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Instrumentación y adquisición
de datos
Fundamentos de los instrumentos
programables de medida
Interfaces
de
Instrumentación
DTF FI UPM
Instrumentación programable
Instrumento
Instrumento
señal de señal
generador
medida
Procesador Procesador
digital digital
Interfaz Interfaz
de de
usuario usuario
2
Modelo de instrumento SCPI
Standard Commands for Programmable Instrumentation
Encaminado
Señal Medida FORMat Bus de datos
de señal
TRIGger MEMory DISplay
Encaminado Generación
Señal FORMat Bus de datos
de señal de señal
3
Introducción a los buses
4
Buses de comunicación
Un bus es un camino de comunicación
entre dos o más dispositivos. Se
caracteriza esencialmente por ser un
medio de comunicación compartido.
D1 BUS D3
E/S E/S
D2
Controlador
5
Elementos básicos de un bus
• Líneas de datos
• Líneas de dirección
• Líneas de control
Líneas de arbitraje (multimaestro)
DATA
D1 DIR D2
CON
6
Características de los buses
• Tipo de líneas
• Dedicadas Ejemplo: CLK, RST#
• Multiplexadas (con diversos usos)
Ejemplo: AD[31:0]
• Método de arbitraje (maestro-esclavo)
• Centralizado Ejemplo: ISA
• Distribuido Ejemplo: PCI
Nota. Bus Master: dispositivos capaces de
tomar el control del bus
7
Clasificación de buses
Según el tipo de sincronismo:
•Buses síncronos
• Cuando la temporización de transferencia de datos
es fija.
• La temporización de la transferencia está fijada por
el reloj del maestro.
• Si existe la posibilidad de que el dispositivo
esclavo introduzca ciclos de espera Buses
semisíncronos.
•Buses asíncronos
• Cuando la temporización de transferencia se ajusta
al dispositivo a controlar Handshake.
8
Clasificación de buses
Según el modo de acceso
• Buses paralelo: acceso a datos simultáneo
Ejemplo: PCI
• Buses serie: acceso a datos secuencial
Ejemplo: RS-232
Según el tipo de aplicación:
• Buses de sistema o internos
• Buses de entrada/salida
• Buses de instrumentación
9
Clasificación de buses
Buses de sistema
• Diseñados inicialmente para transferencias de
datos ente la CPU y la memoria.
• Los buses internos de los microprocesadores
se pueden incluir en esta categoría.
• Ejemplo de evolución:
Bus ISA PCI PCI express
ISA 8 BITS PCI 32 BITS
…
ISA 16 BITS PCI 64 BITS
10
Clasificación de buses
Buses de entrada/salida
• Permiten que varios dispositivos de I/O estén
conectados a un mismo bus paralelo o serie con
señales de control.
• Se utilizan cables en lugar de back-plane slots.
• Ejemplo de evolución:
Bus SCSI (Small Computer System Interface)
SCSI-1 SCSI-2 SCSI-3
wide Ultra
wide & fast …
40 MBps 80 MBps 160 MBps
11
Clasificación de buses
Buses de instrumentación
• Son buses específicamente diseñados para
integrar instrumentos
• Ejemplos: Cables
• GPIB/HPIB/IEEE-488 Bus paralelo
• IEEE-1174 (RS232) Bus serie
------------------------------------------------------
• VME bus Racks Racks
• VXI bus
• CompactPCI
• PXI, PXIe
12
Buses de instrumentación
Cables Racks
RS-232C RS-485 PCI , Compact PCI, PXI
USB PCI express, PXIexpress
Firewire / IEEE 1394 PCMCIA
Ethernet VME, VXI
GPIB / IEEE 488
13
Interfaces
RS-232 RS-422 RS-485
RS:
Recommended Standard
14
Interfaz RS-232
PC Serial
RS-232 Instrument Port
RS-232 Cable
15
Bus RS-232
Interfaz serie inicialmente especificado
para conectar computadores (DTE) a
modems (DCE)
• Cable formado por 2 líneas de datos +
6 de control + 1 de masa
• Señales de 5 V a 15 V. Lógica neg.
• Transmisión Full Duplex (TXD y RXD
simultáneas)
• 20 Kbit/s sobre distancias de 17 m
• 200 Kbit/s sobre cortas distancias
16
Interfaz RS-232
Trama asíncrona de datos
17
Interfaz RS-232
Características de la señal de datos
18
Interfaz RS-232
Características del conector DB-9
1 5
Pin DTE DCE
1 DCD Input Output
2 RxD I O
3 TxD O I
4 DTR O I
5 Com - -
6 DSR I O
7 RTS O I
8 CTS I O
9 RI I O
6 9
19
Interfaz RS-232
Características del conector DB-9
20
Interfaz RS-232
Comunicación entre DTE y DCE
DTE: Data Terminal Equipment
DCE: Data Communication Equipment
21
Interfaz RS-232
Señales básicas de datos Full Duplex
Con control Sw
22
Interfaz RS-232
Control mediante Sw
23
Interfaz RS-232
Señales básicas Full Duplex
Con control Hw
24
Interfaz RS-232
Control mediante Hw
Datos
RTS RTS
Control
25
Interfaz RS-232
Ejemplo de
configuración
en Microsoft
Windows
26
Interfaz IEEE-1174
Nuevo estándar de interfaz serie para
instrumentación programable basado en
RS-232 (1174.0) + 1174.1 + 1174.2
para emulación del interfaz IEEE-488
27
Bus RS-422. Diferencial
RS-422 interfaz serie con señales
eléctricas diferenciales mayor
inmunidad al ruido y distancias más
largas que RS-232 Señales min. de 2 V
• Utilizado por los computadores Apple
Macintosh hasta 1999
• Conductor con cuatro cables
• Permite hasta 10 receptores
• 100 Kbit/s sobre distancias de 1200 m
• 1 Mbit/s sobre cortas distancias
28
Bus RS-422. Diferencial
Señales complementarias
Ruido
VENTAJAS
1. El ruido suele afectar a ambas señales por igual
el valor diferencia es bastante inmune a las perturbaciones
2. Al tener un carácter complementario las transiciones
produce una perturbación menor a los cables externos
29
Bus RS-485. Red multipunto
RS-485 interfaz serie con señales
eléctricas diferenciales permitiendo
receptores y emisores múltiples
• Adecuado para redes de dispositivos
• Permite hasta 32 unidades.
• 10 Mbit/s hasta distancias de 100 m
• 2 o 4 líneas
www.rs485.com/rs485spec.html
Señales min. de 1.5 V
30
Bus RS-485
Señales Half Duplex y Full Duplex
Nota: El bus RS-485 está inicialmente pensado para transmisión Half Duplex a 2 hilos.
También permite la transmisión Full Duplex utilizando 4 hilos
31
Revisión general
de otros buses serie
utilizados en instrumentación
32
Bus SPI
SPI (Serial Peripheral Interface)
• Bus serie con cuatro hilos, síncrono y bidireccional:
• Señales: clock, data in, data out y chip select para cada
circuito integrado que tiene que ser controlado.
• comunicación full-duplex
• Se utiliza especialmente para la interconexión de un
microcontrolador con sus periféricos.
• Implementación en Hw o Sw extremadamente simple
• Los dispositivos Slave usan el reloj que envía el master
• No permite fácilmente tener varios Masters conectados al
bus CLK
Din
Dout
CS 33
Bus I2C
I2C (Inter Integrated Circuit Bus)
• Bus serie con dos hilos, síncrono y bidireccional.
• Fue desarrollado por Philips en 1980.
• Se utiliza especialmente para la interconexión de un
microcontrolador con sus periféricos (Convertidor A/D,
EEPROM, driver LCD, RTC,.. ) u otros microcontroladores.
• Señales: SDA (Serial DAta) y SCL (Serial CLock)
El dispositivo puede trabajar como receptor o como
transmisor, dependiendo de sus funciones.
• Cada dispositivo tiene su propia dirección de 7 bits que
consta de una parte fija (4 bits internos del chip ) y de una
parte variable (3 bits del dispositivo).
SDA
SCL 34
Bus USB www.usb.org
USB (Universal Serial Bus)
• Bus serie para conectar dispositivos periféricos
• USB 1.1 define dos velocidades: 1.5 y 12 Mbps
• USB 2.0 velocidades hasta 480 Mbps
• USB 3.0 velocidades hasta 4,8 Gbps Nota. USB 2.0 es 40x
• [USB 2.0] Compuesto de 4 hilos: más rápido que USB 1.1
[(Vcc, GND), (D-, D+ (par trenzado)) ]
35
Bus USB
USB (Universal Serial Bus)
• Puede suministrar un máximo de 500mA para
alimentación de los dispositivos
• Tres tipos de componentes: Host, Hub y peripheral
• Soporta hasta 127 dispositivos. Host to peripheral
• Plug&Play and Hot Pluggable
USB
Conector HUB
36
Bus USB
Utilización de bloques IP (VHDL) para USB
Product Tran- USB 2.0
Function sceiver
3rd Party VHDL
ASIC
Serial Interface Engine
Device
Hardware Device Endpoint Logic
Specific SIE USB 2.0 USB 2.0
Logic Endpoint Logic Control
Transceiver
… Logic
Endpoint Logic
37
Bus FireWire / IEEE 1394a/b/c
Estándar IEEE-1394 a partir de 1955 [Apple]
• Bus serie para conectar dispositivos periféricos de
gran ancho de banda (Inic. para multimedia)
• Velocidad hasta 400 Mbps, 800 Mbps y 6,4Gbps en
el futuro
• Compuesto de 6 hilos:[Vcc,Gnd,(Data±),(Strobe±)]
• Puede suministrar alimentación a los dispositivos
• Soporta hasta 63 dispositivos. Peer to peer
• Multimaestro; permite DMA ( USB) & memory-
mapped devices
• Plug&Play and Hot Pluggable Originalmente
desarrollado por Apple
38
Bus FireWire / IEEE 1394a/b/c
Estándar IEE-1394.
Aplicaciones multimedia
39
Bus FireWire / IEEE 1394a/b/c
Estándar IEEE-1394. Conexiones multimedia
40
Bus FireWire / IEEE 1394a/b/c
Estándar IEEE-1394.
Conexiones para instrumentación GPIB y VXI
VXI-1394
41
Tabla comparativa de buses
BUS Velocidad
Serial RS-232 common 9.6 kbit/s
Serial RS-232 max 230.4 kbit/s
Serial RS-422 max 10 Mbit/s
USB Full Speed (USB 1.1) 12 Mbit/s
USB Hi-Speed (USB 2.0) 480 Mbit/s
FireWire (IEEE 1394) 400 393.216 Mbit/s
FireWire (IEEE 1394b) 800 786.432 Mbit/s
FireWire (IEEE 1394b) 1600 1.572864 Gbit/s
FireWire (IEEE 1394b) 3200 3.145728 Gbit/s
External SATA 2.4 Gbit/s
42
Ethernet IEEE 802.3 xx
LAN (Local Area Network) Revisión básica
• Cableado más usual UTP (par trenzado no apantallado)
• Velocidades: 10 Mbps, 100 Mbps, 1Gb/s, 10Gb/s,
40Gb/s, 100Gb/s (IEEE P802.3ba)
• Protocolo CSMA CD
Carrier Sense Multiple Access Collision Detect
Comprobación de existencia de transmisión por parte de
otra estación antes de enviar.
Pueden existir colisiones. En este caso se para la
transmisión y se intenta después de un intervalo de
tiempo aleatorio
www.lxistandard.org 43
Ethernet IEEE 802.3 xx
LAN (Local Area Network) Revisión básica
• Empleado ampliamente en sistemas para
adquisición de datos.
• Mediante TCPIP Conexión a Internet
www.lxistandard.org 44
Ethernet IEEE 802.3 xx
LAN (Local Area Network) Revisión básica
• Cableado más usual UTP (par trenzado no apantallado)
• Velocidades: 10 Mbps, 100 Mbps, 1Gb/s, 10Gb/s
• Protocolo CSMA CD
Carrier Sense Multiple Access Collision Detect
Comprobación de existencia de transmisión por parte de
otra estación antes de enviar.
Pueden existir colisiones. En este caso se para la
transmisión y se intenta después de un intervalo de
tiempo aleatorio
www.lxistandard.org 45
Field Buses
Buses de campo
• Son redes de área local dedicadas a adquisición
de datos y control de sensores y actuadores
• El medio físico es un par trenzado de bajo coste.
• Están optimizados para mensajes cortos punto a
punto. Conexión en estrella y lineal
• Gran No. de estándares: Profibus, Interbus, CAN, etc.
• Mercado con gran expansión. Iniciado en la
industria química y petroquímica (1994).
• Actualmente diversos buses de campo están
también basados en Ethernet
46
Field Buses
Buses de campo
47
Bus CAN ISO 11898
CAN (Controller Area Network)
• Bus serie de campo inicialmente definido para
vehículos. Desarrollado por Bosch
• CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Acces
Collision Avoidance
• ISO 11898
• 1 Mbps. (velocidad típica)
• Bus serie síncrono
• Diseñado para baja tasa de errores
• Bus tipo Broadcast. Cada nodo reacciona sólo a
los mensajes de su interés
48
Bus CAN
CAN (Controller Area Network)
• Señales con dos tipos de estados:
• Dominante (0) y Recesivo (1).
Cableado lógico tipo And
• Protocolo CAN:
• Varios niveles físicos
• Mensajes por tramas
• Reglas de arbitraje para la transmisión de mensajes.
• Comparación bit a bit del campo de arbitraje
• Los conflictos se resuelven mediante:
El paso Dominante Recesivo (del nodo no dominante).
• Condición: dos nodos no pueden tener transmitir el mismo
campo de arbitraje
• Detección y tratamiento de errores realizado por el IC
que implementa el protocolo CAN. 49
Bus CAN. Ejemplo de aplicación
Emergency call
Information
Roadside assistance
GPS Telematics GSM / CDMA
Front End processor Phone
UAA1570HL SAF3100 Module
Speech
I²C recognition
CAN TX HelloIC Mic.
TJA1050 SBF1005
CA
N Radio Radio Baseband
Front-End LS
CarDSP or CASP
Wheel Sensors / ABS: Speed pulse NICE SAA7706H/TEA6880A
TEA6840H
Gearbox: Forward/Reverse
Direction
Gyro
Diagnostics system / Climate Control Airbag
Philips 50
Bluetooth
Tecnología de comunicación sin hilos
• Para conexión entre dispositivos próximos vía
radio en la banda científica y médica de 2,4 a 2,8
GHz mediante un pequeño microchip ( bajo coste)
• Dos tipos de alcance: hasta 10 m y hasta 100 m
• Garantiza que sólo las unidades autorizadas
puedan comunicarse
• La señal está continuamente saltando entre 79
frecuencias en el rango de 1 MHz (1600 veces en
un segundo) Alta inmunidad
• Conexiones punto-a-punto y punto-a-multipunto
51
Bus de instrumentación
GPIB
52
Bus HP-IB / GPIB / IEEE-488
GPIB Instrument GPIB Interface
GPIB Cable
En 1965 HP diseña el bus paralelo
HP-IB (Hewlett Packard Interface Bus)
para sistemas de instrumentación
53
Standards Introduction
1965 • HP designs HP-IB (Hewlett Packard Interface Bus)
1975 • HP-IB becomes IEEE 488 (250KB/s)
1987 • IEEE 488.2 adopted (1MB/s)
IEEE 488 becomes IEEE 488.1
1990 • SCPI (Standard Commands for Programmable
Instruments) added to IEEE 488.2
1992 • IEEE 488.2 revised
1993 • HS488 (High speed extension ) proposed (8MB/s)
1999 • HS488 approved
54
Bus GPIB / IEEE-488
General Purpose Interface Bus
• Introducido por Hewlett-Packard en 1965
(HPIB)
• Velocidad 250KB/s 1MBps
• Protocolo de transferencia de mensajes
asíncrono byte serie
C
• 3 Tipos de dispositivos:
• Controllers T L
• Talkers ...
• Listener L
55
Bus GPIB / IEEE-488
Descripción del cable y conectores
56
Bus GPIB / IEEE-488
Características físicas generales
• Cable coaxial paralelo de 24 conductores
• Conector y base en cada terminal
• Máxima longitud de separación 20 metros
• Máxima separación entre dispositivos 4 metros
• Separación media entre dispositivos 2 metros
• Conexión en estrella o lineal
57
Bus GPIB / IEEE-488
Direcciones
Se permiten hasta 15 dispositivos
• Direcciones primarias 0..30
Cada dispositivo puede contener un conjunto
de subdirecciones
• Direcciones secundarias 0..30
Niveles lógicos
• Niveles TTL
• Lógica negativa
58
Bus GPIB / IEEE-488
Conector
americano
24 Pins. DIO1
DIO2 1 13
DIO5
DIO6
DIO3 DIO7
DIO4 DIO8
EOI REN
DAV GND (TW PAIR W/DAV)
NRFD GND (TW PAIR W/NRFD)
NDAC GND (TW PAIR W/NDAC)
IFC GND (TW PAIR W/IFC)
SRQ GND (TW PAIR W/SRQ)
ATN 12 24 GND (TW PAIR W/ATN)
SHIELD SIGNAL GROUND
Nota: TW=Twisted
Nota: El conector europeo (IEC 625-1) tiene 25 Pins 59
Bus GPIB / IEEE-488
Estructura
16 señales
de las
señales
del
Conector
60
Bus GPIB / IEEE-488
16 Líneas de señal:
• 8 líneas de datos
• DIO[1:8]
• 3 líneas de handshake
• NRFD (Not Ready for Data) [Disponible]
• NDAC (Not Data Accepted) [Aceptado]
• DAV (Data Valid) [Válido]
• 5 líneas de interface management
• ATN, EOI, IFC, REN, SQR ( ...)
• 8 Líneas de tierra
61
GPIB / IEEE-488 Handshake
“We are ready Here is data We have got it”
62
Bus GPIB / IEEE-488
Líneas de interface management (5)
Controlan el flujo general de control y datos
• ATN (Attention)
Para indicar se ha colocado un byte de dirección o control
• EOI (End Or Identify)
Para indicar “End-of-Data” o para iniciar un “Parallel Poll”
• IFC (Interface Clear)
Para inicializar todos los dispositivos
• REN (Remote Enable)
Para habilitar un dispositivo, para poder ser controlado posteriormente
• SQR (Service Request)
Petición de interrupción por parte de un dispositivo
63
Bus GPIB / IEEE-488
Device A Device B Device C Device D
Able to Talk Able to Talk Able to Able to
Listen and and Listen Listen Only Talk Only
Control
EOI
REM General Bus
Management
SRQ
ATN
IFC
NDAC Handshake
NRFD Lines
DAV
Data Bus
DIO 1 - 8
64
IEEE-488.1 IEEE-488.2 SCPI
División multinivel de un interfaz
IEEE-488.1
Especificaciones mecánicas, eléctricas.
Funciones básicas de control y handshaking
IEEE-488.2
Estructura de datos y sintaxis. Ordenes y consultas comunes
Protocolo de mensajes. Secuencias de control
SCPI
Formato de intercambio de datos. Ordenes jerárquicas normalizadas
65
IEEE-488.1 y IEEE-488.2
• Estándar IEEE-488 IEEE-488.1
Ejemplos: DCL (Device Clear Command)
REN (Remote Enable Command)
• Estándar IEEE-488.2
Definición más precisa de la comunicación:
• Protocolos de intercambios de mensajes
• Sintaxis y formatos de datos
• Ordenes generales y peticiones de estado
Ejemplos: *TRG (Trigger Command)
*CAL (Calibration Query)
*RST (Reset Commahd)
66
SCPI
Standard Commands Programmable
Instruments: 1990
Definición de un jerárquico lenguaje común
para instrumentos programables basado en
una estructura común
Standard Commands for Programmable Instrumentation
(SCPI) is a consistent set of commands and responses
regardless of supplier or instrument type.
Ejemplo de comando de configuración:
MEAS:VOLT:AC 67
SCPI Estructura común
SCPI: Standard Command Programmable Instruments
MEASurement function
FORMat
Signal INPut SENSe CALC
DISPlay
TRIGger MEMory
Signal generation
OUPut SOURce CALC FORMat
68
SCPI
SCPI: Standard Command Programmable Instruments
Ejemplos
Cabecera Argumentos
:SAVe:WAVEform CH1, REFA
:TRIGger:MODe NORMal :
Separación de niveles
:ACQuire:NUMAVg 16
:ACQuire:Mode AVE
:ACQuire:Mode? ?
Pregunta
69
SCPI
SCPI: Standard Command Programmable Instruments
Ejemplos
Cabecera Argumentos
:TRIGger:MODe NORMal; :ACQuire:NUMAVg 16
:ACQuire:MODe AVE; NUMAVg 16
;
Concatenación
de comandos
70
SCPI
SCPI: Standard Command Programmable Instruments
Ejemplos de comandos de configuración
Cabecera Argumentos
:CONFigure:VOLTage:DC AUTO
:CONFigure :VOLTage:DC 10V
:CONFigure :CURRent:AC AUTO
:CONFigure :RESistance AUTO
:CONFigure :FREQuency AUTO
:CONFigure:WAVE1:SOURce 1KHZ
71
SCPI
SCPI: Standard Command Programmable Instruments
EJ. Comandos principales de un osciloscopio
ACQuire Adquisición de señales (muestra, promedio, etc)
CALibrate Calibración y diagnóstico del aparato
CURSor Control del cursor
DISplay Control de la pantalla (formato YT o XT, contraste, etc)
HORizontal Control de la base de tiempos (posición, escala, etc)
MATH Operaciones matemáticas sobre las ondas (suma, resta, FFT)
MEASUrement Medidas sobre ondas (amplitud, frecuencia., etc)
TRIGger Control del disparo (fuente, nivel, pendiente, etc)
CH Control vertical de las señales (posición, amplitud, etc)
CURV, DAT y WFMP Captura de ondas del osciloscopio
72
SCPI
SCPI: Standard Command Programmable Instruments
Start
Instruments Configuration #1 #2
*RST *RST *RST Instruments
:SOURce:FUNC VOLT :SENSe:FUNC “VOLT” :SENSe:FUNC “CURR” Configuration
:SOURce:LEV 10 :SENSe:VOLT:RANG 5 :SENSe:CURR:RANG 10E-3
Instrument #1
Instrument #1 Instrument #2 Get Voltage
Get Voltage :OUTP ON
:READ?
Get Current :OUTP ON
:READ? Instrument #2
:OUTP OFF :OUTP OFF Get Current
Resistance
Resistance Calculation
Calculation => End
End
Ejemplo: Medida de una resistencia
73
Bus VME
Estándar inicialmente definido por
Motorola para el MC68000 en 1979
• Especificación de dimensiones físicas de las placas,
Back-plane, chasis y eléctricas. IEEE-1014
• Cuatro sub-buses: transferencia de datos, arbitraje,
prioridad de interrupciones y utilidades (power, clocks, ...)
• Varios protocolos de comunicación. Permite DMA
• Bus de datos y direcciones de 32 bits
• Transferencias asíncronas de datos: 8,16 y 32 bits
• Modo de transferencia de bloques (256 bytes)
• VME64 permite la trasferencia en modo 64 bits
utilizando D0:31 y A0:31
VXI: VME eXtension Instrumentation ...
74
Bus VXI
75
Rack VXI
VXI: VME eXtension Instrumentation
76
Sistema VXI
VXI: VME eXtension Instrumentation
77
Arquitectura VXI
Direct User VXIbus Application
Programs
Interaction
with VXIbus
Open
Arquitectura Application
Instr.
Software
Sw/Hw Drivers
Standard
Proprietary Programming
abierta Application
Software
Languages
C, BASIC,
Instrument ADA, etc.
Drivers
Plataforma VXI
OPERATING SYSTEM
VXI Bus Interface Software
VXIbus Controller
VXIbus Backplane
VXI VXI
Message Register VME
Based Based Devices
Devices Devices 78
Características del bus
y plataforma VXI
bus
IAD NI
DTF FI UPM
79
BUS PCI
Peripheral Component Interconnect
• CK: 33 MHz / 66 MHz Data: 32 bits /64 bits
• Datos y direcciones multiplexados
• Plug&Play. Espacio de configuración.
• Modo Burst para lectura y escritura
CompactPCI
• Compatible eléctricamente con PCI
• Conectores y factores de forma de bus VME
Eurocard 3U o 6U
• Consorcio de fabricantes (>500)
PXI: PCI eXtension Instrumentation ...
80
PCI Express
PCI Express is a high-speed, general purpose,
serial point-to-point I/O interconnect for
computing and communications platforms
Clocking: Embedded clock signaling using 8b/10b encoding
which consumes 20% of available bandwidth (BW)
A B
PCI Express = 3GIO
81
PCI Express
Interconexión diferencial serie 2.5 Gb/s
unidireccional dual de baja tensión (+/- 0.3V)
PCI Express 2: 5Gb/s speed
PCI Express = Ancho de banda sin compartir
82
PCI Express
• Conexión serie punto a punto PCI Express
Clock
• 2.5Gb/s por señal y dirección: Device
BW útil = 2.5Gb/s × 0.8 = 2Gb/s
• Ancho de banda por dirección
1x, 2x, 4x, 8x, 16x, 32x
0.25 0.5 1 2 4 8 GB/s
En cada dirección
• Bus compatible con PCI.
PCI Express
Clock
Device
• Espacio de configuración extendido
con respecto a PCI
PCI Express. Principales características
83
PCI Express
Scalable bandwidth
Supports I/O & graphics
Up to 30 increase over PCI
16X
8X
4X
1X
PCI Express. Factores de forma
84
Bus PXI
PCI eXtension Instrumentation
85
Rack PXI
PXI: PCI eXtension Instrumentation
86
Bus PXI
Bus PCI+ Señales de disparo (trigger) adicionales
PXI: PCI eXtension Instrumentation
87
Rack PXIe
Ejemplo
8-Slot PXI Express Chassis for PXI and PXI Express Modules
• 4 PXI slots
• 1 PXI Express system timing slot
• 2 PXI Express hybrid slots
PXIe: PCI Express eXtension Instrumentation
88
Características del bus
y plataforma PXI
Modular
Instrumentation
“The New PC Platform for
Measurement and Automation”
IAD NI
DTF FI UPM 1
89
Niveles de comunicación
90
Arquitectura Software
Interfaz
de
comunicación
SCPI VISA IVI
LabVIEW
Interface Board CVI
(GPIB, PXI, VXI, etc.) C++, etc
Niveles software
91
Niveles de comunicación. VISA
VISA: Virtual Instrument Software Architecture
Virtual Instrument Software Architecture
VISA
Serial GPIB VXI PXI
Standard API for programming instruments
Platform independent ( SCPI commands)
Interface independent
Interface to Serial, GPIB, and VXI instruments
VISA is the backbone of IVI 92
Niveles de comunicación. VISA
VISA: Virtual Instrument Software Architecture
93
Niveles de comunicación. VISA
VISA: Virtual Instrument Software Architecture
94
Niveles de comunicación. IVI
IVI: Interchangeable Virtual Instrument
¿Qué es IVI? www.ivifoundation.org
Interchangeable Virtual Instrument
Objetivo IVI drivers
Mediante una librería IVI, el programador puede
emplear rutinas estándar de alto nivel sin necesidad
de conocer los comandos SCPI de cada instrumento
Ejemplo
hp33120a_ConfigureStandardWaveform (Generador, "1",
HP33120A_VAL_WFM_SINE, amplitud, 0.00, frecuencia*1e3, 0.00);
95
Niveles de comunicación. IVI
IVI: Interchangeable Virtual Instrument
Ventajas de IVI
• Utilización de VISA (independizando la programación del
interfaz utilizado)
• Facilidad de intercambio de instrumentos (tipo y fabricante)
• Posibilidad de trabajar con instrumentos simulados
durante el desarrollo
• Posibilidad de acceso a los instrumentos mediante una
caché de estado, para optimizar el tráfico del bus,
cambiando el estado del instrumento de forma incremental.
• Posibilidad de programación multihilo.
96
Niveles de comunicación. IVI
IVI: Interchangeable Virtual Instrument
Fundación IVI
www.ivifoundation.org
The IVI Foundation is a new, open consortium
founded (1998) to promote specifications for
programming test instruments that simplify
interchangeability, provide better performance,
and reduce the cost of program development and
maintenance
www.ivifoundation.org/ApprovedSpecs 97
Niveles de comunicación. IVI
IVI: Interchangeable Virtual Instrument
Arquitectura Sw abierta IVI
Basada en el estándar COM
(Component Object Model) de Microsoft
• IVI-COM is a driver architecture standard
• IVI-COM drivers work in industry standard
software development environments, like Visual
Basic and Visual C++, and proprietary test and
measurement software development
environments, like National Instruments
LabVIEW, which supports COM.
98
Niveles de comunicación. IVI
IVI: Interchangeable Virtual Instrument
Arquitectura Sw abierta IVI
•IVI standards specify an instrument driver
architecture that addresses concerns with
previous driver technology: compatibility with
popular application development environments
(ADE)
•IVI standards specify common command
syntax across instrument families and members
99
Niveles de comunicación. IVI
IVI: Interchangeable Virtual Instrument
Arquitectura Sw abierta IVI
Instrument Class specifications (IVI-x)
• Fuentes DC
• Multímetros digitales
• Generadores de funciones
• Osciloscopios
• Medidores de potencia
• Generadores de RF
• Analizadores de espectros
• Conmutadores de señales (switches)
100
Niveles de comunicación. IVI
IVI: Interchangeable Virtual Instrument
Arquitectura Sw abierta IVI
Interface types:
ANSI-C, ActiveX/COM
IVI drivers:
All IVI drivers communicate to the
instrumentation hardware through an
I/O Library. The VISA library is used
for the GPIB and VXI buses, while
other buses can either utilize VISA or
another library
101
Niveles de comunicación. IVI
IVI: Interchangeable Virtual Instrument
Arquitectura Sw abierta IVI
The IVI standards define
• An open driver Measurement
architecture, and Stimulus
Subsystem
• A set of instrument Architecture
classes (IVI-MSS)
• The requirements for
instrument
Standard functionality,
interchangeability
drivers and interfaces
102
Niveles de comunicación. IVI
IVI: Interchangeable Virtual Instrument
Drivers IVI (Interchangeable Virtual Instruments).
Divide features into three groups.
Base capabilities (Required)
Extension capabilities (Optional)
Allow for vendor-specific capabilities
103
Ejemplo de
Entorno Sw Integrado
para Test y Medida
104
Visual Studio .NET for T&M Test and Measurement
Fully Integrated into the VS.NET IDE
105
Asistentes
New Project Wizard
Instrument Wizards
Driver Wizard
Rapid Application Development - RAD
Para generar e insertar código
106
Explorador de instrumentos
Rápida conexión a instrumentos
107
Utilidades para instrumentos
Fácil depuración de instrumentos 108
Visualización de datos
Herramientas de visualización 109
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