2015. február hónap bejegyzései

NI USB-7856R

A tanszék a REVLAB pályázat keretén belül szerzett be egy NI USB-7856R multifunkciós USB valós idejű adatgyűjtőt. A projektben elsősorban valós idejű vezérlési, jelfeldolgozási és jelgenerálási feladatokat valósítunk meg az eszköz segítségével. E mellett az eszköz tudományos kutatási és oktatási feladatokban is fel lesz használva, többek között két futó szakdolgozat is felhasználja ezt az eszközt.

NI USB-7856R

Az adatgyűjtő magja egy Kintex 7 160T FPGA, mely LabVIEW-ból közvetlenül programozható az NI FPGA modul segítségével. Ennek köszönhetően az eszközre egyszerűen lehet definiálni nagy teljesítményű szoftverdefiniált műszereket. Az eszközt USB-n keresztül közvetlenül a számítógéphez tudjuk kötni, a FPGA és a PC közötti adatátvitelt DMA csatornák biztosítják. A program feltöltését követően az eszköz korlátozottan, a PC használata nélkül is működtethető.

Az eszköz legfontosabb tulajdonságai:

  • 8 db 1 MHz-es 16 bit-es analóg bemenet, 4 különböző mérési tartománnyal, szimultán mintavételezés
  • 8 db 1 MHz-es 16 bit-es analóg kimenet
  • 32 db 80 MHz-es digitális I/O vonal
  • 16 db 10 MHz-es digitális I/O vonal
  • 202 800 Flip-Flop, 101 400 LUT, 11 700 Kib RAM, 600 DSP egység
  • 40, 80, 120, 160 vagy 200 MHz órajel
  • 3 DMA csatorna

A műszer két VHDCI csatlakozóval rendelkezik, melyekről az NI SCB-68A és NI SCB-68 HSDIO csatlakozóblokkokra vezethetjük az analóg és digitális jeleket. (Érdekesség: az SCB-68A csatlakozóblokkra rajzolt kiosztás nem felel meg a műszer által jelzett kiosztásnak, a helyes elrendezést a „Where Can I Find NI SCB-68A Quick Reference Labels?” oldalon lehet elérni.)

A készülék ára a csatlakozókkal együtt kb. 2 MFt. Ez nyilvánvalóan nem kevés, csak akkor célszerű egy ilyen eszköz beszerzése, hogy ha valaki valóban ki is használja a képességeit, pl. a nagy számú és gyors analóg és digitális I/O vonalakat, valamint a beépített FPGA programozhatóságát.

Virtuális műszerek és Szoftverdefiniált műszerek

Ahogy a technika fejlődött, számos műszert fejlesztettek ki különböző célokra (pl. multiméter, oszcilloszkóp, spektrumanalizátor, Lock-in erősítő); az idő telésével pedig ezek a műszerek egyre többet tudtak, egyre okosabbak lettek. Problémát jelentett ugyanakkor, hogy komplexebb mérések esetén az egyénnek számos műszert kellett egyszerre kezelni, valamint a mérés végeredménye is csak hosszas számolást követően született meg. E miatt merült fel az igény, hogy a műszereket kössük számítógépekhez, és a számítógépen futó program hangolja össze az egyedi műszerek működését, valamint számolja ki a felhasználó számára hasznos adatokat. Így tulajdonképp egy újfajta műszer jött létre, melynek működését elsősorban a számítógépen futó szoftver határozza meg. A szoftver cseréjével pedig ugyanazok a hardverelemek egészen más feladatra is alkalmassá tehetők. Az így létrehozott műszereket virtuális műszereknek hívjuk.

A virtuális műszerek egy új fizikai műszer igényét fogalmazták meg: az univerzális adatgyűjtőét, mely nem egy speciális feladatra van kitalálva, nincsenek is rajta kezelőszervek, hanem kizárólag számítógépről használhatók. Ugyanakkor, a könnyen fejleszthető és cserélhető szoftvernek köszönhetően, ugyanaz a hardver számos komplex mérési feladatra alkalmassá tehető. Az egyre inkább elterjedő moduláris műszerek pedig azt a lehetőséget is megteremtették, hogy könnyen személyre szabhassuk mérőrendszerünkben a bemenetek és kimenetek számát, típusát és tulajdonságait.

Egy hátránya viszont van ezeknek a műszereknek: mivel a vezérlő és feldolgozó szoftver döntő többsége a számítógépen fut, csak korlátozottan alkalmasak gyors reagálást igénylő komplex mérések és vezérlések lebonyolítására. Ehhez az szükséges, hogy a személyre szabható szoftver magán a műszerbe beágyazott feldolgozóegységen fusson. Az így létrehozott műszereket szoftverdefiniált műszereknek hívjuk (hard virtual instrumentation-ként is hivatkoznak rá). A feldolgozóegység lehet beágyazott számítógép is, de manapság egyre gyakoribb, hogy egy FPGA-n „futó” szoftver határozza meg a műszer tényleges viselkedését.

Utóbbira jó példa a NI USB-7856R adatgyűjtő, melyben egy Kintex-7 160T FPGA végzi a vezérlést. A NI PXIe-5170R újrakonfigurálható oszcilloszkóp esetén pedig nagy sebességű méréseket végezhetünk, pl. speciálisan az adott alkalmazásra szabott trigger feltételek között.