Card NI6014 là thiết bị phần cứng thuộc dũng DAQ của hóng National Instrument, sử dụng để điều khiển đối tượng thời gian thực. Card được ghộp với mỏy tớnh qua cổng PCI của mỏy tớnh. Mỏy tớnh và card trở thành hệ thống điều khiển hoàn chỉnh, bao gồm nhiều chức năng: Thu thập tớn hiệu vào qua cổng vào tương tự(AI) vào số(DI) và cỏc bộ đếm(Counter), đưa tớn hiệu điều khiển ra bờn ngoài qua cổng ra tương tự(AO), ra số(DO) và cỏc đầu ra tạo xung, tớnh toỏn cỏc bộ điều khiển bằng CPU mỏy tớnh. Card PCI 6014 được điều khiển nhờ phần mềm chuyờn dụng của hóng là DQA7.x hoặc bằng cỏc phần mềm do người sử dụng viết bằng ngụn ngữ C, VB, Lab-window, LabView ... Đặc biệt hiện nay card này đó được chương trỡnh Matlab hỗ trợ điều khiển thụng qua chương trỡnh mụ phỏng Simulink. Việc thiết kế điều khiển trờn Simulink rất đơn giản, Cỏc chương trỡnh điều khiển thiết kế theo dạng khối xõy dựng sẵn trờn Simulink. Simulink hỗ trợ cỏc khối vào ra với card. Sau khi dịch sơ đồ điều khiển là chương trỡnh cú thể kết nối điều khiển Card với thời gian thực, rất tiện lợi.
Trỡnh bày cỏc đặc điểm phần cứng của Card6014.
Cỏc đầu nối chức năng cơ bản của Card NI6014 bao gồm: AI, AO, DIO, TIO. - 16 kờnh AI với độ phõn giải 16 bớt.
- 2 kờnh AO với độ phõn giải 16 bớt
- 8 đầu vào ra số chuẩn TTL cú thể đặt là đầu ra(DO) hoặc đầu vào(DI) bằng chương trỡnh
- 2 bộ đếm(counter(TIO)) 24 bớt Tổng số cú 68 đầu nối vào ra trờn Card.
Sơ đồ khối của Card được thể hiện trờn hỡnh vẽ 4.2
Cú thể thấy Card 6014 như một bộ mở rộng cổng vào ra cho mỏy tớnh và cú thờm cỏc bộ đếm, bộ định thời, với tốc độ truyền rất nhanh qua BUS PCI. Tốc độ tớnh toỏn cũng như truy cập chỉ cũn phụ thuộc vào tốc độ của mỏy tớnh.
< 92 >
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hỡnh 4.2 Sơ đồ khối cỏc phần tử trong Card NI6014
Đầu vào tƣơng tự(AI)
Card NI6014 cú 16 kờnh AI: AI(0,1...15)
Bộ chuyển đổi ADC chuyển tớn hiệu tương tự thành tớn hiệu số. Một bộ đệm lớn(512 mẫu tớn hiệu hay 512words) kiểu FIFO(vào trước ra sau) lưu trữ giữ liệu trong quỏ trỡnh chuyển đổi để đảm bảo dữ liệu khụng bị mất. Vào dữ liệu chuyển đổi cú thể bằng phương phỏp DMA, ngắt hoặc vào bằng chương trỡnh.
- Trở khỏng vào cỏc đầu AI rất lớn: 1G. Do đú sẽ khụng làm suy giảm tớn hiệu vào.
- Chống điện ỏp đặt vào quỏ: 25V khi chạy hoặc 15 V khi tắt.
- Dải điện ỏp vào chuẩn là -1010V, tuy nhiờn bộ AI của card hỗ trợ cả cỏc dải điện ỏp thấp hơn: -5V5V, -500mV500mV, -50mV50mV. Sở dĩ cú thể chọn được cỏc dải điện ỏp thấp hơn là vỡ trong card cú bộ khuếch đại trước khi vào bộ chuyển đổi so sỏnh với tớn hiệu mẫu. Nếu chọn cỏc dải thấp hơn thỡ độ phõn giải
< 93 >
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
điện ỏp sẽ nhỏ. Nếu chọn dải -10 10V thỡ độ phõn dải bằng: (10-(-10))/216
=301V. Ở dải thấp hơn thỡ độ phõn dải thấp hơn. Điều này núi nờn card cú thể phự hợp với nhiều dải điện ỏp vào khỏc nhau mà độ chớnh xỏc tương đối vẫn khụng đổi.
- Chu kỳ quột AI khoảng 5s (200kHz). Trong card chỉ cú 1 bộ chuyển đổi ADC nhưng phục vụ cho 16 kờnh AI nhờ bộ trộn (Mux). Cú 2 phương phỏp để tớnh ra tớn hiệu đo là: tớnh một mẫu và tớnh trung bỡnh nhiều mẫu. Phương phỏp tớnh trung bỡnh nhiều mẫu cho kết quả chớnh xỏc hơn, giảm được ảnh hưởng của tớn hiệu nhiễu. ADC cũng cú cần cỏc tớn hiệu khởi động chuyển đổi và đưa ra tớn hiệu kết thỳc chuyển đổi, nhưng những tớn hiệu này card quản lý. Việc đo tớn hiệu chỉ cần nối hai đầu vào vào hai chõn AI và AI GND của card.
Đầu ra tƣơng tự (AO)
Card cú 2 kờnh AO: AO(0,1)
Trong Card cú hai bộ chuyển đổi tớn hiệu số thành tương tự(DAC) 16 bớt. Bộ nhớ đệm tớn hiệu cũng thuộc loại FIFO cú sẵn trờn card cho phộp cỏc tớn hiệu gửi từ mỏy tớnh xuống khụng bị mất.
- Dải điện ỏp ra: -10V10V . Hoặc cú thể tăng giảm dải này nếu cú dựng điện ỏp mẫu đặt bờn ngoài.
- Trở khỏng ra nhỏ: 0,1 đảm bảo cung cấp dũng ra max 5mA. - Chống ngắn mạch đầu AO.
- Thời gian chuyển đổi của DAC nhanh cỡ : 5075ns
- Độ chớnh xỏc: phụ thuộc vào dải điện ỏp ra và nhiệt độ mụi trường: - Với Card NI6014 dải điện ỏp ra tương tự: -10V10V , độ chớnh xỏc khoảng 0,3mV .
- Quản lý dữ liệu của bộ điều khiển AO cú thể theo phương phỏp cú bộ đệm(buffered) hoặc khụng bộ đệm(non-buffered).
- Cú bộ đệm: Dữ liệu được chuyển từ bộ đệm mỏy tớnh xuống bộ đệm của card sử dụng phương phỏp DMA hoặc ngắt trước khi nú được truyền xuống DAC. Phương phỏp này cú tốc độ nhanh hơn phương phỏp khụng bộ đệm bởi dữ liệu được truyền theo cả khối lớn tại một thời điểm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
< 94 >
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Khụng bộ đệm: Dữ liệu truyền thẳng từ bộ đệm mỏy tớnh xuống DAC, mỗi thời điểm truyền một số. Phương phỏp này chậm hơn, tuy nhiờn nú được sử dụng khi tớn hiệu cần truyền ở dạng trớch mẫu theo thời gian, thời gian thực.
Cổng vào ra số (DIO)
Card cú 8 kờnh vào ra số: P0.(0,1..7) chuẩn TTL, điện ỏp vào bảo vệ <VCC+0,5V. Cỏc đầu này cú thể lập trỡnh là đầu ra (DO) hoặc đầu vào(DI)
Dũng ra (DO) hoặc dũng vào(DI) max: 10mA Counter
Card cú 2 Counter/timers 24 bớt
Hỡnh 4.3 Dạng của một counter
Counter0 và Counter1 gồm cỏc chõn:
- CTR0 Source, CTR1 Source : là cỏc chõn đưa tớn hiệu xung cần đếm vào. Tần số xung tối đa đếm được là 20 MHz.
- Chõn CTR0 Gate và CTR1 Gate là cỏc chõn định chế độ đếm xung: đếm theo mức hay theo sườn, phụ thuộc vào ứng dụng thực hiện bởi bộ đếm. Cỏc chõn này cũn cú thể làm cỏc chức năng khỏc như: khởi động bộ đếm, dừng bộ đếm, lưu bộ đếm.
- Chõn CTR0 Out và CTR1 Out là cỏc chõn ra bỏo tớn hiệu sau một chu kỳ đếm. Cú thể là bỏo 1 xung hoặc một mức tuỳ vào chương trỡnh.
Bộ đếm trong card là loại bộ đếm tăng / giảm(Up/down). Hai đầu vào đếm này tuỳ theo ứng dụng khỏc nhau mà cú thể dựng làm bộ đo tần số, bộ đếm sườn xung, đo chu kỳ, đo độ rộng xung, phỏt xung.
< 95 >
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trong card cú 10 đầu PFI (0..9). Tuỳ vào ứng dụng khỏc nhau mà sử dụng cỏc đầu này thành cỏc đầu chức năng cụ thể. Điều này sẽ tiết kiệm được cỏc đầu vào ra cho cỏc ứng dụng khỏc nhau. Vớ dụ đầu PFI3 là chõn vào bộ đếm 1, PFI8 là chõn vào bộ đếm 0, PFI1 là chõn đưa tớn hiệu điện ỏp mẫu bờn ngoài cho AI, PFI2 là chõn đưa tớn hiệu Clock cho tần số chuyển đổi của AI...