INTERFACES und PROGRAMMIERUNG für das Physikalische Anfängerpraktikum

Prof. Dr. R. LinckeInst. für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Kiel

• Commodore 64 mit 8-Bit-Userport

• 8-Bit-System für den PC

• Minimalinterfaces am Druckerport

• WINDOWS: neue Möglichkeiten und neue Probleme

• UniMess - ein serielles C-System

• Der Microcontroller PIC 16C64

• Programmierung unter WINDOWS : LabView

Probleme mit moderner Hard- und Software im Computerlabor

• Moderne Betriebssysteme verwenden Multitasking. Das verhindert zeitkritische Anwendungen.

• Ports lassen sich nicht direkt ansprechen.

• Die Messung kurzer Zeiten (<10ms) ist schwierig.

• Der ISA-Bus ist zu schnell.

• Es gibt zu viele unterschiedliche Port- und Bus-Standards.

• Die Programmiersprachen (Delphi, Visual Basic, C++ etc) sind sehr mächtig und dementsprechend komplex. Sie erfordern zu viel Zeit, die dann der Physik fehlt. Sie sollten den Profis überlassen bleiben.

In Kiel gebaute Interfaces1998 : UNIMESS am Seriellen Port (L. Wolter)

serielle Kommunikation

Ein Interface für ein WINDOWS-System benötigt Intelligenz: Nur mit einem Mikrocontroller kann man eine Serie schneller äquidistanter AD-Werte aufnehmen. Die Meßroutinen müssen in der Assembler-Sprache des Controllers programmiert sein. Eine höhere Sprache, die den PC mit dem Controller kommunizieren läßt und diese Routinen aufruft, die die Daten transferiert, auswertet und darstellt, ist die graphische objektorientierte Sprache LabView.

RS 232

Der MikrocontrollerPIC 16C64

PRO

• 33 unabhängige I/O-Ports

• 2 kB Programm-EPROM

• 128 Byte RAM

• 3 interne Timer

• Betriebsfrequenz bis 20 MHz

• SPI-/I2C Bus etc.

• RISC-Architektur

• 8 Stack-Ebenen

• minimale externe Hardware

• preiswert

CONTRA

• kein vorbereiteter Daten/Adressbus

• kein internes Daten-RAM

• keine guten Entwicklungswerkzeuge

• mathematische Funktionen schwierig

UNIMESS Block-Diagramm

12-Bit AD-Converter 50 ksps ±10V (x1, x2, x4,

x8)

Microcontroller PIC 16C64

16 Mhz

2 DA-Converter 12 Bit ±5V

4 Digitale I/O-Ports TTL Schmitt-Trigger

2 Schrittmotor- Steuerungen

4 Relais 5A/250V/50W

RAM für 1000 AD-Werte

Bewegungsmelder (noch nicht installiert)

Timer Funktion Basis 1s

RS-232-Port zum PC 38400 Baud

Spannungsversorgung +5V,±12V

Entwicklungswerkzeuge für denPIC 16C64

QuellcodeQuellcode-- EntwicklungEntwicklung

QuellcodeQuellcode-- EntwicklungEntwicklung

CompilierungCompilierungCompilierungCompilierungProgrammierung Programmierung

des PICdes PICProgrammierung Programmierung

des PICdes PIC EmulationEmulationEmulationEmulation

In PIC-Assembler:

Texteditor

In PIC-Assembler:

Texteditor

In C:

C-Compiler (e.g. CCS 230DM)

In C:

C-Compiler (e.g. CCS 230DM)

MPASM(Freeware)MPASM

(Freeware)

Umgebung:

MPLAB 3.4 (Microchip Freeware)

MPDriveway (AiSys ca. 500$)

Umgebung:

MPLAB 3.4 (Microchip Freeware)

MPDriveway (AiSys ca. 500$)

Universal-prommer

(e.g.: ALL-03A)

Universal-prommer

(e.g.: ALL-03A)

PIC-In-Circuit-Emulator

(app. 1500 DM)

PIC-In-Circuit-Emulator

(app. 1500 DM)

SimulatorSimulator

PSIM(Freeware)

SimulatorSimulator

PSIM(Freeware)

UNIMESS Serielle Kommunikation unter LabView

Die Programmierung des UNIMESS mit LabView

Eine graphische objektorientierte Programmiersprache

Das Quellprogramm für eine RC-Regelung

UNIMESS und LabViewEin Paar für das Physikalische Praktikum

Inhalt des Praktikums• kein Zeilencode: objektorientierte graphische Programmierung• moderne Software, moderne Kommunikationstechnik• Oberfläche und Programmstruktur werden vom Studenten geschrieben• viele physikalische Anwendungen beim Erlernen von Interfacing und LabView

Vorteile• selbst Studenten ohne Programmierkenntnisse meistern die Aufgaben in kürzester Zeit

(ungefähr 3 mal schneller als mit TURBO Pascal)• hohe Motivation durch ‚sofortige Ergebnisse‘ und attraktive Graphik• Meßwerte können an andere Programme weitergegeben werden (MathCad,

Mathematica u.ä.)• Erlernen eines modernen Industriestandards• Elementarversion ROBOLAB (LEGO)• sehr niedriger Preis: LabView Student Edition DM 99,--

Material für Interface DM 400,--