Implementarea in Matlab a unui sistem de achizitie de date folosind placa de achizitie NI-PCI 6110

Introducere

Conform titlului, in prezenta lucrare se doreste implementarea in Matlab a unui sistem de achizitie de date folosind placa de achizitie NI-PCI 6110.

O importanta deosebita este acordata in zilele noastre utilizarii calculatorului in prelucrarea numerica a datelor disponibile in urma masurarii unor parametrii fizici ai diferitelor procese industriale si nu numai. Calculatorul poate fi privit acum ca un sistem de prelucrare numerica constituit pe baza circuitelor integrate.

In majoritatea aplicatiilor de acest tip se pune problema de a obtine informatii despre aceste procese fizice in vederea memorarii si redarii pentru comunicatie sau pentru control. Un astfel de proces este caracterizat prin marimi fizice care ulterior pot fi transformate in semnale electrice analogice utilizand traductoare. Pelucrarea acestor semnale se poate face utilizand tehnici analogice sau numerice. In vederea unei prelucrari numerice este necesara transformarea semnalelor analogice in semnale numerice cu un sistem de achizitie date.

Semnalele electrice provenite de la iesirile traductoarelor sunt supuse initial unor prelucrari analogice primare si transformate in tensiuni electrice. Aceste transformari sunt realizate la nivelul blocurilor circuitelor de conditionare a semnalelor prin executia unor functii analogice cum ar fi: amplificare, atenuare, filtrare, izolare, conversie tensiune curent, etc. Semnalele numerice se obtin prin prelevarea la un moment dat a valorilor semnalelor analogice si conversia acestor esantioane in secvente numerice.

Componentele principale ale unui sistem de achizitie (SAD) care executa aceste functii sunt circuitele de esantionare si memorare si circuitele de conversie analog numerica. Functiile principale executate de sistemul de prelucrare numerica pot fi de filtrare numerica, identificare, reprezentare in domeniul frecventa, analize "wavelet", clasificare, sortare, identificare etc. In urma acestor operatii numerice de prelucrare se obtin semnale numerice prelucrate care contin informatii despre procesul fizic.

Achizitia de date are o larga utilizare, in prezent fiind folosita in cele mai variate domenii. Orice marime electrica, avand o forma analogica trebuie transformata in prealabil,

intr-o forma numerica pentru a putea fi prelucrata sub o forma sau alta de un sistem de prelucrare. Monitorizarea unei temperaturi sau a umiditatii dintr-un anumit mediu, monitorizarea semnalelor provenite dintr-un mediu indistrial (in diverse aplicatii) sunt doar cateva exemple din domeniile de aplicatii ce folosesc achizitia de semnal analogic.

Elementele hardware si software necesare:

Hardware :

Placa de achizitie PCI 6110 de la National Instruments care dispune de:

Patru intrari analogice simultane, cu 5 MS/s pentru fiecare canal;

Intrarea poate sa varieze in intervalul ±42 V;

Doua iesiri analogice pe 16 biti, cu un canal de 4 MS/s si un canal dual de 2,5 MS/s ;

Opt linii intrare/iesire digitale; doua numaratoare pe 24 de biti;

Software de driver NI-DAQmx ce permite ca achizitia de semnal sa fie comandata cu Matlab

Figura 1.1. Placa de achizitie NI-PCI 6110

Adaptorul BNC-2110 care permite conectarea directa intre PC si placa de achizitie.

Acesta incluce:

15 conectori BNC si un bloc terminal cu 30 de pini

Are un conector intrare/iesire pe 68 de pini ce conecteaza placile de achizitie din seria E (PCI-6110E

Este perfect pentru a simplifica conexiunile intre aparatura de masurare si placa de achizitie .

Un PC performant care sa suporte partea software.

Software

Mediul de programare si simulare Matlab ce ne permite:

Crearea aplicatiei de achizitie de semnal;

Depanare si testare;

Simulare;

Pachetul software NI-DAQmx ce permite ca achizitia de semnal sa fie controlata din Matlab;

Software-ul este disponibil fara costuri suplimentare in toate pachetale hardware de achizitie de semnal de la National instruments. Acest driver contine o gama larga de functii de librarie ce pot fi apelate din aplicatia de programare (Matlab). Aceste functii includ rutine pentru: intrari analogice (conversie analog-numerica), achizitii de date (conversie analog-numerica de mare viteza), iesire analogica (conversie numeric-analogica), generator de forma de unda (conversie numeric-analogica temporizata), intrari/iesiri digitale, operatii de numarare/temporizare, auto-calibrare etc.

Windows XP ca si platforma de instalare a aplicatiilor software.

Instalarea componentelor necesare:

a. Instalarea programului Matlab versiunea 6

Se introduce CD-ul de instalare in unitatea optica si se ruleaza executabilul "setup.exe". Este posibil sa se ceara instalarea unei versiuni mai noi de Java Virtual Machine, asa ca este preferabil ca PC-ul sa fie conectat la internet pentru instalare, pentru a putea descarca si instala automat update-ul necasar.

Figura 1.2. Fereastra de instalare pentru Matlab

In cel de-al doilea dialog se va cere PLP (serialul) pe care il gasim pe CD-ul de instalare. In lista de produse ce vor fi instalate observam "Data Aquisition Toolbox", un pachet necesar, dupa cum sugereaza si numele, pentru achizitia de date. In mod normal acest pachet contine si driverele necesare pentru placa de achizitie NI-PCI 6110.

Este posibil ca instalarea propriu-zisa sa dureze cateva minute, odata finalizata instalarea, este necesara restartarea PC-ului.

Figura 1.3. Lista de produse ce vor fi instalate

b. Instalarea placii de achizitie PCI 6110 si driver-ului NI-DAQ

Instalarea placii presupune instalarea driverelor primite odatt cu placa si instalarea hardware. Primul pas este instalarea driverelor de pe CD-ul de instalare, iar ulterior se face instalarea hardware:

Notam numarul serial al placii 6110 in PCI-6110E/6111E Hardware and Software Configuration Form in Appendix D, Customer Communication, al manualului de utilizare a placutei.

Se stinge si se scoate din priza PC-ul.

Se deschide carcasa PC-ului

Se scoate aparatoarea slotului

Se introduce placa 6110 intr-un slot PCI de 5V.

Daca este necesar se poate insuruba placa de grilajul panoului din spate al PC-ului

Se inchide carcasa

Se aprinde PC-ul

In continuare se poate configura din Matlab achizitia de date. Pentru a verifica instalarea corecta a placii si recunoasterea acesteia de catre Matlab rulam comanda daqhwinfo('nidaq')in fereastra de comanda, iar rezultatul corect este:

AdaptorDllName: 'C:MATLAB6p6toolboxdaqdaqprivatemwnidaq.dll'

AdaptorDllVersion: 'Version 2.2 (R13) 28-Jun-2002'

AdaptorName: 'nidaq'

BoardNames:

InstalledBoardIds:

ObjectConstructorName:

c.  Instalarea adaptorului BNC-2110

Tabelul 1.4.Descrierea semnalelor adaptorului BNC-2110

Conectarea intrarilor analogice

Adaptorul BNC-21110 poate fi prevazut cu pana la 8 canale diferentiale de intrare analogica. Conectorii sunt etichetati cu ACH<0..7>. Numarul de conectori folositi depinde de dispozitivul conectat. BNC-2110 poate fi folosit pentru masurarea de semnale de intrare flotante sau cu referire la masa. Pentru masurarea semnalelor surselor flotante, se muta switch-ul localizat sub conectorul BNC pentru canalul AI folosit. Terminalul negative al amplificatorului se conecteaza la masa printr-un resistor de 5kW in parallel cu un condensator de 0,1 uF. Figura 1.5. arata optiunile de configurare a conectorului BNC.

Figura 1.5. Optiunille de configurare a switch-ului

Pentru masurarea semnalelor de referinta, comutatorul se comuta in pozitia sursa flotanta sau sursa de referinta. Pentru cea mai buna performanta, se foloseste pozitia sursa de referinta pentru evitarea buclelor negative.

Conectarea la iesirele analogice

BNC-2110 poate fi pravazut cu pana la 8 canale de conectare pentru iesire diferite. Acesti conectori sunt etichetati cu DAC<0..7>OUT. Numarul de conectori folositi depinde de dispozitivul conectat la adaptor. Cand se folosesc conectorii DAC <7..2>OUT, comutatorul trebuie sa fie in pozitie FS.

Figura 1.6. Conectarea adaptorului BNC-2110 la placa de achizitie

Placi de achizitie de date

Introducere

Asocierea unei placi de achizitie de date cu un calculator il transforma pe acesta din urma intr-un instrument de masura puternic. In general, din considerente de pret, placile de achizitie sunt realizate dupa structura unui sistem de achizitie multicanal cu multiplexarea semnalelor analogice la intrare (Figura. 2.1).

Figura. 2.1 Sistem de achizitie multicanal

cu multiplexarea semnalelor analogice la intrare

O placa de achizitie poate masura pana la 8 semnale analogice bipolare (±5V) sau unipolare (0 . 10V), provenite dintr-un proces sau dintr-un circuit electronic. Datorita interferentelor si zgomotelor, in traseele de masurare se induc tensiuni ce fac ca potentialul acestora sa devieze de la valoarea de 0 V. Pentru a elimina aceasta eroare de offset, intrarea canalului 0 se va lega la masa, urmand ca in momentul selectarii acestuia, potentialul masei sa fie adus la iesire. Acest potential va fi scazut in permanenta prin soft din potentialele canalelor selectate.

In urma unei prelucrari analogice (amplificare, esantionare) semnalele sunt convertite analog-digital si prin intermediul unei interfete cu calculatorul sunt trimise sub forma unui cod numeric spre acesta. Calculatorul preia codurile numerice corespunzatoare marimii urmarite la anumite momente (in functie de frecventa de esantionare prescrisa) si le prelucreaza sau le memoreaza pentru o prelucrare ulterioara.

Toate acestea sunt realizate printr-un program dinainte stabilit in functie de natura parametrilor de proces, de tipul senzorilor utilizati, sau de gama si forma tensiunilor masurate. Totodata, calculatorul poate executa si alte operatii, ca de exemplu operatii intre marimile culese, poate calcula erorile cu care s-au determinat valorile parametrilor, poate genera pe baza abaterii de la o valoare prestabilita a acestora, semnale de comanda catre un sistem de reglare sau semnale de avertizare in cazul depasirii unei valori limita impuse.

Placa de achizitie NI-PCI 6110

Acest subcapitol prezinta functiile de baza ale placii NI-PCI 6110. In figura 2.1 este prezentata schema bloc a acesteia.

Intrari analogice

Sectiunea de intrari analogice pentru placa 611X E este configurabila prin software. Se pot selecte diferite configuratii de intrari analogice prin intermediul aplicatiei software. Sectiunile urmatoare descriu in detaliu fiecare categorie de intrari analogice.

Modul de intare

Placa 611X E suporta doar intari diferantiale (DIFF). Configurarea intrarii DIFF ofera pana la patru canale pe placa PCI-6110E si maxim doua canale pe placa PCI-6111E. Un canal configurat in modul DIFF utilizeaza doua canale analogice linii de intrare. O linie se conecteaza la intarea pozitiva a amplificatorului cu castig al placii (PGIA), iar cea de-a doua se conecteaza la intrarea negativa a PGIA.

Polaritatea intrarii si gama de intrare

Placa 611X E are doar intrari bipolare. Intrare bipolara inseamna ca tensiunea de intrare este cuprinsa intre -Vref /2 si + Vref/2. Aceste placi au o gama de intrare bipolara de 20 V (±10V). Setarile gamei pot fi programate printr-un canal de baza putand configura fiecare canal de intrare in mod unic. Castigul programabil prin soft al acestor placi le creste flexibilitatea prin potrivirea gamelor semnalelor de intrare cu cele suportate de convertorul analog numeric (ADC). Acestea au castig de 0.2, 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, si 50 si sunt potrivite pentru gama larga de niveluri de semnal. Cu setari corespunzatoare ale castigului, sepoate folosi rezolutia maxima a convertorului analog-numeric pentru masurarea semnalului de intrare. In figura 2.2. se poate vedea gama reala si precizia de masurare in functie de castigul utilizat.

Figura 2.1. Schema bloc a placii de achizitie NI-PCI 6110.

Figura 2.2. Gama reala si precizia de masurare

Consideratii pentru selectarea gamelor de intrare

Gama selectata depinde de gama presupusa a semnalului de intare. O gama mare de intrare poate cuprinde variatii mari ale semnalului, dar reduce rezolutia voltajului. Alegand o gama mai mica de intrare se imbunatateste rezolutia voltajului, dar exista posibilitatea ca semnalul sa depaseasca gama. Pentru cele mai bune rezultate se incearca alegerea unei game cat mai apropiata de gama semnalului de intrare.

Cuplarea intrarii

Placa 611X E poate fi configurata atat pentru intrari alternative (AC) cat si continue (DC) prin cuplarea la un canal de baza. Se utilizeaza cuplarea AC cand semnalul AC contine o componenta continua mare. Daca se activeaza cuplarea AC se elimina offset-ul DC pentru intrarea amplificatorului si se amplifica doar compoenta alternativa. Astfel se utilizeaza gama dinamica a convertorului.

Oscilatorul

Oscilatorul adauga aproximativ 0.5 LSBrms de zgomot alb G semnalului ce va fi convertit de catre ADC. Aceasta adaugare este folositoare pentru aplicatii ce implica mediatizare pentru cresterea rezolutiei placii 611X E, cum ar fi calibrarea sau analiza spectrala. In astfelde aplicatii modulatia zgomotului este decrementata si linearitatea diferentiala se imbunatateste prin adaugarea oscilatorului. Cand se efectueaza masuratori DC, cum ar fi verificarea calibrarii placii, sunt necesare o medie de 1000 de puncte pentru o singura citire Acest proces elimina efectele cuantizarii ai reduce zgomotul de masurare, rezultand o imbunatatire a rezolutiei.

Iesirea analogica

Placa 611X E include doua canale analogice de iesire pentru tensiune la conectorul de intrare/iesire. Gama este fixata bipolar la ±10 V. Aditional pentru sprijinirea declansarilor sotware-ului intern si a declansarilor digitale externe pentru pornirea secventei de achizitie de date, aceste placi suporta si declansari analogice. Circuitul de declansare analogic poae fi configurat sa accepte fie o intrare analogica directa de la pinul PFI0/TRIG1 al conectorului de intrare/iesire, fie un semnal postcastig de la iesirea PGIA la oricare dintre canale. Gama nivelului declansatorului pentru canalul analogicdirect este ±10 V in pasi de 78 mV pentru placa 611X E. Gama pentru selectia declansatorului prin post-PGIA este pur si simplu intreaga gama a a canalului selectat si rezolutia este acea gama impartita la 256.

Intrari/Iesiri digitale

Placa 611X E contine opt linii de intrari/iesiri digitale pentru orice scop. Se poate configura individual prin software fiecare linie fie pentru intrare, fie pentru iesire. La pornirea si resetarea sistemului, toate porturile de intrare/iesire au impedanta mare.

Controlul hardware sus/jos pentru numaratoarele 0 si 1 sunt conectate peplaca la DIO6 respectiv DIO7. Astfel DIO6 si DIO7 pot fi utilizate pentru a controla numaratoarele de scop general Semnalele controlului sus/jos sunt doar de tipintrare si nu afecteaza operatiile liniilor DIO.

Conectorul Intrare/Iesire

Figura 2.3 arata asocierea pinilor pentru conectorul intrare/iesire de 68 de pini al placii 611X E. O descriere a semnalului urmeaza pentru pinii de iesire ai conectorului.

Figura 2.3.Dispunerea pinilor conectorului de intrare/iesire pe placa NI-PCI 6110

Pentru detalii despre semnalele de intrare/iesire se poate consulta manualul utilizatorului, tabelul 4-2.

Conexiunile semnalelor analogice de intrare

Semnalele de intarare analogice pentru placa 611X E sunt ACH<0..3>+ si ACH<0..3>-. Semnalele ACH<0..3>+ sunt rutate la intrarea pozitiva a PGIA, iar semnalele conectate la ACH<0..3>- sunt rutate la intrarea negativa a PGIA.

Cu diversele configuratii, pGIApoate fi utilizat in diverse moduri. Figura 2.4. arata o diagrama a PGIA continuta de placa 611X E.

Figura 2.4. Diagrama PGIA

PGIA aplica castig si rejectia de semnal in mod obisnuit si prezinta impedanta mare de intrare pentru semnalele analogice de intrare conectate laplaca 611X E. Semmalele sunt rutate la intrarea pozitiva si la cea negativa a PGIA. PGIA converteste doua semnale de intrare intr-un singur semnal care este diferenta intre cele doua semnale de intrare inmultita cu castigul setat al amplificatorului. Tensiunea de iesire a amplificatorului este conectata la masa pentru placa. Convertorul analog-numeric al placii masoara aceasta tensiune de iesire cand efectueaza converiile analog-numerice.

Tipuri de surse de semnal

Cand se efectueaza conexiunile semnalelor, inprimul rand trebuie determinat daca sursele de semnal sunt flotante, sau conectate la masa. Sectiunea urmatoare descrie aceste doua tipuri de semnale.

Surse de semnal flotante

O sursa flotanta de semnal, nu este conectata la sistemul de impamantare al cladirii, dar mai de graba are un punct de referinta izolat. Cateva exemple de surse flotante de semnal ar fi iesirile transformatoarelor, termocuplelor, dispozitivelor pe baza de baterie, amplificatoare de izolatie. Un instrument sau dispozitiv care are o iesire izolata este o sursa flotanta de semnal. Trebuie legata masa unui semnal flotant la placa 611X E masa intrarii analogice pentru a stabili o referinta locala sau pe placa a semnalului. Semnalul masurat la intrare variaza atata timp cat sursa depaseste gama modului de intrare setat.

Surse de semnal legate la masa

O sursa de semnal legata la masa este conectata intr-un fel la sistemul de impamantare al cladirii si este totodata conectata la masa presupunand ca pc-ul este conectat la aceasi sursa de curent. Iesirile neizolate a dispozitivelor si obiectelor sunt introduse in sistemul de alimentare al cladirii intra in aceasta categorie. Diferenta de potentiall dintre doua dispozitive conectate in acelasi sistem de alimentare al cladirii este intre 1 si 100mV dar poate fi mai ridicat daca distributia de current al circuitelor nu este conectata corespunzator. Daca o sursa de semnal legata la masa este masurata incorect, aceasta diferenta ar putea da o eroare in masuratori. Instructiunile de conectare pentru semnale legate la masa sunt gandite pentru a elimina aceasta diferenta de potential de la semnalul masurat.

Masuratori diferentiale

Se discuta folosirea masuratorilor diferentiale si consideratiile pentru masurarea surselor flotante si a celor legate la masa. Figura 2.5. sumarizeaza conectarile de semnal DIFF si sunt incluse exemple pentru ambele tipuri de surse.

Figura2.5 Tipuri de surse de semnal

Consideratii despre conexiunea diferentiala

O conexiune diferentiala este aceea in care semnalul analogic de intrare a placii 611X E are semnalul sau de referinta sau semnalul cale de intoarcere. Canalele placii 611X E sunt intotdeauna configurate in DIFF mod de intrare. Semnalul de intrare este legat la semnalul pozitiv a PGIA, care este un semnal de referinta, sau de intoarcere, este legat la intrarea negativa a PGIA. Fiecare semnal diferential foloseste doua intrari - una pentru semnal si una pentru semnalul referinta. Conexiunile de semnal diferential reduc zgomotul si maresc zgomotul rejectiei de mod comun. Conexiunile de semnal diferential de asemenea accepta semnale de intrare sa varieze in limitele PGIA.

Conexiuni diferentiale pentru surse de semnal de referinta legate la masa

Figura 2.6. ne arata cum se conecteaza o sursa de semnal de referinta legata la masa cu un canal de pe placa 611X E. Cu acest tip de conexiune PGIA rejecta ambele moduri commune de zgomot din semnal si diferenta de potential dintre sursa de semnal si masa placii 611X E.

Conexiuni diferentiale pentru surse de semnal fara referinta sau surse flotante

Figura 2.7. arata cum se conecteaza o sursa de semnal flotanta la un canal de pe placa 611X E.

Figura 2.6 Conexiunile intrarilor diferentiale pentru semnale legate la masa

Figura 2.7. Conexiunile intrarilor diferentiale pentru semnale nelegate la masa

Figura 2.7. ne arata cum se conecteaza un resistor intre ACH0 si sursa de semnal flotanta legata la masa. Daca rezistorul nu se foloseste si sursa variaza foarte tare, sursa nu ramane in modul comun a razei de semnal a PGIA, iar PGIA ajungand la saturatie, creaza erori de citire. Sursa trebuie legata la canalul corespunzator de masa.

Conexiunile de temporizare aachizitiei de date

Semnalele de temporizare a achizitiei de date sunt: SCANCLK, EXTSTROBE*, TRIG1, TRIG2, STARTSCAN, CONVERT*, AIGATE si SISOURCE. Achizitia de date post-declansata permite doar vizualizarea datelor achizitionate dupa primirea unui eveniment declansator. O secvanta de achizitie post-declansata tipica se poate observa in figura 2.10. Achizitia de date pre-declansata permite vizualizarea datelor achizitionate inainte de primirea evenimentului declansator in plus fatade datele achizitionate dupa declansator. Figura 2.11. prezinta o secventa de achizitie pre-declansata tipica.

Figura 2.10. Achizitia de date post-declansata tipica

Figura 2.11. Achizitia de date pre-declansata tipica

Figura 2.12. Semnalul SCANCLK

Semnalul SCANCLK

SCANCLK este un semnal strict de iesire care genereaza un puls cu front crescator la aproximativ 50 pana la 100 ns dupa ce conversia analog-numerica a inceput. Polaritatea acestei iesiri este selectabila software, dar in general este configurata astfel incat un front crescator poate temporiza intrarile analogice externe multiplexate indicand momentul in care semnalul de intrare a fost esantionat si poate fi eliminat. Acest semnal are latimea impulsului de 450 ns si este activat software. Figura 2.12. prrezinta semnalul SCANCLKl.

Semnalul EXTSTROBE*

EXTSTROBE* este un semnal strict iesire care genereaza fie un singur impuls sau o secventa de opt impulsuri in modul hardware-strobe. Un dispozitiv extern poate folosi acest semnal pentru a opri semnale sau declansa evenimente. In modul un singur impuls, sotware-ul controleaza nivelul semnalului EXTSTROBE* . Un tact de 10 μs si unul de 1.2 μs sunt disponibile pentru generarea unei secvente de opt impulsuri in modul hardware-strobe.

Figura 2.13. Semnalul EXTROBE*

Semnalul TRIG1

Orice pin PFI poate primi extern semnalul TRIG1, care este disponibil ca si iesire la pinul PFI0/TRIG1. Pentru relationarea semnalului TRIG1 la secventa de achizitie studiati figurile 2.10. si 2.11. Ca si intrare, semnalul TRIG1 este configurat in modul de detectie a anvelopei. Orice pin PFI poate fi selectat ca si sursa a semnalului TRIG1 si selectia polaritatii se configureaza pentru front crescator sau scazator. Frontul selectat pentru semnalul TRIG1 porneste secventa de achizitie de date atat pentru achizitia post-declansata, cat si pentru cea pre-decalnsata. Placa 611X E accepta declansare analogica prin pinul PFI0/TRIG1. Ca si iesire TRIG1 reflecta atiunea ce initializeaza secventa de achizitie de date. Aceasta este valabila chiar daca achizitia este declansata extern prin alt pin PFI. Iesirea este un impuls activ high cu o latime a pulsului de 25 pana la 50 ns. Aceasta iesire este setata initial ca si tri-state.

Figura 2.14. Semnalul de intrare TRIG1

Figura 2.15. Semnalul de iesire TRG1

Placa foloseste semnalul TRIG1 si pentru a initializa operatiile achizitiei de date pre-declansata. In majoritatea aplicatiilor pre-declansate, semnalul TRIG1 este generat de un declansator software.

Semnalul TRIG2

Orice pin PFI poate primi extern semnalul TRIG2, care este disponibil ca si iesire la pinul PFI1/TRIG2. Pentru relationarea semnalului TRIG2 la secventa de achizitie studiati figura 2.11. Ca si intrare, semnalul TRIG2 este configurat in modul de detectie a anvelopei. Orice pin PFI poate fi selectat ca si sursa a semnalului TRIG1 si selectia polaritatii se configureaza pentru front crescator sau scazator. Frontul selectat pentru semnalul TRIG2 porneste secventa de achizitie de date post-declansata a unei achizitii pre-decalnsata. In modul pre-declansat, semnalul TRIG1 initializeaza achizitia de date. Numaratorul de scanare indica numarul minim de scanari inainte ca TRIG2 sa poata fi recunoscut. Dupa ce numaratorulde scanare ajunge la zero, este incarcat cu numarulde scanari post-declansate ce trebuiesc achizitionate cat timp achizitia continua. Placa ignora semnalul TRIG1 daca este afirmat inainte ca numaratorul de scanare sa ajunga la zero. Dupa receptionarea frontului selectatalTRIG2, placa va achizitiona un numar fix de scanari si achizitia se va opri. In acest mod se achizitioneaza date atat inainte cat si dupa prinirea TRIG2. Ca si iesire, semnalul TRIG2 reflecta secventa de achizitie post-declansata intr-o secventa deachizitie pre-declansata. Aceasta este valabila chiar daca achizitia este declansata extern prin alt pin PFI. Semnalul TRIG2 nu este folosit in achizitia post-declansata. Iesirea este un impuls activ high cu o latime a pulsului de 25 pana la 50 ns. Aceasta iesire este setata initial ca si tri-state. Figurile 2.16. si 2.17. prezinta semnalul TRIG2.

Figura 2.16. Semnalul de intrare TRIG2

Figura 2.17. Semnalul de iesire TRIG2

Semnalul STARTSCAN

Orice pin PFI poate primi extern semnalul STARTSCAN, care este disponibil ca si iesire la pinul PFI7/ STARTSCAN. Pentru relationarea semnalului STARTSCAN la secventa de achizitie studiati figurile 2.10. si 2.11. Ca si intrare, semnalul STARTSCAN este configurat in modul de detectie a anvelopei. Orice pin PFI poate fi selectat ca si sursa a semnalului STARTSCAN si selectia polaritatii se configureaza pentru front crescator sau scazator. Frontul selectat pentru semnalul STARTSCAN initializeaza scanarea. Numaratorul de intervale de esantionare porneste daca se selecteaza declansarea interna CONVERT*.

Ca si iesire semnalul STARTSCAN reflecta impulsul de start al scanarii. Aceasta este cvalabila chiar daca pornirile sint declansate exterior de catre alt PFI. Exiata doa optiuni de iesire. Prima este un impuls activ high cu o latime a pulsului de 25 pana la 50 ns, care indica inceperea scanarii. Cea de-a doua este un impuls activ high care se termina la inceputul ultimei conversii in scanare, ceea ce indica o scanare in progres. Aceasta iesire este setata initial ca si tri-state.

The AIGATE signal can neither stop a scan in progress nor continue a previously gated-off scan; in other words, once a scan has started, AIGATE does not gate off conversions until the beginning of the next scan and, conversely, if conversions are being gated off, AIGATE does

not gate them back on until the beginning of the next scan.

SISOURCE Signal

Any PFI pin can externally input the SISOURCE signal, which is not available as an output on the I/O connector. The onboard scan interval counter uses the SISOURCE signal as a clock to time the generation of the STARTSCAN signal. You must configure the PFI pin you select as

the source for the SISOURCE signal in the level-detection mode. You can configure the polarity selection for the PFI pin for either active high or active low. The maximum allowed frequency is 20 MHz, with a minimum pulse width of 23 ns high or low. There is no minimum frequency limitation. Either the 20 MHz or 100 kHz internal timebase generates the SISOURCE signal unless you select some external source.

Aplicatie software pentru achizitia de date si prelucrare

3.1. Introducere despre Matlab

Expresii, Variabile

Intocmai ca majoritatea celorlalte limbaje de programare, limbajul MATLAB® dispune de expresii matematice, insa, spre deosebire de aceste limbaje de programare, acestea presupun intregi matrice.

MATLAB nu necesita nici un fel de instructiuni de declaratii sau de tip.
In momentul in care MATLAB intalneste un nou nume de variabila, va crea in mod automat variabila si ii va aloca cantitatea adecvata de stocare. Daca variabila exista deja, MATLAB ii va schimba continutul si, daca este necesar, ii va aloca un nou spatiu de stocare.

De exemplu:

num_students = 25

Creeaza o matrice de 1ucru numita num_students si stocheaza valoarea 25 in unicul sau element. Pentru a vizualiza matricea asignata unei variabile oarecare, introdu pur si simplu numele variabilelor constau dintr-o litera, urmata de orice numar de litere, cifre, sau under-score-uri. MATLAB este case sensitive; acesta face distinctia intre litere majuscule si mici. A si a nu reprezinta aceeasi variabila.

Desi numele de variabile pot avea orice lungime, MATLAB foloseste numai primele N caractere ale numelui, (acolo unde N este numarul returnat de catre functia namelengthmax - "lungime maxima a numelui"), ignorand restul. Prin urmare, este deosebit de important ca fiecare variabila sa fie unica in intervalul primelor N caractere pentru a-i permite lui MATLAB sa faca distinctia intre variabile.

N = namelengthmax

N =    63

Functia genvarname poate fi utila in crearea numelor de variabile care sunt atat valide cat si unice.

Numere

MATLAB foloseste notatii conventionale in sistem zecimal de numeratie, cu o virgula optionale pentru zecimale si avand in fata fie semnul plus, fie minus, in cazul numerelor. Optiunea Scientific notation foloseste litera e pentru a specifica un factor de scara la puterea a zecea. Numerele complexe - Imaginary numbers - folosesc fie i, fie j ca sufix. Unele exemple de numere permise sunt:

3 -99 0.0001

1.60210e-20 6.02252e23

1i    -3.14159j 3e5i

Toate numerele sunt stocate intern, folosind formatul long, specificat de catre standardul de virgula mobila IEEE®. Numerele cu virgula mobila (flotanta) au o precizie finita de aproximativ 16 cifre zecimale semnificative si un interval finit de aproximativ 10 la puterea -308 pana la 10 la puterea +308.

Sectiunea "Evitarea problemelor frecvente care intervin in aritmetica cu virgula mobila" iti prezinta cateva exemple, aratandu-ti in ce mod afecteaza aritmetica cu virgula mobila IEEE calculele in MATLAB.

Operatori

Expresiile folosesc operatori aritmetici cunoscuti si relatii de precedenta.
+ Adunare
- Scadere
* Inmultire
/ Impartire
Impartire la stanga (descrisa in "Algebra liniara", in documentatia MATLAB)
^ Putere
' Transpozitie conjugata complexa
( ) Specifica ordinea de evaluare

Functii

MATLAB furnizeaza un mare numar de functii matematice elementare, inclusiv abs, sqrt, exp, si sin. Extragerea radacinii patrate sau logaritmarea unui numar negativ nu sunt tratate ca erori; rezultatul complex adecvat este returnat automat. MATLAB mai dispune de numeroase alte functii matematice, inclusiv functiile Bessel si gamma. Cea mai mare parte a acestor functii accepta argumente complexe. Pentru o lista a functiilor matematice elementare, apasa

help elfun

help specfun

help elmat.

Unele dintre functii, precum sqrt si sin, sunt interne - built in. Functiile interne constituie parte din MATLAB asa ca sunt deosebit de eficiente, insa detaliile de calcul nu sunt imediat accesibile. Alte functii, cum ar fi gamma si sinh, sunt implementate in fisiere M.

Exista anumite diferente intre functiile interne si alte functii. De exemplu, in cazul functiilor interne, nu poti vizualiza codul. Pentru alte functii, poti vedea codul si chiar sa il modifici, daca doresti.

Anumite functii speciale furnizeaza valori ale unor constante utile.

Valoarea infinit este generata prin impartira unei valori diferite de 0 la 0, sau de catre evaluarea unor expresii matematice corect definite care sunt excedentare, adica, care depsesc realmax.
Not-a-number este generat de incercarea de a evalua expresii cum ar fi 0/0 sau Inf-Inf, care sunt cazuri de nedeterminare. Numele functiilor nu sunt rezervate. Este posibila rescrierea oricareia dintre ele cu o noua variabila, cum ar fi si folosirea apoi a acestei valori in calcule ulterioare. Functia originala poate fi restaurata cu clear eps

eps = 1.e-6

Exemple de expresii

Deja ai vazut cateva exemple de expresii MATLAB. Iata inca cateva exemple, precum si valorile rezultante:

rho = (1+sqrt(5))/2

rho =    1.6180

a = abs(3+4i)

a =    5

z = sqrt(besselk(4/3,rho-i))

z = 0.3730+ 0.3214i

huge = exp(log(realmax))

huge =1.7977e+308

toobig = pi*huge

toobig =Inf

Despre matrice

In mediul MATLAB® , o matrice reprezinta o retea dreptunghiulara de numere. O semnificatie speciala li se atribuie uneori matricelor 1 la 1, care sunt scalari, si matricelor cu un singura rand sau coloana, care sunt vectori.

MATLAB dispune si de alte cai de a stoca atat date numerice cat si nenumerice, insa, la inceput, este cel mai bine sa gandim totul ca o matrice. Operatiile in MATLAB asunt concepute sa fie cat mai naturale posibil. Acolo unde alte limbaje de programare lucreaza cu cate un numar, pe rand, MATLAB iti permite sa lucrezi repede si usor cu intreaga matrice.

Matrice de intrare

Cel mai potrivit mod de a incepe sa lucrezi in MATLAB este sa inveti cum sa te manipulezi matricele. Porneste MATLAB si urmeaza fiecare exemplu.
Poti introduce matrice in MATLAB in mai multe moduri:
. Introdu o lista explicita de elemente.
. Incarca matrice din fisiere extern de date.
. Genereaza matrice folosind functii interne.   
. Creeaza matrice cu propriile tale functii in fisiere M.

Incepe prin a introduce matricea lui Dürer sub forma unei liste a elementelor sale. Trebuie doar sa urmezi cateva conventii de baza:
. Separa elementele unui rand prin blank-uri sau prin virgule.       
. Foloseste punctul si virgula, ; , pentru a marca sfarsitul fiecarui rand.
. Incercuieste intreaga lista de elemente cu paranteze patrate, [ ].
Pentru a introduca matricea lui Dürer, scrie pur si simplu, in fereastra de comanda,

A = [16 3 2 13; 5 10 11 8; 9 6 7 12; 4 15 14 1]

MATLAB va afisa matricea pe care tocmai ce ai introdus-o:

A =
16 3 2 13
5 10 11 8
9 6 7 12
4 15 14 1

Odata ce ai introdus matricea, ea va fi in mod automat memorata in spatiul de lucru al MATLAB. Poti face referire la ea numind-o pur si simplu A. Acum ca il ai pe A in spatiul tau de lucru, arunca o privire la ce anume o face atat de interesanta. De ce este ea magica?

sum, transpose, si diag

Probabil deja incepi sa iti dai seama ca proprietatile speciale ale unui patrat magic au legatura cu numeroasele moduri de a-i aduna elementele. Daca iei suma de pe oricare rand sau coloana, sau cea de pe oricare dintre cele doua diagonale principale. Vei obtine de fiecare data acelasi numar. Sa verificam acest lucru folosind MATLAB. Prima instructiune pe care o vom incerca este:

sum(A)

MATLAB raspunde cu:

ans =
34 34 34 34

Atunci cand nu specifici o variabila de iesire, MATLAB foloseste variabila ans, prescurtare de la answer, pentru a stoca rezultatele unui calcul. Ai calculat un vector rand, care contine sumele coloanelor lui A. Este clar ca elementele de pe fiecare coloana insumeaza aceeasi valoare, suma  magica, 34.
Dar sumele de pe randuri? MATLAB are o preferinta pentru lucrul cu coloanele unei matrice, asa ca, o modalitate de a obtine sumele de pe randuri este aceea de a transpune matricea, de a calcula apoi sumele de pe coloane ale transpusei, si, in cele din urma, transpunerea rezultatului. Pentru a alege o alta cale, prin care se evita dubla actiune de transpunere, foloseste argumentul dimensiune pentru functia sum.
MATLAB are  dispune de doi operatori de transpunere. Operatorul apostrof (de exemplu, A') efectueaza o transpozitie conjugata complexa. Aceasta inverseaza o matrice dupa diagonala sa principala, si schimba de asemenea si semnul componentei imaginare a oricarui element complex al matricei. Operatorul punct-apostrof (de exemplu, A.'), transpune fara a afecta semnul elementelor complexe. Pentru matricele care nu contin ca elemente decat numere reale, ambii operatori returneaza acelasi rezultat.
Astfel, A' produce:

ans =
16 5 9 4
3 10 6 15
2 11 7 14
13 8 12 1

,iar

sum(A')'

produce un vector-coloana care contine sumele de pe fiecare rand

ans =
34
34
34
34

Suma elementelor de pe diagonala principala se obtine cu ajutorul functiilor sum si diag:

diag(A)

produce rezultatul

ans =
16
10
7
1

iar

sum(diag(A))

produce

ans =
34

Cealalta diagonala, asa-numita antidiagonala, nu este atat de importanta din punct de vedere matematic, asa ca MATLAB nu are o functie gata configurata pentru aceasta. Insa exista o functie care a fost initial destinata utilizarii in programele de grafica, fliplr, care intoarce o matrice de la stanga spre dreapta:

sum(diag(fliplr(A)))
ans =
34

Ai verificat daca matricea din gravura lui Dürer este intr-adevar un patrat magic, si, in decursul procesului, ai incercat si cateva operatii MATLAB asupra matricei. Urmatoarele sectiuni continua sa foloseasca aceasta matrice pentru a ilustra capacitati suplimentare ale MATLAB.

Subscripturi

Elementul de pe randul i si de pe coloana j a lui A este denotat prin notatia A(i,j). De exemplu, A(4,2) este numarul de pe al patrulea rand si de pe a doua coloana. Pentru patratul nostru magic, A(4,2) este 15. Asa ca, pentru a calcula suma elementelor de pe a patra coloana a lui A, scrie

A(1,4) + A(2,4) + A(3,4) + A(4,4)

Astfel vei obtine

ans = 34

insa acesta nu reprezinta cea mai eleganta modalitate de a insuma o coloana. Ne putem referi la elementele unei matrice  cu un singur subscript, A(k). Acesta este modul uzual de a ne referi la vectorii rand si coloana. Insa, se poate aplica de asemenea si la o matrice in totalitate bidimensionala, caz in care aranjamentul este considerat ca fiind un vector-coloana lung, format din coloanele matricei originale. Asa ca, pentru patratul nostru magic, A(8) reprezinta o alta modalitate de a ne referi la valoarea 15 stocata in A(4,2).
Daca incerci sa folosesti valoarea unui element in afara matricei, se va returna o eroare:

t = A(4,5)

Indicele depaseste dimensiunile matricei. Pe de alta parte, daca stochezi o valoare intr-un element din afara matricei, dimensiunea creste pentru a primi noul venit:

X = A;
X(4,5) = 17
X =
16 3 2 13 0
5 10 11 8 0
9 6 7 12 0
4 15 14 1 17

Operatorul ":"

Semnul ortografic "doua puncte", :, constituie unul dintre cei mai importanti operatori MATLAB. El intervine sub diverse forme. Expresia 1:10 intr-un vector orizontal care contine numere intregi cuprinse in intervalul1 - 10:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Pentru a obtine o un interval nonunitar, specica un spor de crestere. De exemplu,

este

100 93 86 79 72 65 58 51

si

0:pi/4:pi

este

0 0.7854 1.5708 2.3562 3.1416

Expresiile subscript care implica coloane se refera la portiuni apartinand unei matrice:

A(1:k,j)

inseamna primele k elemente din coloana j a lui A. Asa ca

sum(A(1:4,4))

calculeaza suma elementelor din a patra coloana. Insa exista o cale mai buna. Coloana se refera ea insasi la toateelementele de pe un rand sau de pe o coloanaa unei matrice, iar cuvantul cheie end se refera la ultimul rand sau la ultima coloana. Asa ca

sum(A(:,end))

calculeaza suma elementelor de pe ultima coloana a lui A:

ans = 34

De ce este suma magica a unui patrat 4-cu-4 egala cu 34? Daca numerele intregi de la 1 la 16 sunt sortate in patru grupuri cu sume egale, acea suma trebuie sa fie

sum(1:16)/4

care, desigur, este

ans = 34

Functia magica

De fapt, MATLAB dispune de o functie interna care creeaza patrate magice de aproape orice dimensiune. Deloc surprinzator, aceata functie este denumita magic:

B = magic(4)
B =
16 2 3 13
5 11 10 8
9 7 6 12
4 14 15 1

Aceasta matrice este aproape identica cu cea din gravura lui Dürer si are celeasi proprietati "magice"; singura diferenta este aceea ca cele doua coloane din mijloc sunt interschimbate. Pentru a face aceasta matrice B sa se transforme in matricea A a lui Dürer, interschimba cele doua coloane din mijloc:

A = B(:,[1 3 2 4])

Aceasta spune ca, pentru fiecare dintre randurile matricei B, se reordoneaza elementele in ordinea 1, 3, 2, 4. Va rezulta:

A =
16 3 2 13
5 10 11 8
9 6 7 12
4 15 14 1

Crearea unui grafic

Tipul de grafic pe care vrei sa-l creezi depinde de natura datelor tale si de ceea ce vrei sa evidentiezi prin analiza lor. Poti alege din mai multe tipuri predefinite de grafice, cum ar fi linie, bara, histograma, 'placinta', dar si grafice 3-D cum ar fi: suprafete, planuri sectionate, etc.

Exista 2 metode elementare prin care poti crea grafice in MATLAB:

Interactiv, folosind tool-uri de trasare a graficelor (plotting);

Prin intermediul instructiunilor introduse in fereastra de comenzi (Command Window).

E posibil sa consideri utila imbinarea celor doua abordari. De exemplu, poti scrie o comanda pentru a crea un grafic, modificandu-l apoi cu ajutorul tool-urilor interactive.

Explorarea datelor

Dupa ce ai creat un grafic, poti extrage anumite informatii legate de date, cum ar fi valoarea numerica a unui varf din grafic sau valoarea medie a unei serii de valori, sau poti afisa informatii suplimentare folosind Data tips si tool-uri Data brushing.

Editarea componentelor

Graficele sunt compuse din obiecte ce au proprietati pe care le poti schimba. Aceste proprietati afecteaza modul in care diferitele componente ale graficului arata si se comporta. De exemplu, axele ce definesc sistemul de coordonare au proprietati ce definesc limitele fiecarei axe, scara, culoarea, etc. Linia folosita pentru a crea un grafic de tip linie are proprietati cum ar fi culoarea, tipul de marker pentru a identifica fiecare valoare, etc.

N.B.

Valorile datelor pe care un grafic de tip linie le afiseaza sunt copiate si devin proprietati ale obiectului grafic. Astfel, poti adauga valori sau poti modifica valorile deja existente fara a crea un nou grafic.

Adnotarea

Adnotarile reprezinta textul, sagetile si alte etichete adaugate graficelor pentru a scoate in evidenta anumite date importante pentru utilizatori. De obicei se adauga adnotari atunci cand doresti sa arati graficele altor persoane sau daca vrei sa le pastrezi pentru a le utiliza pe viitor.

Printarea si exportarea graficelor

Iti poti lista graficul la orice imprimanta conectata la PC-ul tau. Cu optiunea print preview poti vedea cum va arata el cand va fi printat si poti adauga headere, footere, o data s.a.m.d. Casuta print preview iti permite sa controlezi marimea, asezarea si alte caracteristici ale graficului (selecteaza Print Preview din meniul File).

Exportarea unui grafic consta in crearea unei copii intr-un format standard de fisier imagine, cum ar fi TIFF, JPEG sau EPS. Apoi poti introduce fisierul intr-un procesor word, il poti include intr-un document HTML sau il poti modifica intr-un program de editare de imagini (selecteaza Export Setup din meniul File).

Adaugarea si stergerea figurilor

Cand creezi un nou grafic in aceeasi fereastra, datele sale le inlocuiesc pe cele ale graficului afisat anterior, daca exista vreunul. Poti sterge toate datele, grafica si adnotarile din imaginea curenta prin tastarea comenzii CLF in linie de comanda sau prin selectarea optiunii Clear Figure din meniul Edit.

Salvarea graficelor

Exista 2 metode prin care poti salva un grafic, astfel incat sa il poti reutiliza pe viitor:

Ca fisier FIG (selectand Save din meniul File)

Generand codul MATLAB care poate recrea graficul (selecteaza Generate M-File din meniul File).

Fisierele FIG sunt fisiere in format binar care salveaza o figura in stadiul ei curent, ceea ce inseamna ca toate obiectele de tip grafic si setarile lor sunt stocate in fisier atunci cand acesta este creat. Fisierul poate fi redeschis intr-o alta sesiune MATLAB, chiar daca il rulezi pe un alt computer. Cand incarci un fisier FIG, o noua imagine MATLAB se deschide in acelasi stadiu ca si cea pe care ai salvat-o.

N.B.

Setarile tool-urilor din bara de meniu nu se salveaza in fisierul FIG; doar continutul graficului si adnotarile sale sunt salvate. Continuturile data tips-urilor (create cu Data Cursor) sunt si ele salvate. Asta inseamna ca fisierele FIG se deschid intotdeauna in modul default.

Codul generat

Poti folosi generatorul MATLAB M-code pentru a crea un cod care reconstruieste graficul. Spre deosebire de fisierul FIG, codul generat nu contine vreo informatie; in schimb, trebuie sa transmiti datele corespunzatoare functiei generate atunci cand rulezi codul. Daca studiezi codul generat pentru un grafic poti invata cum sa programezi folosind MATLAB.

Componentele unui grafic

Graficele MATLAB sunt afisate intr-o fereastra cu titlul 'Figure 1'. Pentru a crea un grafic trebuie sa definesti un sistem de coordonate. Astfel, fiecare grafic este plasat in cadrul unor axe care sunt continute de fereastra.

Poti obtine reprezentarea vizuala a datelor cu ajutorul unor grafice de tip linie si suprafata. Acestea sunt desenate in cadrul sistemului de coordonate, definit de axe ce apar automat pentru a mari intervalul de valori. Datele propriu zise sunt stocate ca proprietati ale obiectelor de tip grafic. Imaginea urmatoare arata componentele de baza ale unui grafic tipic.

Tool-urile ferestrei

Fereastra contine un set de tool-uri care opereaza asupra graficelor. Acestea pot fi accesate prin intermediul meniului Tools, dupa cum se poate observa din figura de mai jos. Tot in imaginea de mai jos pot fi observate 3 bare de meniu, ce sunt discutate in sectiunea "Toolbars".

Cum se acceseaza diversele optiuni

Poti accesa sau retrage diferite toolbar-uri si alte tool-uri din meniul View, de unde poti activa si dezactiva elementele de care ai nevoie. Un toolbar nou adaugat va fi afisat sub cel aflat in partea cea mai de jos.

Toolbar-uri pentru figura (Figure Tools)

Aceste toolbar-uri ofera un acces facil la mai multe optiuni de modificare a graficului. Ceea ce trebuie sa retii este ca exista 3 bare de meniu de acest tip. Daca asezi cursorul pe un buton anume, vei vedea un scurt text care iti indica functia butonului respectiv. In urmatoarea imagine poti vedea cele 3 bare de meniu, avand cursorul plasat pe functia Data Cursor.

Toolbar-uri pentru trasarea graficelor (Plotting Tools)

Aceste functii sunt atasate figurilor si te ajuta la trasarea graficelor. Ele iti permit sa realizezi urmatoarele sarcini:

Sa selectezi tipul de grafic (linie, bara, suprafata,etc.)

Sa modifici variabila ce reprezinta tipul de grafic

Sa vizualizezi si sa setezi proprietatile obiectelor de tip grafic

Sa adnotezi graficele folosind texte, sageti, etc.

Sa creezi si sa aranjezi sub-graficele in figura

Sa stergi si sa introduci noi valori in setul de date initial

Poti afisa aceste tool-uri din meniul View sau dand click pe iconita Show PlotTools din bara de meniu, dupa cum se arata in imaginea urmatoare.

De asemenea, ele pot fi activate si din linia de comanda, cu ajutorul instructiunii plottools.

Tool-urile de tip plotting sunt alcatuite din 3 componente GUI independente:

Figure Palette - specifica si ordoneaza sub-graficele, acceseaza variabilele spatiului de lucru pentru trasarea graficelor sau editare si adauga adnotari.

Plot Browser - selecteaza obiectele din ierarhia de grafice, controleaza vizibilitatea si adauga valori axelor de coordonate

Property Editor - schimba proprietatile cheie ale obiectului selectat. Da click pe More Properties pentru a accesa toate proprietatile obiectului cu Property Inspector

De asemenea, poti controla aceste componente din linia de comanda prin tastarea urmatoarelor instructiuni:
figurepalette
plotbrowser
propertyeditor.

Urmatoarea imagine arata o figura avand activate toate cele trei ferestre:

Folosirea tool-urilor si a codului MATLAB

Poti activa tool-urile de tip plotting pentru orice grafic, chiar si pentru unul creat prin folosirea comenzilor MATLAB. De exemplu, sa presupunem ca ai tastat urmatorul cod pentru a trasa un grafic:

t = 0:pi/20:2*pi;
y = exp(sin(t));
plotyy(t,y,t,y,'plot','stem')
xlabel('X Axis')
ylabel('Plot Y Axis')
title('Two Y Axes')

Acest grafic contine 2 axe y, prima pentru graficul de tip linie (albastru), si cea de-a doua pentru graficul format din linii verticale (verde). Cu ajutorul tool-urilor de tip plotting poti selecta orice obiect din grafic si ii poti edita proprietatile. De exemplu, adaugarea unei etichete pentru axa y care corespunde graficului trasat cu verde se realizeaza usor prin selectarea acelei axe din Plot Browser si setarea proprietatii Y Label in Property Editor (daca nu vezi textul, mareste fereastra pentru a o face mai inalta).

Aranjarea mai multor grafice pe aceeasi figura

Poti afisa un anumit numar de axe intr-o figura prin selectarea layout-ului dorit din meniul Figure Palette. De exemplu, urmatoarea imagine iti arata cum sa afisezi 4 axe 2-D in aceeasi fereastra.

Selecteaza axele pe care vrei sa le folosesti pentru trasarea graficului. Ca si alternativa, poti folosi functia subplot pentru a crea mai multe axe.

Alegerea modului de desenare a graficului

Diferitele tipuri de grafice 2-D si 3-D sunt descrise in "Types of MATLAB Plots" din documentatia MATLAB Graphics. Aproape orice tip de grafice este descris si exemplificat de catre tool-ul Plot Catalog. Poti folosi aceasta optiune pentru a vizualiza diferitele modalitati de desenare, pentru a alege una care sa reprezinte cat mai bine variabilele selectate de tine si, in final, pentru a o aplica figurii curente sau unei figuri nou create. Plot Catalog poate fi accesat prin selectarea uneia sau mai multor variabile dupa cum urmeaza:

In Figure Palette da click dreapta pe o variabila selectata si, din meniul care apare, alege optiunea More Plots;

In browser-ul spatiului de lucru, da click dreapta pe o variabila selectata si alege More Plots din meniu, sau apasa butonul Plot selector si alege More Plots din meniul sau.

In editorul de variabile (Variable Editor) selecteaza valorile pentru care vrei sa trasezi graficul, da click pe Plot selector si alege More Plots din meniul sau.

Iconita butonului Plot selector reprezinta un tip de grafic si se schimba in functie de tipul datei pe care o selectezi. Ea este dezactivata daca tipul datelor selectate nu este numeric, sau nu a fost selectata nici o variabila. Urmatoarea imagine iti arata cum poti deschide Plot Catalog din Figure Pallette:

Dupa ce selectezi un mod de desenare si dai click pe Plot sau Plot in New Figure, intr-o fereastra noua se va deschide Plot Catalog-ul, avand variabilele selectate pregatite pentru trasarea graficului. Cu ajutorul campului Plotted Variables, poti inlocui variabilele selectate initial cu alte nume de variabile sau expresii MATLAB

Modul de editare (Plot Edit Mode)

Modul de editare al unei diagrame in Matlab iti permite sa selectezi anumite obiecte dintr-un grafic si te ajuta in modificarea multora dintre ele. Pentru a activa aceasta modalitate de editare, trebuie sa dai click pe sageata din toolbar.

Ca alternativa, poti selecta si optiunea Edit Plot din meniul Tools.

Setarea proprietatilor obiectului

Dupa ce ai activat modul de editare, poti selecta obiectele din graphic printr-un simplu click. Pentru a selecta mai multe obiecte, tine apasata tasta Shift. Avand cursorul deasupra obiectului selectat, da click dreapta pentru a-i afisa meniul context:

Acest meniu iti ofera un acces rapid la cele mai des folosite operatii si proprietati.

Folosirea editorului de proprietati

Avand activat modul de editare, un dublu click pe un obiect din diagrama va deschide editorul de proprietati (Property Editor), cu ajutorul caruia sunt afisate proprietatile importante ale acelui obiect. Property Editor ofera acces la cele mai uzuale proprietati ale obiectului. In momentul in care selectezi un obiect, editorul este actualizat pentru a expune proprietatile obiectului ales.

Accesarea proprietatilor cu Property Inspector

Property Inspector este o functie care iti permite sa accesezi majoritatea proprietatilor de manipulare a graficelor (Handle Graphics) si alte obiecte MATLAB. Daca nu gasesti proprietatea pe care vrei sa o modifici in Property Editor, da click pe optiunea More Properties pentru a activa Property Inspector. Poti folosi si comanda inspect pentru a porni aceasta optiune. De exemplu, pentru a vizualiza proprietatile axelor curente tasteaza: inspect(gca).

Imaginea urmatoare ilustreaza felul in care Property Inspector afiseaza proprietatile axelor unui grafic. El enumera fiecare proprietate si ofera un text sau un alt instrument corespunzator cu ajutorul caruia poti seta valoarea proprietatii. Pe masura ce selectezi diferite obiecte, Property Inspector este actualizat pentru a afisa proprietatile obiectului curent.

In mod implicit, Property Inspector enumera proprietatile in ordine alfabetica. Cu toate acestea, poti grupa obiectele de tip Handle Graphics, cum ar fi axele de coordonate, dupa categorii pe care le poti activa sau inchide in Property Inspector. Pentru a face acest lucru, da click pe iconita din partea de sus stanga, apoi pe semnul + pentru categoria pe care vrei sa o extinzi. De exemplu, pentru a vedea proprietatile legate de pozitie, da click pe semnul + din stanga categoriei Position.

Aceasta categorie se va deschide, iar + se modifica in - pentru a indica ca poti inchide optiunea dand click pe ea.

Folosirea functiilor pentru a edita graficele

Daca preferi sa lucrezi din linia de comanda MATLAB, sau daca vrei sa creezi un fisier M, poti folosi comenzile MATLAB pentru a edita un grafic. Cu ajutorul comenzilor set si get poti modifica proprietatile obiectelor dintr-un grafic.

3.2. Achizitia unui semnal folosind placa de achizitie NI PCI-6110

Matlab suporta seria M, E si hardware USB de la National Instruments prin intermediul Data Acquisition Toolbox. Urmatorul exemplu de cod demonstreaza cum se pot achizitiona si analiza date de la hardware-ul National Instruments in 10 comenzi. Comenzi aditionale care pot fi utile sunt deasemenea ilustrate.

Aceasta comanda se foloseste pentru determinarea ID-ului placii conectate la sistem PCI-6110

hw = daqhwinfo('nidaq')
hw.InstalledBoardIds
hw.BoardNames

Conform partii introductive a acestui proiect, inca de la instalarea placii de achizitie PCI-6110, la rularea comenzii: daqhwinfo('nidaq')in fereastra de comanda, rezultatul corect este:

AdaptorDllName: 'C:MATLAB6p6toolboxdaqdaqprivatemwnidaq.dll'

AdaptorDllVersion: 'Version 2.2 (R13) 28-Jun-2002'

AdaptorName: 'nidaq'

BoardNames:

InstalledBoardIds:

ObjectConstructorName:

Deci ID-ul placii va fi: '1'.
Crearea unui obiect de intrare analogica folosind ID-ul de placa "Dev6"
ai = analoginput('nidaq','Dev6');

Achizitia de date se face de la canalul 3 al placii:
addchannel(ai, 3);



Pentru a vizualiza configuratia de baza a achizitiei se tipareste numele variabilei : ai

Pentru a vedea proprietatile ce pot fi configurate: set(ai)
Pentru a vedea o lista cu toate proprietatile obiectului si setarile lor curente: get(ai)

Configurarea intrarilor analogice in mod singular sau diferntial:
set(ai,'InputType','SingleEnded');
set(ai,'InputType','Differential');

Configurarea frecventei de esantionare:
ai.SampleRate = 10000;
ai.SamplesPerTrigger = 10000;

Incepe achizitia:
start(ai);

Asteapta 2 secunde pentru finalizarea achizitiei
wait(ai,2);

Achizitioneaza datele in spatiul de lucru al Matlab
data = getdata(ai);

Afiseaza grafic rezultatele
plot(data);

Sterge tot
stop(ai);
delete(ai);

Astfel, programul pentru achizitie de semnal folosind placa de achizitie NI PCI-6110 este:

3.3. Simularea unui semnal de alimentare perturbat si filtrarea acestuia

FILTDEM Exemplu de creare a unui filtru si filtrarea semnalului.

Acest exemplu creaza un filtru cu Signal Processing Toolbox si il aplica unui semnal alcatuit din componente armonice.

3.3.1. Tranformata Fourier discreta

Pentru determinarea transformatei Fourier discreta Matlab dispune de functia predefinita "fft()" care poate fi aplicata direct asupra semnalului caruia dorim sa ii aflam transformata Fourier, iar valoarea returnata de functie este chiar aceasta. Considerand exemplul anterior, pentru a determina transformatele Fourier pentru semnalul de intrare si pentru cel filtrat, este suficienta urmatoarea secventa:

S=fft(s,512); % Transformata Fourier discreta

SF=fft(sf,512); % pentru semnalul initial si filtrat

Pentru utilizator este chiar mai complexa afisarea transformatei, decat calculul acesteia.

Pentru a afisa cele doua semnale rezultate din secventa de mai sus:

w=(0:255)/256*(Fs/2);

plot(w,abs([S(1:256)'' SF(1:256)'']));

xlabel(''Frequency (Hz)'');

ylabel(''Mag. of Fourier transform'');

3.3.2. Prezentare program

In aceasta sectiune se incerca reunirea tuturor secventelor descrise anterior intr-un singur program. Program care efectueaza achizitia de semnal prin intermediul placii deachizitie PCI-6110, afiseaza semnalul achizitionat, il "perturbeaza" adaugandu-i doua componente armonice de 5 si 30 Hz, pe care le eliminam prin aplicarea unui filtru trece-banda si vizualizam transformata Fourier discreta a semnalului achizitionat, semnalului perturbat si a semnalului filtrat pentru concluzii.

Programul rezultat poate fi considerat un demo, fiind obtinut prin reunirea de secvente de cod descrise in diverse tutoriale de Matlab, unele se regasesc chiar in help-ul Matlab-ului.

Bibliografie

[1] https://www.e-learn.ro/tutorial_details/APLICATII_DEDICATE/Matlab

[2] PCI-6110 & 6111 Specification Corrections

[3] PCI-6110E and PCI-6111E User Manual

[4] BNC-2110 Installation Guide

[5] https://www.ni.com/dataacquisition/software/

[6] https://www.ni.com/pdf/products

[7] Matlab - help

[8] https://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/toolbox/daq/