DSP-Meßkarten


DSP-Meßkarten Die DSP Karten sind lieferbar als Multifunktionskarten, Zählerkarten, D/A Wandler Karten. Die Karten sind mit einem oder zwei Signalprozessoren ausgestattet. Dies ermöglicht ein Abarbeiten von Prozessen direkt auf der Karte, ohne den PC Prozessor zu belasten. Komfortable Treiber z.B. für DASYLab und DIAdem ermöglichen die Einstellung der gewünschten Parameter ohne Programmierung. Die Verarbeitung mit dem Signalprozessor ermöglicht z.B. eine schnelle Reaktion auf gemessene Ereignisse durch einen fast verzögerungsfreie digitale Ausgabe eines Signals. Unter DasyLab können z.B. mehrere DSP Karten parallel und ohne Einschränkung der Abtastrate der Karten untereinander betrieben werden. Ein Treiber für LabView ist lieferbar. Signalprozessorkarten, DSP Multifunktionskarten, DSP Meßkarten, DSP Zählerkarten, Zaehlerkarten, DSP DA-Karten, DSP D/A Karten, DSP A/D Karten, DSP AD Karten, DSP-DA-Karten, DSP-AD-Karten, Signalprozessor Meßkarten, MC4-PCI, MCQuattro, MC-light, Pulsweitenmodulation, In der Meß- und Regelungstechnik werden häufig PC-Messkarten eingesetzt, um Prozesse zu überwachen und zu steuern. Über PC-Treiber (DLL's) werden die Funktionen der Karten gekapselt und über eine Schnittstelle anderen Programmen zur Verfügung gestellt. Diese Programme sind häufig auf die Erfassung, Ausgabe und Darstellung von Signalen sowie deren Auswertung spezialisiert. Beispiele für solche Programme sind: Diadem Dasylab Labview DSP-Messkarten Messkarten können, abgesehen von der Art und Anzahl der Erfassungs- und Ausgabekanäle, grundsätzlich in zwei Kategorien unterteilt werden: Karten ohne eigenen Prozessor Karten mit eigenem Prozessor Messkarten ohne eigenen Prozessor sind einfach und preisgünstig aufgebaut. Sie stellen lediglich ihre Erfassungs- und Ausgabemöglichkeiten dem PC-Treiber zur Verfügung. Die Parametrierung der Kartenhardware vor der Messung sowie Steuerung der Erfassung und Ausgabe während der Messung muss vom PC-Treiber übernommen werden. Dieses erfordert viele Zugriffe auf die Karte zur Messzeit und einen großen Bedarf an PC-Resourcen. Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. zeigt ein Blockdiagramm eines solchen Meßsystems. Hier muss der PC alle Arbeiten erledigen. Bei Messkarten mit eigenem Prozessor werden die Erfassung und Ausgabe vor Start der Messung vom PC-Treiber parametriert und konfiguriert. Die Steuerung der Erfassung und Ausgabe zur Messzeit erfolgt dann selbstständig auf der Karte. Der PC-Treiber wird von dieser Aufgabe befreit. Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. zeigt ein Blockdiagramm eines solchen Meßsystems. Da Prozessorkarten meistens auch über eigenen Speicher verfügen, können Messwerte gesammelt und in größeren Blöcken übergeben werden. Durch diese Maßnahmen wird die Zahl der Zugriffe auf die Messkarte stark reduziert. Dadurch ist eine höhere Leistung des PC-Systems möglich, da die immer knappen PC-Resourcen nur für die wirklich notwendigen Aufgaben benötigt werden. Dieses sind meistens Aufrufe, die Abtastwerte aus der Karte lesen oder auszugebene Werte zur Karte senden. Durch die Verwendung eines Prozessors können neben der Erfassung und Ausgabe von Daten auch Berechnungen mit den abgetasteten Daten durchgeführt werden. Somit können Auswertungen von Meßwerten bereits auf der Messkarte vorgenommen und die fertigen Ergebnisse der Meßsoftware zur Verfügung gestellt werden. Die Karten der MCQ-PCI-Reihe sind mit einen digitalen 24Bit Signalprozessor (DSP) der Firma Motorola ausgestattet. Berechnungen wie z.B. Filteralgorithmen und schnelle Fourier-Transformation (FFT) lassen sich auf einem DSP aufgrund seiner speziellen Struktur schneller und einfacher berechnen als auf sogenannten Universal-Prozessoren. Desweiteren verfügen die Messkarten der MCQ-PCI-Reihe über bis zu 1,5 MB schnellen SRAM-Speicher, um Daten zwischenzupuffern. Die MCQ-PCI-Reihe steht in mehreren Varianten mit unterschiedlicher Hardware und spezialisierten Aufgabenbereichen zur Verfügung. Die große Verwendungsvielfalt wird durch ein einheitliches Karten- und Treiberdesign ermöglicht. Die MCQ-PCI-Reihe umfaßt: PC-DA: Karten für analoge Ausgabe MU/Count (Zähler-Karten), die z.B. Frequenz-, Periodendauer- oder Pulsbreiten-Messungen ermöglichen. Es können auch individuelle Zähler angeboten werden. Spezielle Inkrementalgeber-Karten ermöglichen den direkten Anschluß von Inkrementalgebern. MU/Count/PWM (PWM-Ausgabe-Karten): Sie können mehrere pulsweitenmodulierte Signale erzeugen und ausgeben. LightPCI (Multifunktionskarten): Sie verfügen über analoge und digitale Ein- und Ausgänge, Zähler und PWM-Ausgänge und sind damit echte Allround-Talente. Die Abtastwerte der analogen Eingänge können bereits auf der Karte ausgewertet werden, z.B. können die Eingangssignale gefiltert, mittels FFT ihr Frequenzspektrum ermitteln werden. PID-Regelungen können vollständig auf der Karte durchgeführt werden. Dabei wird die Stellgröße gleich nach der Berechnung auf einen Ausgang gegeben. Dadurch kann der PID-Regler sehr schnell auf den externen Prozeß reagieren, ohne den Umweg über den PC gehen zu müssen. è Quattro (Multifunktionskarten mit zweitem Signalprozessor): Sie verfügen wie die LightPCI über analoge und digitale Ein- und Ausgänge, Zähler und PWM-Ausgänge. Allerdings ist deren Anzahl größer und ist durch Module erweiterbar. PID-Regelung ist ebenfalls vollständig auf der Karte realisierbar. Funktionen wie z.B. Filterberechnungen können auf einen zweiten Signalprozessor ausgelagert werden. Alle Karten der MCQ-Reihe verfügen über bis zu 1,5 MB SRAM- und 24 MB DRAM-Speicher. Neben der Erfassung und Ausgabe von Signalen können die abgetasteten Signale einer Online-Bearbeitung unterzogen werden. Auswertungen, die sonst in der Meßsoftware oder im PC-Treiber durchgeführt werden müßten, können bereits auf der Karte während der Messung (Online) durchgeführt werden. Der PC wird von dieser Aufgabe entlastet und der Resourcenbedarf der Meßsoftware bzw. des PC-Treibers kann erheblich verringert werden. Die Onlinebearbeitung umfaßt folgende Funktionen: Digitale Trigger Über einen einen Triggereingang kann die Messung und Ausgabe gestartet oder getaktet werden. Dadurch kann beispielsweise die Taktquelle für eine Ausgabe von einem Inkrementalgeber vorgegeben werden. Mit jedem Inkrement wird ein neuer Wert ausgegeben. Erfassung von Werten kann auf diese Weise mit gleichem Takt auf verschiedenen Karten erfolgen. Der digitale Trigger kann auf alle automatischen Abläufe wirken. Analoge Trigger Analoge Trigger sind logische Auswertungen von Grenzwertüberwachungen, die während einer Messung überwacht werden. Triggerbedingungen sind z.B.: Maximalwert (es wird immer der bisher größte gemessene Wert zum PC übertragen) Minimalwert (es wird immer der bisher kleinste gemessene Wert zum PC übertragen) Schwelle überschritten (Trigger wird ausgelöst, wenn das Signal einen bestimmten Schwellwert überschrittet) Schwelle unterschritten (Trigger wird ausgelöst, wenn das Signal einen bestimmten Schwellwert unterschrittet) Fenster-Trigger (Verknüpfung der Schwellentrigger) Gradient überschritten (Trigger wird ausgelöst, wenn eine bestimmte Steigung des Signals überschritten wird) Gradient unterschritten (Trigger wird ausgelöst, wenn eine bestimmte Steigung des Signals unterschritten wird) Diese Bedingungen können als Start- oder als Stoptrigger definiert werden. Durch die hohe Intelligenz der Karte ist es möglich, für jeden Kanal mehrere Triggerbedingungen zu setzen, die während der Messung überwacht werden sollen. Außer Starten und Stoppen der Messung kann als Reaktion auf ein Triggerereignis ein digitaler Ausgang auf HIGH- oder auf LOW-Pegel gesetzt werden. Damit können externe Geräte gesteuert werden. Zu Meßbeginn können die digitalen Ausgänge auf vordefinierte Pegel eingestellt werden. Normalerweise deaktiviert sich ein Trigger, dessen Bedingung erfüllt ist. Durch entsprechende Parametrierung sind die Trigger in der Lage, sich selbst wieder zu aktivieren. Wird dann z.B. ein Starttrigger so gesetzt, das bei Überschreiten von 0V die Messung startet und ein Stoptrigger die Messung stoppt, wenn 0V unterschritten wird, würden nur die positiven Werte eines Signals erfaßt werden, die negativen Werte werden nicht erfaßt. Dadurch geht aber der Zeitbezug verloren. Soll dieser erhalten bleiben, kann ein konstanten Wert an den Stellen eingefügt werden, an denen durch die Trigger keine Werte erfaßt werden. Verstärkung: Bei Messkarten, die eine variable Verstärkung erlauben oder über ein Verstärkermodul verfügen, kann die Verstärkung jedes Kanals verändert werden. Dadurch können auch sehr kleine Werte mit einer besseren Auflösung erfaßt werden. Oversampling Sind die zu messenden Signale verrauscht oder es soll hochgenau gemessen werden, kann Oversampling für die zu messenden Kanäle aktiviert werden. Oversampling bewirkt eine mehrfache Abtastung des/der analogen Eingänge und eine Mittelung über diese Werte. Auf diese Weise wird die Standardabweichung sowie andere Meßfehler minimiert, die reelle Meßgenauigkeit (Bitauflösung) kann durch Oversampling erhöht werden. Bei einem 16Bit-AD-Wandler wird die Auflösung durch 16-Fach-Oversampling von 12 Bit (1,8 mV) auf 15,5 Bit (500µV) erhöht. Digitale Filterung des Signals Ein Signal besteht in der Regel aus einem Nutzsignal, das die Information des Signals enthält und überlagerten Störsignalen. Sind die Störsignale von anderer Frequenz als das Nutzsignal, können über Filterung des Signals die Störanteile entfernt werden. Frequenzselektive digitale Filter, wie sie auf den Karten implementiert sind, entfernen aus einem Signal bestimmte Frequenzanteile heraus. Dabei sind rekursive und nichtrekursive Filter möglich. Die rekursiven Filter werden IIR-Filter (infinite impuls response, unendliche Impulsantwort) und die nichtrekursiven Filter werden FIR-Filter (finite impuls response, endliche Impulsanwort) genannt. Sie unterscheiden sich im Filteralgorithmus. Filteralgorithmen werden auch Filterstrukturen genannt. Rekursive Filter haben den Vorteil, das die Filterordnung und damit der Aufwand für die Berechnung der gefilterten Signale geringer ist als bei nichtrekursiven Filtern. Nachteilig wirkt sich die nichtlineare Phase aus. Die sich daraus ergebenden unterschiedlichen Gruppenlaufzeiten bewirken, das der zeitliche Verlauf des gefilterten Signals verfälscht wird. Eine lineare Phase ist meistens nur durch zusätzlichen Aufwand realisierbar und dann nur als Näherung. Dieses Problem tritt bei nichtrekursiven Filtern nicht auf. Sie können so entworfen werden, daß sie über eine lineare Phase und damit über konstante Gruppenlaufzeiten verfügen. Der zeitliche Verlauf des gefilterten Signals wird nicht verfälscht. Der große Nachteil nichtrekursiver Filter ist die benötigte größere Filterordnung und damit der größere Berechnungsaufwand. Die bei nichtrekursiven Filtern auftretenden Welligkeiten im Frequenzgang können durch spezielle Fensterfunktionen minimiert werden. Die Filtercharakteristik, also welche Frequenzen wie stark unterdrückt werden, hängt von sogenannten Filterkoeffizienten ab. Diese definieren den Filtertyp. Die Standardtypen selektiver Filter sind: Tiefpässe: hohe Frequenzen werden unterdrückt, tiefe Frequenzen bleiben erhalten Hochpässe: tiefe Frequenzen werden unterdrückt, hohe Frequenzen bleiben erhalten Bandpässe: Frequenzen zwischen zwei bestimmten Frequenzen bleiben erhalten, außerhalb werden sie unterdrückt Bandsperren: Frequenzen zwischen zwei bestimmten Frequenzen werden unterdrückt, außerhalb bleiben sie erhalten Die Koeffizienten haben für rekursive und nichtrekursive Filter einen unterschiedlichen Aufbau. Die Berechnung dieser Koeffizienten wird in einer speziellen DLL durchgeführt. Der Anwender stellt die Filtercharakteristik in der Oberfläche der Meßsoftware für jeden Kanal ein. Typische Angaben sind z.B. Filtertyp, Eckfrequenzen, Dämpfungen im Durchlaß- und Sperrbereich. Bei Start der Messung werden mit diesen Angaben die benötigten Koeffizienten berechnet und zum DSP der Karte übertragen. Die Berechnung ist für den Anwender vollständig über die Oberfläche gekapselt. Über einen Preview kann die Übertragungsfunktion (Frequenzgang des Filters) dargestellt werden. Somit kann der Anwender visuell entscheiden, ob die Filtercharakteristik seinen Ansprüchen genügt. Bild 1: Preview eines Bandpaß-FIR-Filters. Es werden der Frequenzgang und der Phasengang dargestellt. Der Phasengang ist linear, da er aber auf einen Bereich von abgebildet wird, weist der Phasengang Sprünge auf. PID-Regelung Unter Regelung versteht man die Beeinflussung eines Systems (Regelstrecke) aufgrund spezieller Vorgaben. Aus einer gemessenen Größe (Ist-Wert) aus dem zu regelnden System wird unter Berücksichtigung einer Soll-Größe ein Regelwert berechnet, der zurück in das System geführt wird. Die abgetasteten Werte eines analogen Eingangs können als Ist-Wert eines PID-Reglers dienen. Die Stellgröße, die der PID-Regler anhand der Anwendervorgaben berechnet, wird sofort auf einen analogen Ausgang gegeben. Damit ist Regelung in Echtzeit und mit minimaler Reaktionszeit möglich. Der Kanal, der als Ist-Wert dient, kann wie alle anderen analogen Kanäle in der Meßsoftware dargestellt werden. Die für die Regelung benötigten Parameter werden in der Oberfläche eingestellt. Bei Start der Messung werden aus diesen Parametern die Koeffizienten berechnet, die der PID-Regler auf dem DSP benötigt. schnelle Fourier-Transformation (FFT) Die Abtastwerte eines analogen Eingangs können einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) unterworfen werden. Das Ergebnis ist eine Frequenzanalyse des Signals. Folgende Spektren können berechnet werden: Betragsspektrum Hier werden die Amplituden der Frequenzanteile eines Signals über der Frequenz ermittelt. RMS-Spektrum Das RMS-Spektrum ist der Effektivwert der Amplituden der Frequenzanteile Power-Spektrum Das Power-Spektrum gibt das Quadrat der Effektivwerte an. Kennlinie Die auf der Karte erfassten Eingangssignale können mit Hilfe einer Kennlinie umskaliert werden. So kann beispielsweise eine gemessene analoge Spannung logarithmisch oder in einen anderen Wertebereich dargestellt werden. Die Kennlinie wird durch die Angabe äquidistanter Stützstellen definiert. Zwischen den Punkten der Kennlinie interpoliert der Signalprozessor auf der Karte linear. Pulspausen- und Frequenzmodulation Die Frequenz und das Pulspausenverhältnis einer pulsweiten modulierten Ausgabe können proportional zu einer analogen Eingangsspannung verändert werden. Dabei wird ein Eingangsspannungsbereich auf einen Pusweiten- bzw. Frequenzbereich zugeordnet. Die Grenzen der Bereiche sind frei wählbar. Die Auslagerung von Aufgaben auf die Karte resultiert in schnelleren Reaktionszeiten bei Echtzeitverarbeitung sowie einen reduzierten Datenoverhead. Ebenso werden durch auf den Karten vorhandenen Speicher nichtechtzeitfähige Betriebssysteme wie Microsoft Windows für zeitkritische Anwendungsgebiete nutzbar, da die betriebssystembedingten Latenzzeiten effektiv entkoppelt werden. Es stehen standardisierte Treiber für gängige Meßprogramme wie Diadem, DASYLab und LabView zur Verfügung. Über eine vereinfachte Programmierschnittstelle sind auch weniger erfahrene Entwickler in der Lage, die Fähigkeiten und Funktionen der Karte in eigenen Anwendungen zu integrieren. Die Zugriffe auf die Karte sind im vollen Umfang auch bei Betriebssystemen möglich, die wie Windows NT oder Windows 2000 Zugriffe auf die Hardware einschränken. Beispielprogramme, die als Quellcode für mehrere Entwicklungsumgebungen vorliegen, geben einen Überblick über die Einbindung der Messkarten in eigene Anwendungen.
3B Module
5B Module
7B Module
ADLINK Messkarten
Analoge Ausgabekarten
Analoge Signalkonditionierung
Anschlußtechnik
Compact PCI Messkarten
CPCI Messkarten
DAP Messkarten
Dasylab
Dasylab
DSP Zählerkarten
DSP Messkarten
Flexpro
Flexpro Importfilter
Flexpro und Dasylab Schulungen
GPIB Karten
DSP Zählerkarten
Hutschienenmodule
ICP Module
ICP Sensoren
IEC Bus
Industrie Notebook
Inkremental Zählerkarten
Instrunet
Klassierverfahren
Komplette Messanlagen
Ladungsverstärker
LabView Programmierung
Messdatenerfassung
Messkarten
Messsysteme
Messtechnik
Messtechnik Software
Messverstärker
Mobile Messsysteme
PCI Buserweiterungen
PCMCIA Karten
PXI Messkarten / Messtechnik / Systeme
Schnelle Messkarten
Siconn
Signalanpassung
Signalanpassung
Software
Teak GX1
Transientenspeicher Transientenrekorder
USB Messkarten
USB 2 Messkarten
Zähler Karten Counter