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Arbeitsweise der Hardware getakteten schnellen Analog-Ausgabe

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Das Thema beschreibt die Arbeitsweise der Hardware getakteten schnellen Analog-Ausgabe anhand des National Instruments NI-DAQmx Treibers für DASYLab. Dabei werden das Zusammenspiel zwischen DASYLab, der eigentlichen Analog-Ausgabe und die erforderlichen Parametrierungen durch den Anwender erklärt.

Vom Anwender ist zunächst im Measurement & Automation Explorer für die genutzte NI Hardware eine neue NI-DAQmx Task zu erzeugen >> Signale erzeugen > Analog Ausgabe. Unter Signalerzeugungsmodus ist zur Task Kontinuierlich zu wählen und die gewünschte Ausgaberate in Hz sowie Zu schreibende Samples vorzugeben. Die beiden Parameter Rate und Zu schreibende Samples können aus DASYLab heraus auch noch zu einem späteren Zeitpunkt nach Belieben geändert werden.

Innerhalb von DASYLab erreicht der Anwender über das Menü Messen >> Messeinstellungen >> NI-DAQmx >> Messeinstellungen... den Konfigurationsdialog Messeinstellungen. Dort findet er auf einer zur Task gleichnamigen Registerkarte weitere Einstellmöglichkeiten. Vor der Erläuterung dieser Einstellmöglichkeiten ist das grundsätzliche Verständnis der Arbeitsweise der schnellen Hardware getakteten Analog-Ausgabe erforderlich. Im Anhang findet sich hierzu die Grafik 01.PNG.

Das NI-DAQmx Modul Analog-Ausgang wird im Schaltbild durch mindestens ein vorgeschaltetes Modul mit Daten für die Ausgabe beliefert - dem Datenlieferant. Dieser Datenfluss kann je nach Schaltbilddesign in Lieferrate und Sample-Blockgröße zu den Einstellungen der NI-DAQmx Task für Rate und Zu schreibende Werte abweichend sein. Weiterhin ist nicht davon auszugehen das der Datenstrom des Datenlieferanten zeitlich äquidistant erfolgt. Dieser unterliegt den üblichen Schwankungen eines Windows 2000 / XP / Vista Betriebssystemes.

Andererseits wird die Hardware zur Ausgabe mit den Vorgaben der Task einen Timer auf der Hardware starten, welcher im vorgegebenen Zeitraster der Rate die entsprechende Anzahl an Zu schreibende Werte ausgeben wird. Diese Ausgabe erfolgt zeitlich äquidistant ohne jegliche Schwankungen, bedingt durch das Betriebssystem. In der Grafik 01.PNG entspricht dies der DAQ-Hardware.

Die beschriebenen Eigenschaften des Datenlieferanten und der DAQ-Hardware führen zwangsläufig zu einem Problem der Bereitstellung der Ausgabedaten. Werden zuviele Daten durch den Datenlieferanten bereitgestellt, so ergibt sich für die DAQ-Hardware ein Datenüberlauf. Werden zuwenig Daten durch den Datenlieferanten bereitgestellt, so ergibt sich für die DAQ-Hardware ein Datenunterlauf. Diese Sachverhalte führen zum Abbruch und Stop des Schaltbildes. Daher ist es zwingend erforderlich das zwischen Datenlieferant und DAQ-Hardware ein Softwarepuffer zwischengeschaltet ist. Dieser Softwarepuffer kann bis zu einem gewissen Grad die vorher beschriebenen Probleme ausgleichen. So wird des dem Datenlieferanten ermöglicht, mit seiner eigenen Rate und Blockgröße den Softwarepuffer zu befüllen und andererseits der DAQ-Hardware ermöglicht, mit der ihr notwendigen Rate und Blockgröße Daten aus dem Softwarepuffer zu entnehmen.

Im Konfigurationsdialog Messeinstellungen kann nun durch den Anwender Einfluss auf diesen Softwarepuffer genommen werden. So lässt sich zunächst die Größe dimensionieren. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den ersten Start der Ausgabe auf der DAQ-Hardware um ... Werte zu verzögern. Eine Verzögerung ist grundsätzlich immer dann sinnvoll, wenn starke Schwankungen des Datenlieferanten erwartet werden und der Softwarepuffer im Vorlauf zunächst erst einmal mit ausreichend Daten zur nachfolgenden Ausgabe bevorratet werden soll. Sinnvolle Werte für die Größe des Softwarepuffers und die Verzögerung sind schwierig zu benennen und unterliegen der jeweiligen Situation. Es bedarf hier einiger Tests des Anwenders zu einer praktikablen Dimensionierung. Grundsätzlich ist jedoch darauf zu achten das der Softwarepuffer in seiner Größe mindestens die Vorlaufdaten der Verzögerung aufnehmen kann.

Speziell für den DASYLab NI-DAQmx Treiber wird weiterhin geprüft, ob der Datenlieferant mit nur maximal der Anzahl Zu schreibende Werte bereitstellt. Das Schaltbild ist für den Datenlieferanten so zu konfigurieren das er mit der Blockgröße 1 ... Zu schreibende Werte in den Softwarepuffer schreibt.

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