Krzysztof Makles

Sprzęt i architektura komputerów Laboratorium

Temat:

Obsługa NI ELVIS II

Katedra Architektury Komputerów i Telekomunikacji Zakład Systemów i Sieci Komputerowych

SPIS TREŚCI

1. Wymagania ................................................................................................. 2

2. Przebieg ćwiczenia.......................................... Error! Bookmark not defined.

2.1. Przykład projektowy ................................ Error! Bookmark not defined.

2.2. Weryfikacja projektu w środowisku Xilinx ISE ........ Error! Bookmark not

defined.

3. Zadania ........................................................... Error! Bookmark not defined.

4. Podsumowanie ............................................................................................ 8

5. Literatura ................................................................................................... 10

1. WYMAGANIA

Wykonanie niniejszego ćwiczenia wymaga od studenta posiadania wiedzy i umiejętności z

zakresu:

• znajomość pojęć natężenia i napięcia prądu,

• znajomość prawa Ohma,

2. NI ELVIS II

NI ELVIS II (National Instruments Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite II Series)

jest środowiskiem sprzętowo-programowym służącym do prototypowania układów elektronicznych.

Wykorzystywany może być zarówno w edukacji, jak i w pracach inżynierskich lub badawczych.

Sposób podłączenia urządzenia do komputera pokazano na rysunku 1.

Sprzęt i architektura komputerów

Strona 3 z 10

Rys. 1. Sposób podłączenia i zasilenia urządzenia ELVIS II

Komputer (1) połączony jest z urządzeniem (3) poprzez przewód USB (2). W urządzeniu

zamontowana jest płytka do prototypowania (4). Zasilacz (5) podłączony jest do gniazda znajdującego

się w tylniej części ELVIS-a. Do zasilacza podłączony jest kabel zasilający (6).

Należy przyjąć następującą procedurę podłączania zestawu:

1. Sprawdzić połączenie USB pomiędzy komputerem a ELVIS-em (rysunek 2, gniazdo

(3)).

2. Włożyć kabel zasilający do zalicza ELVIS-a (zasilacz powinien już być podłączony do

gniazda (2) z rysunku 2).

3. Przełączyć w pozycję I włącznik zasilania, znajdujący się w tylniej części urządzenia

(rysunek 2, włącznik (1), w tym momencie urządzenie powinno zostać rozpoznane

przez system operacyjny).

Sprzęt i architektura komputerów

Strona 4 z 10

Rys. 2. Tylni panel urządzenia ELVIS

W trakcie zajęć kolejne ćwiczenia będą wykonywane na płycie do prototypowania, pokazanej

na rysunku 4. Zasilenie płyty do prototypowania odbywa się poprzez ustawienie w pozycję I

włącznika, znajdującego się w prawym górnym rogu ELVIS-a (rysunek 3).

Rys. 3. Diody kontrolne oraz włącznik zasilania płyty do prototypowania

Prawidłowa praca urządzenia sygnalizowana jest poprzez świecenie się diody USB Ready oraz

Power. Pamiętać należy, że wszelkie połączenia, osadzanie na płycie elementów, podłączanie

mierników zewnętrznych, modyfikację połączeń na płycie, należy wykonywać przy wyłączonym

zasilaniu płyty do prototypowania. Należy także zwracać uwagę na poprawność wykonania połączeń,

gdyż w skrajnych przypadkach niepoprawne połączenie może skutkować uszkodzeniem elementów

elektronicznych, uszkodzeniem samego ELVIS-a, lub uszkodzeniem zewnętrznych urządzeń

pomiarowych.

Sprzęt i architektura komputerów

Strona 5 z 10

Rys. 4. Wygląd płyty do prototypowania

W lewej części płyty do prototypowania znajdują się:

• wejścia analogowe AI oraz wejścia interfejsu PFI (Programmable Functions Interface) (1);

• interfejs przyłącza płyty do ELVIS-a (2);

• wejścia/wyjścia cyfrowe DIO (3);

• diody świecące konfigurowane przez użytkownika (4);

• wyjście D-SUB (5);

• sekcja liczników/czasomierzy (Counter/Timer), wejść/wyjść konfigurowanych przez

użytkownika, zasilania (6);

• obsługa wirtualnego multimetru (DMM), wyjścia analogowe (AO), generator przebiegów

(Function Generator), wejścia, wyjścia konfigurowane przez użytkownika, źródło o zmiennym

napięciu (Variable Power Suplies), źródła zasilania (7);

• diodowe wskaźniki zasilania (8);

• przyłącze śrubowe (9);

• przyłącza BNC (10);

• przyłącza bananowe (11);

• śruba montarzowa (12).

Pamiętać należy, że na płycie do prototypowania stałe połączenia elektryczne w sekcjach

zrealizowane są wierszami.

Rys. 5. Sposób podłączenia dla pomiaru napięcia stałego 5V

Sprzęt i architektura komputerów

Strona 6 z 10

3. POMIARY ZA POMOCA MULTIMETRU

Pomiary podstawowych parametrów można dokonać w dwojaki sposób: korzystając z

multimetru wirtualnego, realizowanego w środowisku komputerowym, lub za pomocą multimetru

rzeczywistego.

Przykład: Pomiar napięcia o wartości 5V za pomocą multimetru wirtualnego.

Aby dokonać pomiaru napięcia prądu stałego 5V, należy połączyć źródło napięcia 5V,

znajdujące się po lewej lub prawej stronie płyty do prototypowania (rząd 54) z wyjściem BANANA C

(rząd 40), oraz masę GROUND (rząd 53) z wyjściem BANANA D (rząd 41). Połączenia można wykonać

w sposób pokazany na rysunku 5.

Następni należy połączyć wyjścia BANANA dodatkowymi przewodami z wejściami multimetru

wirtualnego, odpowiednio:

BANANA C -> DMM V (czerwone);

BANANA D -> DMM COM (czarne).

Wykonanie połączenia pokazano na rysunku 6.

Rys. 6. Sposób podłączenia wyjść BANANA z wirtualnym multimetrem

W środowisku komputerowym uruchamiamy wirtualny multimetr (Programy->National

Instruments->Ni ELVISmx Instrument Launcher->Instruments->Digital Multimeter). Uruchomiony

multimetr pokazano na rysunku 7. Multimetr ten pozwala na pomiar napięcia, natężenia, oporu,

pojemności i indukcyjności.

Jeżeli połączenia wykonano poprawnie, po naciśnięciu przycisku Run na wyświetlaczu w górnej

części okna multimetru powinien ukazać się wynik pomiaru (około 5V). Jeżeli pomiar jest zakończony,

można wcisnąć przycisk Stop.

Sprzęt i architektura komputerów

Strona 7 z 10

Rys. 7. Digital Multimeter w środowisku NI

4. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Wykorzystując regulowane źródło napięcia stałego z zestawu laboratoryjnego NI ELVIS II oraz

dany przez prowadzącego rezystor zbuduj i zbadaj układ elektryczny według schematu

przedstawionego na rys. 8.

BD

BB

BC

G

S+

mA

V

R I

U

E

BA

Rys. 8. Schemat obwodu do weryfikacji prawa Ohma

Kolejność czynności:

• Odczytaj z kodu paskowego rezystancję nominalną rezystora (np. skorzystaj z tabel bądź

kalkulatorów dostępnych w Internecie)

• Podłącz zasilacz sieciowy do zestawu laboratoryjnego NI ELVIS II

• Połącz zestaw laboratoryjny NI ELVIS II z komputerem za pomocą kabla USB

Sprzęt i architektura komputerów

Strona 8 z 10

• Włącz zasilanie platformy głównej z tyłu obudowy

• Umieść rezystor R na płycie prototypowej

• Połącz, szeregowo z rezystorem, multimetr wirtualny ustawiony w tryb pracy amperomierza

prądu stałego

• Wykonaj połączenia z regulowanym źródłem napięcia stałego – Variable Power Supplies

(SUPPLY +)

• Połącz, równolegle z rezystorem, zewnętrzny multimetr cyfrowy ustawiony w tryb pracy

woltomierza napięcia stałego

• Uruchom program sterowania zasilaczem (START → Programy → Naonal Instruments → NI

ELVISmx for NI ELVIS & NI myDAQ → Instruments → Variable Power Supplies)

• Uruchom program obsługi multimetru (START → Programy → Naonal Instruments → NI

ELVISmx for NI ELVIS & NI myDAQ → Instruments → Digital Multimeter)

• Włącz zasilanie górnej płyty prototypowej

• Dla pięciu różnych wartości napięcia zasilania (ustawionych za pomocą pulpitu zasilacza

regulowanego na ekranie komputera) odczytaj z mierników natężenie prądu płynącego przez

rezystor oraz napięcie na rezystorze; wyniki pomiarów wstaw do poniższej tabeli

Tabela 1: Wyniki pomiarów dla rezystora

L.p. U [V] I [mA] R=U/I [kΩ]

1.

2.

3.

4.

5.

• Wyłącz zasilanie górnej płyty prototypowej

• Oblicz wartość ilorazu U/I dla każdego pomiaru. Czy wartość tego ilorazu zależy od U? Jakie

prawo teorii obwodów zostało zweryfikowane?

• Oblicz średnią wartość ilorazu U/I i porównaj z wartością nominalną rezystancji odczytaną z

kodu paskowego rezystora. Czy wartość rezystancji uzyskana

z pomiarów jest zgodna z wartością nominalną?

• Wykreśl zależność natężenia prądu płynącego przez dany rezystor od napięcia elektrycznego na

rezystorze I=f(U). Określ i uzasadnij określenie rodzaju charakterystyki prądowo-napięciowej

rezystora.

Na rysunku 9 pokazano sposób wykonania poprawnego połączenia.

5. PODSUMOWANIE

W wyniku przeprowadzonego ćwiczenia, a także ćwiczeń poprzednich student powinien nabyć

bądź utrwalić następujące umiejętności:

• Zastosowanie prawa Ohma do analizy prostych obwodów elektrycznych;

• Rozróżnianie połączenia szeregowego od równoległego oraz umiejętność opisu zależności

pomiędzy wielkościami elektrycznymi, zachodzących w przypadku takich połączeń;

• Poprawnego włączania woltomierza i amperomierza do obwodu elektrycznego oraz

wykonywania pomiarów podstawowych wielkości elektrycznych w obwodach prądu stałego;

Sprzęt i architektura komputerów

Strona 9 z 10

Rys. 9. Realizacja układu do badania prawa Ohma.

Rys. 10. Podłączenie układu pomiarowego

Sprzęt i architektura komputerów

Strona 10 z 10

6. LITERATURA

[1] Horowitz P., Hill W.: Sztuka Elektroniki cz. 1, wydanie 9, WKŁ, Warszawa 2009

[2] Kuphaldt T. R.: Lessons In Electric Circuits, Volume VI – Experiments,

http://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/Exper/index.html (dostęp październik

2010)

[3] Kuphaldt T. R.: Lessons In Electric Circuits, Volume I – DC,

http://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/DC/index.html (dostęp październik

2010)

[4] Rusek M., Pasierbiński J.: Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach,

WNT, Warszawa, 2006.