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SchemaABlocchi

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Schema a blocchi di una misura mediante scheda di acquisizione

Nel caso della legge di Malus e del controllo di temperatura le operazioni di misura vengono controllate ed effettuate per mezzo di una scheda di acquisizione dati da PC.

Nella descrizione che segue definiremo diverse operazioni svolte da hardware (apparecchiature esterne e scheda d'acquisizione), da software (matlab), oppure ancora da interazioni tra il primo ed il secondo. Il programma d'acquisizione dati si chiama data acquisition toolbox e viene abbreviato in daq, che è pure l'abbreviazione usata per la scheda. Per non confondere i due aspetti riserveremo a quest'ultima le lettere maiuscole, DAQ.

La scheda in questione è una National Instrument 6024e, all'interno dello chassis del PC, montata direttamente sul bus PCI, ed è corredata di una piattaforma esterna, a cui è connessa da un apposito cavo. La piattaforma offre accesso diretto tramite connettori di diverso tipo alle numerose porte d'ingresso e di uscita della scheda stessa. Inoltre offre una speciale contattiera, chiamata breadboard, su cui costruire semplici circuiti per il condizionamento dei segnali, ovvero per una loro manipolazione preliminare all'acquisizione. Fig. 1 Scheda DAQ (a sinistra in basso) e breadboard (a destra alto), con il cavo dati che le connette.

La scheda è in grado di scrivere direttamente in opportuni indirizzi della RAM (Random Access Memory, la memoria veloce) con il metodo dell'accesso diretto (Direct Memory Access, o DMA). Questo è il metodo più veloce per scrivere dati numerici in un calcolatore. La libreria di funzioni di matlab già citata, il data acquisition toolbox, consente di programmare tutte le operazioni offerte dalla scheda.

Elenchiamo qui di seguito il diagramma di flusso di una misura generica, nella quale occorra, ad esempio:

• fissare il valore della variabile indipendente, x, per mezzo di un motore,
• registrare il valore sperimentale y relativo ad x,
• aggiungere un punto al grafico ed infine
• ricominciare da capo.

In questa sequenza il programma matlab può controllare la posizione di una parte dell'apparecchiatura per mezzo di un motore passo-passo (o stepping motor, o ancora stepper). Un programma apposito gestisce il motore attraverso la porta parallela del PC, specificando verso di rotazione, numero di passi e frequenza dei passi richiesti e può venire invocato dalla finestra dei comandi di matlab (o da uno script).

La registrazione del dato y richiede la scheda di acquisizione, ed in particolare la definizione di un canale di ingresso analogico (Analog Input). Questa è la tipica situazione nella quale si deve far interagire la DAQ (hardware) con la daq (software), facendo corrispondere ad uno o piu connettori sulla scheda fisica un dispositivo (device) riconosciuto dal programma. Quindi il canale d'ingresso analogico esisterà fisicamente sulla scheda, ma i dati misurati su di esso saranno disponibili sotto l'equivalente canale software, che viene esso stesso chiamato Analog Input nel toolbox di matlab. Di seguito descriveremo sommariamente il funzionamento di una DAQ (hardware) e i corrispondenti comandi daq (sofware) per pilotarla.

Infine il grafico si ottiene con comandi noti di matlab. Occorre però notare che, quando i comandi di grafica vengono eseguiti all'interno di un ciclo molto lungo, formato da una sequenza di operazioni rapide in successione, i PC più vecchi potrebbero non riuscire ad eseguire in tempo reale le lente operazioni sullo schermo. In questi casi occorre aggiungere un'attesa con il comando pause(n), dove n è il numero di secondi d'attesa.

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