Подготовка по базовому учебному циклу (курсу) "Основные принципы создания виртуальных приборов и автоматизации физического эксперимента на базе LabVIEW"
Цикл (курс) предназначен для первоначальной подготовки студентов радиофизического и физического факультетов третьего года обучения (5-ый или 6-ой семестры). Он является базовым для включения в расширенные и специализированные учебные циклы.
Объем курса - 40 (48 с дополнительным материалом) час. Из них:
- лекции - 20 час
- практические занятия - 20 час
- лабораторные работы (дополнительно)- 8 час
Примечание 1: в пределах занятия время между лекционной частью и практикой делится примерно равномерно.
Примечание 2: в качестве лабораторных работ могут использоваться примеры, обозначенные в программе как дополнительные.
- Введение в LabVIEW
Программная среда LabVIEW. Понятие ВП. Последовательность обработки данных. Организация программной среды LabVIEW (окна, меню, инструменты). Справочная система LabVIEW и учебные пособия.
- Создание виртуального прибора (ВП)
Компоненты ВП. Создание ВП. Типы данных и проводники данных. Элементы управления и индикации, их контекстное меню. Редактирование ВП. Отладка ВП.
- Выполнение элементарных математических операций
Арифметические действия. Элементарные функции. Узел формул.
- Создание подпрограмм ВП
Подпрограмма ВП - виртуальный подприбор. Создание иконки ВП и настройка соединительной панели. Использование ВП в качестве ВПП. Преобразование выделенной секции блок-диаграммы в ВПП.
- Многократные повторения и циклы
Цикл по условию While. Цикл Timed Loop. Цикл с фиксированным числом итераций. Сдвиговые регистры. Инициализация.
- Решение систем обыкновенных дифференциальных уравнений
Колебательный контур. Физический маятник. Автогенератор (дополнительно). Релаксационные колебания (дополнительно). Простейшие функции графического представления результатов.
- Массивы данных
Понятие массива. Создание массива <вручную> и с помощью циклов. Индексация. Функции работы с массивами. Полиморфизм.
- Линейная алгебра
Решение систем линейных уравнений. Матричные операции.
- Кластеры
Понятие кластера. Функции работы с кластерами. Кластеры ошибок.
- Графическое отображение данных
Развертка осциллограмм как средство отображения потока данных. Отображение массивов данных на графике осциллограмм и двухкоординатном графике. Панели управления графиком.
- Моделирование и обработка сигналов
Генерирование сигналов. Фильтрация и спектрально-корреляционный анализ. Скользящий спектр и графическое отображение двумерных полей (график интенсивности, дополнительно).
- Структуры LabVIEW
Функция выбора Select. Структура варианта Case. Структура последовательности Sequence and Flat Sequence. Обработка событий на передней панели ВП с помощью структуры Events.
- Логические элементы управления и индикации
Механическое действие. Логические функции.
- Решение нелинейного алгебраического уравнения итерационным методом (дополнительно)
- Строки
Строковые элементы управления и индикаторы. Некоторые функции обработки строк. Формирование и обработка таблиц.
- Операции ввода/вывода в файл
ВП записи/считывания из файлов верхнего и промежуточного уровня. Запись и считывание из баз данных (дополнительно).
- Введение в ввод/вывод данных
Элементы типичной системы ввода/вывода данных. Универсальные платы DAQ. Проводник по средствам измерений и автоматизации MAX. Помощник по сбору данных Наборы драйверов NI-DAQ и NI-DAQmx.
- Выполнение операций аналогового ввода/вывода с помощью экспресс-ВП
Аналоговый вывод. Запись полученных данных в файл. Аналоговый вывод.
- Применение экспресс-ВП для управления счетчиками и цифровыми линиями ввода-вывода
Формирование пачек импульсов. Счет импульсов. Измерение временных интервалов.
- Простейшие системы сбора и обработки данных на базе LabVIEW
Спектр-анализатор. Коррелометр. Измеритель частотных характеристик. Частотомер.
- Управление измерительными приборами (дополнительно)
GPIB-интерфейс и его настройка. Использование Instrument I/O Assistant. Архитектура программного обеспечения виртуальных интерфейсов (VISA). Драйверы измерительных приборов. Использование ВП драйвера устройства. Последовательная связь.
- Дополнительные возможности LabVIEW
Настройка ВП и LabVIEW. Узлы свойств. Локальные переменные. Работа со звуковой платой. Передача данных посредством локальной сети и Интернета.
Составитель: доцент каф. радиотехники, к.ф.-м.н. С.И.Муякшин
Подготовка по расширенному учебному циклу "Основы создания контрольно-измерительных комплексов для автоматизации измерений и научного эксперимента на базе LabVIEW"
Курс предназначен для углубленной подготовки студентов радиофизического и физического факультетов третьего года обучения (5-ый или 6-ой семестры). Он может быть также использован для обучения специалистов с высшим образованием.
Основные принципы создания виртуальных приборов на базе LabVIEW. Ввод и вывод данных с помощью экспресс виртуальных приборов.
Объем курса - 40 час.
- Лекции - 20 час.
- Практические занятия - 15 час.
- Лабораторные работы - 5 час.
- Введение в LabVIEW
Программная среда LabVIEW. Понятие ВП. Последовательность обработки данных. Организация программной среды LabVIEW (окна, меню, инструменты). Справочная система LabVIEW и учебные пособия.
- Создание виртуального прибора (ВП)
Компоненты ВП. Создание ВП. Типы данных и проводники данных. Элементы управления и индикации, их контекстное меню. Редактирование ВП. Отладка ВП.
- Выполнение элементарных математических операций
Арифметические действия. Элементарные функции. Узел формул.
- Создание подпрограмм ВП
Подпрограмма ВП - виртуальный подприбор. Создание иконки ВП и настройка соединительной панели. Использование ВП в качестве ВПП. Преобразование выделенной секции блок-диаграммы в ВПП.
- Многократные повторения и циклы
Цикл по условию While. Цикл Timed Loop. Цикл с фиксированным числом итераций. Сдвиговые регистры. Инициализация.
- Решение систем обыкновенных дифференциальных уравнений
Гармонический осциллятор (Колебательный контур). Физический маятник. Автогенератор (дополнительно). Релаксационные колебания (дополнительно). Простейшие функции графического представления результатов.
- Массивы данных
Понятие массива. Создание массива <вручную> и с помощью циклов. Индексация. Функции работы с массивами. Полиморфизм.
- Линейная алгебра
Решение систем линейных уравнений. Матричные операции.
- Кластеры
Понятие кластера. Функции работы с кластерами. Кластеры ошибок.
- Графическое отображение данных
Развертка осциллограмм как средство отображения потока данных. Отображение массивов данных на графике осциллограмм и двухкоординатном графике. Панели управления графиком.
- Моделирование и обработка сигналов
Генерирование сигналов. Фильтрация и спектрально-корреляционный анализ. Скользящий спектр и графическое отображение двумерных полей (график интенсивности, дополнительно).
- Структуры LabVIEW
Функция выбора Select. Структура варианта Case. Структура последовательности Sequence and Flat Sequence. Обработка событий на передней панели ВП с помощью структуры Events.
- Логические элементы управления и индикации
Механическое действие. Логические функции.
- Решение нелинейного алгебраического уравнения итерационным методом (дополнительно)
- Строки
Строковые элементы управления и индикаторы. Некоторые функции обработки строк. Формирование и обработка таблиц.
- Операции ввода/вывода в файл
ВП записи/считывания из файлов верхнего и промежуточного уровня. Запись и считывание из баз данных (дополнительно).
- Введение в ввод/вывод данных
Элементы типичной системы ввода/вывода данных. Универсальные платы DAQ. Проводник по средствам измерений и автоматизации MAX. Помощник по сбору данных Наборы драйверов NI-DAQ и NI-DAQmx.
- Выполнение операций аналогового ввода/вывода с помощью экспресс-ВП
Аналоговый вывод. Запись полученных данных в файл. Аналоговый вывод.
- Применение экспресс-ВП для управления счетчиками и цифровыми линиями ввода-вывода
Формирование пачек импульсов. Счет импульсов. Измерение временных интервалов.
- Дополнительные возможности LabVIEW
Настройка ВП и LabVIEW. Узлы свойств. Локальные переменные. Работа со звуковой платой. Передача данных посредством локальной сети и Интернета.
Цифровые комплексы для измерений и автоматизации научного эксперимента на базе LabVIEW. Датчики, согласование сигналов, создание более сложных ВП для сбора и анализа данных.
Объем курса - 32
- Лекции - 20 час
- Практические занятия - 6 час
- Лабораторные работы - 6 час
- Обзор теории и техники аналогово-цифрового и цифро-аналогового преобразования сигналов
Дискретизация (квантование) аналоговых сигналов, теорема Котельникова. Кодирование данных в цифровых системах. Разновидности АЦП и ЦАП, области их применения. Организация обмена данными между цифровыми преобразователями и компьютером.
- Измерительные преобразователи (датчики) и их согласование с платами сбора данных
Типы преобразователей.
- Структура модульного цифрового контрольно-измерительного комплекса
Взаимодействие модулей с компьютером. Встраиваемые платы ввода/вывода. Модульные системы (PXI, SCXI, Field Point). Системы реального времени.
- Ввод/вывод аналоговых сигналов с помощью ВП DAQmx
Обзор ввода аналоговых сигналов. Фильтры защиты от наложения спектров. Типичная архитектура ввода сигналов на основе связок ВП DAQmx. Одноточечный сбор данных. Буферизированный сбор данных. Сбор данных с использованием триггера (синхронизация). Типичная архитектура вывода аналоговых сигналов. Выполнение одноточечного аналогового вывода. Непрерывная генерация аналогового сигнала. Буферизированный аналоговый вывод. Непрерывный буферизированный аналоговый вывод. Триггеры в операциях аналогового вывода.
- Дискретный Ввод/Вывод с помощью ВП DAQmx
Терминология дискретного ввода/вывода. Виртуальные приборы для дискретного ввода/вывода. Цифровые триггеры.
- Управление счетчиками с помощью ВП DAQmx
Обзор счетчиков. Подсчет фронтов. Генерация импульсов. Измерение временных интервалов и параметров импульсов. Измерение частоты.
- Управление измерительными приборами
GPIB-интерфейс и его настройка. Использование Instrument I/O Assistant. Архитектура программного обеспечения виртуальных интерфейсов (VISA). Драйверы измерительных приборов. Использование ВП драйвера устройства. Последовательная связь
- Особенности использования ВП ввода/вывода предыдущих поколений (Traditional DAQ) и ВП управления специализированными модулями
Traditional DAQ. Скоростные осциллографы (<дигитайзеры>). Функциональные генераторы. Ключи. Модули сторонних производителей.
- Фильтрация и спектрально-корреляционная обработка сигналов
Операции во временной и частотных областях. Вычисление корреляционной функции и свертки. ДФП действительных и комплексных сигналов. Временные окна. Фильтрация во временной и частотной областях.
- Расчет статистических характеристик данных. Аппроксимация и интерполяция
Спектрально-корреляционный анализ. Свертка и фильтрация. Моделирование шума с заданным спектром. Обнаружение сигналов. Измерение доплеровского смещения частоты.
- Расширенные графические возможности LabVIEW
2-х и 3-х мерное представление экспериментальных данных. Анимация. Графические форматы. Создание и обработка изображений.
- Примеры систем сбора и обработки данных на базе LabVIEW
Спектр-анализатор. Коррелометр. Измеритель частотных характеристик. Частотомер.
Составители: доц. каф. радиотехники, к.ф.-м.н. Муякшин С.И., асс. каф. кв. радиофизики Шарков В.В.
|