1 Innledning. 2 Virkemåte for kortet. Bli kjent med USB I/O kort K8055. NB! Ta med multimeter og lite skrujern!

Transkript

1 D:\Per\Fag\Styresys\Oppgavebok\K8055LV_12\Øving 1\K8055_LV2012_SANN1_2014.wpd Fag SO507E Styresystemer HIST-AFT jan 14 PHv Dataøving 1 SANNTID MED LABVIEW Bli kjent med USB I/O kort K8055. NB! Ta med multimeter og lite skrujern! Innleveres: Utført av: Godkjenning: 1 Innledning Formålet med denne oppgaven er å bli kjent med I/O kortet K8055 fra Velleman. ( Det konkrete kortet som fulgte med byggesettet er merka P Velleman. Kortet skal koples til USB-bussen i PC en. I/O-kortet inneholder 8 binære utganger, 5 binære innganger samt 2 analoge innganger og 2 analoge utganger. De analoge inn og utgangene har en oppløsning på 8 bit. Spenningsnivået er fra 0 til 5 Volt. Et forenkla skjema for kortet er vist under: 2 Virkemåte for kortet. Hovedkomponenten på kortet er en mikrokontroller av typen PIC16C745-IP. Dette er en 8- bits prosessor med 28 pinner og programmerbare inn- og utganger. I utgangspunktet har brikken 5 analoge innganger og ferdig USB-grensesnitt. I tillegg kan den programmeres direkte i kretsen hvor den inngår. Den brikken som brukes på kortet er ferdigprogrammert og kan ikke reprogrammeres. Den er programmert sånn at den har 2 analoge innganger, 2 pulsbreddemodulerte utganger (PWM), 5 binære innganger og 8 binære utganger. I tillegg er det USB-grensesnitt med 2 signalledere i tillegg til jord og +5V. Hele kortet henter spenning via USB-kabelen fra PC en. Et problem med å hente spenning fra USB kabelen på ca 5,0 V er at PIC-controlleren ikke klarer å levere helt opp til 5V på de digitale og de analoge utgangene. Spenninga her er 0,2 til 0, 4 V lavere enn USB spenninga. Et større skjema er vist helt sist i oppgaveteksten. Styring og regulering av prosesser med PC ved hjelp av K8055-kortet og LabView 2012 Side 1

2 Side 2 Dataøving 1 SANNTID Bli kjent med USB I/O-kort K8055 DA-utganger: For å få 2 DA-utganger fra mikrokontrolleren må hver av de to pulsbreddemodulerte signalene kjøres gjennom et aktivt filter som glatter ut spenninga. Dette er gjort med følgende kopling: Verdiene på komponentene i filteret er: R12 = 100k =100kΩ og C2 = 100nF a) Hvordan virker en pulsbreddemodulator? b) Hvilken oppgave har operasjonsforsterkerkoplinga? c) Hva er tidskonstanten til filteret? d) Hvilken oppgave har motstanden R15 = 1K5 = 1,5kΩ? Lysdioder som viser omtrentlig DA-nivå: Lysdiodene merka PW1 og PW2 lyser med en intensitet som varierer med signalet på DA-utgangene: e) Hvilken oppgave har motstanden R18 = 1K = 1kΩ? Pulsbreddemodulerte utganger på kortet: Fordi kortet får sin spenning fra USB-kabelen kan det ikke levere mye strøm på DA-utgangene på kortet. Dersom kortet koples til en ekstern spenningskilde kan de pulsbreddemodulerte utgangene merka PWM1 og PWM2 levere mer strøm. Side 2 Styring og regulering av prosesser med PC ved hjelp av K8055-kortet og LabView 2012

3 Dataøving 1 SANNTID Bli kjent med USB I/O-kort K8055 Side 3 f) Hvordan skal en ekstern spenningskilde og last koples til kortet? g) Hvilken funksjon har motstanden R17 = 1K5 = 1,5kΩ? h) Hvilken funksjon har transistoren BC337? (BC337 har V CE max 50V og en kollektorstrøm på max 500mA.) i) Hvilken funksjon har dioden D2? Digitale utganger: Mikrokontrolleren er programmert med 8 digitale (binære) utganger. Disse er kopla videre til 8 lysdioder. i) Hvilken funksjon har motstandene som f eks R43 = 1K = 1kΩ? Parallelt med lysdiodekoplingene er det kopla en IC ULN2803. Denne har 8 Darlingtonkopla transistortrinn som hver har en max V CE = 50V og en max kollektorstrøm på 500 ma. Styring og regulering av prosesser med PC ved hjelp av K8055-kortet og LabView 2012 Side 3

4 Side 4 Dataøving 1 SANNTID Bli kjent med USB I/O-kort K8055 j) Hvordan skal en ekstern spenningskilde og last koples til digitale utgang D1 på kortet? k) Hvordan virker en av de interne koplingene i ULN2803 ut fra figurene under? l) Hva skal inngangen merka CLAMP på den ene figuren og COMMON FREE WHEELING DIODES eller bare COM på de andre figurene rett over brukes til? Analoge innganger: Mikrokontrolleren er programmert sånn at den har to analoge innganger. Disse inngangene kan forsynes via intern spenningskilde og potmetre eller via ekstern tilkopling til kortet. Side 4 Styring og regulering av prosesser med PC ved hjelp av K8055-kortet og LabView 2012

5 Dataøving 1 SANNTID Bli kjent med USB I/O-kort K8055 Side 5 l) Hvor stor er forsterkinga i operasjonsforsterkerkoplinga når R6 = 100K = 100kΩ er inngangsimpedansen til + inngangen, R10 = 10K = 10kΩ er tilbakekoplingsimpedansen til - inngangen og motstand R8 (GAIN) ikke er kopla til? m) Du kan få en forsterking på 2 ganger i operasjonsforsterkerkoplinga ved å kople til R8 med den rette verdien. Hvilken verdi skal R8 ha? n) Hvilken funksjon har den variable motstanden RV1? o) Hvilken funksjon har lasken SK2? p) Hvilken funskjon har motstanden R3 = 1K = 1kΩ? Digitale innganger: Mikrokontrolleren er programmert med 5 digitale (binære) innganger. Disse kan enten avleses fra fem forskjellige brytere eller fra fem digitale innganger. Styring og regulering av prosesser med PC ved hjelp av K8055-kortet og LabView 2012 Side 5

6 Side 6 Dataøving 1 SANNTID Bli kjent med USB I/O-kort K8055 p) Hvilken funksjon har motstandene R25 og R26 (begge på 10kΩ) ved bryter SW5? q) Hvilken funksjon har motstanden R29 = 47 K = 47 kω? r) Hvilken spenning er det på RC7 når SW5 er åpen og det ikke er kopla noe signal til I5? Grunngi svaret! s) Hvilken spenning er det på RC7 når SW5 er lukka og det ikke er kopla noe signal til I5? Grunngi svaret! t) Hvilken spenning er det på RC7 når SW5 er åpen og det er kopla et lavt signal til I5 (Dvs I5 er kopla til jord.)? Grunngi svaret! u) Hvilken spenning er det på RC7 når SW5 er åpen og det er kopla et høgt signal til I5 (Dvs I5 er kopla til 5V.)? Grunngi svaret! v) Hvilken spenning er det på RC7 når SW5 ved en feil lukkes samtidig som det er kopla et høgt signal til I5 (Dvs I5 er kopla til 5V.)? Grunngi svaret! Adresselasker: Opptil fire K8055 kort kan koples samtidig til samme PC. Da må hvert kort ha sin adresse. Dette settes opp med lasker. Side 6 Styring og regulering av prosesser med PC ved hjelp av K8055-kortet og LabView 2012

7 Dataøving 1 SANNTID Bli kjent med USB I/O-kort K8055 Side 7 w) Hvilken spenninger er det på RA2 og og RA3 dersom lask SK5 er tilkopla mens lask SK6 er frakopla? Hvilken adresse tilsvarer dette? x) Hvorfor får vi adresse 0 når begge laskene SK5 og SK6 kopla til? 3 Tilkopling av K8055. Kortet koples til PCen med en USB-kabel med A-plugg i ene enden og B-plugg i den andre. Når kortet koples til skal power-lysdioden lyse. I tillegg skal lysdiode LD8 blinke noen ganger før den slukker. PCen skal kjenne igjen K8055-kortet automatisk. 4 Oppstart av IOtest1 for direkte kontakt med I/Oporter. Det følger med et testprogram til K8055-kortet, men du skal bruke et annet programmet IOtestLV.exe som du finner på skolens nett under katalogen K:\Fag\AFT\EDT\_FAG\SANNTID\LabView\IOtestLV. Du starter opp programmet ved å dobbeltklikke på IOtestLV.exe Du skal nå få følgende skjermbilde: Styring og regulering av prosesser med PC ved hjelp av K8055-kortet og LabView 2012 Side 7

8 Side 8 Dataøving 1 SANNTID Bli kjent med USB I/O-kort K8055 For at programmet skal kunne kjøre ordentlig trenger det tilgang til en DLL som heter K8055.dll. For å sjekke at dette er OK kan du trykke på Sjekk DLL-knappen. Dette viser at programmet har starta opp og er klar til å kalle opp fila K8055D.dll. Dette er ei viktig fil som gjør det mulig å kommunisere med K8055-kortet via USB-bussen. Trykk OK. Nå skal dette skjembildet: Side 8 Styring og regulering av prosesser med PC ved hjelp av K8055-kortet og LabView 2012

9 Dataøving 1 SANNTID Bli kjent med USB I/O-kort K8055 Side 9 Det viser at det er kontakt med den rette dll-fila. I tillegg viser det hvilken versjon av dll-fila som er i bruk. Trykk OK. Nå er du klar til å bruke programmet til å teste K8055-kortet. Pass på at adresselaskene på kortet ditt stemmer med det du merker av før du trykker på oppkoplingsknappen. Her er det markert at både lask SK5 og SK6 er tilkopla. Dersom oppkoplinga fra PC til kort er OK vil det markeres med grønt lys i lysdioden som er plassert etter Oppkopling OK? i brukergrensesnittet. a) Får du grønt lys i lysdioden ved siden av Oppkopling OK? i brukergrensesnittet? b) Test de digitale utgangene ved å kontrollere at du får tent og slukka alle lysdiodene. Virker lysdiodene LD1.. LD8 som de skal? c) Test de digitale inngangene ved trykke på de 5 bryterne merka Inp1..Inp5 etter tur. Virker de digitale inngangene som de skal? d) Test de analoge utgangene. Prøv med verdiene 0, 50, 100, 150, 200 og 255. d1) Lyser lysdiodene PW1 og PW2 omtrent proporsjonalt med den analoge verdien du sender ut? d2) Bruk multimeteret og mål verdiene på utgangene DAC1 og DAC2. Lag en liten tabell og noter ned spenningene du får ved de forskjellige verdiene fra 0 til 255 på begge kanaler. Sett også inn i tabellen de verdiene du burte ha fått reint teoretisk dersom 0 tilsvarer 0V og 255 tilsvarer 5V. Verdi Målt spenning DA1 Teoretisk spenning DA1 Målt spenning DA2 Teoretisk spenning DA2 d3) Stemmer de teoretiske verdiene med de målte verdiene? d4) Se på skjemaet og forklar eventuelle forskjeller. e) Test av analoge innganger gjøres i første omgang med laskene SK2 og SK3 tilkopla. Da kan du variere spenninga på AD1 og AD2 ved hjelp av potmetrene. e1) Mål verdien ut fra potmeteret med universalinstrumentet. Dette gjøres enklest ved å måle mellom GND på skrukontakten og nedre ende av motstandene rett til høgre for potmetrene. Prøv å stille inn 0V, 1V osv til 5V. Lag en tabell som viser spenning inn, tallverdi fra AD-omformer og teoretisk verdi fra ADomformer for begge kanaler. Spenning Målt verdi i AD1 Teoretisk Verdi AD1 Styring og regulering av prosesser med PC ved hjelp av K8055-kortet og LabView 2012 Side 9

10 Side 10 Dataøving 1 SANNTID Bli kjent med USB I/O-kort K8055 Spenning Målt verdi i AD2 Teoretisk Verdi AD2 e2) Stemmer de teoretiske verdiene med de målte verdiene? e3) Forklar eventuelle forskjeller. 5 Programmering med LabView. På heimesidene til finnes de mange eksempler på hvordan K8055-kortet kan programmeres i forskjellige programmeringsspråk. I tillegg finnes det nyere og mer kompakte dll-filer enn det som følger med byggesettet. Det finnes muligheter for programmering i Visual Basic, Visual C/C++, Borland C/C++ og LabView. Vi skal bruke LabView som kan programmeres med dll-fila K8055D.dll. For å få til det kreves også tilgang til den tilhørende header-fila som inneholder informasjon om alle funksjonene som dll-fila inneholder. Disse funksjonene kan brukes for å lese og skrive til K8055-kortet. (Dette er bare ment som informasjon.) I neste Sanntidsøving skal du lære å lage programmet IOtestLV ved hjelp av LabView. Side 10 Styring og regulering av prosesser med PC ved hjelp av K8055-kortet og LabView 2012

11 Dataøving 1 SANNTID Bli kjent med USB I/O-kort K8055 Side 11 Styring og regulering av prosesser med PC ved hjelp av K8055-kortet og LabView 2012 Side 11

12 Side 12 Dataøving 1 SANNTID Bli kjent med USB I/O-kort K8055 Til egne notater: Side 12 Styring og regulering av prosesser med PC ved hjelp av K8055-kortet og LabView 2012