ~, Data ~ und Utility Functions), s.u.
R 5.6 (Initialize:) Definierte Initialisierung erforderlich
R 5.7 (Initialize:) Anwender kann wählen, ob bestimmter Anfangszustand gewünscht (z.B.*RST) oder nicht.
R 5.8 (Initialize:) Anwender kann wählen, ob Hersteller-ID (z.B. *IDN?) zu überprüfen ist oder nicht.
R 5.9 (Initialize:) Wenn Gerät ID-Abfrage nicht unterstützt, aber ID angefordert wird, muss eine Warnungerscheinen.
R 5.10 (Initialize:) Wenn Gerät Reset nicht unterstützt, aber gefordert wird, muss eine Warnung erscheinen.
R 5.11 (Initialize:) Wenn beim Initialisieren ein Fehler auftritt, ist Instrument handle auf VI_NULL zu setzenund eine evtl. geöffnete Session zu schließen.
R 5.12 (Utility:) Reset erforderlich (falls nicht möglich, Ausgabe einer Warnung) mit vorgeschriebenerImplementation (s.o.)
R 5.13 (Utility:) Selbsttestfunktion erforderlich (falls nicht möglich, Ausgabe einer Warnung); vorgeschriebe-ne Implementierung
R 5.14 (Utility:) Fehlerabfragefunktion erforderlich (falls nicht möglich, Ausgabe einer Warnung); vor-geschriebene Implementierung
©FHTW Berlin, FB 1, PCMT - Re Stand: 04/99 LV_drv.wpd mailto:[email protected]
R 5.15 (Utility:) Fehlerbotschaft erforderlich; vorgeschriebene Implementierung
R 5.16 (Utility:) Eingangswert VI_NULL ist zu akzeptieren. Falls VI_NULL anliegt, dann ignorieren,andernfalls Auswertung des Eingangsparameters
R 5.17 (Utility:) Revisionsfunktion erforderlich; vorgeschriebene Implementierung
R 5.18 (Utility:) Wenn Firmware nicht abfragbar, dann Ausgabe ‘Not Available’ (mit Warnung)
R 5.19 (Close:) Close Function erforderlich; vorgeschriebene Implementierung
R 5.20 (Application:) Treiber muss mindestens eine Applikationsfunktion enthalten.
R 5.21 (Application:) Applikationsfunktion darf weder INITIALIZE noch CLOSE Function enthalten.
R 6.1 (Prefixes) Dateinamen-Präfix muss mit 2 Buchstaben beginnen (Gerätehersteller-Abkürzung)
E 6.1 (Prefixes) Verbleibende 6 Zeichen sollten Gerätemodell eindeutig beschreiben.
R 6.2 (Prefixes) Alle Treiber-Funktionsnamen sollen mit dem gleichen Präfix wie beim Dateinamen (z.B.hp34401a => hp34401a_...) beginnen.
Entwicklung eines (VPP-, VISA-) Gerätetreibers unter LabVIEW [3.2, Sec7]
Beachte LV Instrument Driver External Interface Model (s.o.)
Beachte LV Instrument Driver Internal Design Model (s.o.)
Application Functions (built from lover level set of instrument driver component functions)
Component Functions (modular set of VIs)
Error Reporting (error clusters: Boolean error indicator, numeric error code, error source string)
Error in (lower left terminal of connector)
Error out (lower right terminal of connector)
Nutze LV Instrument Driver Templates (Universaltreiber-VIs = Schablonen als Grundlage für Treiber-entwicklung, in examples\instr\insttmpl.llb und insticon.llb vorhanden; IEEE488.2 kompatibel,minimale Änderungen für IEEE488.2-Geräte, für nicht-IEEE488.2-Geräte als Muster verwendbar)
PREFIX Initialize.vi
PREFIX Close.vi
PREFIX Reset.vi
PREFIX Self-Test.vi
PREFIX Revision Query.vi
PREFIX Error Query.vi
PREFIX Error Message.vi
PREFIX Message-Based Template.vi
PREFIX Register-Based Template.vi
-----------------------------------------------
PREFIX Error Query (multiple).vi
PREFIX Initialize (VXI,reg-based).vi
Modifiziere Instrument Driver Templates
1) Öffne PREFIX Initialize.vi 2) Speichere unter neuem Namen in neuer Bibliothek
3) Beachte ‘Instructions ...’ 4) Editiere alle Get Info..., ‘Control’- und ‘Indicator’-Beschreibungen
5) Editiere (die 3) Icons 6) Lösche ‘Instructions ...’
7) Überarbeite Frontplatte 8) Wiederhole Schritte 1..7 für PREFIX Close.vi und andere VIs
R-Regel (Rule), E-Empfehlung (Recommendation), B-Bemerkung (Observation)2
©FHTW Berlin, FB 1, PCMT - Re Stand: 04/99 LV_drv.wpd mailto:[email protected]
VPP Driver benötigen Init, Close, Reset, Self Test, Revision Query und Error Message
Füge entwicklerdefinierte Treiberkomponenten hinzu
1) Öffne PREFIX [Message-Based oder Register-Based] Template.vi
Editiere 2) Frontpanel, füge Controls und Indicators hinzu 3) Control & Indicator Help, Get Info...
4) (die 3) Icons 5) Connector 6) Block Diagram (Sichern der Funkionalität)
7) Speichere VI 8) Teste das Driver VI 9) ebenso: andere Treiberkomponenten
10) Editiere VI Library..., Function und Control menu Namen, Anordnung der Icons in Paletten
Tips zur LV Treiberentwicklung [7, Developing a LV instrument driver � Tips...]
Schleifenabschlußbedingung (besonders innerhalb von while-Schleifen: auch Abbruch bei Fehler vorsehen)
Zusammensetzen von Kommandostrings (über ‘Select&Append’, ..., ‘Format&Append’)
[Vorsicht bei Format&Append und Gleitkommaformaten: bei deutscher Ländereinstellungmuss Komma in Punkt konvertiert werden (� format&append_JBR.vi)]
Datenflußprogrammierung beachten (evtl. ‘cluster to chain I/O functions’ alternativ verwendbar für ‘case’-oder ‘select’-Strukturen) (vgl. [3.2, Sec7.2.3.3])
Programmüberwachte Parameterbereiche (Data Range...-Einstellung verhindert viele Bereichsfehler beiDateneingängen (coerce!); unter Umständen nicht verwendbar, dann entweder Routine auf Basis‘Range Test.vi’ [7, �Developing a LV instrument Driver � Tips ...] oder Routine, die Daten in einenBereich zwingt, in Programm einfügen; evtl. weitere Fehlererkennungsmechanismen in VI einbauen;beachte aber Programmgröße und Ablaufgeschwindigkeit) [3.2, Sec7.2.3.4]
Vorschriften für die Entwicklung eines VISA-Gerätetreibers unter LabVIEW (Kurzform) [3.2, Sec7]2
R 7.1 (FrontPanel Controls:) Jedes VI außer ‘Initialize’ benötigt ‘Instrument Handler’ control
R 7.2 (FrontPanel Controls:) Jedes VI erfordert ‘error in’ und ‘error out’ cluster
R 7.3 (FrontPanel Controls:) Aus Konsistenzgründen Anordnung von ‘Handler’ (links oben), ‘error in’ (liunten) und ‘error out’ (re unten) festgelegt.
E 7.1 (Control Guidelines:) Verwendung von default font (application) für FrontPanel
E 7.2 (Control Guidelines:) Kennzeichnung: wichtige/ primäre Controls (meist bei Treibern), sekundäreControls (plain text, schlechter Treiberstil, wenn viele sekundäre Controls)
E 7.3 (Control Guidelines:) alle Wörter Kleinbuchstaben, außer bei Abkürzungen (ID, GPIB, ..)
E 7.4 (Control Guidelines:) default-Einstellungen in runden Klammern nach ‘control name’
E 7.5 (BlockDiagram:) Beschriftung von jedem Rahmen bei ‘case’- und ‘sequence’-Strukturen
E 7.6 (BlockDiagram:) Kennzeichnung von control und indicator ‘nodes’ mit normalem Text
E 7.7 (BlockDiagram:) Kennzeichnung: freie Kommentare fett
©FHTW Berlin, FB 1, PCMT - Re Stand: 04/99 LV_drv.wpd mailto:[email protected]
E 7.8 (BlockDiagram:) keine Drähte verdecken (Platz lassen)
E 7.9 (BlockDiagram:) verwende ‘Align’ und ‘Distribute’ Menü zur Vermeidung unübersichtlicher Drahtfüh-rung
E 7.10 (BlockDiagram:) Kennzeichnung von langen Leitungen und komplexen Operationen zur Verbesserungder Verständlichkeit
E 7.11 (Icon:) Verwendung von aussagekräftigen Icons (Beispiel-Icons sind in ‘insticon.llb’ enthalten)
R 7.4 (Connector:) Klemme li oben für ‘Instr.handle’ control reserviert.
R 7.5 (Connector:) Klemmen li unten/ re unten für ‘error in’/ ‘error out’ reserviert
E 7.12 (Connector:) Wenn möglich, ordne Eingänge links und Ausgänge rechts an.
[B 7.5 (Connector:) Connector pattern darf weitere (unbeschaltete) Klemmen haben; sinnvoll, wenn mitTreibererweiterungen zu rechnen ist.]
R 7.6 (Error Reporting:) Festgelegte Codes sind zu verwenden (InstrumentDriverCompletion und ErrorCodes) (aktuelle Liste?)
R 7.7 (Error Reporting:) Gerätespezifische Fehlercodes sind mit Fehlerbotschaft im ‘PREFIX Error Messa-ge.vi’ zu erfassen.
R 7.8 (OnlineHelp:) Alle Treiber-VIs und Controls sind zu erläutern (VI Descriptions und Control Descip-tions).
E 7.13 (VI Descriptions:) allg. Beschreibung sinnvoll; Variablen-Handhabung erläutern
E 7.14 (Control&Indicator Descriptions:) Name, Parameterbeschreibung mit Gültigkeitsbereich und Default-Werten
E 7.15 (Application VIs:) Gerätetreiber-TopLevel-Beispiele sollten aus Component Functions aufgebautwerden und typische Prüf- und Messaufgaben enthalten.
E 7.16 (Application VIs:) Appl.Funktion sollte weder ‘Initialize.vi’ noch ‘Close.vi’ enthalten.
E 7.17 (Application VIs:) Appl.Funktionen sollen sich an Empfehlungen im Programmierstil aus diesemKapitel halten, eine Kontroll-Liste (� checklist) soll abgearbeitet werden.
FHTW Berlin - FB 1 Ingenieurwissenschaften I - LG IMT/PCMT
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 01/99) HP_VEE Einf_HP_VEE.wpd-1
HP VEE
Visual Engineering Environmentvon Hewlett-Packard
Grafische Programmierumgebungfür die Mess- und Prüftechnik
Literatur HP_VEE-Dokumentation
[1] Robert Helsel:HP VEE - Grafische Programmierumgebung für Test-und PrüftechnikPrentice Hall, München u.a. - 1995/ 1998
[2] Programmierbares Netzgerät PS2520G (Tektronix)Kurz-ProgrammieranleitungFHTW Berlin, FB 1, ET-Labor, 10/97 - (Rehnitz)
FHTW Berlin - FB 1 Ingenieurwissenschaften I - LG IMT/PCMT
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 01/99) HP_VEE Einf_HP_VEE.wpd-2
1. Allgemeines und GrundbedienungGrafische Programmiersprache
� Aufrufen bzw. Erstellen von grafischen Objekten [’Systeme’] � Verbinden der Objekte durch Linien (Leitungen) [’Signale’] � Testen bzw. Ablauf des Programms [unter Nutzung grafischer Compiler]
HP_VEE
� ist eine grafische Programmiersprache zur Entwicklung von mess- und prüftech-nischen Anwendungen (d.h von Mess- und Prüfplätzen und/oder PC-Simulationen)
� läuft auf PCs unter Windows, HP-UX und SunOS Workstations � ermöglicht Einbindung von Meßgeräten über Standardschnittstellen (RS 232, IEC-
Bus, VXI, ..) oder LAN unter Verwendung gerätespezifischer Treiber sowie überPlug&Play-Technik
� gestattet, textorientierte Programmiersprachen (C, C , Pascal, HP_BASIC, ..)++
einzubinden
1.1 Grundbegriffe und Programmablauf [1]
HP_VEE-Programm
� aus Programmierersicht: eine ausführliche Darstellung mit grafischen Objekten (zurDatenverarbeitung) und Verbindungslinien (zum ‘Datenfluß’, d.h. zur Weitergabe vonSteuerinformationen und zur Datenübergabe); Standardeinstellung (des Arbeitsbereichs)beim Beginn einer Programmentwicklung [oder nach Klicken auf 'Detail' in der Werk-zeugleiste(Leiste mit ‘hp’-Logo)]; entspricht dem Quellcode einer textorientiertenSprache, d.h. das ‘Programm’ im engeren Sinne
� aus Anwendersicht: reduzierte Darstellung von ausgewählten grafischen Objekten ohneVerbindunslinien (i.allg. nur Ein- und Ausgabeobjekte zur unmittelbaren Kommunikation);Einstellung (des Arbeitsbereichs) nach Auswahl der Objekte (‘Add To Panel’) undKlicken auf ‘Panel’ in der Werkzeugleiste; Frontplattendarstellung, d.h. Bedienober-fläche konventioneller (Windows-) Programme
HP_VEE-Objekt
� Verarbeitungseinheit (Programm-Modul); z.B. Steuer- oder Anzeigeelement, Element zurFormelberechnung, Funktionsgenerator, ‘UserObject’, ...Öffnen eines Objekts über Menüleiste, z.B.: Klick auf Menü 'Device', ...
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 01/99) HP_VEE Einf_HP_VEE.wpd-3
� zwei Darstellungsarten: Vollbild- und Sinnbild-(‘Icon’-) Darstellung
Icon � Vollbild: Doppelklick auf IconVollbild � Icon: Klick auf rechtes oberes Feld des Vollbilds
� Beeinflussung der Objekteigenschaften über Objekt-Menü
Öffnen des Objekt-Menüs: Klick mit rechter Maustaste auf Icon oder Vollbild(bzw. Klick auf linkes oberes Feld des Vollbildes)
Objekt-Anschlüsse ('Pins')
� Anordnung am HP_VEE-Objekt:
Ablauffolge-Eingangs-Pin (oben)
Dateneingangs-Pin(s) (links) Datenausgangs-Pin(s) (rechts)
Ablauffolge-Ausgangs-Pin (unten)
� Terminals: Darstellungen der Daten-Pins (Einstellung von Namen und Datentyp inVollbild-Darstellung möglich)
Hinzufügen (Löschen): Objekt-Menü>>Add (Delete) Terminal>>(Data/ Control) Input,..., (Error) Output
Ändern: Doppelklick auf Terminal-Namen (nur in Vollbild-Darstellung)
Erstellung und Starten des Programms
� Verbinden der Objekte über Daten-, Steuer- und/ oder Ablauffolge-Leitungen
Knapp neben einem (Ausgangs-) Pin klicken, Mauszeiger zum (Eingangs-) Pin desanderen Objekts bewegen und erneut im dann markierten Kästchen klicken
� evtl. Bedienoberfläche erstellen
Objekt(e) (in Vollbildform) auswählen: Klick auf Objekt(rahmen) [weitere: Strg-Taste +Klick]
(Panel erzeugen und) ausgewählte Objekte hinzufügen: Edit>>AddToPanel evtl. Größe ändern: rechte untere Ecke mit Maus ziehenObjekte plazieren: im Objektinnern mit Maus in neue Lage ziehen
� Starten des Programms
[evtl. Umschaltung auf 'Panel'-Darstellung]Klick auf 'Run' in der Werkzeugleiste (oder Starten über Panel-Startknopf/-knöpfe)[evtl. in ‘Detail’-Darstellung testen: Schrittbetrieb über ‘Step’ auf Werkzeugleiste und/
oder Objekt(e) markieren>>Edit>>Breakpoints>>Set...; ‘Run’]
HP_VEE-UserObject
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 01/99) HP_VEE Einf_HP_VEE.wpd-4
� Ein Teil-/ Unterprogramm kann in einem UserObject entwickelt werden und dann als'Icon' genutzt werden
1. 'Device' => 'UserObject' wählen 2. Innere Objekte erstellen 3. zu Unterprogramm und mit UserObject-Pins verbinden 4. bezeichnen (und evtl. auf Icon verkleinern)
� Ein Teil eines (bereits) entwickelten Programms soll als Unterprogramm (als ‘User Ob-ject’) ausgewiesen werden (z.B. um das Gesamt-Programm übersichtlicher zu gestalten)
1. Einzelobjekte auswählen: Strg-Taste + Klick 2. Edit>>CreateUserObject 3. evtl. Leitungsführung und Terminals editieren, UserObject benennen
1.2 Einbindung von Meßgeräten (vgl. [2])
1.2.1 Hinweise zur Konfiguration von IEC-Bus-Karten
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i.allg. konfiguriert der Laboringenieur die Karte � Hardware- und Software-Installation müssen streng nach Herstellervorschriften abge-
arbeitet werden (auch die Reihenfolge der Teilschritte) � Da die Konfiguration vom IEC-Bus-Kartentyp (NI-Typen, HP-Typen, ...), vom PC-
Betriebssystem (DOS, Win3.x, Win95), von der Anwendungssoftware (QBasic, TP, C,LabVIEW, HP_VEE, ...) und der PC-Ressourcenauslastung (Basisadressbereich, Inter-ruptbelegung, DMA-Kanäle) abhängig ist, gehört [falls nicht PnP funktioniert] viel Erfah-rung zur sicheren Inbetriebnahme.
� IEC-Bus-Adresse für Controller (IEC-Bus-Karte, ‘PC’) ermitteln: HP_VEE-Programm-gruppe>>InstrumentFinder � IEC-Bus-Kartenadresse (z.B. ‘14')[bei verkabelten, eingeschalteten Meßgeräten können dann deren aktuelle IEC-Bus-Adressen wie folgt ermittelt werden: ‘<IEC-Bus-Karte> at selected code <Nr>’ markie-ren, ‘MoreInfo’ � z.B. 1401, d.h. vom Controller ‘14' wird Gerät ‘1' bedient]
1.2.2 Einbindung von Gerätetreibern unter HP_VEE
� ‘I/O>>Instrument...’ aufrufen � falls das gewünschte Gerät als Eintrag vorhanden ist (z.B. ‘Netzteil (PS2520G @ 1412)’
� gegebenenfalls über ‘Edit Instrument’ Adressen eintragen/ ändern (z.B. ‘1412') undauf ‘Live Mode’ ON (vorhandenes, eingeschaltetes Gerät) setzen
� falls der Eintrag des gewünschten Gerätes fehlt und ein gerätespezifischer Treiber vorhan-den ist � evtl. über Diskette in Gerätetreiber-Verzeichnis (z.B. C:\HPIDS) installieren:
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‘HP_VEE-Programmgruppe>>InstallDrivers’ und � ‘(I/O>>Instrument.../)Instrument Panel’ wählen und Treiber (*.id /*.cid) und evtl.
Hilfe (*.ih) einbinden: über ‘AddInstrument...>>InstrumentDriverConfig...>>IDFilename’ Dateinamen für editierbaren Treiber (*.id) oder kompilierten Treiber(*.cid) eintragen; ...; Konfiguration über ‘SaveConfig’ speichern
� falls der Eintrag des gewünschten Gerätes fehlt und kein gerätespezifischer Treibervorhanden ist � ‘Instrument Panel’-Treiber mit HP DWT entwickeln (vgl. Kap. 2) oder � ‘Direct I/O’-Treiber konfigurieren [’(I/O>>Instrument.../)AddInstrument>>...>>
Direct I/O Config>>...’] und gewünschte Aktionen nach Aufruf im Programmeintragen (vgl. Kap. 3)
1.2.3 Aufruf von Gerätetreibern/ Arbeit mit Gerätetreibern
A) Testung
C1) Überwachung der BuskommunikationDie Buskommunikation nach einem Low Level Protocol (Mehrdraht-Nachrichten, ASCII-Zeichen) kann verfolgt werden: � ‘I/O>>Bus I/O Monitor’ aufrufen � ‘Select I/O channel’: hpib7 bei Einbau einer HP-IEC-Bus-Karte; hpib14 bei Einbau
einer NI-Karte � Hinweis: die Kommunikation nach High Level Protocol kann über einen separaten
Aufruf von ‘GPIB Spy’ aus der Programmgruppe ‘NI-488.2 GPIB Software’ (�A3) überwacht werden. [unter HP_VEE bei Fehlern Absturzneigung]
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 01/99) HP_VEE Einf_HP_VEE.wpd-6
2. Treiberprogrammierung mit HP DWTDas HP Driver Writer's Tool (HP DWT) ist ein Programmierwerkzeug, das zur schnellenEntwicklung einfacher Gerätetreiber (ID - Instrument Driver) entwickelt worden ist. HP DWTverwendet die gleichen Windows-Merkmale wie andere Windows-Anwendungen.
2.1 HP DWT (Version B.00.00)
� wird z.B. aus der HP_VEE-Programmgruppe als separate Anwendung aufgerufen.
� unterstützt jedes programmierbare Meßgerät, das mit IEC625/IEEE488-Interfaceoder RS232-Schnittstelle ausgestattet ist.
� führt zu ‘Instrument Panel’-Treibern (Beispiel: s.u.)
� liefert ASCII-Quellcode, kann zur Verbesserung der Funktionalität editiert werden.
Hinweis: Nur erfahrene Treiberprogrammierer (HP Instrument Driver Language)sollten Treibercode editieren [�Handbuch HP Instrument Driver LanguageReference]
� erlaubt in der Grundversion (d.h. ohne Einsatz der HP ID Language) nur die Ent-wicklung primitiver Treiber, d.h. im Prinzip nur
(a) das Übermitteln einfacher String-Befehle [z.B. “E1(3)”], aber nicht das Sendenzusammengesetzter Stringbefehle [z.B. “E”+a+”(“+b+”)” mit Stringvariablen a undb, beispielsweise mit a=”1" und b=”3"]
(b) das Auslesen skalarer numerischer Daten [z.B. 0.0023 oder 2.3e-3 oder 2.3m], abernicht das Auslesen von Datenstrings [z.B. “2.3mV”] und nicht das (gleichzeitige)Auslesen von Datensätzen [z.B. 0.0023,0.0045,...]
Hinweis: In diesen Fällen eignen sich für den Studierenden besser die ‘Direct I/O’-Treiber � Einführung im Kapitel 3.
2.2 Entwicklung einfacher Gerätetreiber
Am einfachsten ist die Arbeit in der Betriebsart ‘Learning mode’ (default bei Aufruf).Hier können im Dialogbetrieb gewünschte Eigenschaften des zu entwickelnden Treibers angege-ben werden (Eine Online-Hilfe ist für Bedienvorgänge vorhanden - ein Grundverständnis fürden Treiberaufbau wird voraussetzt).Vorgegebene Entwicklungsreihenfolge im ‘Learning mode’ (nicht gewünschte Elemente könnenübersprungen werden):
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 01/99) HP_VEE Einf_HP_VEE.wpd-7
(a) Reset button [Rücksetzen auf Anfangswerte]
(b) Numeric display [Auslesen von Messdaten]
(c) Discrete controls [Auswahlliste zur Einstellung von Betriebsart, Messbereich, ...]
(d) Continuous controls [Eingabe numerischer Werte, z.B. Amplituden, Frequenzen]
(e) String Input controls [Eingabe von Texten, die am Instrument (in speziellenTextanzeigen) angezeigt werden sollen]
(f) Toggle buttons [Einfache Umschaltung von Betriebszuständen, z.B. FilterEIN/AUS]
(g) Push buttons [Unmittelbare Auslösung von Ereignissen, z.B. Triggerung]
(h) Subpanels [Einfügen weiterer Treiber-’Frontplatten’, zur besseren Gliederungder Treiberfunktionen]
(i) Status panel [Frontplatte zur Anzeige des aktuellen Gerätezustandes, z.B. SRQ?(Service Request/ Gerätebedienung angefordert?)]
(j) Couplings [Kopplung zusammenhängender Einstellaktionen, z.B. neue Betriebs-artenwahl kann neue Parameterwahl erfordern]
Nach Eingabe der Dialogdaten ist Treiber zu speichern (*.dwt, *.id), evtl. zu kompilieren (*.cid),er kann dann wie jeder andere Treiber in HP_VEE eingebunden, getestet und eingesetzt werden.In der HP-DWT-Online-Hilfe werden folgende Themen behandelt [Kurzhinweise für wichtigeEinträge]:
Changing Specifications [Einstellungen ändern im ‘Expert mode’ (>>Other >>learning modedeaktivieren)]
Changing the Current Panel [‘Expert mode’: Main-, Status-, About-,..-Frontplattenumschaltung]Changing the Work Mode [’Learning mode’�’Expert mode’: >>Other>>... de/aktivieren]Compiling Your ID [separates Kompilieren möglich, aber nicht erforderlich, beim Aufruf
des Treibers von HP_VEE wird automatisch kompiliert]Completing the Status Panel ’command string’ und ‘query string’ (IEEE488.2) � Program-
mierhandbuch zum Meßgerät, weitere Details � Online-Hilfe]Kappung a ControlCreating Continuous ControlsCreating Discrete ControlsCreating Numeric DisplaysCreating Push ButtonsCreating String Input ControlsCreating Toggle ButtonsCreating X-Y DisplaysDeleting an X-Y DisplayDeleting a PanelEditing ID Code
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Errors from the ID CompilerExiting HP DWTInserting a New PanelMoving a ControlOpening an Existing IDRemoving a ControlRenaming a PanelSaving an IDSelecting a ControlSpecifying Couplings [1.Alle Steuer- und Anzeigeelemente erzeugen 2.Coupling Dialog Box
aufrufen über >>Other>>Couplings 3.Online-Hilfe nutzen]Specifying the Reset Button [i.allg. Einschaltbedingungen wiederherstellen]Starting a New IDSupporting Auto Update [nicht für HP_VEE]Supporting State Recall [Beim Wiederaufruf von Gerätefrontplatten können spezielle, vorde-
finierte Einstellungen gesendet werden, um einen bestimmten Einschaltzustand zu gewähr-leisten (analog zu Reset): ‘expert mode’+>>other>>recall, Näheres s. Online-Hilfe]
Working in Expert ModeWorking in Learning Mode
2.3 Beispiel: Digitales Handmultimeter M-3610D...Original erzeugter Code für Anzeige: Veränderter Code für Anzeige:COMPONENT Anzeige NOTSAVED; COMPONENT Anzeige NOTSAVED; TYPE CONTINUOUS; TYPE STRING 14; INITIAL INVALID; INITIAL
����;
GET ACTIONS; GET ACTIONS; OUTPUT STRING 'D'; OUTPUT STRING 'D'; ENTER Anzeige FORMAT 'K'; ENTER Anzeige FORMAT 'K'; END ACTIONS; END ACTIONS;END COMPONENT; END COMPONENT;
3. Direct I/O-Treiberprogrammierung � ‘Direct I/O’ anklicken, ‘Add Instrument’ aufrufen � Felder ausfüllen (z.B. Name: Netzteil; Interface: HP-IB; Address: 1412; Device
Typ: PS2520G; Timeout: 2; Byte ordering: MSB; Live Mode: ON) � Direct I/O Configuration: ‘Conformance’ Gerät nach IEEE488 oder IEEE488.2 (�
A2); ‘Learn String’: Not configured; sonst default-Werte nutzen oder tiefer inDatenstruktur einarbeiten
� OK, OK, ‘save config’; Gerät ist in Programmierung einbeziehbar � Einbau des Gerätes ins Programm (mehrfach möglich): Aufruf über ‘Get Inst’
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© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 01/99) HP_VEE Einf_HP_VEE.wpd-9
B2) ‘Direct-I/O’-Programmierung � Nach Aufruf kann das Instrument mit (zusätzlichen) Daten- und Steuereingängen
sowie Daten- und Fehlerausgängen versehen werden (Umbenennung der Datendurch Doppelklick auf vorgeschlagenen Namen möglich)
� Es können mehrere Anweisungen (sequentielle Abarbeitung) in den Programm-rumpf geschrieben werden:
� Write: Übergabe von i.a. ASCII-Strings an das Gerät (z.B. Befehle) � Read: Übernahme von i.a. ASCII-Strings vom Gerät (z.B. Messwerte) � Execute: Löschen; Fernsteuerung; Triggerung � Wait: ein Zeitintervall warten; warten, bis bestimmte Zustände eingetreten sind,
oder einfache Statusabfrage (ohne zu warten) � Als einfachste Programmierart erweist sich die Aufeinanderfolge der Anweisungen,
getrennt evtl. durch kleine Wartezeiten, um die sichere Ausführung der Befehle imMeßgerät (Netzgerät) zu gewährleisten (WAIT INTERVAL: <Zeit/s>), vgl.Beispiel 3 aus C2). Dafür ist die Kenntnis der allgemeinen Einstellbefehle (generalsetting commands, [2, S.12]) - evtl. ergänzt durch einige Zusatzbefehle (miscella-neous commands, [2, S.16]) - ausreichend.
� Um saubere Programme ohne empirische Wartezeiten zu erstellen, ist eine Ein-arbeitung in die Status- und Ereignisbehandlung entsprechend der für das Gerätgültigen Standards erforderlich (i.allg. längere Einarbeitungszeit):
� Für Geräte nach IEEE 488.1 (klassische Geräte, s.o.) ist zumindest nach Befehlen,die eine Geräteantwort nach sich ziehen, (i.allg., falls Messplatz mehrere Geräteenthält) ein Abfrageverfahren einzuleiten (serial polling oder parallel polling), dieAnforderung (z.B. Auslesen der Daten) zu erfüllen und das SRQ-Signal(SRQ=ServiceRequest) zu löschen.
� Für Geräte nach IEEE 488.2 (z.B. für das Netzgerät PS2520G) sind zusätzlichRegister für die SRQ-Definition (ServiceRequestEnableRegister) zu setzen und/oder spezielle Registerzugriffsfunktionen zu verwenden. Dafür ist auch ein (gewis-ses) Verständnis der Status- und Ereignisauswertungsbefehle (status commands, [2,S.13-16]) erforderlich.
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FHTW Berlin - FB 1 Ingenieurwissenschaften I - Prof. Dr.-Ing.habil. J. Rehnitz
Lösungen zur LV PCMT/ IMTKap.2 Messinformationssysteme
Angaben ohne Gewähr
2.1 Messkomparator
a) Skizze
für �u (t) � u (t)� � 5 mV � q (t)=1 1 2 2
t/ ms < 0 .. 0,3 0,3 .. 1,1 1,1 .. 1,5 1,5 .. 3,5 3,5 .. 3,9 3,9 .. 4,7 4,7 .. 7,2
q1 0 0 1 0 0 0 1
q2 0 1 0 1 0 1 0
q3 1 0 0 0 1 0 0
2.2 Gesteuerter Vor-Rückwärts-Zähler als Zahlengenerator
a) t/ms <0 0,3 1,1 1,5 3,5Vergl.Nr. 0 1 2 3 4z 0 0 1 1 0
b) t/ms <0 0 1 2 3 4Takt-Nr 0 1 2 3 4 5z 0 -1 -1 -1 -1 -1
z�� z
���
�
z�
2�
±0
�
z�
2�
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 06/00) Lösungen - Kap. 2 MT_Loes_Kap2.wpd.2
2.3 Zahlengenerator mit Stufenumsetzer (sukzessive Approximation)
a) für n�1
b) z = z = 16,5625 6 5
c) �z � V < 1 mV � n � 14�z � V < 10 � 16.5625 V � 16,6 µV � n � 20�6
(+ 1 Schritt für Stoppen des Umsetzprozesses [y ]) 2
2.4 Dekadischer Zahlengenerator ( 4221 - Kode ) ad lib.
2.5 Messkomparator-Programmodul ad lib.
2.6 Erzeugung eines Messwertes (Simulationsprogramm) ad lib.
2.7 Konzipierung eines digitalen Spannungsmessers
b) zu 1A: z = 1 z = 2 z = 2 (Abbruch) � n = 3 1 2 3
u = 2 mV u = 4 mV u = 4 mV M1 M2 M3
zu 1B: z = 16382 z = 16383 z = z = 4 1 2 16379 16380
u = 32,764 V u = 32,762 V u = 8 mV��
n = 16380 M1 M2 M...
zu 2A: z = 1 z = 0 z = 1 (oszillierend!) 1 2 3
u = 10 mV u = 0 mV u = 10 mV � n � M1 M2 M3
zu 3A: z = 1 z = 2 z =z = 336 (Abbruch) 1 2 336 337
u = 0,02 mV; u = 0,04 mV u = 6,72 mV � n = 337 M1 M2 M3
c) b � B � �z = 2 � �U � b = (2 � �U) / (B � �z) DAU DAU
= (2 � 3 mV) / (1 mV � 1) = 6
d) �z � b / a � mV = �U = 1 µV � a = 1000 � b = 6000
e) Zähler 2 �1 � a = 600, b = 6 14
f) Diskussion: Zusammenhänge
2.8 Verlustfaktormessung
a) und b)
p = 0,029 � H = 5,10 bit p = 0,096 � H = 3,38 bit 1 1 2 2 p = 0,279 � H = 1,84 bit 3 3
p = 0,433 � H = 1,21 bit p = 0,142 � H = 2,82 bit p = 0,021 � H = 5,59 bit 4 4 5 5 6 6
H = 2,028 bit
c) I = H � 240/ min = 8,11 bit/ s min
d) I = 3 bit � 4/ s = 12 bit/ s gl
e) R = (3 � 2,03) bit = 0,97 bit
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[2.9 Binärquelle ad lib.]
uuu
uu
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2.11 Gestörte Meßgröße
a) zu 1: � 0,63 mV, � � � / 2N N
zu 2: � 10 mV, � � 0N N
zu 3: � 2 mV, � � 0B N
b) zu 1: L � -10 dBzu 2: L � +14 dB
c) zu 1: � 3,2 V0*
zu 2: � 0,2 V0*
d) HP-Filter zwischen Spannung u und Auswerteeinrichtung; mit Dämpfung im Durchlass-bereich von ±0,1 dB (bei 1 kHz und/ oder 100 kHz) und Sperrdämpfung bei 50 Hz vonmindestens L = 40 dB � L (L - Signal-Rausch-Abstand von Aufg. b) HP
Zu 1: L (50 Hz) � 50 dB Zu 2: L (50 Hz) � 26 dB HP HP
Filter für Fall 1 dimensioniert sichert natürlich auch geforderten Störabstand für Fall 2!
2.12 Spannungsmessung an einem Schwingquarz ad lib.
2.13 Dynamisches Verhalten eines Spannungsmessers mit Drehspulinstrumentad lib.
2.14 Information bei fehlerbehafteter Signalverarbeitung
a) �u = ±5 µV M
b) k = k+1 = 2501*
c) da a priori keine Info � Gleichverteilung: H= 11,3 bit
d) Skizzen
e) k = 6, k � 6, k � 4 1 2 3* * *
f) Fall B3:
p = 0,08; p = 0,24; p = 0,36; p = 0,32 0 1 2 3
H = 3,6 bit; H = 2,1 bit; H = 1,5 bit; H = 1,6 bit 0 1 3 3
H = 1,84 bit (4 gleichwahrscheinliche Klassen: 2 bit!)
2.15 Information gestörter SignaleDie Lösungen folgen Komplex A) Berechnung
vgl. auch Informationen zu Vorl.-Abschn. 2.5.4
2.16 Messunsicherheit
1 ��U
U0
� 1�Rq
R ein
Rq
Rein
�
0,5 ��UG
U0 max
; �UG � 0,5 mV; Rein � 2 G� ; U0 max � 100 mV
© FHTW Berlin, FB 1 - Re (Stand: 01/99) Lösungen - Kap. 3 MT_Loes_Kap3.wpd.1
FHTW Berlin - FB 1 Ingenieurwissenschaften I - Prof. Dr.-Ing.habil. J. Rehnitz
Lösungen zur LV PCMT/ IMTKap.3 Messgrößenaufnahme/ Sensortechnik
Angaben ohne Gewähr
3.1 Vorverstärker für Wechselspannungs-DVM [ad lib.]
a) OV-Schaltung im nichtinvertierenden Betrieb:V= 1/k= (R + R ) / R = 10 � R = 9 � R , z.B. R = 9 k�; R = 1 k� 1 2 1 2 1 2 1
b) R � 2 G�, C � 20 pF � � � 40 ms � f��
4 Hz (!) ein ein G
c)
�
R = 5 M� q max
d) 1 dB � f � 0,5 � f � 2 Hz � Messfrequenzbereich: (0 ... 2) Hz max G
e) V � 10 � 1 + k � V > 10000 � f � 20 kHz 0 0 max5
� Messfrequenzbereich: (0 ... 20) kHzP = ... V
R = ... Stör
3.2 Temperaturmessverfahren [ad lib.]
a) z.B. Konstantstromquelle, Differenzverstärkerb) z.B. Logarithmierverstärker, Differenzverstärkerc) z.B. Logarithmierverstärker, ...
3.3 Temperaturaufnehmer mit Brückenschaltung [vgl. IMT-Lösg]
a) Brückenabgleich bei R [(273+23) K] = 600 � 4
mit R = 100 � und R = 300 � � R = 200 ��
1 2 3
b) U = U �U (2 x Spannungsteiler zu U ) � U = f (�) = ... 0 2 4 S 0
c) entweder über Ableitung von R nach der (abs. oder Celsius-) Temperatur am Abgleich- 4
/Arbeitspunkt berechnenoder Kennlinie genügend genau in der Nähe des Abgleichpunkts (Nullpunkts) zeichnen undAnstieg im Abgleichpunkt grafisch ermittelnoder Kennlinie in Nähe des Abgleichs berechnen und Quotienten der Differenzen bilden �
��R /
���� ��
1,17 ��
/Kd) U (20
��C) =
��5,4 mV < 0 0
U (26��C) = +5,5 mV > 0 0
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3.4 Arbeitsfrequenzbereich [Bezeichnungen wie in Vorlesung]
a) C = C + C , C = 150 pF, C = 200 pF i q K 1,5 m K 1,5 m q
Im folgenden wird C vernachlässigt.e
B (1,5 m) = B = 5 m/s² B (0 m) = B = 8,75 m/s² ua 0 ua ua0
B (5 m) = � � B = 2,5 m/s² [C = 500 pF] ua 0 K 5 m
� = 0,5 (Empfindlichkeit sinkt auf die Hälfte)untere Grenzfrequenz sinkt auf die Hälfte,(mech.) Resonanzfrequenz bleibt unverändert.
b) 1dB-Abfall (-Anstieg) � Spannungsverhältnis 0,89 (1,12)näherungsweise Abschätzung für untere Frequenzgrenze:f /�(f ² + f ²) = 0,89 f � 2 � f = 1 Hz min u min min u
näherungsweise Abschätzung für obere Frequenzgrenze:f ² / (f ² - f ²) = 1,12 f � f / 3 = 20 kHz R R max max R
Arbeitsfrequenzbereich: 1 Hz ... 20 kHzc) langsame Temperaturänderungen (f << f ) werden unterdrückt Temp u
(Hochpass-Verhalten); f : aufnehmer- und befestigungsabhängig R
f : kabelabhängig (evtl. zusätzliche Filter) u
3.5 Beschleunigungsaufnehmer mit Ladungsverstärker
A) Miller-Kondensator-Berechnung für V < Knotensatz am invertierenden Eingang(näherungsweiser) Zusammenhang zwischen �u und �i a c
Admittanz �i / �u � C = (V + 1) � C � V � C für V » 1 ers I I
(wirksame Eingangskapazität für Miller-Integrator)
a) idealer OPV: �u / �u = �C / C a 0 q I
oder mit vom Sensor bereitgestellter Ladung �q = C � �u : q 0
�u = �1 / C � q � sog. "Ladungsverstärker" a I
Differenzverstärker (mit V < ��
):�u / �u = �V / (1 + C / C + V � C / C ) � j�� / (1 + j��) a 0 q I q
mit � = R � (C + C + V � C ) q I
b) �B = �u / �u � B bzw. (B siehe Vorlesung) 0 0 0
�B = �u / �u � B (Übertragungsfaktor s.o.) a a 0 0
c) � = 2� � f = 1 / � (� s.o.) g g
� f = ... g
d) Hochpass mit Grenzfrequenz f : eben (konstant) oberhalb f g g
� Grenzfrequenz wesentlich tiefer als bei Spannungsverstärker
e) praktisch kein Einfluß von Kabelkapazität C und Isolations- und Eingangswiderstand Rmessbar bis zu sehr tiefen Frequenzen (besondere Temperaturisolation erforderlich)
3.6 Geschwindigkeitsaufnehmer [ad lib.]
