ac723 – 02/2010 cristiane a. martins ac-723 – mÉtodos experimentais para turbina a gÁs -...

AC723 ndash 022010Cristiane A Martins

AC-723 ndash MEacuteTODOS EXPERIMENTAIS PARA

TURBINA A GAacuteS -

Prof(a) Cristiane MartinsInstituto Tecnoloacutegico de AeronaacuteuticaDivisatildeo de Eng Aeronaacuteutica Dept de Propulsatildeo 072010


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ftp1612415247Cristiane


Introduccedilatildeo a Aquisiccedilatildeo de DadosDescriccedilatildeo do curso

Conceitos baacutesicos de instrumentaccedilatildeo e aquisiccedilatildeo de dados Introduccedilatildeo ao ambiente do LabVIEW caracteriacutesticas programaccedilatildeo graacutefica de fluxo de dados e interfaceamento com instrumentos externos Ao final do curso os estudantes poderatildeo criar aplicaccedilotildees para adquirir processar mostrar e estocar dados em sistemas reais Seratildeo capazes de gerar sinais analoacutegicos e digitais para controlar instrumentos externos atraveacutes de conversores analoacutegicosdigitais utilizando placas especiacuteficas


INTRODUCcedilAtildeO

bullSistemas de Aquisiccedilatildeo de Dados satildeo presentes no cotidiano

mdashMediccedilatildeo de Consumo de Aacutegua e LuzmdashExames e Diagnoacutesticos MeacutedicosmdashPesquisas de Opiniatildeo Puacuteblica

bullNa EngenhariamdashPesquisas de LaboratoacuteriomdashTeste e MediccedilatildeomdashAutomaccedilatildeo e Controle Industrial




Arquitetura dos Sistemas de Aquisiccedilatildeo de Dados

ldquoTodos os elementos devem interagir entre sirdquo


Sinal AnaloacutegicoSinal Analoacutegico ndash ndash Sinal contiacutenuo no domiacutenio do tempo as variaacuteveis satildeo Sinal contiacutenuo no domiacutenio do tempo as variaacuteveis satildeo observadas de forma direta sem passar por processos de codificaccedilatildeo observadas de forma direta sem passar por processos de codificaccedilatildeo Em um intervalo definido de tempo existem infinitas amostras do sinalEm um intervalo definido de tempo existem infinitas amostras do sinalReflete fielmente o fenocircmeno fiacutesicoReflete fielmente o fenocircmeno fiacutesico


SensorTransdutorSensorTransdutor - - Realiza a detecccedilatildeo da variaacutevel fiacutesica e a converte Realiza a detecccedilatildeo da variaacutevel fiacutesica e a converte em um sinal mais apropriado para mediccedilatildeo normalmente mecacircnico ou eleacutetrico em um sinal mais apropriado para mediccedilatildeo normalmente mecacircnico ou eleacutetrico O sensor deveria ser idealmente insensiacutevel a cada uma das outras possiacuteveis O sensor deveria ser idealmente insensiacutevel a cada uma das outras possiacuteveis entradas interferentes natildeo desejadasentradas interferentes natildeo desejadas


CONDICIONADORES DE SINAIS


AmplificacatildeoQuando um sinal eacute amplificado a amplitude do sinal eacute aumentada Convertendo um sinal de 0-10mV para 0 -10V eacute um exemplo de amplificaccedilatildeo

Isolaccedilatildeo EleacutetricaIsolaccedilatildeo eleacutetrica impede trajetoacuteria galvacircnica entre entrada e saiacuteda Isto eacute natildeo existe nenhuma ligaccedilatildeo fiacutesica entre a entrada e a saiacuteda A entrada eacute normalmente transferida para a saiacuteda atraveacutes da conversatildeo de um sinal oacutetico ou magneacutetico que ao chegar na saiacuteda eacute reconstruiacutedo Impedindo a trajetoacuteria galvacircnica entre entrada e saiacuteda sinais indesejaacuteveis de uma linha de entrada satildeo evitados de passar atraveacutes da saiacuteda Isolaccedilatildeo eacute exigida quando uma medida precisar ser realizada em uma superfiacutecie com uma voltagem muito acima do terra Isolaccedilatildeo tambeacutem eacute utilizada para evitar loops de terra

LinearizaccedilatildeoConverte um sinal de entrada natildeo-linear em um sinal de saiacuteda linear Comum em sinais de termopares

Compensaccedilatildeo de Junta FriaUsado para termopares O sinal de termopar eacute ajustado para flutuaccedilotildees de temperatura local

ExcitaccedilatildeoMuitos sensores exigem alguma forma de excitaccedilatildeo para operarem Strain gages satildeo exemplo tiacutepico



Sinal Digital Sinal Digital ndashndash Apresenta valores discretos (descontiacutenuos) no tempo e amplitude Apresenta valores discretos (descontiacutenuos) no tempo e amplitude Isso significa que um sinal digital soacute eacute definido para determinados instantes de tempo Isso significa que um sinal digital soacute eacute definido para determinados instantes de tempo e o conjunto de valores que pode assumir eacute finitoe o conjunto de valores que pode assumir eacute finito


DiscretizaccedilatildeoQuantizaccedilatildeo DiscretizaccedilatildeoQuantizaccedilatildeo ndashndash Eacute o processo de atribuiccedilatildeo de valores discretos Eacute o processo de atribuiccedilatildeo de valores discretos para um sinal cuja amplitude varia entre infinitos valores Uma grandeza eacute dita para um sinal cuja amplitude varia entre infinitos valores Uma grandeza eacute dita quantizada ou discreta quando natildeo apresenta valores contiacutenuos podendo haver quantizada ou discreta quando natildeo apresenta valores contiacutenuos podendo haver repeticcedilotildees ou interpolaccedilotildeesrepeticcedilotildees ou interpolaccedilotildees

0 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1

Niacuteveis Quacircnticos

Temo 3 BITS de informaccedilatildeo =gt 23

possibilidades de codificaccedilatildeo =gt8 counts

0 1 00 0 10 0 0


Sistema de Aquisiccedilatildeo de Dados

Sistema de Distribuiccedilatildeo de Dados


Por quecirc eacute necessaacuterio amplificar sinais eleacutetricos obtidos pelos sensores

Vejamos como exemplo medidas de temperatura com termopares


Termopares

Satildeo formados pela junccedilatildeo de elementos metaacutelicos distintos que devido agrave suas caracteriacutesticas eletrocircnicas geram uma diferenccedila de potencial Esta diferenccedila de potencial depende da temperatura e estaacute tabelada para diversos pares de metais (termopares)

Para se realizar uma medida deve-se ter uma junccedilatildeo em temperatura conhecida e outra no ponto onde se pretende medir


Termopares

Com o auxiacutelio de uma tabela ou da expressatildeo analiacutetica da voltagem em funccedilatildeo da temperatura encontra-se a informaccedilatildeo desejada1048766

Tipicamente obtecircm-se sinais da ordem de 40microv C


Termopares

Caso se queira medir temperaturas com exatidatildeo proacutexima a 01o C eacute necessaacuterio medir voltagens com exatidatildeo de pelo menos 5 microv

A forma de evitar o uso de voltiacutemetros ou outros sistemas de leitura com a exatidatildeo anterior pode se fazer uso de amplificadores que transformem o sinal de saiacuteda em valores mais faacuteceis de serem medidos


Strain gage - exemplo

o circuito apresentado pode ser montado com um ou mais de seus resistores sendo Strain Gauges de forma que se possa obter uma voltagem Vp que indique adeformaccedilatildeo imposta ao sensor


Tubo de Pitot


SENSOR A natureza do sinal produzido ndash tensatildeo frequecircncia

impedacircncia etcdetermina qual espeacutecie de condicionamento de sinal seraacute necessaacuterio

Susceptibilidade a ruiacutedo efeito de carregamento

Como o sensor seraacute calibrado em relaccedilatildeo a grandeza fiacutesica Problemas de repetibilidade

Tipo de fonte alimentaccedilatildeo

Sensor e suas caracteriacutesticas devem ser minuciosamente conhecidos

Sensores

Objetivo

Apresentar os conceitos baacutesicos associados aos elementos primaacuterios

de um sistema de mediccedilatildeo enfatizando-se as caracteriacutesticas

inerentes agrave sensores

Sensores

Sumaacuterio

1 Sistema de medidas

2 Elementos Funcionais

3 Definiccedilotildees

4 Tipos de Sensores

5 Caracteriacutesticas Estaacuteticas de Sistemas de Mediccedilatildeo

6 Caracteriacutesticas Dinacircmicas de Sistemas de Mediccedilatildeo

7 Caracteriacutesticas Ambientais

8 Confiabilidade

Sensores

1 Sistemas de Medidas


bull Elemento sensor primaacuterio Estaacutegio SensorTransdutor

bull Elemento conversor de variaacutevel Estaacutegio SensorTransdutor

bull Elemento manipulador de variaacutevel Estaacutegio Intermediaacuterio

bull Elemento transmissor de dados Estaacutegio Intermediaacuterio bull Elemento apresentador de dados Estaacutegio Finalbull Elemento armazenadorreprodutor de dados Estaacutegio Final

bull Estaacutegio sensortransdutor - Realiza a detecccedilatildeo da variaacutevel fiacutesica e a converte em um sinal mais apropriado para mediccedilatildeo normalmente mecacircnico ou eleacutetrico O sensor deveria ser idealmente insensiacutevel a cada uma das outras possiacuteveis entradas interferentes natildeo desejadas

bull Estaacutegio intermediaacuterio - Realiza uma modificaccedilatildeo do sinal oriundo do estaacutegio anterior atraveacutes de amplificaccedilatildeo filtragem etc Isto eacute o estaacutegio intermediaacuterio deve realizar a transduccedilatildeo da informaccedilatildeo para tornaacute-la aceitaacutevel atraveacutes da filtragem do sinal para remover ruiacutedos e amplificaccedilatildeo do sinal ou seja adequaccedilatildeo do seu niacutevel ao do sistema de armazenagem e mostrador

bull Estaacutegio final - Realiza a apresentaccedilatildeo final dos dados o seu armazenamento e se necessaacuterio o controle da variaacutevel medida Isto eacute no estaacutegio final estaacute o mostrador (ou display) o banco de memoacuteria onde dados satildeo armazenados e o controle do processo



Elemento sensor primaacuterio - Recebe a informaccedilatildeo do meio fiacutesico medido e gera um sinal de saiacuteda que depende de algum modo da quantidade medidaElemento conversor de variaacutevel - Converte o sinal de saiacuteda do elemento sensor primaacuterio em um outro sinal mais apropriado para a mediccedilatildeo sem entretanto alterar a informaccedilatildeo contida no sinal originalElemento manipulador de variaacutevel - Opera uma mudanccedila no valor numeacuterico associado ao sinal de saiacuteda do elemento conversor de variaacutevel segundo uma regra precisamente definida mantendo entretanto a natureza fiacutesica do sinal Elemento transmissor de dados - Transmite dados entre os elementos funcionais do sistema de mediccedilatildeo quando estes se encontram fisicamente separadosElemento apresentador de dados - Coloca os dados em uma forma reconhecida por um dos sentidos humanos (pelo observador) para efeito de monitoramento controle ou anaacutelise Elemento armazenadorreprodutor de dados - Armazena os dados de maneira natildeo necessariamente reconhecida pelos sentidos


Abordagem mais claacutessica feita

com elementos Transdutores mecacircnicosie Doeblin


TRANSDUTORES - Satildeo dispositivos que convertem uma forma de energia ou quantidade fiacutesica em outra muitas vezes esta energia ou quantidade fiacutesica satildeo as mesmas A energia ou estiacutemulo determina a quantidade do sinal

SENSORES - Satildeo dispositivos usados para detectar medir ou monitorar fenocircmenos fiacutesicos tal como temperatura radiaccedilatildeo etc respondendo a estes estiacutemulos e transmitindo a informaccedilatildeo para inicializar sistemas ou controlar operaccedilotildees

DETETORES - Satildeo dispositivos usados para sentir a presenccedila das coisas como calor radiaccedilatildeo ou qualquer outro fenocircmeno fiacutesico

4 Tipos de Sensores

Transdutores Ativos - Necessitam alimentaccedilatildeo externa Strain-gages Ceacutelulas de Carga transdutores Fotoeleacutetricos

Transdutores Passivos - Natildeo necessitam de fonte externa ddp gerada devido as caracteriacutesticas do material que satildeo fabricados Termopares Cristais Piezoeleacutetricos Ceacutelulas Fotovoltaicas

Transdutores Invasivos - Satildeo aqueles que tem contato e apresentam interaccedilatildeo fisico-quimico com o processo onde se efetua a medida

Transdutores Passivos - Satildeo aqueles que tem interaccedilatildeo fisico-quimico com o processo onde se efetua a medida


Faixa de Mediccedilatildeo (Range) Valor Maacuteximo e Miacutenimo Extensatildeo (Span) Maacutexima variaccedilatildeo de entrada ou saiacuteda Natildeo-Linearidade Maacutexima variaccedilatildeo em relaccedilatildeo ao eixo linear

expressa em do fundo de escala Histerese Diferenccedila de valores obtidos do sinal de saiacuteda em relaccedilatildeo

ao sinal de entrada durante o incremento e decremento de valores de entrada

Sensibilidade E a relaccedilatildeo (taxa) de troca entre o sinal de saiacuteda e entrada

Resoluccedilatildeo Miacutenima variaccedilatildeo do sinal de entrada necessaacuteria para que ocorra uma alteraccedilatildeo do sinal de saiacuteda

Carga Impedacircncia Repetibilidade Relacionado com o operador


Precisatildeo Qualidade da mediccedilatildeo que representa a dispersatildeo dos vaacuterios resultados correspondentes a repeticcedilotildees de mediccedilotildees quase iguais em torno do valor central

Exatidatildeo Qualidade da mediccedilatildeo que assegura que a medida coincida com o valor real da grandeza considerada O valor representativo deste paracircmetro eacute o valor meacutedio

Ganho O ganho de um sistema ou instrumento define-se como a saiacuteda divida pela entrada

Off-set Define-se como o desvio de zero do sinal de saiacuteda quando a entrada eacute zero

Drift Descreve a mudanccedila da leitura em zero do instrumento com o tempo

Banda de erro estaacutetica leva em conta todos os efeitos que causam desvio em relaccedilatildeo ao instrumento ideal


Estatildeo relacionadas com a resposta do elemento transdutor com relaccedilatildeo a variaccedilotildees do mesurando com o tempo estatildeo definidas como a faixa operacional do elemento transdutor

Resposta em Frequumlecircncia Constante de Tempo Amortecimento Overshoot Frequumlecircncia Natural

Quando a coifa atingia aproximadamente 45ordm liberava-se a abertura do paineacutel

Tomando-se como referecircncia aDinacircmica do teste de abertura da coifa e painel solar

O tempo de abertura dos paineacuteis era medido por um sensor de deslocamento linerar

O tempo devia ser controlado pois quando o painel estivesse totalmente distendido o conjunto ainda necessitaria manter o Spin que poderia ser reduzido tanto pelo movimento da coifa quanto do painel solar

wwwiaectabr

Deslocamento Linear

O dispositivo empregado para efetuar a mediccedilatildeo

Durante os ensaios verificou-se que o resultado obtido permanecia inalterado apoacutes algumas repeticcedilotildees Dessa forma ao alterar a tensatildeo na mola obtiveram comportamentos diferentes Verificaram portanto que a resposta dinacircmica do sensor natildeo estava compatiacutevel com a abertura do sistema


Afetam as caracteriacutesticas estaacuteticas e dinacircmicas de um transdutor

Ensaios realizados em campo Temperatura Vibraccedilatildeo Aceleraccedilatildeo Montagem

8 Confiabilidade

Vida Operacional Tempo miacutenimo de vida operaccedilatildeo continua ou ciclos sem alterar o desempenho dentro das toleracircncias especificadas

Ciclo de Vida Nuacutemero miacutenimo de excursotildees de fundo de escala ou escala parcial sem alterar o desempenho alem das toleracircncias especificadas


Elementos de um Sistema de Aquisiccedilatildeo de Dados


Tipos de Sistemas de Aquisiccedilatildeo de Dados


CONDICIONAMENTO DE SINAIS SCXI


Bits Bytes e Words


Quantizaccedilatildeo em Amplitude

Eacute o processo de representar um sinal contiacutenuo por um nuacutemero finito de estados discretos

O sistema binaacuterio eacute o padratildeo utilizado para processar sinais digitais onde o grupo de coacutedigos consiste de npulsos indicando ou estado ligado (1) ou desligado (0)

Nos conversores analoacutegico-digital a faixa de tensatildeo eacute padronizada A maioria dos conversores utilizada tensotildees padrotildees bipolar de +-25 +-5 e +-10 V ou utilizam tensotildees unipolares de 0 a 5 V ou de 0 a 10 V


Quantizaccedilatildeo


O niacutevel de quantizaccedilatildeo Q eacute a faixa compreendida entre dois pontos de decisatildeo adjacentes

Onde FSR eacute o fundo de escalaSe FSR = 10 V e n=3 entatildeo temos

Niacutevel de quantizaccedilatildeo ou largura do coacutedigo


Os conversores ADC comumente encontrados possuem resoluccedilatildeo de 8 12 e 16 bits correspondentes a 256 4096 e 65536 niacuteveis de quantizaccedilatildeo

Como jaacute visto um conversor de alta resoluccedilatildeo (muitos nuacutemeros de bits) tem um niacutevel de quantizaccedilatildeo ou largura de coacutedigo pequena

O niacutevel de quantizaccedilatildeo e portanto a resoluccedilatildeo do conversor pode ser modificada adicionando-se um amplificador antes do conversor AD Assim o niacutevel de quantizaccedilatildeo seraacute

RESOLUCcedilAtildeO


Questatildeo

Um termocircmetro pode ser utilizado como sensor de temperatura em um sistema de aquisiccedilatildeo de dados

httpenwikipediaorgwikiTemperature


Exemplo ndash aquisiccedilatildeo de sinais siacutesmicos


Exemplo ndash aquisiccedilatildeo de sinais siacutesmicos (cont)


Aquisiccedilatildeo - Hardware

Durante a escolha de um sistema de aquisiccedilatildeo de dados algumas consideraccedilotildees devem ser observadas

Nos slides seguintes um resumo sobre o sistema de comunicaccedilatildeo entre placa de aquisiccedilatildeo de dados e o computador


Como eacute realizada a comunicaccedilatildeo entre diferentes dispositivos em um computador

Hardware - Interligaccedilotildees


Interligaccedilatildeo

duas formas baacutesicas de interligar as unidades de um sistema de computador Ligaccedilatildeo Dedicada e Barramento


Interligaccedilatildeo - Ligaccedilatildeo dedicada

Ligaccedilatildeo serial padratildeo RS232 entre um computador e um terminal Para cada terminal adicional eacute necessaacuterio incluir uma nova interface serial e a fiaccedilatildeo serial

Ligaccedilatildeo paralela padratildeo Centronics entre um microcomputador e uma impressora Para adicionar uma nova impressora eacute preciso instalar outra interface e novos cabos


Interligaccedilatildeo - Barramento

A ligaccedilatildeo por barramento utiliza um uacutenico conjunto de fios para interligar diversas unidades de um sistema de computadores


Aquisiccedilatildeo de dados x barramentos

Quando for decidir sobre um sistema de medida o tipo de barramento deve ser considerado

Barramentos


Para a comunicaccedilatildeo entre CPU e dispositivos de entradasaiacuteda satildeo usados os mecanismos de polling interrupccedilatildeo e DMA

Como funciona cada um destes mecanismos


Polling neste mecanismo o processador quando deseja fazer uma operaccedilatildeo de entradasaiacuteda programa o dispositivo para que realize a tarefa Uma vez isto feito o processador retorna a suas atividades normais e de tempos em tempos ele ldquoquestionardquo o dispositivo para saber se a tarefa foi realizada Quando lsquorsquoterminadarsquorsquo o processador conclui a operaccedilatildeo

Interrupccedilatildeo neste mecanismo o processador quando deseja fazer uma operaccedilatildeo de entradasaiacuteda tambeacutem programa o dispositivo para que realize a tarefa Uma vez isto feito o processador retorna a suas atividades e quando a tarefa se realiza o dispositivo interrompe o processador para avisar O processador poderaacute entatildeo concluir a operaccedilatildeo

DMA o DMA eacute um dispositivo que auxilia a transferecircncia de dados Quando o processador deseja fazer uma operaccedilatildeo de entradasaiacuteda ele programa o DMA com informaccedilotildees tais como nuacutemero de bytes para transferir endereccedilos da fonte e do destino e tipo de operaccedilatildeo Uma vez isto feito o processador retorna a suas atividades Quando o DMA termina a tarefa ele avisa ao processador e este poderaacute entatildeo concluir a operaccedilatildeo


termo DMA eacute um acrocircnimo para a expressatildeo em inglecircs Direct memory access


Barramento

O que eacute um barramento (bus) e quais satildeo os sinais transmitidos nele


Barramento Bus eacute um conjunto de condutores eleacutetricos em

um computador que permite a comunicaccedilatildeo entre vaacuterios componentes do computador tais como CPU memoacuteria dispositivos de IO

Que sinais trafegam no barramento dados reloacutegio endereccedilos sinais de controle

Bus standard (protocolo) eacute um conjunto de regras que governam como as comunicaccedilotildees no barramento seratildeo efetuadas


Barramento Vantagens

Baixo custo na comunicaccedilatildeo entre componentes desde que um simples conjunto de fios eacute compartilhado em muacuteltiplo sentidos

Versatilidade que permite a faacutecil adiccedilatildeo de novos dispositivos no computador

Desvantagens Criaccedilatildeo de engarrafamento (bottleneck) na

comunicaccedilatildeo limitando a maacutexima vazatildeo de dados (throughput) para dispositivos de IO


Os barramentos podem ser caracterizados por diversos fatores tais comoFuncionalidadeCaracteriacutesticas de acessoDispositivos a ele acopladosTemporizaccedilatildeoCaracteriacutesticas Eleacutetricas etc


Barramento - classificaccedilatildeo Quanto agrave Funcionalidade

Linhas de dados (barramento de dados) - fornecem o meio de transmissatildeo de dados entre os moacutedulos do sistema

Linhas de endereccedilo (barramento de endereccedilos) - usadas para designar fonte e destino dos dados do barramento de dados

Linhas de controle (barramento de controle) - usadas para controlar o acesso e o uso de linhas de dados e endereccedilos

CPU Memoacuteria IO

Barramento de endereccedilosBarramento de dados

Barramento de controle


Barramento ndash classificaccedilatildeo (cont) Caracteriacutesticas de acesso

Todo dispositivo de memoacuteria ou IO deve ser exclusivo no acesso ao barramento

A seleccedilatildeo eacute feita atraveacutes de sinais especiais de controle como

Memory Read Memory Write IO Read IO Write

Todo dispositivo deve escrever no barramento atraveacutes de ldquobuffers Tristaterdquo

saiacuteda de dadosentrada de dados

controle


Barramento ndash classificaccedilatildeo (cont)

Quanto aos dispositivos a ele acoplados Barramentos de Memoacuteria (CPU-memory buses) Barramentos de Entrada e Saiacuteda (CPU-IO buses)

barramento

CPU1

Rq1

Arbitro Do

Barramento CPU2 DMA Contr Contr

Rq2 Rq3 Gr1

Gr2

Gr3


Barramentos ndash classificaccedilatildeo Quanto a caracteriacutesticas eleacutetricas Barramento com terminaccedilatildeo simples

Os niacuteveis loacutegicos 0 e 1 satildeo representados comparando a tensatildeo de cada fio com um padratildeo comum (chamado ldquoterrardquo)

Barramento diferencial Usa dois fios para cada sinal loacutegico A diferenccedila de

tensatildeo entre eles positiva ou negativa representa os niacuteveis loacutegicos Com isso espera-se minimizar ruiacutedos externos induzidos nos fios assumindo que essa induccedilatildeo ocorre nos dois fios e portanto se anulam quando a diferenccedila eacute calculada


Barramento - Classificaccedilatildeo

Quanto agrave temporizaccedilatildeo Barramento siacutencrono

Este tipo de barramento exige que todo o traacutefego de dados e controle seja sincronizado sob uma mesma base de tempo chamado de reloacutegio (clock)

Barramento assiacutencrono O controle ocorre exclusivamente por meio de sinais

trocados entre os dispositivos Os ciclos de barramentos podem ter qualquer duraccedilatildeo e natildeo precisam ser iguais para todos as situaccedilotildees

Satildeo barramentos mais raacutepidos que os siacutencronos


Barramento Dispositivos

Ativos ou Mestres - dispositivos que controlam o protocolo de acesso ao barramento para leitura ou escrita de dados

Passivos ou Escravos - dispositivos que simplesmente obedecem a requisiccedilatildeo do mestre

Exemplo- CPU ordena que o controlador de disco leia ou escreva um bloco de dados

A CPU eacute o mestre e o controlador de disco eacute o escravo


Barramento - Arbitragem

O que acontece quando dois ou mais dispositivos querem se tornar mestres do barramento ao mesmo tempo

Pode existir uma inviabilidade de operaccedilotildees (caos) do sistema se natildeo houver um mecanismo adequado de arbitragem do barramento

A arbitragem decide qual mestre teraacute o controle do barramento num dado instante

Arbitragem centralizadaArbitragem descentralizada


Barramento - Arbitragem Centralizada

Aacuterbitro PCI GN

TR

EQ

GN

TR

EQ

GN

TR

EQ

DispPCI A

DispPCI B

DispPCI C

Arbitragem no barramento PCI (centralizado) Exemplo para trecircs dispositivos O aacuterbitro decide qual mestre controla o barramento


Por que em maacutequinas modernas satildeo usados dois trecircs ou mais barramentos

Como os dispositivos que compotildee umprocessador tecircm velocidades muitodiferentes (ateacute 1 milhatildeo de vezesmaior ou menor) o uso de apenas umbarramento para conectar todos elesse torna ineficiente Neste caso osdispositivos mais lentos quandoocupam o barramento impediratildeo aoperaccedilatildeo dos mais velozes por umtempo grande

CPU

Barramento veloz

Bridge

Memoacuteria

Contr

Contr

Contr

Barramentos lentos


Tipos de barramentos de dados ISA bus EISA bus VL Local bus PCI bus IDE EIDE SCSI


Barramento convencional

placa dememoacuteria

placa de ES

placa de ES

co-processador

registradores

barramentos

ALU

barramento interno

barramento do sistema


ISA Bus ISA bus - Industry Standard Architecture

Lanccedilado por volta de 1984 pela IBM no PC-AT o barramento ISA virou um barramento padratildeo utilizado por todos os demais fabricantes de clones IBM na eacutepoca

Caracteriacutesticas Conecta CPU memoacuteria e dispositivos de ES Barramento de 16 bits (2 bytes) Frequecircncia de operaccedilatildeo de 8 MHz Taxa de 8MBs (dois pulsos de clock por transaccedilatildeo de

modo a manter compatibilidade com o barramento do PC-XT o XT-bus que era de 8 bits)

Permite mais de um mestre mas de forma precaacuteria Extensotildees =gt Plug-and-Play ISA


ISA bus - Standard System

ISA bus

CPU

Controlador de barramento

ISA slots

Memoacuteria


EISA bus EISA bus - Extended ou Enhanced

ISA Desenvolvido por volta de 1987 por 9

competidores da IBM para melhorar a performance e competir com o barramento MCA (Micro-Channel Architecture) lanccedilado pela IBM

Caracteriacutesticas Compatiacutevel com ISA Extensatildeo para 32 bits de dados (4 bytes) Reloacutegio de 8 MHz Taxa de 32MBs (1 pulso de clock por transaccedilatildeo)


EISA bus - Extended ISA

EISA bus

CPU


EISA slots

Memoacuteria

32 bits


VL - VESA Local Bus

VL Bus - VESA (Video Electronics Standards Association) - 1992 CPU 80486 (33 MHz) e dispositivos de alta

performance (ex placa de viacutedeo) em barramento (E)ISA =gt gargalo

Caracteriacutesticas Barramento conectado diretamente agrave CPU =gt

velocidade do barramento = velocidade da CPU Dependente do tipo de CPU usado (80486) 32 bits no barramento de dados Suporta apenas 2 cartotildees =gt outras expansotildees

devem ser feitas via barramento ISA ou EISA


VL Local bus

CPU


EISA bus ou ISA bus

ISA ou EISA slots

Memoacuteria

VL-VESA Local bus


PCI Bus (Peripheral Component Interconnect)

Definido pela Intel para estabelecer um padratildeo de barramento de alta performance que permitisse diferenciaccedilotildees na implementaccedilatildeo

Caracteriacutesticas Barramento siacutencrono Arbitragem centralizada 32 ou 64 bits 33 MHz (ou 66MHz na versatildeo 21) Dados e endereccedilos satildeo multiplexados 133 MBs (4 bytes x 33MHz) ateacute 533 MBs (8 bytes x 66

MHz) Cada controlador permite cerca de 4 dispositivos Plug-and-Play


PCI bus - Caracteriacutesticas

Controlador do PCI e interfaces das placas de expansatildeo satildeo independentes (isso natildeo acontece com o VL-bus) Transiccedilatildeo eficiente para futuras geraccedilotildees de

processadores e multiprocessadores Permite que CPUs diferentes usem este

barramento (ex computadores Macintosh) fazendo com que fabricantes de placas de expansatildeo possam vender para qualquer sistema com barramento PCI


PCI Bus

Bridge para o ISA ou EISA

EISA bus ou ISA bus

ISA ou EISA slots

DRAM

PCI bus

CPU

BridgeCont de memoacuteria

PCI slots

Cache

LANSCSI


Barramento - conclusatildeo Barramentos satildeo basicamente um conjunto de sinais

digitais com os quais o processador comunica-se com o seu exterior ou seja com a memoacuteria chips da placa-matildee perifeacutericos etc

Para que os perifeacutericos (placas em geral) possam usar esses barramentos eacute necessaacuterio que cada placa (de viacutedeo de som modem aquisiccedilatildeo de dados etc) seja compatiacutevel com um determinado tipo de barramento

Sendo assim para que haja o uso do mesmo eacute necessaacuterio encaixar a placa num conector presente na placa-matildee conhecido por slot Cada barramento possui um forma de slot diferente


Nos computadores podem co-existir diferentes barramentos como o VLB EISA e o PCI

Existiram os barramentos proprietaacuterios que consistiam em barramentos de geralmente 32 bits que certos fabricantes criaram para a conexatildeo de placas especiais agrave seus produtos O grande problema desses barramentos que foi inclusive o motivo de sua extinccedilatildeo era a falta de padronizaccedilatildeo Ou seja se uma pessoa adquirisse uma placa de um fabricante A com um slot proprietaacuterio natildeo poderia conectar neste slot uma placa qualquer de um fabricante B


Hardware ndash aquisiccedilatildeo de dados

Conclusatildeo 1 ndash Na compra de uma placa de aquisiccedilatildeo de dados considere sempre o tipo de barramento principalmente em sistemas que exigem alta velocidade


httpsinenicomnifncdsviewmainpsnn2515langennid1036apdaqO tamanho do barramento conhecido como comprimento width determina quantos dados poderatildeo ser transferidos de uma uacutenica vez A velocidade desta transferecircncia eacute controlada pelo clock do barramento Clocks altos permitem transferecircncia raacutepida

Hardware ndash placas exemplo

vazatildeo de dados


Placas de aquisiccedilatildeo - exemplo

PCIUSB Profissional

USB


Aquisiccedilatildeo ndash software

Antes --------Diferentes fabricantes com diferentes softwares de aquisiccedilatildeo em geral do tipo lsquodedicadorsquo

Hoje----------Padronizaccedilatildeo


Introduccedilatildeo ao LabVIEW

11 O que eacute o LabVIEW12 Como funciona o LabVIEW13 Utilizaccedilatildeo13 LabVIEW Baacutesico14 Ambiente LabVIEW15 Paleta de Ferramentas16 Paleta de Controle17 Paleta de Funccedilotildees

2 Teacutecnicas21 Conectando objetos 22 Fio Tracejado23 Criar Constantes e Indicadores24 Context Help (ajuda resumida)25 Executar uma VI26 Abrindo e Salvando VIs27 Teacutecnicas para encontrar erros

271 Utilizaccedilatildeo do Probe datalsquo272 Utilizaccedilatildeo do Highlight

Executionlsquo28 Construindo uma VI

281 Painel Frontal282 Diagrama de Blocos

3 Dicas uacuteteis


11 O que eacute o LabVIEW

LabVIEW eacute uma linguagem de programaccedilatildeo graacutefica pertencente agrave National Instruments O Acroacutenimo vem de Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench

A primeira versatildeo surgiu em 1986 para o Macintosh Hoje existem ambientes de desenvolvimento integrado tambeacutem para Windows Linux e Solaris


O processo de escrever e compilar um programa era exatamente um conjunto literal de passos que o programador tinha que realizar digitando os comandos

O processo era assim1 Escrever o coacutedigo fonte em um editor de texto2 Salvar o coacutedigo fonte em um arquivo3 Executar um compilador para produzir arquivos de coacutedigo-objeto a partir de coacutedigo-

fonte4 Executar um linkeditor para produzir um arquivo executaacutevel final a partir dos

diversos arquivos de coacutedigo objeto

Atualmente estes passos natildeo mudaram muito mas todas as ferramentas que os programadores costumavam executar a lsquomatildeorsquo estatildeo agora geralmente unidas em um uacutenico pacote de software chamado de ambiente de desenvolvimento integrado (IDE)

Voltando no tempo


12 Como funciona o LabVIEW

LabView fez do conceito de virtual instrument (VI) uma realidade praacutetica O objetivo em instrumentaccedilatildeo virtual eacute utilizar um computador de uso geral para imitar instrumentos reais com seus controles e mostrados particulares mas acompanhados da versatilidade inerente de software Ao inveacutes de comprar um registrador um osciloscoacutepio e uma analisador de espectro vocecirc poderaacute comprar um conversor analoacutegico digital de alta performance e utilizar um computador que rodando o LabVIEW simula todos estes instrumentos O conceito de VI eacute o fundamento do LabVIEW por isso os programas escritos no ambiente LabVIEW satildeo chamados de Virtual Instruments (VI)


O principal campo de aplicaccedilatildeo do LabVIEW eacute na teacutecnica de mediccedilatildeo e na Automatizaccedilatildeo A programaccedilatildeo eacute feita atraveacutes do modelo data flow que oferece a esta linguagem vantagens para a aquisiccedilatildeo de dados e sua manipulaccedilatildeo

O programa natildeo eacute lido por um inteacuterprete mas sim compilado Deste modo a sua performance eacute comparaacutevel com a linguagem de alto niacutevel A sua linguagem graacutefica eacute chamada de G

13 Utilizaccedilatildeo


14 LabVIEW Baacutesico

Trecircs passos

1 Familiarizar-se com o ambiente

2 Familiarizar-se com as funccedilotildees LabVIEW

3 Aprender como desenvolver uma aplicaccedilatildeo


LabVIEW 71


ToolsgtgtAdvancedgtgtEdit Pallete Views


terminais como iacutecones


Tools gtgt Options gtgt


15 Ambiente LabVIEWPainel Frontal x Diagrama de Blocos

Ambos lado a lado Repare que Painel Frontal possui fundo cinza enquanto Diagrama de Blocos branco Para que a tela apareccedila neste formato clique em WindowsgtgtTile Left and Right ou simplesmente Ctrl + T


Menusbull Pull Down Menus

bull LabVIEW Pop-up Menus

WindowsSunHP-UX - Clique no objeto com botatildeo direita do mouse

NOTA Os links podem ser de dois tipos Jump quando a paacuteginainteira eacute substituiacuteda Pop-up quando um janela sobreposta apresenta a informaccedilatildeo desejada e apoacutes fechada retorna a paacutegina que a chamou


Virtual Instruments (VIs)

Front PanelControles = entradasIndicadores = saiacutedas

Block DiagramAcompanha ldquoprogramardquo Componentes ldquowiredrdquo


16 Paleta de ferramentas (tools palette) _ interage tanto no Painel Frontal quanto no Diagrama de Blocos

selecione WindowsgtgtShow Tools PaletteUtilizada para editar as VIs Pressionando a tecla ltTabgt altera-se as ferramentas comumente mais utilizadas na janela ativa Os iacutecones que compotildee esta paleta


Opera controles e funccedilotildees

Posiciona Objetos

Edita textos

Conecta objetos

Abre a paleta disponiacutevel na janela ativa

Rola a imagem sem a utilizaccedilatildeo da barra de rolagem

Marca breakpoint

Cria pontas de prova

Copia cor

Edita cor


DICA Para trocar rapidamente entre ferramentas usar a tecla TAB

DICA Usar tecla de ESPACcedilOS para trocar entre Operate amp Position no painel frontal e Wire amp Position no diagrama de blocos


17 Paleta de Controle (controls palette)selecione WindowsgtgtShow Controls Palette

A paleta de controle consiste de ferramentas como indicadores e controles e eacute utilizada para editar o painel frontal


bull Cada item de uma paleta com uma seta preta no canto superior direito tem uma sub-paleta

bull Por exemplo na paleta Controlsexiste uma sub-paleta Numericonde se podem selecionar diferentes formas de indicadores e controles


bull Usando o pino presente no canto superior esquerdo de cada paleta eacute possiacutevel fixar a paleta

bull Esta permaneceraacute no mesmolocal depois do mouse ter deslocado

bull Facilita a colocaccedilatildeo de diversosobjetos da mesma paleta


18 Paleta de Funccedilotildees

selecione WindowsgtgtShow Functions Palette

A paleta de funccedilotildees consiste de ferramentas como indicadores e controles e eacute utilizada para editar o diagrama de blocos


Dataflow Programming

bull Cada funccedilatildeo ou VI soacute eacute executada quandotodas as entradas satildeo conhecidas

bull No LabVIEW natildeo existem variaacuteveis como nas linguagens de programaccedilatildeo de texto

Os fios satildeo as variaacuteveis

bull A cada fio estaacute associado um tipo dedados (inteiro boolean string etchellip)


Diagrama de Blocos (Fios)

bull Os fios finos representam variaacuteveis escalaresenquanto que arrays de uma dimensatildeo satildeo representados por linhas grossas e arrays deduas dimensotildees por linhas paralelas

bull Waveforms satildeo trilhos marrons


bull Os dados numeacutericos satildeo representados por fios laranja (reais) e azuis (inteiros)

bull Booleanas satildeo verdes

bull Strings satildeo rosa


2 Teacutecnicas

Neste toacutepico veremos algumas teacutecnicas para programaccedilatildeo em LabVIEW


21 Conectando objetos (somente no diagrama de blocos)

Para conectar um terminal a outro selecione o conecta objetos clique uma vez sobre a saiacuteda do primeiro objeto mova o mouse ateacute a entrada do segundo objeto e clique novamente A definiccedilatildeo para quem eacute o primeiro e quem eacute o segundo objeto independe para o funcionamentoQuando o conecta objetos estaacute sobre um terminal a aacuterea do terminal pisca indicando que o clique liga o fio no terminal Um exemplo de ligaccedilatildeo eacute mostrado na Figura


Selecionando e apagando fiosPara selecionar um fio escolha a ferramenta posiciona objetos clique sobre o fio e ltdeletegt

22 Fio tracejado

Um fio tracejado representa uma ligaccedilatildeo incompatiacutevel Vocecirc pode ter um fio tracejado por uma seacuterie de razotildees como conectar dois controles ou uma fonte com saiacuteda de dados incompatiacuteveis (por exemplo gerar dados numeacutericos e utilizar indicadores booleanos) Para removecirc-los escolha editgtgtremove bad wires ou simplesmente CTRL + B Natildeo confunda fio tracejado com pontuado O pontuado representa um dado tipo booleano Abaixo um exemplo de fio tracejado (indica erro) ao lado de uma ligaccedilatildeo pontuada

000


23 Criar constantes e Indicadores

Para objetos atuando como entradas ou saiacutedas no diagrama de blocos o LabVIEW possui uma forma de se criar uma constante ou indicador sem a necessidade de utilizar a paleta de funccedilotildees Posiciona-se o mouse sobre o terminal que se deseja criar uma constante ou indicador clica-se com o botatildeo direito do mouse sobre este terminal e seleciona creategtgtcontrol ou creategtgtconstant ou ainda creategtgtindicator


24 Context Help (ajuda resumida)

O Context Help eacute uma janela que se pode abrir no LabVIEW que fornece um pequeno resumo sobre qualquer objeto do programa Pode-se abrir o Context Help selecionado HelpgtgtShow Context Help ou atraveacutes Ctrl+H e posionando o mouse sobre o objeto


25 Executar uma VI

1 Deixar o painel frontal ativo clicando sobre a janela ou escolhendo windowsgtgtshow front painel2 Execute uma VI clicando run button na barra de ferramentas do painel frontal

3 Caso deseje executar repetidamente clique sobre o continuous run button


26 Salvando e abrindo VIs

Vocecirc pode salvar uma VI em um arquivo qualquer no diretoacuterio de sua escolha Com o LabVIEW vocecirc tambeacutem tem a opccedilatildeo de salvar vaacuterias VIs em um uacutenico arquivo utilizando a funccedilatildeo SubVI que seraacute apresentada


27 Teacutecnicas para encontrar erros (debbugging)

271 Utilizaccedilatildeo do Probe datalsquo

Uma forma de encontrar erros eacute lendo os sinais em toda a VI Para ler um sinal em um ponto especiacutefico pode-se utilizar uma ponta de prova Probe datalsquo que estaacute disponiacutevel na paleta de ferramentas Basta selecionaacute-lo e clicar sobre o ponto do fio que se quer conhecer o valor

272 Utilizaccedilatildeo do Highlight Executionlsquo

Esta ferramenta permite a visualizaccedilatildeo do fluxo do sinal no diagrama de blocos


28 Construindo um VI

Iremos agora construir um VI para simular dados de temperatura e em seguida seraacute realizada a leitura e a conversatildeo de Fahrenheit para Celsius


281 Painel frontal ( Como se deseja a visualizaccedilatildeo)

1 No painel frontal selecione FilegtgtNew VI ou na tela de inicializaccedilatildeo clique em New VI

2 Insira um indicador graacutefico selecionando na paleta de controle GraphgtgtWaveform Chart


Abaixo o Painel frontal agrave direita Repare que no diagrama de blocos aparece a representaccedilatildeo do indicador graacutefico



Exerciacutecios1 Construir um VI para soma de dois nuacutemeros Quando a soma

for negativa acenda um LED

2 Construa um VI que compare dois nuacutemeros e ascenda um LED quando os nuacutemeros forem iguais

3 Construa um VI para a equaccedilatildeo trigonomeacutetrica sen2x + cos2x = 1


1 Construir uma VI para soma de dois nuacutemeros Quando a soma for negativa acenda um LED


2 Construir a VI abaixo



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Acesse para baixar os arquivos de aulas

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Aacuterbitro PCI GN

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DispPCI C





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Rq2 Rq3 Gr1

Gr2

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TR

EQ

GN

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GN

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CPU

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Contr

Contr

Contr

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VL - VESA Local Bus







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Memoacuteria

VL-VESA Local bus












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Bits Bytes e Words
















RESOLUCcedilAtildeO


Questatildeo



























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CPU Memoacuteria IO










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CPU1

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Rq2 Rq3 Gr1

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Barramento veloz

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Barramentos lentos






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Contr

Contr

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Contr

Contr

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ISA ou EISA slots

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