EEP : Electronique Education Platform (Plateforme

Transcription

1 EEP : Electronique Education Platform (Plateforme NI d enseignement de l électronique) ance/enseignement

2 Agenda Tendances dans l Enseignement Scientifique Défis pour les enseignants et étudiants Plateforme EEP NI Multisim NI ELVIS Questions ance/enseignement

3 1. Tendance actuelle dans l enseignement scientifique Renforcement des travaux pratiques vis-à-vis de l enseignement théorique Apprentissage orienté projet, démarche collaborative Conception, conception, conception Créativité & innovation ance/enseignement

4 2. Défis majeurs pour les enseignants en électronique Rendre les concepts d ingénierie intéressants Effectuer la transition de la théorie à l environnement réel Se maintenir à jour avec des outils industriels Rénover le contenu pédagogique avec un temps et des budgets limités ance/enseignement

5 3. Défis pour les étudiants Anticiper le comportement d un circuit. Comprendre les effets des composants sur le circuit Eviter les erreurs de câblage Effectuer facilement des mesures Comparer les résultats simulés aux mesures réelles Comprendre ance/enseignement

6 Traditionnellement Manuels Simulation Matériel Salle de classe Salle de TP, Laboratoire Comparaison des données simulées avec les résultats mesurés ance/enseignement

7 Plate-forme d enseignement de l électronique (EEP) CONCEPTS THEORIQUES SAISIE DE SCHEMA & SIMULATION PROTOTYPAGE & VALIDATION DEPLOIEMENT (PCB) ance/enseignement

8 NI Multisim NI Multisim Environnement unifié pour l enseignement de la théorie des circuits via la saisie de schéma et la simulation Simulation SPICE Mode interactif de co-simulation Instruments NI ELVIS intégrés Intégration avec NI LabVIEW Plus de 20 analyses SPICE 22 instruments de mesures Simulation de microcontrôleurs (MCU) ance/enseignement

9 NI ELVIS II/II+ National Instruments Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite NI ELVIS II/II+ Plate-forme multi-instruments de conception et de prototypage pour l enseignement des circuits, systèmes embarqués, systèmes de contrôle/commande, télécommunications Interface USB 2.0 Plug-and-play 12 instruments intégrés avec NI LabVIEW Personnalisable avec NI LabVIEW Intégration complète avec NI Multisim Cartes enfichables de partenaires ance/enseignement

10 NI LabVIEW NI LabVIEW Logiciel de programmation graphique pour le test et la mesure, le contrôle d instruments, l analyse des données, l affichage des résultats et la distribution d application sur des cibles ou systèmes déportées Mesurer : Acquérir Analyser Afficher Optimiser : Concevoir Prototyper Déployer ance/enseignement

11 NI Ultiboard Ultiboard Unified Environment for teaching circuit theory and design through capture and simulation Professional-Caliber PCB Layout Full featured software to teach the full board layout process Export Multisim schematic to layout Create production-ready files & view completed PCB in 3D Ideal for senior design and hands-on laboratories ance/enseignement

12 NI Multisim : comment ça marche? Saisir un schéma Simuler Analyser ance/enseignement

13 NI Multisim Saisie de schémas et simulation Simple Saisie de schéma rapide et simple Simulation interactive Gamme complète d analyses Conçu [initialement] pour l Enseignement Visualisation de la plaque de prototypage NI ELVIS en 3D Fonctionnalités de test intégrées Restrictions des circuits Apprentissage interactif Simulation interactive change-on-the-fly Composants interactifs, animés, 3D, virtuels, Annotation dynamique des valeurs sur le schéma ance/enseignement

14 NI ELVIS Plate-forme multidisciplinaire d enseignement et d ingénierie ance/enseignement

15 NI ELVIS : du concept à la réalité Système basé LabVIEW / DAQ Carte de prototypage amovible Fonctionnalités d un instruments de mesure intégrées Avant Personal Computer System Software Cable External DAQ Device NI ELVIS workstation ance/enseignement

16 Famille NI ELVIS 12 Instruments intégrés PCI/PCMCIA Intégration avec Multisim USB Plug-and-Play DAQmx API /MAX Support 5½ Digit DMM (flottant) GBF 5Mhz (Sinus) Oscilloscope 100Méch/s NI ELVIS NI ELVIS II NI ELVIS II+ 1.25MEch/s ance/enseignement

17 NI ELVIS II+ Spécifications Specifications matérielles NOUVEAU Oscilloscope Oscilloscope Fréquence Résolution d échantillonnage 16-bits 100MEch/s 1.25 Méch/s sur une voie, Bande 500kéch/s passante sur deux 50MHz voies (-3dB) Résolution multiplexées 8 bits Gamme Bande passante d entrée 1 ±20 à 1.5 V MHz max. Couplage Sonde 1x AC/DC/GND et 10x Filtre Gamme antibruit d entrée 20MHz ±10 V AC/DC Sonde 1x et 10x Connexion BNC Multimètre numérique Mesures isolées Résolutions 5½ chiffres 60 VDC, 20Vrms, 2 ADC, 2 Arms, 100MΩ Protection interne du circuit Fusibles échangeables Connectivité USB Plug-and-play USB 2.0 Générateur de fonction 10 bits, ±5V Sinus 0.2 Hz à 5 MHz Triangle/carré 0.2 Hz à 1 MHz Contrôle logiciel ou manuel Connexion BNC ou via la carte de prototypage ance/enseignement

18 NI ELVIS II Specifications matérielles Analyseur d impédance Gamme 0.2 Hz à 35 khz NPN, PNP, Diode Autres analyseurs Analyseur (traceur) de Bode Analyseur courant-tension 2-fils Analyseur courant-tension 3-fils DAQ intégré AI : Fréquence d échantillonnage en entrée à 1.25 Méch/s par voie, 500kéch/s pour deux voies Résolution 16-bits AO : Taux de rafraichissement 2.8 Méch/s 24 DIO,15 PFI, 2 CTR Carte de prototypage Connections optimisées Détachable Connecteurs fiches bananes, BNC, Sub-D personnalisables Alimentation variable Résolution 10-bits 0 à +12V, 0 à -12V Gamme de courant 500 ma ance/enseignement

19 NI ELVISmx Driver Spécifications logicielles Instruments NI ELVISmx VIs Express NI LabVIEW API NI DAQmx NI LabVIEW SignalExpress ance/enseignement

20 LabVIEW Signal Express & LabVIEW Comparaison des résultats ance/enseignement

21 Comparaison Théorie (simulation) et mesures Les étudiants peuvent comparer les données simulées et les signaux mesurés avec le même instrument NI ELVIS II Instruments compare les données simulées sous Multisim avec les signaux mesurés avec NI ELVIS sous Multisim ance/enseignement Accédez à NI ELVIS en un clic et commutez de la simulation à la mesure avec NI ELVIS II

22 Comparaison & Analyse LabVIEW SignalExpress & LabVIEW Flexibilité et personnalisation avec la conception graphique sous NI LabVIEW Simulated Data IN Simulated Data OUT LabVIEW SignalExpress Mesure et Compare Instruments virtuels LabVIEW ance/enseignement

23 Bilan du cycle de conception Etape 1: Saisie de schéma, Simulation et validation d un circuit simulé avec NI Multisim et les instruments NI ELVIS Etape 2: Pré-câblage en 3D sur la plaquette de laboratoire virtuelle NI Multisim (incluse dans la version étudiant) Etape 3: Prototypage réel avec NI ELVIS Etape 5: Personnalisation & Analyse complexe Etape 4. Effectuer des mesures réelles avec NI ELVIS et les comparer avec les résultats simulés sous Multisim ance/enseignement

24 NI ELVIS II : une plateforme flexible des applications pour chaque domaine CIRCUITS Electronique CONTROLE/ COMMANDE Systèmes linéaires, non linéaires Asservissements TELECOMS Transmissions, Fibre optique SYSTEMES EMBARQUES Microcontrôleur, FPGA SCIENCES APPLIQUEES Physique Chimie Biomédical ance/enseignement

25 NEW Digital Electronics FPGA Digital Circuit development platform based on the Xilinx Spartan 3E FPGA I/O to teach basic to advance digital electronics concepts JTAG-over-USB connectivity 6 Pmod connectors ance/enseignement

26 NI DE FPGA Board Programming VHDL/Verilog NI LabVIEW ance/enseignement

27 NEW in Controls QNET-013 VTOL Actuator Flight Control: Vertical Take Off and Landing Model Aerospace dynamics, kinematics and control QNET-014 Mechatronic Sensor 1 How and when to use sensors Characteristics of each sensor Sensors on the board include: Encoder Potentiometer Flexgage Sonar All plants include: VIs specific to plant Courseware Infrared Pressure Piezo ance/enseignement

28 Module LabVIEW Control Design & Simulation ance/enseignement

29 NEW FOTEx Fiber Optics Fiber Optical Trainer Block Diagram based modeling LabVIEW Soft Front Panels Courseware Example Labs Optical Signal Transmission Optical Signal Splitting and Combining Bidirectional Optical Fiber Link Wavelength Division Multiplex (WDM) Optical Loses ance/enseignement

30 DATEx Telecommunication Telecommunications Trainer Board LabVIEW Soft Front Panels Based on Block Diagram modeling Courseware Included (30 Experiment) Example Labs AM, DSB & FM BPSK, QPSK, QAM FSK, ASK, Sampling PCM & Line Codes Intro to Software Defined Radio ance/enseignement

31 Teaching Telecommunication DATEx Amplitude Modulation Lab Scope Ch1 Scope Ch0 ance/enseignement

32 NEW EMONA Green Engineering Enseignement des principes fondamentaux des cellules solaires, de l'électrolyse et des piles à combustible hydrogène 15 expériences préconçues 2 cellules solaires, une pile à combustible fixe et une ajustable, une électrolyseur et un luxmètre Charges entièrement programmables (256 étapes) et 4 appareils de mesure V/I ance/enseignement

33 NI ELVIS Embedded Integrated HCS12(x)/HCS08 USB pod Applicable Modules HCS08 (1) HCS12/HCS12x/DSP (4) Coldfire processors (2) RF Transceiver (1) ance/enseignement

34 Teaching Embedded ance/enseignement

35 A qui s adresse cette offre (cible) Lycée Pré-bac Physique Appliquée Sciences de l ingénieur Post-Bac : BTS SE, CIRA, TPIL Instrumentation Electronique Mécanique Automatismes Ecole d ingénieurs/universités Exemple : Lycée Colbert à Lorient ICAM Nantes Instrumentation Electronique ENIM Instrumentation Mécanique ISIFC Biomédical ance/enseignement

36 NI ELVIS II NI ELVIS II Part Number Multisim LabVIEW Full Development System US $ Euro Yen Quantity Discount NI ELVIS II HARDWARE [FOR ACADEMIC USE ONLY] $2,665 2, ,000 25% NI ELVIS II CIRCUIT DESIGN BUNDLE $3,199 3, ,000 25% NI ELVIS INSTRUMENTATION DESIGN AND TRAINING PLATFORM [NO SOFTWARE INCLUDED - COMMERCIAL USE] $3,099 2, ,000 n/a NI ELVIS II PROTOTYPING BOARD (FOR ACADEMIC USE ONLY) n/a n/a $ ,000 n/a ance/enseignement

37 NI ELVIS II+ NI ELVIS II+ Part Number Multisim LabVIEW Full Development System US $ Euro Yen Quantity Discount NI ELVIS II+ HARDWARE [FOR ACADEMIC USE ONLY] $ , ,000 25% NI ELVIS II+ CIRCUIT DESIGN BUNDLE $ , ,000 25% NI ELVIS II+ INSTRUMENTATION DESIGN AND TRAINING PLATFORM [NO SOFTWARE INCLUDED - COMMERCIAL USE] $ , ,000 n/a NI ELVIS II PROTOTYPING BOARD (FOR ACADEMIC USE ONLY) n/a n/a $ ,000 n/a Note: ~$ 500 US more for NI ELVIS II+ compared NI ELVIS II Same part number XXXXXX-XX ending denotes version (-01 NI ELVIS II & -02 for NI ELVIS II+) NI ELVIS II Protoboard ( ) is the same for NI ELVIS II+ ance/enseignement

38 Plug-In Boards / Accessories Telecommunications Plug In Board / Accessory Application Part Number US $ Euro Yen EMONA DATEx TELECOMMUNICATION Trainer for NI-ELVIS EMONA FOTEx FIBER OPTIC COMMUNICATIONS Telecommunications $ , ,000 Fiber Optics $ , ,000 EMONA ETT-SCOPE-SET Accessory for DATEx / FOTE Replacement scope / trigger leads (3) EMONA ETT-2MM-PC-SET Accessory for DATEx / FOTEx Replacement patch wire set (20) EMONA ETT-2/4MM-DM-SET Accessory for DATEx / FOTEx Replacement meter lead set (2) EMONA ETT-FO-PATCH-SET Accessory for FOTEx Replacement fiber patch set (7) ance/enseignement Accessories $ ,000 Accessories $ ,000 Accessories $ ,000 Accessories Technical Marketing Contact: Sam Shearman $ ,000

39 Plug-In Board Control Plug In Board Partner Application Part Number US $ Euro Yen NI ELVIS,QUANSER DC MOTOR CONTROL (BOARD ONLY) Controls $2,025 1, ,000 NI ELVIS,QUANSER ROTARY INVERTED PENDULUM (BOARD ONLY) Controls $2,700 2, ,000 NI ELVIS,QUANSER HVAC TRAINER (BOARD ONLY) Controls $2,025 1, ,000 QUANSER QNET VTOL 1DOF HELICOPTER BOARD FOR NI ELVIS (ACAD ONLY) Controls $2,700 2, ,000 QUANSER QNET MECHATRONICS SENSORS 1 BRD FOR NI ELVIS (ACAD ONLY) Mechatronics /Sensors $2,025 1, ,000 Technical Marketing Contact: Anu Saha ance/enseignement

40 Plug-In Board Other Plug In Board Partner Application Part Number US $ Euro Yen FREESCALE NI ELVIS MICROCONTROLLER PROTOTYPE BOARD Embedded Microcontroller $ ,000 NI DIGITAL ELECTRONICS FPGA BOARD Digital Electronics & FPGA $ ,000 EMONA HELEX GREEN ENGINEERING Energy BOARD 1949 Technical Marketing Contact: Shekhar Sharad ance/enseignement

41 Circuits Worldwide Universities worldwide are adopting the electronics education platform ance/enseignement

42 Summary The Electronics Education Platform NI ELVIS Teaching Platform ance/enseignement

43 44 Enseignements EEA du département de Mesures Physiques de l IUT d Orsay : une première pratique pédagogique de NI ELVIS Première expérience en IUT Orsay département ance/enseignement Mesures Physiques plateau de Moulon Orsay Introduction de NI Elv

44 Département de Mesures Physiques de l IUT d Orsay étudiants IUT d'orsay plateau de Moulon ORSAY IUT Orsay département ance/enseignement Mesures Physiques plateau de Moulon Orsay Introduction de NI Elv

45 Nos motivations 46 Suivre l évolution liée à la miniaturisation des appareils d instrumentation Bénéficier d un environnement complet, présentant sur le même support un ensemble d appareils de mesure (générateur de fonctions, oscilloscope, multimètre, analyseur d impédances, ) Pouvoir développer des vi LabView en complément des fonctions déjà implémentées, pour la mise en place de nouveaux enseignements de travaux pratiques A terme, aller vers la notion de «cartable électronique». IUT Orsay département ance/enseignement Mesures Physiques plateau de Moulon Orsay Introduction de NI Elv

46 Dans quels modules et pour quels flux? 47 Programme Pédagogique National (PPN) du DUT Mesures Physiques Introduction de NI ELVIS au sein des TPs de deux modules du PPN : Electricité 1 (électrocinétique, filtrage, ) Electronique (fonctions élémentaires de l électronique, amplificateurs opérationnels, ) Flux d étudiants : 130 étudiants en S1 (UE Electricité 1) et en S2 (UE Electronique) 35 étudiants en 1 er et 2 e semestres décalés (mêmes modules) IUT Orsay département ance/enseignement Mesures Physiques plateau de Moulon Orsay Introduction de NI Elv

47 ex1 : Electricité, électrocinétique (1/3) 48 Objectifs pédagogiques : Maîtrise des appareils de mesures électriques : - fonction générateur (types de signaux, offset, ) - fonction SCOPE (synchronisation des signaux, calculs valeurs moyennes, ) - fonction multimètre (branchements,...) Etude de quelques cas simples : - mesure de la fréquence, période, déphasages, valeur maximale, valeur moyenne,, de signaux sinus, carrés, triangulaires, - charges et décharges de condensateurs (systèmes RC) => lien entre les représentations temporelles et fréquentielles des signaux Tracé des courbes : - récupération des données au format texte et tracé sous Excel - copies d écran et récupération des images IUT Orsay département ance/enseignement Mesures Physiques plateau de Moulon Orsay Introduction de NI Elv

48 ex1 : Electricité, électrocinétique (2/3) 49 Arbitrary Waveform Generator (ARB) Bode Analyzer Digital Reader Digital Writer Digital Multimeter (DMM) Dynamic Signal Analyzer (DSA) Function Generator (FGEN) Impedance Analyzer Oscilloscope (Scope) Two-Wire and Three-Wire Current-Voltage Analyzers Générateur de fonctions de formes arbitraires Mesureur de diagrammes de Bode (amplitude+phase) Assistant à la lecture Assistant à la rédaction Multimètre numérique Analyseur de spectre dynamique Générateur de fonctions Analyseur d impédances Oscilloscope Traceur de caractéristiques de dipôles et de tripôles Variable Power Supplies Alimentations stabilisées variables IUT Orsay département ance/enseignement Mesures Physiques plateau de Moulon Orsay Introduction de NI Elv

49 ex1 : Electricité, électrocinétique (3/3) 50 Cablâges effectués par nos étudiants => conservation des réflexes propres à toute utilisation d appareils IUT Orsay département ance/enseignement Mesures Physiques plateau de Moulon Orsay Introduction de NI Elv

50 ex2 : Electronique (1/3) 51 Etude de filtres passifs : => en plus des fonctions précédentes, utilisation de BODE ANALYSER IUT Orsay département ance/enseignement Mesures Physiques plateau de Moulon Orsay Introduction de NI Elv

51 ex2 : Electronique (2/3) 52 AOP en régime non-linéaire R 2 R 1 - v e + _ v s v e + v s IUT Orsay département ance/enseignement Mesures Physiques plateau de Moulon Orsay Introduction de NI Elv

52 ex3 : Electronique (3/3) 53 AOP en régime linéaire C R R 1 - v e + v s IUT Orsay département ance/enseignement Mesures Physiques plateau de Moulon Orsay Introduction de NI Elv

53 Conclusions 54 L environnement de travail, constitué d un ensemble de fonctions d appareils, répond à nos attentes. nous avons noté un certain nombre de points qui nous apparaissent comme des propositions d améliorations Nos perspectives : développer l utilisation de la carte d acquisition disponible et des entréessorties numériques vers le cartable électronique? IUT Orsay département ance/enseignement Mesures Physiques plateau de Moulon Orsay Introduction de NI Elv

54 Online Resources NI ELVIS II Guided Tour Courseware Download Resource Kits ni.com/nielvis Webcast Textbook Resources Case Studies & White Papers ance/enseignement

55 Supporting Resources Product information: ni.com/multisim ni.com/academic/eep ni.com/academic/elvis ni.com/academic/circuits Curricula: Practical Teaching Ideas, Teaching RF in Multisim, Labs Tutorials and whitepapers: How to tutorials and simulation fundamentals Multimedia: webcast, guided tour, interactive demos Contact Information: North America (800) World-Wide Sales Offices Find Your Local Technical Expert Product Support: ni.com/ask ance/enseignement

56 ance/enseignement Question?