Hướng dẫn lập trình Labview

luôn được đếm từ 0 nên nếu vòng lặp chỉ thực hiện một lần, đầu terminal lặp lại sẽ xuất ra giá trị 0. Vòng While tương đương đoạn giả mã sau: Do Execute Diagram inside the Loop (which sets the condition) While Condition is true. Để đặt vòng While lên Block Diagram vào Function>>Structures. Vòng While không đặt lên Block Diagram ngay mà thay vào đó ta có thể đặt vị trí và thay đổi kích thước của nó. Để thực hiện, kích chuột vào khu vực phía trên bên trái của những terminal mà ta muốn đặt trong vòng. Sau đó kéo chuột để nó bao các terminal đó và thả ra. Nếu muốn đặt một đối tượng vào trong vòng While thì phải kéo đối tượng vào vòng While chứ không được kéo vòng While đè lên đối tượng. Đây cũng là nguyên tắc chung đối với các structure trong LabVIEW. * Thanh ghi dịch. Thanh ghi dịch (có sẵn đối với vòng While và For) chuyển các giá trị từ một lần lặp đến lần lặp kế tiếp. Có thể tạo thanh ghi dịch bằng cách pop-up trên viền trái hoặc phải của vòng lặp và chọn Add Shift Register. Thanh ghi dịch bao gồm một cặp terminal đối diện nhau ở trên mặt đứng của viền vòng lặp. Terminal bên phải lưu trữ giư liệu khi hoàn thành một lần lặp. Dữ liệu dịch chuyển đến cuối mỗi lần lặp và chuyển sang terminal trái ở đầu của lần lặp kế tiếp. Mỗi thanh ghi dịch có thể lưu trữ bất kì kiểu dữ liệu nào. Thanh ghi dịch tự động thích ứng với kiểu dữ liệu của đối tượng đầu tiên nối vào thanh ghi dịch. Hình 2-25 minh hoạ cách dùng thanh ghi dịch trong vòng lặp. Hình 1-24.Vòng While. VNArmy 15 Để thêm thanh ghi dịch, kích chuột phải vào terminal ở bên phải hoặc trái và chọn Add Element. 2. Vòng For. Vòng For cũng thực hiện lặp một đoạn mã như vòng While nhưng số lần lặp lại được xác định trước. Vòng For cũng giống như vòng For trong các ngôn ngữ lập trình truyền thống. Nó tương đương với đoạn giả mã sau: For i=1 to N-1 Excute Diagram inside The Loop. Theo đó thì vòng For gồm 2 terminal như minh hoạ ở hình 1-26. Trong đó: Để đặt vòng For lên Block Diagram cũng thực hiện như vòng While. 3. Case & Sequence Structure. Cấu trúc Case và Sequence có thể có hai hoặc nhiều đồ hình con (subdiagram) mà chỉ một trong số chúng thực hiện khi cấu trúc thực hiện. Tại đỉnh của viền mỗi cấu trúc có một cửa sổ biểu diễn subdiagram. Cửa sổ này gồm một mục nhận dạng đồ hình (diagram identifier) ở giữa và các nút tăng giảm ở mỗi cạnh. Đối với cấu trúc Case, phần diagram identifier là một danh sách các Hình 1-26. Vòng lặp For Count terminal là một terminal vào xác định số lần lặp. Iteration terminal là terminal ra, đếm số lần phép lặp đã thực hiện. Hình 1-25. Cách dùng thanh ghi dịch trong vòng lặp Trước khi bắt đầu vòng lặp Lần lặp đầu tiên Giá trị ban đầu Giá trị ban đầu Giá trị mới Giá trị mới Giá trị trước Giá trị trước Giá trị mới Giá trị mới Lần lặp cuối cùng Lần lặp tiếp theo VNArmy 16 giá trị để chọn subdiagram, còn với Sequence là số khung theo trình tự (0 đến n-1). Hình 1-27 minh hoạ cấu trúc Case và Sequence. a) Cấu trúc Case. Cấu trúc Case có hai hoặc nhiều subdiagram (các case) mà chỉ có một case thực hiện. Điều này phụ thuộc vào giá trị của kiểu dữ liệu được nối vào cạnh ngoài của terminal lựa chọn hay còn gọi là selector. Hình 1-28 minh hoạ một cấu trúc Case. Với cấu trúc Case bạn có thể thực hiện: - Chỉ định danh sách hoặc dãy của các giá trị selector tương ứng với mỗi case. - Sử dụng một số nguyên, một số Boolean, một chuỗi hay một kiểu định nghĩa như một selector. - Chỉ định một case mặc định (hoặc hoạt động). - Sắp các case theo giá trị selector đầu tiên. Để tham khảo về cấu trúc Case có thể tham khảo Online help của nó. b) Cấu trúc Sequence. Cấu trúc Sequence trông giống một khung phim thực hiện các subdiagram hay các khung (frame) bên trong nó một cách tuần tự. Trong các ngôn ngữ lập trình truyền thống, các lệnh được thực hiện theo thứ tự được viết ra nhưng trong LabVIEW chương trình được thực hiện theo nguyên tắc dataflow tức là các node sẽ thực hiện khi tất cả các đầu vào của nó đã sẵn sàng. Tuy nhiên thỉnh thoảng, vẫn cần phải thực hiện một node trước một node khác. Để điều khiển việc này G sử dụng cấu trúc Sequence như một phương thức để thực hiện các node theo thứ tự. Trong cấu trúc này G sẽ thực hiện các node trong sơ đồ của frame 0 rồi đến frame1, cứ thế cho tới frame cuối cùng thì dữ liệu mới được gửi ra ngoài. Hình 1-27. Cấu trúc Case và Sequence Hình 1-28. Cấu trúc Case Selection Terminal (Selector) VNArmy 17 Để thêm frame vào cấu trúc, kích chuột phải vào viền của frame và chọn Add Frame After hoặc Add Frame Before. Hình 1-29 minh hoạ cấu trúc Sequence. Để gửi dữ liệu từ frame này sang frame sau nó có thể sử dụng Sequence Local. Để tạo Sequence Local kích chuột phải vào viền của frame và chọn Add Sequence Local. 4. Formula node. Hình 1-30 minh hoạ một node công thức trong LabVIEW. Với node công thức, ta có thể nhập vào một hay nhiều công thức đơn giản hay phức tạp thay vì tạo những sơ đồ con cồng kềnh. Để nhập công thức vào sử dụng Label tool. Cần chú ý rằng cuối mỗi công thức phải có dấu chấm phảy (;). Để tạo các đầu vào hay đầu ra cho node công thức, kích chuột phải vào biên của node và chọn Add Input hoặc Add Ouput và đánh tên biến vào. Các biến phân biệt chữ thường với chữ hoa. Hình 1-29. Cấu trúc Sequence y= 4 *x^ 2 + 3 *x+ 1 ; yx Hình 1-30. Formula Node. y=x^2+x+1; VNArmy 18 Ví dụ về sử dụng cấu trúc. Hình 1-31 minh hoạ Front Panel và Block Diagram của một chương trình sử dụng các phần tử điều khiển luồng trong LabVIEW. IV. Mảng. 1. Khái niệm chung. Mảng là tập hợp của các phần tử dữ liệu có cùng kiểu. Mảng có kích thước có thể thay đổi. Mảng có thể có một hoặc nhiều chiều và lên đến 231-1 phần tử mỗi chiều. Có thể truy cập vào mỗi phần tử qua chỉ số của nó. Chỉ số của các phần tử trong mảng từ 0 đến n-1 với n là số phần tử của mảng. Phần tử đầu tiên của mảng có chỉ số 0, phần tử thứ 2 có chỉ số 1 … Hình 1-31. VNArmy 19 2. Tạo các mảng. Có thể tạo mảng của các control hay indicator trên Front Panel bằng cách lấy vỏ mảng từ Control >>Array & Cluster đặt lên Front Panel. Sau đó chọn đối tượng cần tạo mảng (chẳng hạn kiểu Boolean) đặt vào trong vỏ mảng. Khi đó sẽ tạo ra mảng của các đối tượng kiểu Boolean. Tương tự nếu ta chọn vỏ mảng trong Functions >> Array rồi đặt đối tượng vào ta cũng có thể tạo ra mảng các hằng số theo kiểu vừa chọn ở trên Block Diagram. 3. Tự động ghi chỉ mục. Các vòng lặp For và While có thể ghi chỉ mục và tích luỹ các mảng ở biên của nó một cách tự động. Khả năng tích luỹ này được gọi là auto-indexing. Khi cho phép khả năng này và nối một mảng hoặc một chiều bất kì của mảng vào đường hầm đầu vào ở biên vòng lặp thì các thành phần của mảng đó nạp vào vòng lặp mỗi lần một thành phần, bắt đầu từ thành phần đầu tiên. Vòng lặp đặt chỉ mục cho các phần tử vô hướng từ mảng một chiều và mảng một chiều từ mảng hai chiều. Tương tự như đối với đường hầm đầu ra, vòng lặp sẽ tích luỹ các phần tử vào mảng một chiều và mảng một chiều vào mảng hai chiều … 4. Sử dụng các hàm xử lí mảng. G có nhiều hàm để thực hiện trên mảng được đặt trong Functions>>Array. Sau đây sẽ giới thiệu một số hàm thông dụng. a) Build Array. Hàm Build Array có một hay nhiều đầu vào và một đầu ra. Trong đó, đầu vào có thể là kiểu mảng hay vô hướng. Hàm Build Array gán các mảng array và phần tử element ở đầu vào của hàm theo thứ tự từ trên xuống thành mảng array with appended element(s). Để tạo mảng có n chiều thì các đầu vào array phải có cùng n chiều và các phần tử element phải có n-1 chiều. b) Initialize Array. Tạo mảng n chiều trong đó các phần tử của mảng có cùng giá trị của đầu vào element và chiều thứ i có số phần tử là dimention i-1. c) Array Size. Hàm Array Size trả lại số phần tử trong mỗi chiều của mảng. d) Array Subset. VNArmy 20 Hàm Array Subset được dùng để trích ra một phần của mảng hoặc ma trận. Hàm này sẽ trả lại một phần của mảng bắt đầu từ vị trí index và bao gồm length phần tử. Chú ý rằng chỉ mục của mảng bắt đầu từ 0. e) Index Array. Hàm Index Array sử dụng để truy nhập vào phần tử của mảng. Hàm này còn được sử dụng để cắt mảng nhiều chiều thành một mảng con của mảng gốc. Để cắt mảng thực hiện theo các bước sau: - Kéo hàm Index Array để nó chứa thêm các đầu vào index. Số các đầu vào này bằng với số chiều của mảng đầu vào. - Số các chiều của phần lấy ra bằng với số các đầu vào index ở chế độ Disable Indexing. Muốn chọn Disable Indexing thì kích chuột phải vào đầu vào index và chọn Disable Indexing từ thực đơn pop-up. Ví dụ, muốn lấy ra phần tử vô hướng thì không chọn cho đầu vào index nào, muốn lấy ra mảng một chiều thì cho một đầu vào index ở chế độ Disable Indexing, muốn lấy ra mảng hai chiều thì cho hai đầu vào index ở chế độ Disable Indexing… - Các đầu vào index còn lại được nối với giá trị sẽ xác định giá trị của chiều cần lấy ra. Ví dụ đối với mảng 2 chiều nếu nối đầu vào này với 2 thì sẽ lấy ra được mảng 1 chiều là cột hoặc hàng tuỳ vào đầu vào ở chế độ Disable Indexing là thứ nhất hay thứ hai. Để tham khảo thêm về các hàm xử lý mảng xem thêm trong Online Help của nó. Ví dụ về sử dụng mảng. Hình 1-32 VNArmy 21 Hình 1-32 minh hoạ về việc sử dụng mảng và các hàm xử lý mảng trong LabVIEW. Hàm Build Array xây dựng một mảng 3 chiều từ 3 mảng 2 chiều. Hàm Index Array lấy mảng 2 chiều ra từ mảng 3 chiều. V. Cluster. 1.Khái niệm chung. Cluster là một kiểu dữ liệu mà có thể bao gồm các phần tử có kiều dữ liệu khác nhau. Khi dùng cluster, subVI yêu cầu số đầu nối ít hơn. Kiểu dữ liệu cluster có thể so sánh như kiểu bản ghi trong Pascal và kiểu cấu trúc trong C. Khác với mảng, cluster có kích thước không đổi. Cũng giống như mảng, cluster cũng có thể là control hay indicator nhưng cluster không thể chứa cả control và indicator. Hai cluster chỉ có thể nối với nhau khi các phần tử tương ứng có cùng kiểu. Hai phần tử tương ứng là hai phần tử có cùng thứ tự trong cluster. 2. Tạo cluster. Để tạo cluster vào Control>>Array & Cluster và đặt vỏ cluster lên Front Panel. Sau đó đặt các phần tử vào cluster như đối với mảng. Thứ tự đặt phần tử vào cluster sẽ qui định thứ tự của phần tử trong cluster. Nếu muốn thay đổi thứ tự của cluster, kích chuột phải vào cluster và chọn Cluster Order… trong thực đơn pop-up của nó. 3. Các hàm xử lý đối với Cluster. Để lắp ráp cluster có 3 hàm là:Bundle và Bundle By Name để lắp ráp cluster từ những phần tử riêng biệt còn Array To Cluster chuyển mảng thanh cluster. Tương ứng với các hàm này là 3 hàm tháo rỡ cluster là: Unbundle và Unbundle By Name để tháo cluster thành các phần tử riêng biệt còn Cluster To Array để chuyển cluster của các phần tử cùng kiểu thành mảng. Có thể truy cập vào các hàm này từ Functions >> Cluster. Có thể tham khảo thêm về các hàm của cluster trong Online Help của nó. VI. Graph và Chart. 1. Khái niệm chung. Graph là một thể hiện hai chiều của một hay nhiều đồ thị. Graph nhận dữ liệu theo khối. Chart cũng thể hiện các đồ thị nhưng chart nhận và cập nhật dữ liệu từ điểm tới điểm hay mảng tới mảng, giữ lại một chút các điểm trước trong vùng đệm với mục đích biểu diễn. Có 3 loại graph và 2 loại chart ở trong Controls >> Graph là: Waveform Graph, XY Graph, Intensity Graph và Waveform Chart, Intensity Chart. 2. Waveform Graph và XY Graph. Waveform Graph để biểu diễn các giá trị được lấy mẫu như nhau. XY Graph có thể biểu diễn bất kì tập các điểm nào dù nó có được lấy mẫu như nhau không. Waveform Graph chỉ vẽ được các hàm đơn trị với các điểm được phân bố như nhau dọc theo trục x. XY Graph có thể vẽ được các hàm đa trị. Để vẽ được đồ thị thì bạn phải có kiểu dữ liệu riêng cho mỗi đồ thị. a) Vẽ đồ thị đơn. * Các kiểu dữ liệu cho Waveform Graph. VNArmy 22 Có 2 kiểu dữ liệu cho Waveform Graph là: 1) Dữ liệu kiểu mảng của các giá trị. Graph sẽ đối xử như các điểm và tăng lên 1 bắt đầu từ x=0. 2) Dữ liệu là một cluster gồm một giá trị khởi tạo x0, giá trị Δx và một mảng dữ liệu y. * Các kiểu dữ liệu cho XY Graph. Có 2 kiểu dữ liệu cho XY Graph là: 1) Dữ liệu là một cluster chứa một mảng dữ liệu x và một mảng dữ liệu y. 2) Dữ liệu là một mảng các điểm mà mỗi điểm là một cluster của x và y. b) Vẽ nhiều đồ thị. * Các kiểu dữ liệu cho Waveform Graph. Có 5 kiểu dữ liệu cho Waveform Graph là: 1) Kiểu dữ liệu là một mảng hai chiều mà mỗi hàng là một đồ thị như trong trường hợp vẽ đơn đồ thị. Để chuyển thành mỗi cột biểu diễn một đồ thị có thể chọn Transpose Array trong thực đơn pop-up của graph. 2) Dữ liệu là một cluster của một giá trị khởi tạo x, một giá trị Δx và một mảng 2 chiều y. 3) Kiểu dữ liệu thứ 3 là một mảng của các cluster. Các cluster này chứa một mảng dữ liệu y. Mảng bên trong mô tả các điểm trong một đồ thị còn mảng bên ngoài chứa mỗi phần tử ứng với một đồ thị. Kiểu dữ liệu này rất hữu dụng khi số lượng các phần tử trong mỗi đồ thị là khác nhau. 4) Kiểu dữ liệu thứ 4 là một cluster của một giá trị x, một giá trị Δx và một mảng cluster của mảng dữ liệu y. 5) Kiểu dữ liệu thứ 5 là một mảng của các cluster. Mỗi cluster gồm có một giá trị x, một giá trị Δx và một mảng dữ liệu y. * Kiểu dữ liệu cho XY Graph. Có 2 kiểu dữ liệu cho XY Graph là: 1) Mảng các cluster chứa các đồ thị mà mỗi đồ thị là mảng của các điểm. Mỗi điểm là 1 cluster chứa một giá trị x và một giá trị y. 2) Mảng các cluster chứa các đồ thị mà mỗi đồ thị là một cluster của một mảng x và một mảng y. 3. Waveform Chart. Chart khác với graph ở chỗ nó giữ lại các giá trị cũ, lên đến một giá trị mà ta có thể xác định. Giá trị mới được gắn thêm vào với giá trị cũ để bạn có thể thấy được giá trị mới trong mạch với giá trị trước đó. * Kiểu dữ liệu của Waveform Chart. Có thể gửi cho chart một giá trị hay nhiều giá trị cùng lúc. Chart sẽ quản lý mỗi giá trị như một phần của dạng sóng cách đều, với mỗi điểm cách điểm trước đó một điểm theo trục x. Có thể gửi một giá trị vô hướng hay một mảng cho đồ thị đơn. Chart sẽ đối xử với chúng như giá trị mới cho đồ thị đơn. VNArmy 23 Có nhiều cách để gửi dữ liệu cho đa đồ thị. Có thể gửi qua một hay một mảng cluster của các số vô hướng mà mỗi số biểu diễn một điểm trên đồ thị. Cũng có thể gửi một mảng 2 chiều cho chart trong đó mỗi hàng sẽ cập nhật cho một đồ thị. Có thể cho mỗi cột sẽ cập nhật cho một đồ thị bằng cách chọn Transpose Array từ thực đơn pop-up của chart. 4. Intensity Chart và Intensity Graph. LabVIEW có hai cách để biểu diễn các mảng dữ liệu 3 chiều: Intensity Graph và Intensity Chart. Cả hai đồ thị này cũng chấp nhận mảng 2 chiều của các số mà mỗi số được gắn với một màu. Ví dụ về sử dụng graph và chart. Hình 1-33 minh hoạ việc sử dụng graph và chart trong LabVIEW. Chương trình gửi cho chart từng giá trị một và gửi dữ liệu cho graph theo kiểu cluster của phần tử khởi tạo X0, Delta X và mảng dữ liệu Y. VII. Chuỗi. 1. Khái niệm chung. Hình 1-33. VNArmy 24 Chuỗi là một tập các kí tự ASCII. Chuỗi có ứng dụng rất rộng rãi. Trong điều khiển thiết bị, có thể gửi dữ liệu đi như một chuỗi kí tự và sau đó lại chuyển các chuỗi nhận về thành các số. Khi lưu trữ giữ liệu trước tiên phải chuyển dữ liệu thành các chuỗi sau đó lưu vào tệp ASCII. 2. Tạo các control và indicator kiểu chuỗi. Có thể tạo các control và indicator kiểu chuỗi từ Control >> String & Table. Để nhập hay thay đỗi văn bản bên trong control kiểu chuỗi băng Operating Tool hay Label Tool. Để tiết kiệm không gian, ta có thể cho chuỗi hiện thanh scrollbar bằng cách chọn Show >> Scrollbar trong thực đơn pop-up của nó. Bình thường mục này bị mờ. Để cho nó hiện lên có thể sử dụng Positioning Tool kéo đủ dài control hay indicator ra. 3. Các hàm xử lý chuỗi. a)Hàm Format Into String. Hàm Format Into String chuyển đổi các tham số đầu vào thành chuỗi result string với việc định dạng nó theo tham số format string. Tham số định dạng có thể tham khảo trong Online help. b) Hàm String Length. Hàm này trả lại số kí tự của chuỗi string trong length. c) Hàm String Subset. Hàm String Subset trả lại chuỗi substring được cắt ra từ chuỗi string bắt đầu từ offset và chứa length kí tự. Offset đối với kí tự đầu tiên là 0. d) Hàm Scan From String. Hàm này quét input string và chuyển đổi theo tham số định dạng format string. VNArmy 25 Ví dụ về việc sử dụng string trong LabVIEW. VIII. Tệp. 1. Khái niệm chung. Các hàm vào ra tệp trong G (Functions>>File I/O) là các công cụ mạnh và linh hoạt để làm việc với các tệp. Cùng với việc đọc và ghi dữ liệu, hàm vào ra tệp trong LabVIEW có thể di chuyển và đổi tên các tệp và các thư mục, tạo các tệp kiểu bảng biểu ASCII, có thể đọc và ghi dữ liệu kiểu nhị phân để tăng tốc độ và nén tối thiểu. Có 3 loại tệp khác nhau trong LabVIEW: - ASCII Byte Stream - Nên lưu trữ dữ liệu dạng ASCII khi muốn truy cập nó từ gói phần mêm khác như xử lý từ hoặc chương trình bảng biểu. Để lưu dữ liệu dạng này cần phải chuyển đổi tất cả dữ liệu thành chuỗi ASCII. - Tệp Datalog - Những tệp này ở dạng nhị phân mà chỉ G mới có thể truy nhập được. Datalog tương tự như các tệp cơ sở dữ liệu vì có thể cất nhiều kiểu dữ liệu khác nhau vào một bản ghi của tệp. - Binary Byte Stream - Những tệp kiểu này là phương thức lưu trữ dữ liệu nén chặt nhất và nhanh nhất. Cần chuyển đổi dữ liệu thành dạng chuỗi nhị phân và phải biết chính xác kiểu dữ liệu nào đang đưọc sử dụng để lưu trữ vào hay phục hồi lại từ tệp. 2. Các hàm vào ra tệp. Hầu hết các hoạt động vào ra tệp bao gồm 3 bước cơ bản: mở một tệp đang có hoặc tạo tệp mới; ghi vào hoặc đọc ra từ tệp; đóng tệp. Do đó LabVIEW Hình1-34 VNArmy 26 bao gồm nhiều VI tiện ích trong Functions>>File I/O. Phần này sẽ mô tả các tiện ích mức cao. Những hàm này được xây dựng trên các VI mức trung gian mà kết hợp chặt chẽ việc kiểm tra và điều khiển lỗi với các hàm vào ra tệp. a) Write Characters To File VI. VI này ghi một chuỗi kí tự character string vào một tệp kiểu byte stream mới hoặc nối thêm chuỗi vào một tệp đang có. VI này mở hoặc tạo tệp, ghi dữ liệu và sau đó đóng tệp. b) Read Characters From File VI. VI này đọc một lượng kí tự từ một tệp kiểu byte stream bắt đầu tư cự ly xác định. VI này mở hoặc tạo tệp và sau đó đóng tệp. c) Read Lines From File VI. VI này đọc một lượng xác định các dòng từ một tệp kiểu byte stream bắt đầu tư cự ly xác định. VI này mở hoặc tạo tệp và sau đó đóng tệp. d) Write To Spreadsheet File VI. Chuyển đổi một mảng 1 hoặc 2 chiều của các số chính xác đơn thành chuỗi văn bản và ghi chuỗi vào tệp kiểu byte stream hoặc nối thêm vào tệp đã có. Có thể chuyển vị dữ liệu tuỳ ý. VI này mở hoặc tạo tệp và sau đó đóng tệp. Có thể dùng VI này để tạo một tệp văn bản có thể đọc bởi hầu hết các chương trình bảng tính. e) Read From Spreadsheet File VI. VNArmy 27 Đọc một lượng xác định các dòng hoặc cột từ một tệp văn bản kiểu số ở cự ly xác định và chuyển dữ liệu thành mảng 2 chiều kiểu số chính xác đơn. Có thể chuyển vị dữ liệu tuỳ ý. VI này mở tệp trước khi đọc và sau đó đóng tệp. Có thể dùng VI này để đọc tệp bảng biểu lưu dưới dạng văn bản. Ví dụ về sử dụng tệp trong LabVIEW. Trong ví dụ có sử dụng hàm Write Spreadsheet File để ghi một mảng 2 chiều sang một tệp mà có thể truy nhập bởi các chương trình bảng tính như Excel chẳng hạn. Việc này cũng tạo điều kiện cho LabVIEW giao tiếp với ngôn ngữ khác. Hình 1-35 minh hoạ Front Panel và Block Diagram của chương trình. Hình 1-35. VNArmy 28 §1.2.LẬP TRÌNH NÂNG CAO TRÊN LABVIEW. I. Biến đổi Fourier rời rạc. 1. Khái niệm chung. Khi lấy mẫu tín hiệu, các mẫu của tín hiệu tạo thành sự biểu diễn miền thời gian của tín hiệu. Sự biểu diễn này đưa ra các biên độ của tín hiệu ở các khoảng thời gian nó được lấy mẫu. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp ta lại quan tâm đến tần số của tín hiệu hơn là biên độ của các mẫu. Sự biểu diễn tín hiệu theo tấn số được gọi là sự biểu diễn theo miền tần số của tín hiệu. Sự biểu diễn miền tần số có thể cho biết bản chất bên trong của tín hiệu và hệ thống tạo ra tín hiệu. Để chuyển các mẫu dữ liệu từ miền thời gian sang miền tần số có thể dùng thuật toán biến đổi Furier rời rạc - Discrete Fourier Transform (DFT). Thuật toán DFT thiết lập mối liên quan giữa các mẫu của một tín hiệu trong miền thời gian và sự biểu diễn của chúng trong miền tần số. Thuật toán DFT được ứng dụng rộng rãi trong phân tích phổ, cơ học ứng dụng, viễn thông … Biến đổi Fourier nhanh. Thuật toán DFT xử lý N mẫu với độ phức tạp thuật toán xấp xỉ N2. Nếu N là một số luỹ thừa của 2 (N=2m) thì độ phức tạp thuật toán xấp xỉ NlnN. Như vậy thuật toán DFT có thể tính nhanh hơn và gọi là biến đổi nhanh Fourier - Fast Fourier Transform (FFT). Ưu điểm của thuật toán FFT là tốc độ và bộ nhớ vì nó có thể tính FFT trực tiếp tức là không phải có thêm bộ nhớ đệm. Tuy nhiên, nó chỉ áp dụng được khi độ dài của dãy là luỹ thừa của 2. Thuật toán DFT có thể áp dụng với dãy có độ dài bất kì nhưng nó lại chậm hơn và dùng nhiều bộ nhớ hơn vì phải cấp phát bộ đệm phụ để lưu các kết quả trung gian trong quá trình thực hiện. Một kĩ thuật thường được dùng để làm đầu vào có số phần tử là luỹ thừa của 2 là thêm các điểm 0 vào cuối của dãy đầu vào. Việc thêm vào này không làm ảnh hưởng đến phổ của tín hiệu. Thư viện phân tích của LabVIEW có 2 VI tính FFT của tín hiệu là Real FFT VI và Complex FFT VI. Trong đó, Real FFT VI tính FFT của tín hiệu thực còn Complex FFT VI tính giá trị của tín hiệu phức. 2. Các VI xử lí tín hiệu. a)Các VI miền tần số. Hình 2-1 minh hoạ các VI miền tần số. Để lấy các VI miền tần số có thể truy nhập vào Functions>>Signal Processing>>Frequency Domain. Các VI miền tần số gồm có: Buneman Frequency Estimator, Power Spectrum, Cross Power, Complex FFT, Real FFT, Inverse Real FFT, Inverse Complex FFT, STFT Spectrogram, Fast Hilbert Transform, Inverse Fast Hilbert Transform Unevenly Sampled Signal Spectrum, FHT, Inverse FHT,Walsh Hadamard,Walsh Hadamard Inverse, WVD Spectrogram, Laplace Transform Real, Wavelet Transform Daubechies4, Wavelet Transform Daubechies4 Inverse. VNArmy 29 Để tham khảo thêm về các VI này có thể xem thêm trong Help Online của chúng. b) Các VI miền thời gian. Hình 2-2 minh hoạ các VI miên thời gian. Để truy cập vào các VI này vào Functions>>Signal Processing>>Time Domain. Các VI miền thời gian gồm có:AutoCorrelation, Convolution, CrossCorrelation, Decimate, Deconvolution, Derivative x(t), Integral x(t), Unwrap Phase, Y[i] = Clip, {X[i]}, Y[i] = X[i-n], Zero Padder. II. Các bộ lọc số- Digital Filter. 1. Giới thiệu về các bộ lọc số. Các bộ lọc tương tự là một phần quan trong trong khi thiết kế mạch. Các công cụ lấy mẫu và xử lý tín hiệu số hiện đại khiến nó có thể được thay thế bằng các bộ lọc số trong các ứng dụng đòi hỏi sự linh hoạt và lập trình được. Các bộ lọc số tiên tiến hơn những bộ lọc tương tự ở các điểm sau: - Chúng là các phần mềm có thể lập trình. - Chúng ổn định và có thể dự đoán được. - Chúng không bị trôi bởi nhiệt độ và độ ẩm và không yêu cầu phải có các thành phần chính xác. 2. Các bộ lọc IIR và FIR. Sự phân biệt giữa IIR và FIR là dựa trên đáp ứng xung của nó. Các bộ lọc IIR là các bộ lọc có đáp ứng xung vô hạn còn các bộ lọc FIR có đáp ứng xung hữu hạn. Đáp ứng xung là hữu hạn hay vô hạn là dựa vào cách tính toán ở đầu ra. Các bộ lọc FIR có đầu ra chỉ phụ thuộc vào giá trị đầu vào hiện tại còn IIR thì không những phụ thuộc vào đầu vào hiện tại mà còn phụ thuộc vào các đầu ra trước đó. Vì vậy bộ lọc IIR còn gọi là các bộ lọc đệ qui còn FIR là các bộ lọc không đệ qui. Nhược điểm của các bộ lọc IIR là đáp ứng pha của chúng là phi tuyến. Nếu ứng dụng không yêu cầu thông tin về pha thì có thể dùng IIR. a) Bộ lọc IIR. Bộ lọc IIR là các bộ lọc có đáp ứng xung về lý thuyết là vô hạn. Phương trình sai phân của chúng có dạng như sau: Hình 2-1. Các VI miền tần số. Hình2-2. Các VI miền thời gian. VNArmy 30 ⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∑ − = −∑ − = −−= 1 1 1 00 1 a N k ki yka bN j ji xjbai y Bộ lọc IIR trong LabVIEW có các đặc điểm sau: - Các chỉ số âm mà là kết quả của phương trình (*) được giả sử bằng 0 ở lần đầu gọi VI. - Vì trạng thái khởi tạo được giả thiết bằng 0 (với các chỉ số âm) nên quá trình quá độ diễn ra trước khi bộ lọc ổn định sẽ tỉ lệ với bậc (order) của bộ lọc. Sự tồn tại của đáp ứng quá độ hay thời gian giữ chậm (Delay) đối với các bộ lọc thông cao và thông thấp bằng với bậc bộ lọc (Delay=order). - Thời gian tồn tại của quá trình quá độ đối với bộ lọc dải thông và dải chặn bằng 2 lần bậc của bộ lọc (Delay=2*order). - Có thể loại bỏ đáp ứng quá độ ở lần gọi kế tiếp bằng cách đặt bộ nhớ trạng thái hoạt động. Để thực hiện đặt init/cont control của VI bằng TRUE. Ưu điểm của bộ lọc này là bộ lọc yêu cầu ít hệ số hơn để thực hiện. Do đó bộ lọc hoạt động nhanh hơn và không yêu cầu vùng nhớ mở rộng. Nhược điểm của bộ lọc là đáp ứng pha của nó là phi tuyến. LabVIEW có các bộ lọc IIR sau: - Các bộ lọc Butterworth: Đáp ứng tần số của bộ lọc là đáp trơn ở tất cả các tần số và giảm đơn điệu từ tần số cắt. Bộ lọc Butterworth là trơn tối đa - đáp ứng lý tưởng bằng 1 ở dải thông và bằng 0 ở dải chặn. Ưu điểm của nó là có đáp ứng tần số trơn và giảm đơn điệu. Sau khi đặt tần số cắt, LabVIEW sẽ đặt độ dốc của quá trình quá độ tỉ lệ với bậc của bộ lọc. Bộ lọc bậc càng cao thì càng tiến tới bộ lọc thông thấp lí tưởng. - Các bộ lọc Chebyshev: Các bộ lọc Chebyshev giảm tối thiểu đỉnh lỗi ở dải thông. Đặc tuyến của đáp ứng tần số có đáp ứng biên độ lớn ở dải thông, giảm đơn điệu biên độ ở dải chặn và có vùng chuyển tiếp sắc hơn bộ lọc Butterworth. Điều này khiến sai số tuyệt đối nhỏ hơn và tốc độ thực hiện nhanh hơn. - Bộ lọc Chebyshev II hay còn gọi là bộ lọc Chebyshev đảo: bộ lọc này tương tự như bộ lọc Chebyshev nhưng có phân bố sai số trên dải chặn và có sự bằng phẳng nhất ở dải thông. - Bộ lọc Eliptic (Cauer): các bộ lọc loại này giảm tối đa các sai số đỉnh bằng cách phân bố chúng trến khắp dải thông và dải chắn. So với các bộ lọc Butterworth và Chebyshev cùng bậc thì bộ lọc Eliptic có quá trình QUá độ giữa dải thông và dải chặn là sắc nhất. Vì vậy, nó được dùng rộng rãi. - Bộ lọc Bessel: có thể dùng để giảm sự méo pha phi tuyến vốn có trong các bộ lọc IIR. Ở các bộ lọc bậc cao hơn và với vùng gấp dốc hơn thì méo pha càng rõ nét đặc biệt ở vùng quá độ của bộ lọc. Bộ lọc này có đặc tuyến trơn tối đa ở cả pha và biên độ. Đặc tuyến pha ở dải thông của bộ lọc thì gần như tuyến tính. Cũng giống như bộ lọc Butterworth, bộ lọc Bessel đòi hỏi bộ lọc bậc cao để giảm sai số, vì vậy nó ít được dùng. b)Bộ lọc FIR. (*) VNArmy 31 Các bộ lọc đáp ứng xung hữu hạn FIR là các bộ lọc số mà có đáp ứng xung là hữu hạn. Các bộ FIR cũng gọi là các bộ lọc không đệ qui. Phương trình sai phân của bộ lọc là: ∑−= −= 1 0 n k ki xkhiy Trong đó x biểu diễn dãy đầu vào, y biểu diễn dãy đầu ra, h biểu diễn hệ số bộ lọc. Các bộ lọc FIR có các đặc điểm quan trọng sau: - Chúng có thể đạt được pha tuyến tính bởi sự đối xứng của hệ số. - Chúng luôn ổn định. - Có thể thực hiện các hàm lọc dùng tương quan chéo và nói chung luôn gắn một khoảng trễ với dãy đầu ra. 2 1−= nDelay với n là số hệ số của bộ lọc FIR. Có thể truy cập vào các bộ lọc trong LabVIEW bằng cách chọn Functions>> Signal Processing>>Filters. Hình 2-3 minh hoạ các bộ lọc trong LabVIEW. III. Tổng quan về VISA. 1. Khái niệm về VISA. VISA (Virtual Instrument System Architecture) là một chuẩn vào/ra giao diện chương trình ứng dụng (API) cho thiết bị lập trình được. VISA tự bản thân nó không cung cấp khả năng lập trình thiết bị mà là một API mức cao mà có thể gọi đến các driver mức thấp hơn. Sự phân cấp của NI-VISA như hình sau: VISA có thể điều khiển các thiết bị theo chuẩn VXI, GPIB, hoặc Serial. Bởi vì VISA là một công nghệ chuẩn để phát triển các trình điều khiển thiết bị, Hình 2-3. Các bộ lọc trong LabVIEW. Hình 3-2. Sự phân cấp của VISA API VNArmy 32 nên hiện tại có rất nhiều instrument driver được viết bởi hãng National Instrument trên VISA và được hỗ trợ trên nền Windows, Macintosh, HP-UX,.. 2. Điểm mạnh của VISA. - Được chuẩn hoá: VISA là một API chuẩn để xây dựng các trình điều khiển thiết bị. Bạn chỉ cần sử dụng một API để điều khiển các thiết bị có kiểu khác nhau, có thể theo chuẩn VXI, GPIB, hoặc serial. - Có giao diện độc lập: VISA sử dụng các hoạt động tương tự nhau để kết nối với thiết bị mà không cần quan tâm tới kiểu giao diện của chúng. Lấy một ví dụ, VISA viết một xâu ASCII (một message-based) tới một thiết bị thì lệnh này là chung cho tất cả các kiểu thiết bị (VXI, GPIB, serial). Điều này làm cho việc chuyển đổi bus giao diện trở nên dễ dàng. Bạn chỉ cần biết một kiểu API là đã có thể sử dụng nó cho các kiểu giao diện khác nhau. - Nền độc lập: VISA được thiết kế để có thể hoạt động dễ dàng trên các hệ điều hành khác nhau. Để đảm bảo sự độc lập khi hoạt động VISA đã định nghĩa một cách rất cẩn thận các kiểu dữ liệu của nó. Bởi vậy các kích cỡ, số byte của biến do các HĐH quy định không làm ảnh hưởng đến chương trình VISA. Các hàm của VISA gọi và liên kết các tham số của chúng là như nhau trên tất cả các nền. Nó có thể chạy trên các HĐH khác nhau mà không cần phải biên dịch lại. - Tính tương thích cao: một lợi thế khác của VISA là nó dễ dàng tương thích với các giao diện thiết bị mới sẽ được phát triển trong tương lai. Có thể nói VISA là một công cụ điều khiển phần mềm hiệu quả để tận dụng, phát huy và nâng cao các thế mạnh phần cứng của thiết bị. 3. Các thành phần cơ bản của VISA: Cấu trúc đơn giản của một VISA API như sau: a) Default Resource Manager. Hình 3-3. Cấu trúc VISA API. VNArmy 33 Default Resource Manager ở mức cao nhất của hoạt động VISA. LabVIEW sẽ tự động tổ chức việc trao đổi thông tin với Default Resource Manager ở lần gọi VISA VI đầu tiên. Default Resource Manager sẽ quản lý tài nguyên và phiên kết nối. Tài nguyên (resource) là một đối tượng mà bạn có thể trao đổi thông tin với nó. Resource có thể là thiết bị (INSTR) hoặc memory access (MEMACC). Phiên kết nối (session) là một sự kết nối tới một resource đang tồn tại. Session được VISA sử dụng để mở một phiên làm việc với thiết bị. Có thể chọn kiểu thiết bị trong session (GPIB, VXI, GPIB-VXI, serial, hoặc all INSTR) song cần lưu ý khi đã chọn duy nhất một kiểu thiết bị (chẳng hạn Serial) thì không thể mở một kiểu thiét bị khác. Do vùng nhớ dành cho session có hạn nên mỗi khi thao tác xong ta cần phải đóng phiên làm việc lại. Để xác định tài nguyên phải dùng bộ mô tả thiết bị (instrument descriptor). Instrumnet descriptor có cú pháp như sau: Interface Type[board index]::Address::VISA Class Interface Type đặc trưng cho từng kiểu thiết bị (GPIB, VXI, hoặc serial). Đối với các thiết bị sử dụng chuẩn GPIB hoặc VXI thì board index dùng để xác định số card giao tiếp gắn trên main board. Với thiết bị VXI thì address được hiểu là địa chỉ logic còn với thiết bị GPIB thì đó là địa chỉ phụ (primary address). Lấy ví dụ một máy tính có hai card GPIB gắn trên main board thì địa chỉ của một thiết bị nối với card thứ nhất sẽ là: GPIB0::0::INSTR. Thiết bị Serial không sử dụng Address. Ví dụ ASRL2:INSTR sẽ mô tả cổng COM2. VISA class là một lớp mà đón gói một vài hoặc tất cả các hoạt động VISA cho một thiết bị hoặc sự kiện. Lớp chung nhất là INSTR bao gồm tất cả các thao tác VISA cho một thiết bị. Nếu VISA Class để trống thì nó sẽ mặc định là lớp INSTR. b) Communication. VISA cung cấp hai kiếu giao thức để trao đổi thông tin với thiết bị, đó là phương thức thông báo (Message-Based)-hỗ trợ cho tất cả các kiểu thiết bị theo chuẩn GPIB, VXI, Serial và phương thức thanh ghi (Register-Based)-chỉ cho các thiết bị VXI. Trong giới hạn của đề tài chúng ta sẽ quan tâm tới các thiết bị Message-Based device. Với giao thức Message-Based chương trình sẽ gửi một thông báo lệnh tới hoặc nhận một thông báo dữ liệu từ message-based device. Các thông báo lệnh (command-string) mà chương trình gửi tới thiết bị là các tập lệnh riêng của từng thiết bị do nhà sản xuất cung cấp. Đó có thể là lệnh đặt cấu hình hoặc lệnh yêu cầu gửi dữ liệu. Các thông báo nhận được từ thiết bị có thể là các yêu cầu phục vụ (SQR) hoặc dữ liệu dưới dạng string. Chương trình sẽ sử dụng các hàm chuyển đổi xâu-số để chuyển dữ liệu về dạng số để xử lý tiếp. c) VISA propertopies. Là các thuộc tính của VISA resources mà ta có thể thiết lập hoặc nhận được từ chương trình. Có thể kể ra sau đây một vài properties thường gặp: Serial baud rate, Serial data bits, GPIB readdresing, GPIB unaddresing, VXI logical address,.. Lưu ý rằng có một vài thuộc tính là thuộc tính chỉ đọc (read only), do đó không thể thiết lập lại giá trị của chúng. VNArmy 34 Ngoài ra còn có các VISA Events để lập trình theo sự kiện mà trong khuôn khổ đề tài này không bàn đến Các hàm VISA trong LabVIEW. LabVIEW cung cấp sẵn một thư viện hàm để phối ghép và điều khiển thiết bị thông qua chuẩn VISA. Để truy cập vào thư viện hàm này chọn Function>>Instrument I/O>>VISA. Trong đó bạn có thể sử dụng các hàm khởi tạo, đặt thuộc tính, các hàm VISA mức cao hoặc mức thấp… Để tham khảo thêm có thể vào Online Help của chúng. Hình 3-4. VISA functions VNArmy 35 Chương2 Thiết bị đo thông minh HP34970A I. Tập lệnh của máy HP34970A. 1. Một số qui ước. Dấu [ ] biểu thị các tham số hay từ khoá là tuỳ chọn. Dấu { } chứa các tham số chọn cùng với câu lệnh. Dấu biểu thị các tham số mà bắt buộc phải thay bằng giá trị. Dấu | để phân cách giữa các tham số. 2. Cách sử dụng danh sách quét (scanlist). Hầu hết các câu lệnh của HP34970A đều có một scanlist đi kèm. Scanlist có dạng (@scc). Trong đó, s là kí hiệu của khe cắm (100,200 hay 300) còn cc là số hiệu của kênh. Có thể cấu hình scanlist gồm một hay nhiều kênh hay gồm một dãy kênh. Ví dụ: (@101) đặt scanlist là một kênh 01 của khe cắm 100. (@101,203,305) đặt scanlist gồm 3 kênh 101,203 và 305. (@101:110,204) đặt scanlist gồm các kênh từ 101 đến 110 và kênh 204. 3. Các lệnh đặt cấu hình kênh. a) Cấu hình đo nhiệt độ. CONFigure:TEMPerature {TCouple},{B|E|J|K|N|R|S|T|DEF} [,1[,|MIN|MAX|DEF}]] ,(@) Ví dụ: CONF:TEMP TC,B,1,0.003,(@101,102,201) Lệnh này đặt cấu hình cho các kênh trong scanlist đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu với các kiểu cặp nhiệt ngẫu khác nhau (mặc định là kiểu J). Độ chính xác của kênh được xác định bằng thông số resolution. CONFigure:TEMPerature {RTD|FRTD},{85|91|DEF} [,1[,|MIN|MAX|DEF}]] ,(@) Ví dụ: CONF:TEMP RTD,91,1,0.001,(@103,203) Lệnh này đặt cấu hình cho các kênh trong scanlist đo nhiệt độ dùng 2-wire RTD hay 4-wire RTD (FRTD). Tham số 85 và 91 tương ứng với α=0.00385 và α=0.00391. Đối với phép đo dùng FRTD thì thiết bị sẽ tự động cặp kênh thứ n và kênh thứ n+10 (đối với 34901A) hoặc n+8 (đối với 34902A). CONFigure:TEMPerature {THERmistor},{2252|5000|10000|DEF} [,1[,|MIN|MAX|DEF}]] ,(@) Ví dụ: CONF:TEMP THER,10000,1,0.0001,(@101,102) Lệnh này đặt cấu hình cho phép đo nhiệt độ dùng bộ biến đổi thermistor. Mặc định là dùng thermistor 5KΩ. b) Các lệnh đặt cấu hình đo điện áp. CONFigure:VOLTage:DC CONFigure:VOLTage:AC VNArmy 36 [{|AUTO|MIN|MAX|DEF} [,|MIN|MAX|DEF}],] (@) Ví dụ: CONF:VOLT:DC AUTO,0.0003,(@101,103) hoặc CONF:VOLT:AC AUTO,0.0003(@101,103) Cấu hình các kênh trong scanlist để đo điện áp một chiều hoặc xoay chiều. c) Các lệnh đặt cấu hình đo điện trở. CONFigure:RESistance CONFigure:FRESistance [{|AUTO|MIN|MAX|DEF} [,|MIN|MAX|DEF}],] (@) Ví dụ: CONF:RES (@101,102) hoặc CONF:FRES (@101,102) Cấu hình các kênh trong scanlist để đo điện trở. Lệnh với tham số RES sẽ sử dụng phép đo 2-wire. Lệnh với tham số FRES sẽ sử dụng phép đo 4-wire và thiết bị cũng tự động cặp đôi kênh n với n+10 (34901A) hoặc n+8 (34902A). d) Các lệnh đặt cấu hình đo điện áp. CONFigure:CURRent:DC CONFigure:CURRent:AC [{|AUTO|MIN|MAX|DEF} [,|MIN|MAX|DEF}],] (@) Ví dụ: CONF:CURR:DC (@121) hoặc CONF:CURR:AC (@122) Cấu hình các kênh trong scanlist để đo dòng điện một chiều hoặc xoay chiều. Các phép đo dòng chỉ cho phép đo trên kênh 21 và 22 của HP 34901A multiplexer module. e) Các lệnh đặt cấu hình đo tần số và chu kì. CONFigure:FREQuency CONFigure:PERiod [{|AUTO|MIN|MAX|DEF} [,|MIN|MAX|DEF}],] (@) Ví dụ: CONF:FREQ (@109,110) CONF:PER (@111) Cấu hình các kênh trong scanlist đo chu kì hay tần số. f) Các lệnh đặt cấu hình đo tín hiệu số. CONFigure:DIGital:BYTE (@) Ví dụ: CONF:DIG:BYTE (@201) Cấu hình thiết bị để đọc các kênh đầu vào số của khối multifunction module mà được chỉ định trong scanlist. Dạng của kênh số đầu vào có dạng s01 và s02 với s là số của khe cắm. Nếu cho cả 2 kênh đầu vào số vào scanlist thì thiết bị sẽ đọc từ cả 2 cổng trong cùng một lúc. Điều này cho phép gộp hai tín hiệu 8-bit thành 1 tín hiệu 16-bit. g) Các lệnh đặt cấu hình bộ đếm. CONFigure:TOTalize {READ|RRESet} ,(@) VNArmy 37 Ví dụ: CONF:TOT READ,(@203) Cấu hình thiết bị đọc kênh bộ đếm trong multifunction module. Kênh của bộ đếm có dạng s03 với s là số hiệu của khe cắm. Để bộ đếm không đặt lại trong khi quét thì sử dụng tham số READ. Để đọc bộ đếm trong quá trình quét và đặt lại bộ đếm về không sau khi đọc dùng tham số RRESet. h) Lệnh hỏi cấu hình kênh. CONFigure? [(@)] Ví dụ: CONF? (@303) Lệnh này hỏi về cấu hình của kênh và trả về một loạt các chuỗi. Chuỗi trả về gồm một loạt các trường được phân cách bởi dấu phảy. Mỗi trường chứa các tham số của kênh như chức năng, giới hạn, độ chính xác. Ví dụ: "FRES +1.000000E+02,+3.000000E-04" , "TEMP TC,K,+1.000000E+00,+3.000000E-06" 4. Các lệnh đặt đặt cấu hình để thực hiện quét (scan). Thiết bị HP34970A được gắn một đồng hồ số vạn năng để đọc dữ liệu. Để thu được dữ liệu từ đồng hồ này, ta phải tạo một lần quét. Tập lệnh SCPI có hộ trợ đối với việc thực hiện quét để có thể điều khiển từ máy tính. Từ máy tính có thể đặt khoảng thời gian quét, số lần quét, độ dữ chậm của mỗi kênh…Các bước thực hiện một lần quét gồm: a) Đặt danh sách quét. Mỗi lần quét chỉ thực hiện khi có danh sách quét (scanlist). Khi quét, máy sẽ chỉ thực hiện quét qua các kênh có trong danh sách quét theo thứ tự tăng dần từ khe 100 đến 300 còn các kênh khác bỏ qua. Để đặt scanlist có thể dùng lệnh sau: ROUTe:SCAN (@scanlist) Ví dụ: ROUT:SCAN (@101:105,112,114) Để hỏi về danh sách quét hiện tại sử dụng lệnh: ROUTe:SCAN? b) Đặt nguồn khởi động quét. Mỗi khi có tín hiệu từ nguồn khởi động quét thiết bị sẽ thực hiện lần đảo qua các kênh. Lệnh thực hiện của nó như sau: TRIGger:SOURce {BUS|IMMediate|EXTernal|ALARm{1|2|3|4}|TIMer} Có thể khởi động lần đảo qua này bằng lệnh phần mềm (tham số BUS), thực hiện liên tục (tham số IMM), khởi động từ xung TTL bên ngoài (tham số EXT), từ đồng hồ báo nguy (tham số ALAR) hoặc từ bộ đồng hồ bên trong (tham số TIM). Mặc định là sử dụng tham số TIM. Để hỏi về nguồn khởi động có thể dùng lệnh hỏi: TRIGger:SOURce? c) Đặt khoảng thời gian quét. Sau mỗi lần đảo qua các kênh có thể đặt khoảng thời gian đợi bằng lệnh: TRIGger:TIMer {|MIN|MAX} Khoảng thời gian có thể đặt từ 0 giây đến 359 999 giây (99:59:59 giờ). Các tham số MIN, MAX tương ứng với giá trị 0 và 359 999. Để hỏi về khoảng thời gian quét dùng lệnh: VNArmy 38 TRIGger:TIMer? d) Đặt số lần quét. TRIGger:COUNt {|MIN|MAX|INFinity} Lệnh này sẽ đặt số lần đảo qua các kênh mà một lần quét thực hiện. Số lần quét có thể đặt từ 1 đến 50 000 hoặc liên tục (tham số INF). Giá trị MIN=1 và MAX=50 000. Để hỏi về số lần đảo qua này có thể dùng lệnh: TRIGger:COUNt? e) Đặt khoảng thời gian trễ giữa các kênh. ROUTe:CHANnel:DELay [,(@)] Lệnh này sẽ thiết lập khoảng thời gian trễ giữa các kênh trong ch_list bằng tham số seconds. Có thể thiết lập khoảng thời gian trễ tự động bằng lệnh sau: TRIGger:CHANnel:DELay:AUTO {OFF|ON}[,(@)] f) Khởi tạo lần quét. Có thể khởi tạo lần quét bằng lệnh INIT hoặc READ?. Sự khác nhau giữa hai lệnh này là lệnh INIT sẽ lưu các kết quả vào bộ nhớ đệm của thiết bị. Ngoài ra để khởi động từ giao diện từ xa có thể dùng lệnh *TRG. 5. Các lệnh định dạng dữ liệu. Khi thực hiện quét dữ liệu sẽ được lưu trong bộ nhớ của thiết bị dưới dạng sau: Ở dạng mặc định các dữ liệu kèm theo này để ở chế độ tắt. Để bật hay tắt các dữ liệu kèm theo khi đọc về có thể dùng các lệnh sau đây: - FORMat:READing:ALARm {OFF|ON} bật hay tắt dữ liệu báo nguy. - FORMat:READing:CHANnel {OFF|ON} bật hay tắt dữ liệu kênh. - FORMat:READing:TIME {OFF|ON} bật hay tắt dữ liệu về thời gian. - FORMat:READing:TIME:TYPE {ABSolute|RELative} sử dụng thời gian tuyệt đối hay tương đối. - FORMat:READing:UNIT {OFF|ON} có hay không đơn vị kèm theo. Để hỏi xem các dữ liệu kèm theo này ở dạng bật hay tắt có thể dùng lệnh hỏi có dấu hỏi kèm theo mỗi lệnh ví dụ như FORMat:READing:TIME?. 6. Các lệnh đặt mức đo. Thiết bị HP34970A cho phép đặt thang đo cho dữ liệu gồm độ khuyếch đại và giá trị bù. Giá trị thu được sẽ được tính theo công thức sau: Giá trị=Giá trị đo * Khuyếch đại - Giá trị bù - CALCulate:SCALe:GAIN [,(@)] đặt độ khuyếch đại cho giá trị. VNArmy 39 - CALCulate:SCALe:OFFSet [,(@)] đặt giá trị bù. - CALCulate:SCALe:UNIT [,(@)] đặt đơn vị đo theo ý của người dùng như PRM, PSI.5 7. Các lệnh đọc dữ liệu. - DATA:POINts? đếm tổng số giá trị đọc hiện đang lưu trong bộ nhớ. - DATA:REMove? đọc và xoá khỏi bộ nhớ bắt đầu từ giá trị cũ nhất. Lệnh này thường để xoá có chu kì khỏi bộ nhớ để khỏi tràn bộ nhớ. Dữ liệu thu được sẽ có dạng do lệnh định dạng dữ liệu qui định. - FETCh? chuyển dữ liệu được lưu trong bộ nhớ ra của thiết bị sang máy tính. Lệnh này không xoá các dữ liệu khỏi bộ nhớ. Dữ liệu ra có dạng theo như lệnh định dạng dữ liệu qui định. - R? [] đọc và xoá tất cả dữ liệu trong bộ nhớ theo giá trị max_count qui định. Đây là một phiên bản của lệnh DATA:REMove? nhưng thực hiện nhanh hơn. nếu bỏ qua tham số max_count thì lệnh này đọc và xoá 50000 giá trị từ bộ nhớ. Lệnh này cũng bị ảnh hưởng bởi lệnh định dạng dữ liệu. Dữ liệu trả về theo dạng khối độ dài xác định. - READ? đọc dữ liệu từ thiết bị và gửi trực tiếp ra bộ đệm ra chứ không lưu trữ vào bộ nhớ như lệnh FETC? - MEASure? có cấu trúc lệnh như là lệnh CONFigure và thực hiện như cặp lệnh CONF và theo sau là lệnh READ?. Tuy nhiên lệnh này không tiện bởi khi thực hiện thiết bị sẽ đặt cấu hình phép đo theo các giá trị mặc định và thực hiện ngay. II. Sơ đồ thuật toán đo lường dùng chuẩn RS-232. 1. Giới thiệu về chuẩn RS-232. Chuẩn RS-232 là chuẩn giao tiếp thông dụng nhất giữa máy tính và thiết bị ngoại vi. Hầu hết mỗi máy tính đều có một vài cổng nối tiếp COM. Kết nối bằng RS-232 có thể có khoảng cách lớn. Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là tại một thời điểm chỉ kết nối được với một máy. Tốc độ truyền của RS-232 cũng chậm hơn so với các chuẩn khác. 2. Các VI làm việc với chuẩn RS-232 trong LabVIEW. LabVIEW cung cấp một số VI để làm việc với chuẩn RS-232. Có thể truy nhập vào chúng trong Functions>>Instrument I/O>>Serial. Hình2-1. Các hàm Serial VNArmy 40 Các hàm này gồm : - Serial Port Init: khởi tạo công Serial theo tham số đã chọn. - Byte at Serial Port: trả lại trong byte count số byte ở bộ đệm vào của cổng port number. - Serial Port Read: đọc từ cổng port number số byte yêu cầu. - Serial Port Write: gửi dữ liệu trong string to write ra cổng port number. VNArmy 41 3. Thuật toán thu dữ liệu từ chuẩn RS-232. Bước 1: Khởi tạo. Bước này gồm có mở thiết bị, khởi tạo đường truyền tín hiệu và xoá thiết bị. Bước 2: Lập cấu hình cho các kênh. - Sử dụng lệnh SENS để đặt cấu hình đo cho từng kênh. - Dùng lệnh CALC: SCAL để đặt mức đo cho mỗi kênh. - Dùng lệnh ROUT:SCAN để đặt danh sách quét. Tiếp tục Khởi tạo Lập cấu hình hệ thống Lập cấu hình cho các kênh Lập cấu hình quét Lập cấu hình cho dữ liệu ra Thu dữ liệu về và xử lý Đóng thiết bị VNArmy 42 Bước 3: Lập cấu hình quét. - Đặt nguồn khởi động quét bằng lệnh TRIG:SOUR - Đặt khoảng thời gian quét bằng lệnh TRIG:TIM - Đặt số lần quét bằng lệnh TRIG:COUN - Khởi tạo lần quét bằng INIT. Bước 4: Định dạng dữ liệu thu về Để định dạng dữ liệu thu về có thể dùng lệnh FORM:READ. Bước 5: Thu dữ liệu về và xử lý. Có nhiều lệnh để đọc dữ liệu về nhưng thuận tiện nhất là dùng 2 lệnh DATA:POIN? và DATA:REM?.Dữ liệu thu về dưới dạng gồm nhiều trường khác nhau như giá trị, kênh, thời gian .. Để bóc tách lấy dữ liệu ta dùng Data to 3DArray VI để tách lấy phần dữ liệu cần xử lý. Bước 6: Đóng thiết bị. Để đóng thiết bị có thể dùng hàm VISA Close của LabVIEW. VNArmy 43 Chương 3 Xây dựng bài thí nghiệm trên bệ thí nghiệm máy điện. I. Môc ®Ých cña bµi thÝ nghiÖm. Thùc hiÖn ®o vµ quan s¸t tÝn hiÖu cña bÖ thÝ nghiÖm m¸y ®iÖn. TÝn hiÖu thu vÒ sÏ ®−îc biÓu diÔn trªn m¸y tÝnh ®Ó häc viªn tiÖn quan s¸t. Häc viªn cã thÓ thay ®æi mét sè tham sè trªn bÖ thÝ nghiÖm ®Ó quan s¸t tÝn hiÖu thu vÒ. II. M« t¶ bµi thÝ nghiÖm. Sau khi thiÕt lËp c¸c subVI vµ thuËt to¸n ë ch−¬ng 2, chóng ta tiÕn hµnh thu tÝn hiÖu tõ bÖ thÝ nghiÖm m¸y ®iÖn qua thiÕt bÞ HP 34970A. Front Panel vµ Block Diagram cña nã cã d¹ng nh− h×nh sau: Hình 3-1. Front Panel của bài thí nghiệm VNArmy 44 Front Panel của bài thí nghiệm (hình 3-1) bao gồm một control Channel Configuration mà mỗi phần tử của nó là một cluster để đặt cấu hình cho các kênh đo; một control để chọn tài nguyên nối mạng; một control để chọn tần số lấy mẫu; một bộ hiển thị waveform chart để biểu diễn bằng đồ thị tín hiệu thu được; một núm xoay để chọn kênh hiển thị và một nút stop để ngừng chương trình. Block Diagram của bài thí nghiệm sẽ thực hiện theo như sơ đồ thuật toán thu tín hiệu đã lập ở chương 2. Block Diagram của nó như hình 3-2. Nó gồm có phần khởi tạo đường truyền dùng subVI Initalize. Phần này sẽ đặt đường truyền cho chuẩn RS 232 theo như các tham số của thiết bị HP 34970A. Mã nguồn của nó như hình 3-3. Hình 3-2. Block Diagram của bài thí nghiệm Hình 3-3. Block Diagram của subVI INIT. VNArmy 45 Phần khởi tạo kênh đo bằng subVI Channel Config. SubVI này sẽ đặt cấu hình cho các kênh của thiết bị HP 34970A. Mã nguồn của subVI này như sau. Các kênh được đặt cấu hình sẽ được đưa vào vòng lặp For. Sử dụng hàm Unbundle By Name để tách lấy các tham số của kênh. Các tham số này sẽ được gửi đến các subVI tương ứng để gửi tới thiết bị HP 34970A. Phần danh sách kênh sẽ được tích lại trên biên của vòng For để thành mảng các string. Sau đó dùng hàm Array to Spreadsheet String để thành scanlist và gửi tới subVI Scanlist. SubVI này sẽ đặt danh sách quét cho thiết bị HP 34970A. Phần khởi tạo nguồn khởi động bằng subVI Trigger Config. Block Diagram của subVI này như hình 3-5. Các tham số của lệnh trigger sẽ được chọn bằng các dùng các hàm xử lý string. Sau đó nó sẽ được gửi tới thiết bị HP 34970A để đặt cấu hình nguồn khởi động cho thiết bị. Hình 3-4. SubVI Channel Config Block Diagram. Hình 3-5. Trigger config Block VNArmy 46 Phần đọc và xử lý tín hiệu được đưa vào trong một vòng lặp While. Dữ liệu được đọc bằng subVI Read. Block Diagram của nó có dạng như sau. Dữ liệu đọc về có dạng chuỗi. Để tách ra các thành phần của nó cần phải dùng subVI List To 3DArray. Block Diagram của nó như hình 3-7. Để tách ra phần dữ liệu có thể dùng hàm Array Index. Dữ liệu đọc về sẽ được đưa qua bộ lọc Butterworth thông thấp để lọc bỏ nhiễu loạn. Sau đó tín hiệu sẽ được gửi ra waveform chart để biểu diễn. Quá trình này được lặp cho tới khi nào bấm vào nút stop để kết thúc chương trình. Khi thực hiện chương trình, trước hết chọn cấu hình của kênh từ control Channel Configuration. Sau đó chọn tần số lấy mẫu. Sau đó cho chương trình thực hiện. Khi thực hiện chương trình sẽ gọi đến các VI dạng dialog để đặt cấu hình cho đường truyền và cấu hình các kênh. Khi muốn hiển thị kênh nào trên đồ thị sử dụng núm xoay Channel Selection. Danh mục một số bài thí nghiệm đã thực hiện: - Quan sát phổ của tín hiệu máy điện. - Tính toán các tham số của máy điện. Hình 3-6. Read VI Block Diagram. Hình 3-7. List To 3DArray Block Diagram. VNArmy 47 KẾT LUẬN CHUNG. Đề tài đã nêu được cách tiếp cận với ngôn ngữ lập trình LabVIEW thông qua kỹ thuật lập trình cơ bản và nâng cao. Đề tài cũng nghiên cứu tập lệnh của thiết bị thông minh HP 34970A và đưa ra được lưu đồ thuật toán để thu tín hiệu thông qua chuẩn RS-232. Qua lưu đồ đó thực hiện kết nối máy tính với thiết bị HP 34970A để điều khiển thiết bị từ bệ thí nghiệm máy điện. Đề tài đã xây dựng được chương trình cụ thể để thu và biểu diễn tín hiệu. Hướng phát triển tiếp theo của đề tài: - Xây dựng hệ thống đo lường và điều khiển thiết bị bằng chuẩn GPIB hoặc VXI. - Xây dựng các VI để mô phỏng các thiết bị ảo như HP34970, Kyowa .. VNArmy 48 MỤC LỤC Lời nói đầu 1 Chương 1 Kỹ thuật lập trình trên LabVIEW 2 1.1. Kỹ thuật lập trình cơ bản trên LabVIEW 1 1.2.Lập trình nâng cao trên LabVIEW 26 Chương 2 Thiết bị đo thông minh HP34970A 33 Chương 3 Xây dựng bài thí nghiệm trên bệ thí nghiệm máy điện 41 Kết luận chung 45 VNArmy 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO LabVIEW User Manual G Programming Reference Manual HP 34970A Data Acquisittion/Switch Unit