Руководство по эксплуатации. Основные правила работы г. Тула, 2002 2011 г. 2 Программная часть


Работа среды LabVisual в ОС Kubuntu Linux



Pdf просмотр
страница3/4
Дата04.11.2016
Размер0.55 Mb.
Просмотров1019
Скачиваний0
ТипРуководство
1   2   3   4
1.7. Работа среды LabVisual в ОС Kubuntu Linux.
Для корректной работы рекомендуется подключать учебные
установки к USB порту ПК перед включением и загрузкой ПЭВМ, или, в
крайнем случае, перед стартом программы VirtualBox (LabVisual) в ОС
Kubuntu. Это желательно для правильного старта подсистемы USB.
В комплекте с лабораторной установкой поставляется ПЭВМ под управлением ОС Linux с предустановленным дистрибутивом Ubuntu и установленным и настроенным программным обеспечением. Для входа в компьютер под обычным пользователем следует использовать:
ЛОГИН (login) pankov
ПАРОЛЬ (password) pankov
Для выполнения административных задач (установка, настройка ПО, добавление пользователей) в ОС Linux по умолчанию используется суперпользователь root с паролем (в данной настроенной ПЭВМ пароль pankov):
ЛОГИН (login) root
ПАРОЛЬ (password) pankov
В графическую оболочку по умолчанию вход root запрещен, везде где это необходимо рекомендуется использовать команду sudo имя_команды.
После входа в графическую среду окружения Linux следует запустить программу LabVisual, щелкнув мышью по символьной ссылке, расположенной на рабочем столе.
Среду можно запустить и непосредственно через эмулятор VirtualBox, набрав в консоли команду:
VirtualBox и нажав ENTER (вызов консоли yakuake клавиша F12) рис. 1.16. После запуска среды таким способом сначала появляется главное окно эмулятора
VirtualBox (рис. 1.17) в котором из списка доступных сред для эмуляции следует выбрать LabVisual и нажать кнопку «СТАРТ».
После загрузки программной среды (
1 мин.) автоматически запуститься программа оболочка LabVisual для работы с экспериментальной установкой.
Если программа не запустилась автоматически, на открывшемся виртуальном рабочем столе следует дважды щелкнуть левой кнопкой мыши на ярлык
LabVisual. При этом должно открыться главное окно программы-оболочки
LabVisual для работы с экспериментальной установкой.

36
Рис. 1.16
Рис. 1.17

37
Программа LabVisual имеет интуитивно понятный, дружественный пользователю интерфейс. Главное окно программы, а также входящие в среду компоненты отличаются в зависимости от используемой учебной установки. На рис. 1.18 — 1.19 приведены некоторые скриншоты компонентов среды для работы с различными лабораторными установками производства НПО
«ТулаНаучПрибор».
Рис. 1.18

38
Программа LabVisual предусматривает возможность сохранения избранного набора данных файл для последующей визуализации и, при необходимости, обработки. Данные, которые необходимо сохранить, вводятся в специальное поле «ДАННЫЕ ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ».
При работе в OC
Linux в эмуляторе программного кода VirtualBox данные рекомендуется сохранять в файл с произвольным именем на виртуальный диск
Z:\, последующий доступ к этому виртуальному диску из операционной системы осуществляется как к папке /home/имя_пользователя/VB, где имя_пользователя по умолчанию pankov. Для обзора папок рекомендуется пользоваться программой Krusader.
Для визуализации и предварительного анализа сохраненных данных можно использовать компонент LabVisual Data Analizer, вызываемый нажатием кнопки
«ВИЗУАЛИЗИРОВАТЬ» из главного окна программы-оболочки и из любой подпрограммы рис. 1.20.
Рис. 1.19

39
Для загрузки какого-либо файла данных в компоненте LabVisual Data
Analizer служит кнопка «ЗАГРУЗИТЬ», для отображения загруженных данных, а также после каких-либо внесенных изменений в график (цвет, символы для отображения и т. д.) следует нажимать кнопку «ОТОБРАЗИТЬ» для перерисовки. Открыв несколько вкладок данных нажатием на вкладку «+» и, загрузив в каждую вкладку данные из сохраненных файлов данных, можно отобразить на рабочем поле семейство характеристик, так как это представлено на рис. 1.20. Вкладка «+» для графиков служит для создание нескольких рабочих областей графиков, в каждую из которых также можно загрузить данные.
Для анализа экспериментальных данных и построения графиков также можно воспользоваться специальным компонентом LabVisual, вызываемым нажатием кнопки «АНАЛИЗИРОВАТЬ» рис. 21. Внешний вид компонента для анализа данных также может варьироваться в зависимости от используемого прибора. В целом, компонент для анализа данных обладает следующими функциями: импорт-экспорт данных, построение графиков кривых данных, обработка экспериментальных данных расширенным набором функциональных зависимостей (линейная, экспоненциальная, Гауссиан и др.).
Рис. 1.20

40
ВНИМАНИЕ! Для работы компонента MagicPlot для анализа данных
необходимо установить последнюю версию исполняющей среды Java 6
(Runtime библиотеки виртуальной машины Java).
Рис. 1.21

41
1.8. Установка и настройка среды LabVisual в ОС Windows.
Для работы учебной установки в среде Windows необходимо установить соответствующий драйвер USB устройства, поставляемый в комплекте на CD диске.
Установка драйвера устройства производится стандартным образом средствами операционной системы. Установка драйверов возможно в ручном и в автоматическом режиме.
Для установки драйверов в ручном режиме необходимо подключить учебную
установку к USB порту компьютера, при этом должен запуститься мастер установки нового оборудования Windows рис. 1.22. На запрос о подключении к web узлу следует ответить отрицательно и нажать кнопку далее. В следующем диалоговом окне выбрать пункт «Установка из указанного места» и нажать кнопку далее, затем установить в качестве места поиска папку, содержащую драйвер (папка на CD диске, либо папка на жестком диске со скопированной программой). На предупреждение об отсутствии цифровой подписи ответить «ВСЁ РАВНО ПРОДОЛЖИТЬ
УСТАНОВКУ». По окончании установки драйвера нажать кнопку «ГОТОВО». После инсталляции драйвера учебная установка готова к работе.
Для установки драйвера в автоматическом режиме необходимо
предварительно отключить от USB-порта ПЭВМ учебную установку и затем
запустить программу «LabVisual DriverInstaller». На предупреждение об отсутствии цифровой подписи ответить «ВСЁ РАВНО ПРОДОЛЖИТЬ УСТАНОВКУ». После инсталляции драйвера, следует подключить лабораторный прибор к USB – порту ПК.
На запрос о подключении к web узлу (если таковой отобразиться, как на рис. 1.22), следует ответить отрицательно и нажать кнопку «ДАЛЕЕ». В следующем диалоговом окне (если таковое отобразилось) выбрать пункт «Автоматическая установка», а на следующее предупреждение об отсутствии цифровой подписи на используемый драйвер ответить «ВСЁ РАВНО ПРОДОЛЖИТЬ УСТАНОВКУ». После выполненных действий учебная установка полностью готова к работе.
После успешной инсталляции драйвера для работы с учебными установками, следует установить в систему программное обеспечение среды LabVisual для
Windows.
Установка ПО среды LabVisual может производиться как при помощи стандартного бинарного *.exe исполняемого файла-установщика, так и из исходных кодов с предварительной компиляцией среды специальной утилитой-компилятором.
Для большинства обычных пользователей установку ПО среды LabVisual рекомендуется производить при помощи стандартного исполняемого *.exe файла- установщика. Для чего следует запустить данный файл (обычно инсталляционные пакеты имеют название Setup.exe, Install.exe и т. п.) и следовать инструкциям мастера установки ПО. В процессе установки среды имеется возможность выбрать папку для установки и некоторые дополнительные параметры рис. 1.23 (создание ярлыков, создание группы программ в меню ПУСК-ПРОГРАММЫ и т. п.). По окончании установки программа готова к работе.
ВНИМАНИЕ! Для работы компонента MagicPlot для анализа данных
необходимо установить последнюю версию исполняющей среды Java 6
(Runtime библиотеки виртуальной машины Java).

42
Рис. 1.22

43
Для большей совместимости со всеми типами архитектуры ПК, а также при необходимости изменения исходного кода среды, необходимо воспользоваться установкой среды LabVisual из исходных кодов с помощью компиляции утилитой-компилятором LabVisual_COMPILE_ENVIROMENT. Компилятор представляет собой стандартное приложение Windows рис. 1.24. Перед началом компиляции следует выбрать одну из опций компиляции: полная компиляция — перекомпилирование всех компонент среды, в том числе сторонних используемых компонент;
стандартная компиляция — перекомпилирование только основных компонент среды;
компиляция только редактируемых модулей — перекомпиляция только тех модулей среды, исходный код которых был отредактирован пользователем.
Нажатие кнопки «КОМПИЛИРОВАТЬ» запускает компиляцию с соответствующими выбранными опциями. После этого программа переходит в режим командной строки с отображением процесса сборки приложения. По окончании процедуры сборки среды следует ввести путь для установки
(копирования скомпилированных исполняемых файлов) и нажать кнопку
«УСТАНОВИТЬ». При этом новые версии исполняемых файлов будут скопированы в указанную вами папку.
Обычно полные исходные коды среды с исходными кодами всех используемых компонент доступны в
папке
\COMPILE_ENVIROMENT\FULL_SOURCE\ на прилагаемом DVD-диске.
Рис. 1.23

44
Рис. 1.24

45
1.9. Работа среды LabVisual в ОС Windows.
Работа программы-оболочки LabVisual в среде Windows ничем не отличается от описанной выше работы в среде ОС Linux, описанной в п. 1.7.
Необходимость в использовании эмулятора программного кода VirtualBox в данном случае отпадает. При этом достаточно установить пакет программ и драйверов для работы с учебной установкой с поставляемого в комплекте с прибором CD диска в любую папку на жесткий диск, в которую доступна запись согласно п. 1.8 настоящего руководства и создать ярлык на рабочем столе для быстрого доступа к программе LabVisual.
Для корректной работы компоненты осциллографа на АЦП звуковой карты
ПК, перед началом работы следует настроить линейный вход компьютера. При этом следует включить линейный вход звуковой карты в системе и настроить усиление Line In средствами операционной системы. Процедура настройки зависит от звуковой карты, в общем случае следует два раза щелкнуть правой кнопкой мыши на значок «ЗВУК», обычно располагающийся в системной области уведомлений и выбрать ПАРАМЕТРЫ → СВОЙСТВА→Устройства
Записи. Для некоторых моделей звуковых карт регулировка линейного входа возможна с помощью программ, поставляемых в комплекте с драйверами для звуковой карты (например встроенные звуковые карты Realtek) рис. 1.25 —
1.26.
Рис. 1.25

46
Рис. 1.26

47
2. АППАРАТНАЯ ЧАСТЬ. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
УНИВЕРСАЛЬНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ШИНЫ (USB)
2.1 Введение.
Универсальная последовательная шина (USB) стала чрезвычайно популярной за счет предоставления ряда удобств конечным пользователям, например, функция "Plug and Play", которая позволяет идентифицировать подключенное устройство без необходимости рестарта компьютера. Однако для разработчиков интегрировать USB-интерфейс в свои проекты оказалось более сложным по сравнению, например, с интерфейсом RS232. Кроме этого, на стороне ПК также должен быть предусмотрен специальный драйвер устройства. Как следствие, интерфейс RS232 остается очень популярным среди производителей конечных систем. Данный интерфейс хорошо изучен и в достаточной мере поддерживается операционной системой. Однако, как правило, в современных ПК физический порт RS232 не устанавливается и замещается на порты USB.
Реализовать интерфейс USB во внешнем устройстве можно двумя способами:
1. С помощью микроконтроллера, у которого интерфейс USB реализован аппаратно. В этом случае необходимо знать, как работает USB и в соответствии с этим написать программу для микроконтроллера.
Кроме того, если операционная система не поддерживает стандартные классы USB, то необходимо написать драйвер для компьютера. Основной недостаток данного способа - ограниченная доступность таких микроконтроллеров и их более высокая стоимость по сравнению с обычными микроконтроллерами, которые используются для связи через "RS232".
2. Использование универсального преобразователя интерфейсов: USB и любого другого. В качестве другого интерфейса обычно используется
RS232, 8-разрядная шина данных или шина TWI. В этом случае разработка специальной прошивки не потребуется, нет надобности знать, как работает USB и нет необходимости написания драйвера, т.к. производитель преобразователя предлагает свой драйвер. Недостаток - более высокая стоимость завершенной системы, а также повышенные габариты готового изделия. Решение, рассматриваемое в данном документе, основывается на использовании недорого микроконтроллера и программной эмуляции USB-протокола в микроконтроллере. Основная проблема такого подхода заключается в сложности достижения высокой скорости. Шина USB достаточно быстродействующая: режим низкой скорости - 1.5 Мбит/сек, режим полной скорости - 12 Мбит/сек, режим высокой скорости - 480 Мбит/сек. Микроконтроллеры AVR полностью отвечают требованиям для низкоскоростного режима USB. Данное решение не рекомендуется использовать для более высоких скоростей
USB.

48
2.2. Принцип действия.
Детальная информация по физической USB-связи может быть найдена на сайте
www.usb.org
. Однако для начинающих данная документация может оказаться очень сложной. Более доступно информация по USB-связи изложена в документе "USB in a Nutshell. Making Sense of the USB Standard" ("О USB в двух словах. Пойми смысл стандарта USB"), написанного Крэйгом Пикоком [2].
В данных "Рекомендациях…" объяснения ограничиваются описанием программы устройства. Физический интерфейс USB состоит из четырех проводников: 2 для питания внешнего устройства (VCC и GND) и 2 сигнальных проводника (DATA+ и DATA-). Через проводники питания передается постоянное напряжение приблизительно 5В с нагрузочной способностью максимум 500 мА. Микроконтроллер AVR питается через выводы Vcc и GND.
Сигнальные проводники называются DATA+ и DATA- и управляют связью между главным (компьютер) и устройством. Сигналы в этих проводниках являются двунаправленными. Уровни напряжения - дифференциальные: когда
DATA+ имеет высокий уровень, тогда DATA- находится на низком уровне.
Однако, имеются некоторые случаи, когда DATA+ и DATA- имеют один и тот же уровень, например, при EOP (конец пакета).
Таким образом, программа, отвечающая за реализацию протокола USB, должна контролировать данные сигналы или управлять ими.
В соответствии со стандартом USB высокий уровень на сигнальных проводниках должен составлять 3,0…3,6В, при этом, напряжение питания Vcc шины USB, поступающее от главного (компьютера) составляет 4.4…5.25В.
Таким образом, если микроконтроллер запитывается непосредственно от шины
USB, то линии данных должны пройти через каскад преобразования уровней для компенсации уровней дифференциального напряжения. Другим решением может быть использование стабилизатора напряжения, который понизит напряжение Vcc до уровня 3.3В, при этом, микроконтроллер будет работать с этим пониженным напряжением и, соответственно, генерировать пониженные уровни напряжений.
Рис. 2.1. Осциллограммы сигналов низкоскоростного драйвера

49
Принцип детекции подключения и отключения USB-устройства основан на контроле сопротивления линии USB. У низкоскоростных USB-устройств необходим подтягивающий резистор между сигналом DATA- и Vcc. У полноскоростных устройств данный резистор подключается к DATA+.
Определяя, на какой линии подключен подтягивающий резистор, главный компьютер определяет какое новое устройство подключено к линии USB.
Рис. 2.2. Уровни напряжений при передаче пакетов.
Рис. 2.3. Подключения кабеля и резисторов к низкоскоростному устройству

50
После определения нового устройства главный начинает связь в соответствии с физическим протоколом USB. Протокол USB, в отличие от
УАПП, основан на синхронной передаче данных. Синхронизация передатчика и приемника необходима для осуществления связи. Синхронизация выполняется путем передачи небольшого заголовка "образцовая синхронизация", который предшествует передаче данных. Данный заголовок представляет собой прямоугольные импульсы (101010), за ними передаются два 0, а затем данные.
Для поддержания синхронизации требуется передача образцовой синхронизации каждую миллисекунду в полноскоростном режиме связи, а в низкоскоростном режиме каждую миллисекунду необходимо устанавливать низкий уровень на обеих сигнальных линиях. В аппаратно-реализованном USB- приемнике данная синхронизация гарантируется цифровой ФАПЧ (фазовая автоподстройка частоты). В данной реализации период преобразования данных должен быть синхронизирован с образцовой синхронизацией, затем ожидается два нуля, а затем начинается процесс приема данных.
Прием данных должен удовлетворять требованию возможности засинхронизировать приемник и передатчик в любой момент времени. Таким образом, не разрешается передавать непрерывный поток нулей или единиц по линиям данных. Протокол USB гарантирует синхронизацию за счет заполнения битами. Это означает, что, после 6 непрерывных единиц или нулей на линиях данных, вставляется одно одиночное изменение (один бит). Сигналы по линиям
USB передаются в коде NRZI. В коде NRZI каждый '0' представляется путем сдвига текущего уровня сигнала, а каждая '1' путем удержания текущего уровня.
На уровне битового заполнения это означает, что каждый нулевой бит вставляется в поток логических данных после 6 непрерывных логических 1.
Рис. 2.4. Образцовая синхронизация.
Рис. 2.5. Кодирование данных в коде NRZI.

51
Уведомление об окончании передачи данных выполняется с помощью передачи сигнала "конец пакета" (EOP). EOP передается путем установки низких уровней на обеих линиях данных DATA+ и DATA-. EOP передается непродолжительное время (минимум два периода скорости данных). После этого, выполняется следующая транзакция.
Данные, которые передаются между образцовой синхронизацией и EOP, закодированы в коде NRZI. Поток данных состоит из пакетов, пакет в свою очередь состоит из нескольких полей: поле синхронизации (образцовая синхронизация), идентификатор пакета (PacketID, PID), поле адреса (ADDR), поле конечной точки (ENDP), данные и поле циклического избыточностного контроля (CRC). USB подразумевает четыре типа передачи: передача управления, передача прерывания, изохронная передача и передача потока.
Каждый из этих типов передач специфичен для различных требований устройства.
В данной реализации рассматривается тип передачи управления. Данный режим, как правило, используется для управления настройками устройства,
Рис. 2.6. Заполнение бит.
Рис. 2.7. Временная диаграмма сигнала EOP.

52
однако, может также использоваться для передачи общего назначения. Режим передачи управления должен присутствовать у каждого USB-устройства, т.к. он используется для конфигурации при подключении устройства, когда необходимо получить информацию об устройстве, установленный адрес устройства и пр. Каждая передача управления состоит из нескольких стадий: стадия установки, стадия данных и стадия статуса.
Данные по шине USB передаются пакетами, по несколько байт в каждом.
Размер пакета определяется каждым устройством, но его предельный размер ограничен. Для низкоскоростных устройств максимальный размер пакета равен
8 байтам. Данный 8-байтный пакет вместе с начальным и конечным полем должны быть приняты в буфер устройства за одну USB-передачу. В аппаратно- реализованных USB-приемниках различные части передачи автоматически дешифрируются и Устройство уведомляется, когда все сообщение назначено отдельному устройству. При программной реализации USB-сообщение дешифрируется программно после приема в буфер всего сообщения.
Вследствие этого возникают требования и ограничения: устройство должно иметь буфер для хранения всего USB-сообщения, иметь другой буфер для USB- передачи (подготовка данных для передачи), а также выполнять администрирование с дешифрованием и проверкой сообщений. Кроме того, необходима программа для выполнения быстрого и точного синхронного приема с физических линий в буфер и передачи из буфера на линии. Данные возможности ограничиваются быстродействием микроконтроллера и размером памяти программ/данных, т.к. программа должна быть тщательно оптимизирована. В некоторых случаях вычислительные возможности микроконтроллера очень близки к минимальным требованиям, поэтому, вся программа написана на Ассемблере.
2.3. Аппаратная реализация.
На рисунках 2.8 и 2.9 показана схема подключения микроконтроллера к шине USB. Данные схемы имеют специфичное назначение: преобразователь
USB - RS232. На них также реализованы специфичные функции, такие как непосредственное управление выводом и чтение/запись ЭСППЗУ.

53
Рис. 2.8. Подключение шины USB к микроконтроллеру ATtiny2313 в качестве преобразователя USB - RS232 с 32 байтным буфером FIFO, 8-разрядным управлением вводом-выводом и 128 байтным ЭСППЗУ
Рис. 2.9. Подключение шины USB с микроконтроллером ATmega8/48/88/168 в качестве преобразователя USB - RS232 с 800 байтным FIFO, управлением вводом-выводом и 512 байтным ЭСППЗУ

54
Линии данных USB, DATA- и DATA+, подключены к выводам PB0 и PB1 микроконтроллера AVR. Данное подключение нельзя изменить, т.к. в программе используются уникальности ядра AVR для быстрого приема сигнала: битовый сигнал захватывается из линий данных и младший разряд (PB0) сдвигается вправо в перенос, а затем в приемный регистр, который накапливает биты, принятых с линий данных. PB1 используется в качестве входного сигнала, поскольку у 8-выводного AT90S2323 данный ввод может использоваться в качестве входа внешнего прерывания без каких-либо внешних подключений к
INT0. В других микроконтроллерах AVR необходимо внешнее подключение
DATA+ к выводу INT0, что гарантирует неизменность программы при переходе между микроконтроллерами.
Для соответствующего подключения USB-устройства и сигнализации микроконтроллер AVR, работающий как низкоскоростное USB- устройство, должен иметь подтягивающий резистор 1,5 кОм на линии DATA-.
Напряжение Vcc, поступающее от USB-порта компьютера, может варьироваться в диапазоне 4.4…5.25В. Перед его подачей к микроконтроллеру и подтягивающему резистору сопротивлением 1,5 кОм данное напряжение стабилизируется на уровне 3.0 - 3.6В. Тип стабилизатора напряжения зависит от уровня нагрузки целевой системы. Стабилизатор напряжения должен относится к типу стабилизаторов с малым минимальным перепадом напряжения. В схемах на рисунках 8 и 9 используется стабилизатор LE35 с номинальным выходным напряжением 3,5В. Однако можно использовать любое другое решение по стабилизации напряжения, если оно отвечает требованиям проектируемой системы. В некоторых случаях может быть вполне приемлемым параметрический стабилизатор на основе стабилитрона.
Остальные компоненты необходимы для соответствующей работы микроконтроллера: кварцевый резонатор для синхронизации микроконтроллера и конденсаторы для фильтрации питания.
Таким образом, для получения завершенного устройства, которое обеспечивает связь с компьютером через интерфейс USB, необходимо небольшое количество элементов. Для расширения функциональных возможностей могут быть добавлены дополнительные компоненты.
Инфракрасный датчик TSOP1738 может использоваться для приема инфракрасного сигнала. Преобразователь уровня ТТЛ - RS232 MAX232 необходимо добавить при необходимости разработки преобразователя интерфейсов USB - RS232. Для управления светодиодами или дисплеем их необходимо подключить к линиям ввода-вывода непосредственно или через резисторы.
1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал