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Il laboratorio nel PC
rev. 0.1.1
Il laboratorio nel PC
Redatto da: nicola bavarone
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Indice
1. Scheda di acquisizione analogica, la scheda audio..................................................................... 4
2. Generatore di funzioni.................................................................................................................. 4
3. Oscilloscopio................................................................................................................................ 8
4. File Waveform.............................................................................................................................. 12
5. Digital line..................................................................................................................................... 13
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Introduzione
Qesto articolo mostra come è possibile realizzare i più comuni strumenti di laboratorio con LabVIEW(TM) e un
PC standard, senza l'aggiunta di Hardware di acquisizione o strumenti di misura.
A chi é indirizzato
Il corso è indirizzato a tutti gli utilizzatori labVIEW(TM) con particolare attenzione agli studenti che possono
cimentarsi in esperienze didattiche a costi abbordabili.
Convenzioni e organizzazione
Per facilitare la lettura e l’ apprendimento, sono inserite note distinte per il contorno esterno nero e al termine
dei capitoli una sezione di riepilogo degli argomenti trattati.
Note
Riassunti di fine capitolo
Installazioni, connessioni e osservazioni sull’ Hardware.
Collegamenti a risorse sul web
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1. Scheda di acquisizione analogica, la scheda audio.
La scheda audio, è a tutti gli effetti una scheda di conversione analogico/digitale, nel caso degli ingressi mic-in
e line-in e ancora è una scheda di conversione digitale analogica sulle uscite line-out o headphone(cuffie).
Di conseguenza offre la possibilità di acquisire e generare segnali in tensione.
I segnali trattati tuttavia sono molto deboli e quindi sia in ingresso che in uscita si dovrebbe realizzare un
circuito di condizionamento e separazione per non provocare danni al computer.
Vediamo ora le caratteristiche standard di conversione:
Risoluzione : 8bit ; 16Bit(le più frequenti)
Rate: 8000; 11025; 22050; 44100Hz
Tensione di ingresso : (a seconda della scheda e da mic o line-in) circa 1,5 : 2V
Tensione di uscita : (a seconda della scheda e da headphone o line-out) circa 1 : 2V
Tipo di accoppiamento : in alternata (banda passante 20Hz – 20KHz).Questa caratteristica rende la scheda non
idonea per misure in continua o troppo lenti.
Altri parametri sono da verificare con i datasheet della scheda.
Nota: Isolare sempre la scheda dal circuito in test, utilizzando trasformatori, fotoaccoppiatori e altro.
La scheda audio non permette misure in continua o lentamente variabili nel tempo.
2. Generatore di funzioni
In questo capitolo realizziamo un generatore di funzioni a due canali per la scheda audio, in labVIEW(TM).
Per interfacciarci alla scheda audio utilizziamo la palette “graphics & sound/sound”.
I blocchi funzione per inviare un segnale,sulle uscite line-out o headphone sono:
Sound Output Config.vi:
Configura la scheda, impostando rate, risoluzione,
qualità mono o stereo.
SO Volume.vi:
Regola l'ampiezza del segnale inviato.
SO Write.vi:
Invia in uscita il segnale, che può essere mono
8bit;mono 16bit;stereo 8bit e stereo 16bit.
SO Start.vi:
Avvia l'invio del segnale.
SO Wait.vi:
Attende finché tutti i segnali sono stati ricevuti dal
buffer di uscita.
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Sound Output Config.vi:
Configura la scheda, impostando rate, risoluzione,
qualità mono o stereo.
SO Clear.vi:
Chiude la generazione e rilascia le risorse.
Si realizza il VI, soundcard_out.vi, di cui riportiamo il diagramma nella figura sotto.
Figura 1: Soundcard_out.vi
Per realizzare il blocco per generare il segnale, utilizziamo il basic function generator.vi, che permette di
realizzare le forme d'onda più utilizzate, come sinusoidale, triangolare, quadra, dente di sega(sawtooth).
Il segnale creato viene inviato al subVI soundcard_out.vi.
Il diagramma del generatori di funzioni(function generator.vi) viene mostrato qui di seguito.
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L' interfaccia del generatore è mostrata nella figura sotto
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Il pannello è diviso in due metà, una per canale.
Ogni canale può generare diversi tipi di waveform (Sine, Square, Saw, Pink noise e White noise), può gestirne
l'angolo di fase,l'ampiezza e la frequenza.
Si possono implementare con un po' di lavoro altre funzioni a piacimento come controllo del duty cycle,pause,
salvataggio della waveform ecc.
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3. Oscilloscopio
Realizzeremo ora un oscilloscopio 2 canali, sfruttando l'ingresso line-in o mic. della scheda audio.
La lettura del dato ingresso della scheda audio, utilizziamo la palette “graphics & sound/sound”.
Le funzioni per la lettura dei dati da scheda audio sono:
Sound Input Config.vi
Configura l'ingresso della scheda.
Sound Input Start.vi
Inizia l'acquisizione.
Sound Input Read.vi
Rende disponibile l' array dei valori presenti sul buffer
della scheda audio (4 uscite una per ogni tipo di
configurazione HW, es. 8bit mono, 16bit mono, 8bit
stereo, 16bit stereo).
Sound Input Stop.vi
Arresta l'acquisizione.
Sound InputClear.vi
Chiude la connessione con il dispositivo associato al
task id, quindi rilascia le risorse del sistema utilizzate
dalla scheda.
Si realizza quindi il core object del progetto “Oscilloscopio”, che salviamo con il nome Soundcard_in.vi.
Questo blocco è incaricato di interfacciarsi e leggere il dato sulla scheda audio.
All'interno oltre le funzioni di interfacciamento ala scheda, si notino i subVI
Extract rate fromsound format.vi, che ha l'incarico di estrarre il rate selezionato
dal cluster di conf, di seguito il diagramma:
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Build audio data.vi concatena i 4 aray di uscita del SI Read.VI, in modo da avere un unica
uscita indipendentemente dal tipo di impostazione del canale.
Di seguito il diagramma:
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Il diagramma del Soundcard_in.vi, viene quindi mostrato nella figura sotto:
Se inseriamo il soundcard_in.vi all'interno di un while loop e posizionando un grafico da collegare all'uscita di
questo vi, collegando diettamente la presa mic alla Headphone, e utilizzando il generatore di funzioni per
generare una funziona sinusoidale a 100Hz, si ha la rappresentazione di figura.
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La realizzazione dell'oscilloscopio deve ora prevedere le funzioni tipiche di un oscilloscopio, ricordando che si ha
a disposizione un solo canale e che non si riesce ad acquisire bene frequenze inferiori a 20Hz.
Nota: A seconda del computer utilizzato si possono avere visualizzazioni diverse.
E' molto imporatante impostare, accuratamente i paramentri del mixer di sistema
(Volume,microfono,preamplificazione se prevista ecc.
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4. File Waveform
La waveform catturata con l'oscilloscopio o generata dal generatore di funzione si può salvare o leggere in
formato .wav .
Si utilizzano per questo i VI disponibili nella palette sound
Sound Write Wave File.vi
Salva la waveform.
Sound Read Wave File.vi
Restituisce un array dei dati campionati nel file wav.
Per dimostrazione pratica, inseriamo queste funzioni all'interno dell' oscilloscopio.
Per inserire una funzione inseriamo una struttura case, ce gestisca le operazioni effettuate sull'oscilloscopio.
Il contiene quindi il codice per la lettura da scheda audio, la lettura da file e la scrittura su file.
Aprire il diagramma del file oscilloscopio.vi e creare il case, disegnandolo in modo che contenga il subVI di
acquisizione soundcard_in.vi.
Inserire quindi nel pannello un Cluster che contenga tre boolean (Acquire, Load, Save), ritornare al diagramma
e completare i codice come in figura.
Ora si inseriscano i frame per la lettura e la scrittura su wav file, realizzando il codice delle figure successive
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Il Vi Oscilloscopio può ora salvare e leggere file di formato wave.
Si possono estendere le funzionalità, implementando anche salvataggio e lettura su file di testo ecc.
5. Conclusioni
La scheda Audio, rappresenta un buon punto di partenza per studiare labVIEW(TM) e l'acquisizione digitale.
Potrete migliorare aggiungendo funzionalità e ottimizzando, gli esempi mostrati.
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