CH 1 CONTRÔLE D INSTRUMENTSD Un instrument de mesures peut-être piloté par ordinateur il est configuré par programme il renvoie les résultats de mesures à l ordinateur Les deux standards de communication utilisés actuellement sont la liaison GPIB la liaison RS 232 Se développent également le contrôle via l USB et l Ethernet IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 1
Commandes et résultats sont codés sous forme de caractères Commandes des appareils Résultats de mesures INSTRUMENT = appareil de mesure (ou source de signal) muni d un circuit d interface lui permettant d être contrôlé par ordinateur. IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 2
1. Aspect matériel 1.1 Cas de la liaison GPIB Connecteurs GPIB Instrument GPIB Interface GPIB Câble GPIB Nécessité d ajouter une carte interne enfichable d interface, ou un convertisseur externe GPIB-USB. IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 3
GPIB : General Purpose Intrumentation Bus Liaison conçue pour le contrôle d instruments, initialement créée par Hewlett Packard sous le nom de HPIB. Normalisée au niveau mécanique (câbles), électriques (signaux) et fonctionnelle (communication - programmation ) par la norme IEEE 488.1 et le driver IEEE 488.2 Mise en œuvre facile, coût élevé. IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 4
Caractéristiques : liaison parallèle : les 8 bits d un caractère sont envoyés simultanément plusieurs appareils communiquent avec la même interface GPIB chaque appareil possède une adresse, modifiable par l utilisateur 1 seul connecteur 24 broches mâle et femelle (8 lignes de données, 8 lignes de contrôle et 8 lignes de masse) toutes les connexions sont possibles entre l ordinateur et les appareils : linéaire, étoile, mixte. utilisation de niveaux TTL en logique négative moins de 4 m entre deux appareils et moins de 2 m en moyenne longueur de câble totale inférieure à 20 m au plus 15 appareils, et plus de 2/3 sous tension IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 5
1.2 Cas de la liaison RS-232 (449, 422, 423) Instrument RS 232 Câble RS 232 Port série disponible sur l ordinateur, pas de carte ou d adaptateur à ajouter. Utilisation d un port par instrument. IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 6
Liaison conçue pour la communication entre ordinateurs, «détournée» pour le contrôle d instruments. Norme moins précise que l IEEE 488 : Nécessité de paramétrer la liaison et de choisir le «bon» câble. Mise en œuvre parfois difficile (câblage, protocole ), économique. Caractéristiques : liaison série : les 7 ou 8 bits d un caractère sont envoyés bit par bit Fonctionnement par port : 1 port série par instrument IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 7
Coexistence de deux prises : DB9 et DB 25, et de nombreux câblages possibles entres les broches de ces prises : nécessité de connaître le câblage adapté à l instrument Liaison à 2 fils + masse au minimum, nombreuses autres possibilités utilisant jusqu à 9 fils TD RD GND TD RD GND Logique négative 0 [ 5 V ; 25 V ] Typ : 12 V 1 [ - 25 V ; - 5 V ] Typ : - 12 V Environ 15 m de câbles maximum (plus pour la liaisons RS-422, 423 et 449) IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 8
Paramétrage Le caractère est codé sur 7 ou 8 bits et est accompagné de : 1 bit de départ (start) 1 ou 2 bits d arrêt (stop) 1 bit de parité éventuel Dans un protocole à parité paire (impaire), le bit de parité est positionné ou non pour que le «nombre total de bits du caractère à 1» soit pair (impaire). La vitesse de transmission est le nombre de bits transmis par seconde, elle s exprime en bauds. Valeurs normalisées : de 300 à 38 400 bauds. IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 9
Exemple : codage du caractère «m» sur 7 bits, parité impaire, 2 stop bit. Bit de départ : 0 Codage du caractère «m» : 110 1101 sur 7 bits ( 6D ) Bit de parité : 0, parité impaire 2 stop bits :1 lsb 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 10
Le contrôle de flux (handshake) peut-être géré par des lignes de la liaison (RTS CTS ou DSR DTR) par programmation (XON XOFF) ou ne pas être géré. Les protocoles des deux appareils doivent être identiques pour une transmission efficace. IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 11
2. Caractéristiques ristiques d un d instrument 2.1 Adresse Pour être reconnu sur un bus d instrumentation, un instrument possède une adresse. µo Interface GPIB n 0 Instrument GPIB 10 Instrument GPIB 22 Le µo s adresse par exemple à «Carte GPIB 0 : Instrument 10» Dans le cas d une communication par port, il n y a pas d adresse, chaque instrument est sur un port. µo Port série1 Port série2 Instrument RS 232 Instrument RS 232 Le µo s adresse par exemple à «Port série 1 : Instrument» IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 12
2.2 Instructions de programmation Les informations sont échangées entre µo et appareil sous forme de messages codés en caractères ASCII. Le µo peut envoyer des commandes à tout moment : opération d écriture. L instrument envoie des résultats si on lui demande ( ex : «*IDN?» = quel est ton nom) le µp vient lire le résultat (opération de lecture) IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 13
Langage Langage commun proposé en 1992 : Standard Commands for Programmable Instruments : SCPI Le SCPI permet de changer d instrument sans modifier le programme. Ex : FREQ 5000 (9 caractères dont un blanc, codés ASCII) règle à 5000 Hz la fréquence du signal d un GBF (SCPI) Coexistence d instruction spécifiques à chaque marque ou instrument Ex : MEAS : VOLT : DC? demande une mesure de tension continue à un multimètre (non SCPI) IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 14
2.3 Format des données Chaque instrument renvoie ses résultats sous forme de chaîne de caractères. Le format des résultats numériques est propre à chaque appareil. Exemple (multimètre Agilent 34401A ) Type of Output Data Non-reading queries Single reading (IEEE-488) Multiple readings (IEEE-488) Single reading (RS-232) Multiple readings (RS-232) Output Data Format < 80 ASCII character string SD.DDDDDDDDESDD<nl> SD.DDDDDDDDESDD,...,...,<nl> SD.DDDDDDDDESDD<cr><nl> SD.DDDDDDDDESDD,...,...,<cr><nl> S Negative sign or positive sign D Numeric digits E Exponent <nl> newline character <cr> carriage return character IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 15
Résultat d une mesure unique en liaison GPIB : chaîne de 15 caractères codés sur 8 bits : SD.DDDDDDDDESDD : +1.12345678E-03 Pour traiter ces données ( calculs, affichage ), il faut transformer la chaîne de caractères en réel : voir TP. IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 16
3. Programmation 3.1 Niveaux de programmation Il existe plusieurs niveaux de programmation des instruments VI Bas niveau, programmation spécifique pour RS 232 ou GPIB VI VISA : Virtual Instrument Software Architecture, VI d écriture et de lecture commun aux 2 liaisons VI driver d instruments : VI fourni par le constructeur de l instrument pour un pilotage aisé sous LabVIEW, à rechercher sur le site de National Instrument ou du constructeur ( plus de 650 driver disponibles). IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 17
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Nous utiliserons Un VI «bas niveau» pour initialiser la liaison : Série ou GPIB Des V.I Visa pour la communication, quelle que soit la liaison. Initialisation d un port série RS 232 et détermination du protocole Initialisation d un périphérique GPIB IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 19
Ecriture d une commande ( chaîne de caractères) Rq : Une chaîne de caractères se termine par deux caractères spéciaux pour la liason RS 232. Lecture d un résultat (chaîne de caractères) IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 20
3.2 Etapes de programmation Pour une programmation efficace (et professionnelle) d un instrument à distance, il faut respecter certaines étapes : 1. Le placer dans un état connu, unique et identifié : l état à la mise soustension, prévu par le constructeur. Rq : Par défaut, un appareil Agilent se met, à la mise sous tension, dans l état appelé «état à la mise sous tension et à la réinitialisation» Sur certains appareils Agilent, on peut activer une option qui force l appareil à se mettre dans les mêmes conditions que lors de la dernière mise hors-tension. Il faut alors demander explicitement, par une commande appropriée (*RST), à revenir à l état initial, pour connaître parfaitement l état de départ de l instrument, et le rendre ainsi interchangeable. IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 21
EX : Multimètre 34401 A est initialisé pour mesurer une continuité (circuit ouvert ou fermé), il considère un circuit fermé si la résistance entre les deux points de mesure est inférieur à 10 Ω L adresse de l instrument utilisé en GPIB est 22, langage SCPI, utilisé avec une liaison série, le débit est fixé à 9600 bauds, les caractères sont codés sur 7 bits avec un bit de parité paire. IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 22
2. Effacer tous les registres précédemment utilisés, en particulier celui qui mémorise les erreurs. (* CLS) 3. Configurer l instrument par modification des paramètres qui diffèrent de ceux par défaut (après la réinitialisation). Dans le cas d un appareil de mesure 4. Préciser les conditions qui déclenchent une mesure. Rq : certaines instructions effectuent en même temps la configuration et le déclenchement. 5. Lire la mesure, c est-à-dire la transférer de la mémoire de l instrument vers celle de l ordinateur. 6. Traiter les données, c est-à-dire dans un premier temps transformer la chaîne de caractères en un nombre réel. IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 23
4. Evolutions en contrôle d instrumentd IUT ANNECY MPh-MC/2007-2008 Instrumentation 2 24