Versuch 3: Programmierung der seriellen Schnittstelle mit LabView

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1 S1 Prof. Dr.-Ing. F. Mohr, Dipl.-Ing. (FH) Markus Holzer, Dipl.-Ing.(FH) Frank Schad Versuch 3: Programmierung der seriellen Schniselle mi LabView 1 Einleiung In diesem Versuch sollen Sie mi der Programmierung der seriellen Schniselle mi LabView verrau gemach werden. Sie werden dazu die grundlegend nowendigen VIs für die Basiskommunikaion über die serielle Schniselle kennenlernen. Im weieren Verlauf des Versuchs werden Sie Messdaen mi einem Digialmulimeer erfassen und über die serielle Schniselle in ein LabView-Programm einlesen. Innerhalb dieser Anwendung werden die Daen verarbeie und visualisier. 2 Grundlagen 2.1 Archiekur eines Digialmulimeers Digialmulimeer (s. Abb.1) dienen der Aufgabe, eine zunächs als analoge Größe vorgegebene Messgröße (U, I, R, ec.) zu erfassen und sie dann in geeigneer Weise umzuwandeln, so dass sie mi digialer Technik weierverarbeie und schließlich angezeig werden kann. Abbildung 1: Digialmulimeer im Labor für Messechnik und Messdaenerfassung: links Meex M-3640D, rechs Proek 506

2 S2 Dazu benöig ein Digialmulimeer grundsäzlich mehrere Baugruppen, die sich in der in Abb. 2 gezeigen Schemaik darsellen lassen. Die Funkionen der einzelnen Blöcke gehen aus Abb. 3 hervor. Skalierung Messgröße clock S/H A D Abbildung 2: Archiekur eines Digialmulimeers Vorversärker u() clock Abbildung 3: Signale und Informaionsfluss in einem Digialmulimeer Messwer binär Messwer dezimal Messgröße Vorversärker S/H A D Skalierung clock

3 S3 In Abb. 3 wurde für die A/D-Operaion ein 8-bi-Wandler zugrundegeleg (Werevorra also 256). Die Beispiel-Zahlenwere sind binär wie auch dezimal dargesell. 2.2 Digialmulimeer mi Compuerschniselle Viele Handmulimeer sind heue mi einer Compuerschniselle ausgesae, die in der Regel dem Sandard RS-232 (andere Bezeichnung: V.24) ensprich. Ein ypischer Kommunikaionsvorgang über diese Schniselle ha folgenden Inhal: Compuer Messgerä : Anforderung des Ergebnisses einer Messung Messgerä Compuer: Überragung der Messgröße, auf die das Messgerä eingesell is (UDC, IAC,...), Überragung des Messweres, Überragung der Einhei des Messweres Beispiel: UDC 231 V. Die genaue Synax variier von Gerä zu Gerä. Üblicherweise werden die Messwere als Zeichenkee überragen, im Beispiel also als Aufeinanderfolge der Zeichen 2, 3, ASCII-Code Für die Überragung sowohl der Kommandos als auch der Messwere wird bei den hier ineressierenden Schnisellen der ASCII-Code (American Sandard Code for Informaion Inerchange, samm aus der Fernschreiberechnik) verwende. Dies is ein 7-bi-Code, der es somi erlaub, 128 unerschiedliche Zeichen zu überragen. Die Tabelle 1 zeig das Schema des ASCII-Codes in der üblichen Marixdarsellung. Dabei is das 7-bi-Daenwor in drei höherwerige Bis und 4 niederwerige Bis aufgeeil. Ersere sind senkrech, lezere waagrech angeordne. Tabelle 1: ASCII-Code (aus Schwelick: PC- Messechnik) Beispiele: U = , D = , C = , 2 = , 3 = , 1 = , V =

4 Der ASCII-Code sell die Sandarddarsellung für Tex dar und is mi vielen Überragungsund Speicherformaen kompaibel. In Rechnern läss sich der ASCII-Code direk auf dem Bildschirm anzeigen, ausdrucken oder auch mi Sandardedioren verändern. Ein Nacheil bei der Zahlendarsellung mi dem ASCII-Code is allerdings die hohe Redundanz, da jede Ziffer durch einen Buchsaben dargesell wird. Hierzu wieder ein Beispiel: Die Zahl 231 laue in binärer Darsellung: IM ASCII-Code müssen dagegen nacheinander die Wore überragen werden (s. hierzu Tab. 1): Eine Feskommazahl im Bereich 0 bis 255 benöig somi 8 Bi; demgegenüber benöig ihre Darsellung mi dem ASCII-Code mindesens 3 x 7 Bi = 21 Bi. S4 2.4 Synchrone und asynchrone serielle Daenüberragung Im Gegensaz zu einer parallelen Schniselle werden die Daen bei einer seriellen Daenüberragung nich als ein komplees Bye von einem Gerä zum anderen übergeben, sondern die Daen werden Bi für Bi (biseriell) hinereinander überragen (Abb. 5). Sender D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Empfänger Abb. 4: Abbildung 4: Prinzip der seriellen Daenüberragung Zwischen dem Sender und dem Empfänger muss ersens der Biak und zweiens der Sar und das Ende eines Daenpakes (in unserem Fall eines Byes) vereinbar werden. Diese zusäzlichen Informaionen können auf einer oder mehreren zusäzlichen Leiungen überragen werden (synchrone serielle Daenüberragung), oder sämlich auf der Daenleiung (asynchrone serielle DÜ). Synchrone Daenüberragung: Neben der Daenleiung wird eine Tak- und möglicherweise mehrere Seuerleiungen zur Verfügung gesell. Die zu überragenden Daen werden zu einem Block zusammengefaß, wobei ypischerweise der komplee Block durch Seuerzeichen wie Sar-, Sop- und Pariäszeichen eingerahm wird. Asynchrone Daenüberragung: Hier exisier keine Takleiung, sondern Sender und Empfänger sellen jeweils einen eigenen Takgeneraor berei, dessen Frequenz vereinbar werden muss. Die Synchronisaion der beiden Kommunikaionseilnehmer Sender und Empfänger is keine leiche Aufgabe, insbesondere für den Empfänger. Näheres is in Büchern zum Thema Kommunikaionsechnik oder Digialechnik zu finden. Sar und Sop eines Daenpakes werden über ensprechende Bifolgen migeeil. Im Falle der V.24-Überragung über ein Sar und ein bis zwei Sopbis. Zur Fehlererkennung kann ein Pariäsbi P (Quersumme, gerade oder ungerade Pariä) zusäzlich mi überragen werden (Abb. 6).

5 S5 Abbildung 5: Asynchrone serielle Daenüberragung, D = Daenbis ST D D D D D D D P SP Die asynchrone Daenüberragung sez ein exak definieres Überragungsforma voraus, welches beim Sender und Empfänger idenisch eingesell sein muß. Die wichigsen Parameer zur Definiion dieses Formas sind: Baudrae (Bi/s): 75, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, Anzahl der Daenbis Pariäsbi: kein Pariäsbi, gerade oder ungerade Anzahl der Soppbis: 1, 1.5, Die RS232-Schniselle und ihr Gebrauch bei digialen Mulimeern Sie is die am häufigsen verwendee serielle Schniselle. Der Daenausausch kann in der synchronen oder asynchronen Beriebsar erfolgen. Gebräuchlicher is die asynchrone Daenüberragung, wie sie auch in Personal Compuern sandardmäßig verwende wird (für den synchronen Berieb werden zusäzliche Taksignale benöig). Für die oben eingeführen Charakerisika gil in unserem Fall der Kommunikaion mi einem Digialmulimeer (Fabrikae Proek / HungChang bzw. Meex) nach dem Schema der Abb. 6: Das Sarbi ST wird dem zu überragenden Zeichen vorangesell und is Low-akiv (0). Die Daeninformaion beseh (in der Regel) aus 7 Daenbis (ASCII), wobei das LSB zuers überragen wird. Als nächses folg das Pariäsbi Das Ende des Zeichens wird meis durch ein oder zwei Soppbis SP, welche akiv High (1) sind, gekennzeichne. Elekrische Signaleigenschafen für RS232 nach Norm EIA-232: Die elekrischen Signalpegel ensprechen nich dem TTL-Pegel, sondern es werden symmerische Spannungspegel benuz (Abb. 4). Dabei gil als wichigse Feslegungen: Daen werden in negaiver Logik überragen, d.h. ein hoher Signalpegel >3V korrespondier mi einer logischen 0, ein niedriger <-3V mi logisch 1. Für Seuersignale gil dagegen posiive Logik; eine posiive Spannung >3V ensprich also einer logischen 1 Der Bereich zwischen 3 Vol und +3 Vol is nich definier Spannungsbereich nach Norm: +/-15 Vol Zur Gewährleisung eines ausreichenden Sörabsand soll für die Kabellänge L gelen: L < 15m

6 S6 Abbildung 6: Signalpegel bei RS232 Hardware der RS-232-Schniselle Für die Schniselle is sowohl ein 25-poliger wie auch ein 9-poliger Sub-D-Cannon-Secker üblich (Abb. 8). Dabei is am Rechnergehäuse der männliche" Seckereil mi Sifen angebrach, der weibliche mi Buchsen am Messgerä. Tabelle 2 gib die Pinbelegung an. Abbildung 7:Die 2 Seckerausführungen der RS-232-Schniselle Tabelle 2: Pinbelegung der wichigsen Leiungen der RS-232-Secker 25-pol. 9 pol TD: Transmi Daa (Sendedaen) 2 3 RD: Receive Daa (Empfangsdaen) 3 2 RTS: Reques o Send (Sendeeil einschalen!) 4 7 CTS: Clear o send (Sendebereischaf) 5 8 DTR: Daa Terminal Ready (Terminalbereischaf) 20 4 DSR: Daa Se Ready (Beriebsbereischaf) 6 6 DCD: Daa Channel Received Line Signal Deecor 8 1 (Empfangssignalpegel) SG: Signal Ground (Masse) 7 5 Die DIN-Norm leg zwar die Belegung von 25 Pins fes, es werden in der Praxis aber meis nur einige wenige Leiungen verwende. So beseh im einfachsen Fall die Verbindung zwischen zwei Geräen lediglich aus 3 Leiungen: Einer Empfangsleiung RD (auch RxD), einer Sendeleiung TD (auch TxD) und der Masseleiung SG (signal ground). Dazu komm ggf. die Schuzerde. Sromversorgung der Mulimeer Wie aus Tabelle 2 hervorgeh, gib es zwei (i.a. der Erhöhung der Überragungssicherhei dienende) Leiungen mi der Bezeichnung RTS und DTR. In Verbindung mi den Digialmulimeern werden diese Leiungen jedoch nich zur Daensicherhei verwende, sondern zweckenfremde zur Spannungsversorgung: In den Mulimeern befinde sich ein Opokoppler zur galvanischen Trennung der Schniselle vom Messgerä. Dieser Opokoppler muss mi einer Spannung von +/-15 Vol versorg werden. Da RTS und DTR bzgl. der Daenüberragung ungenuz sind, können auf diese Leiungen Signale geschrieben werden, die zur Versorgung der Opokoppler verwende werden.

7 S7 2.6 Schnisellenprogrammierung mi Labview Voreinsellungen und Synax zur Programmierung der RS232- Schniselle der Handmulimeer Im Labor sind wie bereis erwähn 2 verschiedene Typen von Handmulimeern mi serieller Schniselle vorhanden: Proek 506 und Meex M3640. Die Kommunikaionsprookolle für beide Geräe unerscheiden sich geringfügig. Die wesenlichen Infos sind als Daenbuchauszüge im Anhang B wiedergegeben. Die Haupaufgabe des Laborversuches is die Programmierung zweier Treiber-VIs für eines der genannen Mulimeer Programmierung der RS232-Schniselle mi Labview Zur Vereinfachung der Programmersellung sell Labview einige Vis für die Kommunikaion über die serielle Schniselle berei. Sie basieren - wie auch die Kommunikaion über den späer zu behandelnden IEEE-Bus (auch HPIB, PCIB, GPIB) - auf dem sog. VISA-Sandard und sind im Funcions-Menü an der in der Abbildung dargesellen Posiion zu finden. In der Palee Funcions \ Insrumen I/O \ Serial finde man die VISA Funkionen (v.l.n.r.): VISA configure por, VISA wrie, VISA read, VISA close. Abb. 12: VISA Kommunikaions-Rouinen

8 S8 2.7 Sringprogrammierung mi Labview Für die Kommunikaion mi der Peripherie is es erforderlich, mi Zeichenkeen (Srings) umgehen zu können. Srings basieren meisens auf dem oben eingeführen ASCII-Forma. Sringanschlüsse und Leiungen, über die Srings überragen werden, erscheinen im Blockdiagramm in pink. Sring-Eingabe- und Ausgabeelemene für das Panel sind in der Unerpalee Sring&Pah der Palee Conrols zu finden (Abb. 9 li.). Zur Sringverarbeiung gib es in der Funcions-Palee die Unerpalee Sring (Abb.9 re.) Abbildung 8: Sring Conrols- (links) und Funcions-Palee (rechs) Sringverarbeiung bedeue, um dies an nur einigen Elemenen der ersen Zeilen in der Funcions \ Sring-Palee deulich zu machen, z.b.: die Ermilung der Länge eines Srings, das Aneinanderfügen (Concaenae) mehrerer Srings oder das Ermieln, Ersezen oder Suchen eines Subsrings. Folgende VIs sind für den Laborversuch von besonderer Wichigkei: Abbildung 9: Verschiedene Sringfunkionen (Tl. 1)

9 S9 Abbildung 10: Verschiedene Sringfunkionen (Tl. 2) 3 Aufgaben 3.1 Messwersring erzeugen Schreiben Sie bie ein Beispielprogramm, das zwei Sringeingabefelder und ein numerisches Eingabefeld vorsieh und Benuzereingaben wie DC, 2.84, V zu einem einzelnen Sring ( DC 2.84V, bie Leerzeichen beachen!) zusammenfüg und in einem Ausgabefeld darsell. 3.2 Messwersring dekodieren Nun ersellen Sie bie ein Uner-VI mi der umgekehren Funkionaliä, d.h. eine auomaisch arbeiende Rouine, die einen Sring wie DC 2.84V in die Besandeile DC und 2.84 zerleg. Das Uner-VI soll den Messwersring als Eingabewer akzepieren und den Messbereich (z.b. DC ) als Sring und den Messwer als Fließkammazahl doppeler Genauigkei ( dbl ) ausgeben. Der leze Besandeil ( V ) brauch nich berücksichig zu werden. Bie nuzen Sie aus, dass zwischen DC und 2.84 ein Leerzeichen seh, d.h. veranlassen Sie Labview dazu, in dem Messwersring nach einem Leerzeichen zu suchen. 3.3 Schnisellenreiber Bie implemenieren Sie folgendes Schaubild in einem neuen VI: Abbildung 11: Labviewreiber für Handmulimeer Das VI VISA serial finden Sie in der Funkionenpalee uner Insrumen I/O->Serial- >Configure Serial Por. Das danebensehende Elemen insr is ein Eigenschafsknoen. Wie dieser erzeug wird, lesen Sie bie im Abschni 3.4 nach. Die beiden VIs VISA abc W und VISA abc R dienen dem Schreiben bzw. Lesen von Zeichen über RS232. Sie finden diese uner Insrumen I/O->VISA.

10 Das Eingabefeld mi COM1 als Inhal is vom Daenyp resource name. Sie ersellen diese Konsane am einfachsen mi dem Konexmenü-Befehl Creae Consan. Es solle dadurch ein Auswahlelemen ensehen, das u.a. die Einräge COM1 und LPT1 enhäl. Auch die Konsane zum Einsellen der Sopbis solle so erzeug werden. Nun erweiern Sie bie dieses VI zu einem Uner-VI mi einem aussagekräfigen Symbol und einem Ausgang, der mi dem Sring-Ausgabeelemen verbunden wird. S Auomaische Messweraufnahme Zur Überwachung eines Prozesses soll im Zweisekundenak ein Messwer eingelesen und der Zeiverlauf der Messwere dargesell werden. Speichern Sie bie alle Messwere in einem Array und sellen Sie den Array in einem Waveform-Graph (nich Char!) dar. Sellen Sie die Skalierung der X-Achse zuers über den Formaierungsdialog (X-Scale->Forma), dann über einen propery node (s. nächse Abb.) so ein, dass die X-Achse Sekunden anzeig. Abbildung 12: Erzeugung eines Propery-Nodes Abbildung 13: Direk nach der Ersellung is ein Propery-Node nur lesbar. Mi "Change To Wrie" machen Sie den Propery-Node beschreibbar Nehmen Sie schließlich mi diesem Programm den Zeiverlauf einer sehr niederfrequenen Sägezahnspannung auf, die Sie mi dem Funkionsgeneraor an Ihrem Arbeisplaz generieren.

11 S Anhang A: Daenblaauszug Proek 506: RS-232C inerfacing wih a personal Compuer Anmerkung: Einige für die gegebene Aufgabe wichige Deails sind durch Fedruck hervorgehoben. 1. CONNECTION OF PC AND METER. Connec he RS-232 cable o he buil-in RS-232 connecor in he meer and he PC serial por. 2. RS-232 CABLE PIN CONNECTION: <Compuer> RX Tx DTR GND DSR RTS CTS <DMM> (D-SUB 25 pin female)(d-sub 9pin male) 3. COMMUNICATION SPECS: Baud Rae : 1200 Daa Bi : 7 Sop Bi :2 Pariy : None 4. COMMUNICATION WITH THE PC. i) Press he menu key on he meer several imes unil he "RS-232" annunciaor blinks. ii) Press he reurn key on he meer o se he RS232 mode. Now he meer is ready o communicae wih he PC. iii) Now you can communicae wih he meer and use he menu o access various funcions. 5. QBASIC EXAMPLE PROGRAM The following is a sample program which helps users o undersand he daa forma and he daa inerfacing mehod and also o develop heir own program. 10 CLS 20 PRINT "WELCOME!" 30 PRINT "<RS232 EXAMPLE PROGRAM>" 40 PRINT "DM506.BAS" 50 PRINT "1200 BAUD" 60 PRINT "NONE PARITY" 70 PRINT "7 DATA BIT" 80 PRINT "2 STOP BIT" 90 PRINT "COM2 PORT" 100 PRINT 110 PRINT "PLEASE" 120 PRINT "PRESS ANY KEY TO EXECUTE OR ESC TO STOP" 130 PRINT 140 RS$ = "COM2:1200,N,7,2,DS,CS,RS,CD" 150 OPEN RS$ FOR RANDOM AS #2

12 160 T$=INPUT$(1) 170 IF T$ = CHR$(27) THEN PRINT #2,T$ 190 DIM R$(15) 200 I=1 210 R$(I)=INPUT$(1,#2) 220 IF R$(l) = CHR$(13) THEN I=I GOTO FOR J = 1 TO I 260 PRINT R$(J); 270 NEXTJ 280 PRINT 290 l$ = INKEY$ 300 IF l$ = CHR$(27) THEN FOR K=1T NEXT K 330 GOT CLOSE #2 350 END S12 6. DATA FORMAT The following is he forma of he daa sen ou from he meer o PC. Each funcion daa consiss of 6 o 15 byes as shown. Each bye has an ASCII code corresponding o each characer or number, and he las bye has a ASCII code (13) for carriage reurn(j) No. Funcion Byes 1 DCV D C V 11 2 DCV D C V 12 3 DCV 0 C O L 6 4 ACV A C V 11 5 ACV A C O L 6 6 DCmV D C m V 12 7 DCmV D C m V 13 8 ACV A C m V 12 9 DCµA D C µ A DCµA D C µ A DCµA A C µ A DCmA D C m A DCmA D C m A ACmA A C m A DC20A D C A DC20A D C A AC20A A C A RESISTANCE R E S M O H M RESISTANCE R E S O H M RESISTANCE R E S O L 7 21 CONTINUITY B U Z S H O R T CONTINUITY B U Z O P E N 9 23 DIODE D I O O P E N 9 24 DIODE D I O S H O R T DIODE D I O G O O D 9 26 LOGIC L O G L O W 8 27 LOGIC L O G H I G H 9 28 LOGIC L O G U N D E T FREQUENCY F R M H Z FREQUENCY F R K H Z CAPACITANCE C A P µ F CAPACITANCE C A P 0 L 7 33 INDUCTANCE I N D H INDUCTANCE I N D 0 L 7 35 TEMPERATURE T E M P Λ C TEMPERATURE T E M P Λ C 14

13 S13 Anhang B: Daenblaauszug Meex M-3650D: RS-232C inerfacing wih a personal Compuer 1. CONNECTION OF PC AND METER. Connec he RS-232 cable o he buil-in special connecor in he meer and o he PC serial por. 2. RS-232 CABLE PIN CONNECTION 3. COMMUNICATION SPECS: Baud Rae : 1200 Daa Bi : 7 Sop Bi :2 Pariy : None 4. COMMUNICATION WITH THE PC. There is no need o specially acivae he RS-232 serial inerface. Coounicaion is acive as soon as meer and PC are conneced and urned on. 5. QBASIC EXAMPLE PROGRAM. 6. DATA FORMAT (14 BIT FIX)