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PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA 3º I.T.I.Electrónica.

Manual de usario

de tarjetas de adquisición de datos. Versión 3.1

Dept. Ingeniería Electromecánica. Universidad de Burgos

Ignacio Moreno Velasco

Índice

1.- INTRODUCCIÓN.................................................................................................2

2.- CONECTOR DE E/S DE LA TARJETA ....................................................................3

3.- ENTRADAS ANALÓGICAS ...................................................................................4

3.1.- DIAGRAMA DE BLOQUES .............................................................................................. 4 3.2.- ESPECIFICACIONES ................................................................................................... 4 3.3.- CONEXIÓN ENTRADAS ANALÓGICAS ................................................................................... 5

3.3.1.‐ Pasos a seguir ...........................................................................................................................................5

1º Averigurar el tipo de señal que vamos a medir: ¿Referida a masa o flotante?....................................................................5 2º Elegir la configuración de entrada según el tipo de señal ....................................................................................................5 3º Configurar la tarjeta .............................................................................................................................................................5 4º Configurar nuestro programa, VI, de Labview .....................................................................................................................6

3.3.2.‐ Tipos de señal y tipos de conexión ............................................................................................................7

Señales referidas a la masa del sistema de medida..................................................................................................................7 Señales flotantes respecto a la masa del sistema de medida.................................................................................................10

3.3.3.‐ Resumen de conexión de entradas analógicas .......................................................................................12

4.- E/S DIGITALES................................................................................................13

4.1.1.‐ Características ........................................................................................................................................13

5.- SALIDAS ANALÓGICAS: DAC............................................................................14

5.1.1.‐ Conexión .................................................................................................................................................14

5.1.2.‐ Características ........................................................................................................................................14

PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA 3º I.T.I.Electrónica. Universidad de Burgos

Apuntes sobre tarjetas de adquisición de datos. Versión 3.1 2

1.- Introducción

Diagrama de bloques de la tarjeta NI-6014



2.- Conector de e/s de la tarjeta

Conector de las tarjetas PC+ y PC-1200 Conector de la tarjeta NI-6014



3.- Entradas analógicas

3.1.- DIAGRAMA DE BLOQUES

Conector de la tarjeta: 16 entradas analógic.

Multiplexor analógico

Multiplexor Selección de modo: - Diferencial - Unipolar

Programmable Gain Instrumentation Amplifier

Conversor A/D. Tipo: Aproximaciones sucesivas. (Incluye Sample & Hold)

Memoria intermedia tipo FIFO First In First Out

Interfaz con el bus PCI del ordenador

Conector PCI

3.2.- ESPECIFICACIONES Amplifier Characteristics

Signal Name Powered Off Powered On

ACH<0..15> ±15 V ±25 V

AISENSE ±15 V ±25 V

Input impedance

Normal powered on ........................ 100 GΩ in parallel with 100 pF

Powered off..................................... 820 Ω

Overload.......................................... 820 Ω

Input bias current ................................... ±200 pA

Input offset current................................. ±100 pA

CMRR (DC to 60 Hz)

Gain 0.5, 1.0.................................... 85 dB

Gain 10, 100.................................... 96 dB



3.3.- CONEXIÓN ENTRADAS ANALÓGICAS

3.3.1.- PASOS A SEGUIR

1º Averigurar el tipo de señal que vamos a medir: ¿Referida a masa o flotante?

La configuración de las entradas dependerá fundamentalmente del tipo de señal/es que conectemos, en concreto

de si la señal es flotante o está referida a la misma masa del sistema de medida (Tarjeta).

Hay que tener en cuenta que la masa de la tarjeta está conectada a la masa del PC, que a su vez

conecta con la tierra de la instalación del laboratorio.

2º Elegir la configuración de entrada según el tipo de señal

Podemos configurar las entradas del PGIA de 3 modos: DIFF (diferencial), RSE (simple) y NRSE

(pseudodiferencial).

Acudir a la documentación adjunta y:

Seleccionar la configuración de entrada más adecuada a la señal.

Buscar el número de contacto del conector según el canal/es donde deseemos conectar la señal/es.

3º Configurar la tarjeta

3.1. CONFIGURAR LAS ENTRADAS ANALÓGICAS:

Se realiza mediante el software de configuración “Measurement & Automation” según la tabla:

DIFF NRSE RSE

Tarjeta

NI-6014

Por software

Por software

Seleccionar por software el modo NRSE

Conectar AISENSE con AIGND

Tarjeta

PC-1200

Por software

Por software

Seleccionar por software el modo NRSE

NO requiere cortocircuitar AISENSE con AIGND

3.2. CONFIGURACIÓN DE LA POLARIDAD DE LAS ENTRADAS ANALÓGICAS:

Unipolar Bipolar Método de selección

NI-6014 NO DISP. ±10V Por software

PC-1200 0 a 10V ±5V Por software



4º Configurar nuestro programa, VI, de Labview

4.1. SELECCIONAR DISPOSITIVO Y CANAL

El nº de dispositivo (device) se configuró mediante y es por lo general “1”

Canal donde está conectada la fuente de señal

4.2. SELECCIONAR LA GANANCIA

• OBJETIVO: Aprovechar al máximo el rango dinámico (i.e. resolución) de la tarjeta.

• MÉTODO: Adecuar el rango de entrada del PGIA al rango de la señal

Correspondencia entre la ganancia y el rango de la señal de entrada:

Tarjeta PC-1200 Tarjeta NI-6014

4.3. SELECCIONAR FRECUENCIA DE MUESTREO Y NÚMERO DE MUESTRAS

La correcta elección de ambos parámetros nos servirá, básicamente para

Evitar el fenómeno del aliasing, establecemos una frecuencia que respete el teorema de Nyquist.

Visualizar correctamente la señal y su espectro, es decir: Ver un número suficiente de periodos

Mejorar la resolución espectral, etc.



3.3.2.- TIPOS DE SEÑAL Y TIPOS DE CONEXIÓN

Señales referidas a la masa del sistema de medida

Para este tipo de fuentes de señal, seleccionaremos la configuración diferencial o pseudo-diferencial:

CONFIGURACIÓN DIFERENCIAL (DIFF)

• Cada una de las entradas de la tarjeta tiene su punto de referencia separado.

• Se utilizan dos canales de la tarjeta para cada entrada diferencial. El nº total de canales se reduce a la mitad. (En la PC-1200 pasa de 8 a 4, y en la NI-6014 pasamos de 16 a 8).

Conexión de la señal a la tarjeta:

NI-6014 PC-1200

Canal 0: V+ ACH0 V- ACH8 V+ ACH0 V- ACH1


. . . . . . . . . . . .




Con este tipo de conexión el amplificador rechaza: La tensión en modo común de la señal. Por ejemplo las interferencias procedentes de la red eléctrica que

están presentes en ambos polos.

Según el fabricante de la tarjeta NI-6014: “The PGIA can reject common-mode signals as long as

Vin+ and Vin– (input signals) are both within ±11 V of AIGND”

La diferencia de potencial entre la masa de la señal y la de la tarjeta (Vcm en la figura superior y

ΔVg en la inferior). Hay que tener en cuenta que si la diferencia de potencial entre masas es elevado (entorno

al rango de entrada), podría suponer la destrucción de la tarjeta.

Esta configuración está indicada para:

Señales de entrada de bajo nivel (menores de 1 V).

Los cables de conexión son mayores de 3 m.

Alguna de las señales requiere una masa separada o retorno de señal individual.

Los cables de conexión discurren por entornos ruidosos.

CONFIGURACIÓN PSEUDODIFERENCIAL

En el modelo

NI-6014 (figura), el

terminal AISENSE

es independiente

del terminal AIGND,

por lo que para esta

configuración NO

deben conectarse

ambos terminales.

Permite medir señales que comparten la misma conexión a tierra., ya que así el amplificador rechazará:

• La tensión en modo común de la señal (p. ej. ruido presente en ambos polos).

• La diferencia de potencial entre la masa de la señal y la de la tarjeta (Vcm en la figura).



Las diferencias con la configuración diferencial son:

Disponemos de todos los canales de entrada, no de la mitad.

No disponemos de masas de referencia separadas para cada señal de entrada lo que puede resultar un

problema, sobre todo si las señales de entrada no tienen masa común.

CONFIGURACIÓN SIMPLE (RSE): NO RECOMENDADA

No recomendada para medir señales referidas a tierra, ya que se provoca un bucle de corriente entre la tierra de la

señal y la masa del sistema de medida debido a la diferencia de potencial (ΔVg) entre ambas.



Señales flotantes respecto a la masa del sistema de medida

CONFIGURACIÓN SIMPLE: RSE

Como puede apreciarse en la figura, la masa es común para todos los canales y el amplificador.

En el modelo NI-6014, el

terminal AISENSE es

independiente del terminal

AIGND por lo que, para

conseguir esta configuración,

deben conectarse ambos

terminales.

Conexión de la señal a la tarjeta:

NI-6014 PC-1200

Canal 0: V+ ACH0 V- AISENSE V+ ACH0 V- AGND


. . . . . . . . . . . .


Esta configuración está indicada para:

Señales de entrada de valores mayores de 1 V.

Los cables de conexión son menores de 3 m.

Las señales de entrada pueden compartir la misma masa.

En el caso de no cumplir estos requisitios, seleccionar la configuración diferencial:



CONFIGURACIÓN DIFERENCIAL: DIFF

Si deseamos medir señales flotantes con una configuración diferencial debemos añadir unas resistencias que

proporcionen un camino de retorno para las corrientes de polarización del amplificador. Sin camino de retorno

podemos provocar la saturación del amplificador.

En el modelo

PC-1200, el

terminal AIGND

se llama AGND.

La inclusión de estas resistencias comporta inconvenientes:

• Reduce drásticamente la impedancia de entrada del amplificador de instrumentación.

• El desapareamiento de las resistencias y un valor elevado de las mismas provoca una tensión de offset en la

entrada debido a la diferencia de valor entre las corrientes de polarización que atraviesan la resistencias.

Según National Instruments™: “If you do not use the resistors and the source is truly floating, the source

is unlikely to remain within the common-mode signal range of the PGIA. The PGIA then saturates,

causing erroneous readings”.

Resistencias de polarización recomendadas según fuente de señal:

Acoplamiento fuente

Zout de la fuente

Valor de Resistencia Observaciones

DC < 100 Ω Ninguna - Conexión directa de V- a AIGND

DC > 100 Ω R en V- ≥ 100 · Zout - Camino de polarización desbalanceado Ruido electrostático diferencial

- No carga a la fuente R en V- y R en V+ ≥ 100 · Zout - Camino de polarización balanceado .

- Carga a la fuente con la suma de ambas resistencias Error de ganancia

- Mejor rechazo al ruido electrostático. AC < 100 Ω R en V- y R en V+ entre 10 KΩ

y 100 kΩ ó ninguna - R suficientemente alta para no cargar - R suficientemente baja para no producir Voffset por las corrientes de polarización

AC > 100 Ω R en V- y R en V+ ≥ 100 · Zout - Carga a la fuente con la suma de ambas resistencias Error de ganancia



Si la impedancia diferencial de la fuente (impedancia entre ambos

bornes) es baja, como sucede en un termopar, puede conectarse un

único punto a la masa del sistema, pues el camino para las corrientes

de polarización de ambos terminales está garantizado.

En sensores cuya impedancia diferencial es mayor (P. ej. Micrófonos

capacitivos o piezoeléctricos) hay que establecer caminos

independientes para cada terminal

En el caso del transformador, el camino de retorno se establece a

través de la toma central del secundario.

Según el fabricante, Burr-Brown© “Without a bias current path, the inputs will float to a potential which

exceeds the common mode range of the INA118 and the input amplifiers will saturate.”

3.3.3.- RESUMEN DE CONEXIÓN DE ENTRADAS ANALÓGICAS

Tabla-resumen de los tipos de conexión a las entradas analógicas de la tarjeta NI-6014.



4.- E/S Digitales

4.1.1.- CARACTERÍSTICAS

Las E/S digitales en la tarjeta reciben el nombre de DIO0 hasta DIO7 tienen como referencia DGND.

Pueden programarse individualmente como Entradas o como Salidas.

Ojo con exceder las limitaciones eléctricas.

Conexionado de E/S Digitales Características eléctricas de las E/S digitales

Antes de su utilización, comprobar que funcionan las entradas/salidas digitales

1º con la utilidad “Automation Explorer” , probar varias entradas y varias salidas.

2º en LABVIEW: El VI “Digital Line Write” sirve para probar las salidas digitales.

La tarjeta NI6014 solo tiene un channel, que es el 0, y dispone de 8 líneas: 0 - 7



5.- Salidas analógicas: DAC

5.1.1.- CONEXIÓN

5.1.2.- CARACTERÍSTICAS

ANALOG OUTPUT GLITCH

In normal operation, a DAC output glitches whenever it is updated with a new value. The glitch energy differs

from code to code and appears as distortion in the frequency spectrum.

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