Zur Bedienung des programmierbaren Digitalen Speicheroszilloskops (DSO) TektronixTDS210 (LabWindos und LabVIEW)

Zunächst werden die nötigen Vorgänge zum Anschluß des Geräts an den GPIB Bus beschrieben. Danach wirdein Ausschnitt der Befehlssyntax für LabWindows – Programmierer gegeben und im Anschluß die Funktions-weise der VIs unter LabVIEW.

Das GPIB Kabel wird, bei vorhandenem Gerätemodul an demStecker auf der Geräterückseite angesteckt (Abb. 1).Bestimmung oder Änderung der GPIB Geräteadresse:(1) Drücken der Taste "DIENSTPGM" (rechts/oben neben demBildschirm) Daraufhin erscheinen am Bildschirm rechts dieTastaturbelegungen der Tasten, die vertikal rechts vomBildschirm angeordnet sind:(2) von oben gezählt ist der zweite Menüpunkt OPTIONS.Drücken der 2. Taste (von oben) der Tastenreihe rechts desBildschirms: Es erscheint darauf eine Auswahl (am Bildschirm):Von oben gezählt die 3. Taste ist mit GPIB Setup bezeichnet.(3) Drücken der 3. Taste: Es erscheint im ersten Feld (von oben)die Anzeige Address und darunter die Zahl mit der aktuellen(GPIB adresse). Alle anderen Einstellungen sind für dasExperiment unerheblich und sollten nicht geändert werden.(4) Soll die GPIB Adresse geändert werden wird dieentsprechende (1.) Taste gedrückt. Dadurch erhöht sich die

Adresse um 1 bis zu Adresse 30, danach wird bei der Adresse 0 fortgesetzt. (siehe Abb. 2 von links nach rechts)

!!! Anmerkung: Diese Adresse sofort wirksam ! D.h. das Gerät muß NICHT erst abgeschaltet werden um diegeänderte Adresse zu aktivieren.

Auswahl der wichtigsten Befehle für die LabWindows - ProgrammierungDa dieses Gerät neben den Grundfunktionen eines Oszilloskops - Erfassen und Darstellen periodischer Signale -eine Vielzahl von recht nützlichen Funktionen zur Verfügung stellt werden in diesem Abriß nur jene Befehlebeschrieben die für die Durchführung dieses Versuchs notwendig oder nützlich sein können. Setzen Sie denBefehl „Listen“ nur ein wenn Sie davor eine Abfrage mittels „Talk“ an das Gerät gesendet haben. DieBefehlsstruktur im Fernsteuerbetrieb ist ähnlich jener für das Digitalmultimeter Hewlett Packard 34401. D.h. dieAnweisungen können „Ausgeschrieben“ oder „abgekürzt“ gesendet werden. Außerdem kann praktisch jedeAnweisung (Einstellung) durch den Gebrauch des Fragezeichens abgefragt werden. Beachten Sie auch hiersorgfältig die Verwendung (bzw. Unterlassung) des Leerzeichens. Obwohl die Anweisungen stark an die Syntaxfür das DSO Hewlett Packard 54600B erinnern unterscheiden sie sich in einigen Details und manchmal auch inihrer Auswirkung.

1) Testen ob das Gerät über den GPIB Bus ansprechbar ist: Eingabe des Befehls im „Talk“ - fenster des Intsru-mententreibers GPIB 3 (inklusive Asterix als erstes Zeichen): *IDN? (fordert das Gerät zur Identifizierungauf).Anschließend wird das „Listen“-Fenster verwendet um die Rückmeldung des Geräts zu empfangen dieetwa wie folgt aussehen sollte: TEKTRONIX,TDS 210,0,CF:91.1CT FV:v1.00 TDS2CM:CMV:v1.01(Versionsnummern können von dem Beispiel abweichen).

Abbildung 0: Anschluß des GPIBKabels bei installiertem Geräte -Modul.

GPIB Stecker

Abbildung 2: Einstellung oder Identifikation der GPIB Adresse.

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2) Herstellen eines definierten Ausgangszustands, da dieses Gerät sich die letzten Einstellungen auch imausgeschalteten Zustand merkt. Vom PC aus wird der Befehl:*RST gesendet. Es ist keine Antwortabzufragen.

3) Einstellungen:Sofern eine eigene Triggerleitung vorhanden ist wird der Trigger des DSO auf EXTERN gestellt damit dieSynchronisation unabhängig vom detektierten Signal ist. (Der Triggereingang des Oszilloskops (1. Buchse vonrechts) muß mit einem BNC Kabel mit dem Triggerausgang des Signalgenerators verbunden sein). Syntax(beachten Sie das Leerzeichen zwischen SOU und EXT): :TRIG:MAI:VID:SOU EXTAm Bildschirm rechts unten sollte die Anzeige EXT angezeigt sein und am oberen Bildschirmrand der HinweisTrig’d lesbar sein andernfalls ist das Oszilloskop nicht korrekt synchronisiert. (Siehe Abb. 3, Pos 8 und Pos 2)

A) Synchronisation:

a) Quelle für das Triggersignal (analog zu dem obigen Befehl):

:TRIG:MAI:VID:SOU CH1 .... Wenn Kanal 1 zur Triggerung dienen soll:TRIG:MAI:VID:SOU CH2 ..... An Kanal 2 wird das Triggersignal gelegt

Abfrage der aktuellen Einstellung: :TRIG:MAI:VID:SOU?

B) Horizontale Einstellungsmöglichkeiten (Befehlsgruppe :TIMEBASE)

a) Art der Darstellung:

:DIS:FORM YT ... Kurvendarstellung:DIS:FORM XY .... Auftragung Kanal 2 gegen Kanal 1

Abfrage: :DIS:FORM?b) Dargestellter Bereich: (Das Oszilloskop erlaubt verschiedene Einstellungen, je nachdem wird die gesamte

Kurve ( = MAIN) oder ein Teilbereich (=WINDOW) dargestellt und übertragen. Alle Instruktionen müssendaher dem entsprechenden Bereich gemäß vorgenommen werden. D.h. die äquivalenten Befehle beginnenmit :HOR:MAI oder :HOR:DEL die restliche Syntax ist ident.

:HOR:VIE MAIN ... gesamte Kurve:HOR:VIE WIND ... Teil“fenster“ (Bereich ist stets kleiner oder gleich dem Haupt“fenster“)

Abfrage: :HOR:VIE?

Abbildung 3: Informationsdarstellung am Bildschirm.Triggerrelevant: Pos. 1 bis 8, Zeitrelevant: 9 u. 10,Kanalrelevant 11,12 und 13.

Bevor Änderungen der Einstellungen vorgenommen werden sollte der dargestellte Bereich entweder erfragtoder festgelegt werden um alle weiteren Anweisungen für gezielt diesen Bereich durchzuführen. Wird dernicht dargestellte Bereich geändert scheint das Oszilloskop nicht reagiert zu haben.

c) Zeitbereich des BildschirmesIm Gegensatz zu dem HP 54600 Oszilloskop wird hier stets der Bereich pro Skalenteil (sec/div) in diskretenSchritten definiert:

:HOR:MAI:SCA <Zeitwert in Sekunden/Skalenteil in 1,2,5 Abstufungen>:HOR:DEL:SCA <Zeitwert in Sekunden/Skalenteil in 1,2,5 Abstufungen>

zu beachten ist, daß der Wert für die Teilfensterdarstellung kleiner oder höchstens gleich dem Wert für dieGesamtdarstellung sein darf.

Abfrage(n): :HOR:MAI:SCA? (HOR:DEL:SCA?)

C) Vertikale Einstellungsmöglichkeiten (Befehlsgruppe :CH<Zahl>)

Achtung CH und Zahl werden NICHT mit einem Leerzeichen getrennt also entweder CH1 oder CH2.

a) Ankopplung des Eingangssignals Kanal 1:

:CH1:COUP DC Wechsel- und Gleichspannung:CH1:COUP AC Wechselspannung (Gleichspannungsanteil wird unterdrückt):CH1:COUP GND Masse

Abfrage: :CH1:COUPLING?

b) Spannungsbereich der Bildschirmanzeige:Im Gegensatz zu dem HP 54600 Oszilloskop wird hier stets der Bereich pro Skalenteil (Volts/div) allerdingsähnlich dem HP Oszilloskop in beliebiger Abstufung angegeben.Am Beispiel des 1. Kanals (analoge Einstellungen gelten für den 2. Kanal):

:CH1:SCA <Spannungswert/Skalenteil in Volt>

Abfrage: :CH1:SCA?

D) Datenaufbereitung:Die Daten können entweder so wie sie vom Oszilloskop erfaßt werden dargestellt werden (=NORMAL) alsMinimum/Maximum Darstellung (=PEAK). Hier wird zu jedem Zeitpunkt der aktuelle Meßpunkt geprüft ob erkleiner als der bisherige Minimalwert ist. Trifft das zu, so wird er zum neuen Minimalwert. Ensprechendes giltfür den Maximalwert. Nach einer gewissen Zeit werden zwei unterscheidbare Kurven dargestellt die denGrenzwerten entsprechen. Außerdem kann die Kurvenform durch Mittelung geglättet werden (=AVERAGE).Die Anweisungen dafür lauten:

:ACQ:MOD SAM Normaler Modus:ACQ:MOD PEAK Min/Max Darstellung:ACQ:MOD AVE Mittelung wird dieser Modus gewählt, muß mittels:

:ACQ:NUMAV <Zahl> die Anzahl der Mittelungen festgelegt werden. Zulässige Werte sind 4, 16, 64und 128.

Abfrage: :ACQ:MOD?

E) Kurvenübertragung (Befehlsgruppe :WAVEFORM)

Vor Beginn der Übertragung müssen folgende Einstellungen festgelegt werden:(i) Übertragungsform (Binär oder Text)(ii) Im Fall der binären Form ob die Zahl mit oder ohne Vorzeichen übertrgaen wird

(iii) Im Fall der binären Form ob die Zahl als 1 Byte (0 .. 255) oder 2 Byte Wert (0 .. 65535) gesendetwerden soll. Die ausgewählte Form hat keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit sondern formartiertlediglich die Daten in der geforderten Weise.

Um mit den anderen Oszilloskopen konform zu gehen sind hier die Instruktionen für die Übertragung in 1 ByteBinärwerten OHNE Vorzeichen angegeben:

:DAT:ENC RPB binärer Datentransfer OHNE Vorzeichen:DAT:WID 1 1 Byte Übertragungsform

a) Kanalauswahl:

:DAT:SOU CH1 Wählt Kanal 1 aus (Analog :DAT:SOU CH2)

b) Anzahl der Datenpunkte abfragen:

WFMP:NR_P? Liefert die Anzahl der im DSO für den entsprechenden Kanal gespeichertenDatenpunkte (meist 2500).

Achtung, die gesamte Übertragung enthält einen Vorspann (i.a. 12 Bytes lang) und ein Schlußbyte D.h. wenn2500 Datenpunkte binär übertragen werden sollen ist die Gesamtlänge im binären Format 2513 Bytes.

c) Übertragung der Meßkurve:

CURVE?

d) Skalieren der Binärdaten:

1) Bestimmung des Spannungsnullpunktes, YREF, am Bildschirm als ganze Zahl.

Befehl :WFMP:YOF? Es wird eine positive, ganze Zahl im ASCII Format zurückgemeldet.

2) Die absolute Spannungsdifferenz ∆∆∆∆V zwischen zwei benachbarten vertikalen Punkten wird ermittelt.

Befehl: :WFMP:YMU?. Es wird eine positive, rationale Zahl (Real) im ASCII Format zurückgemeldet.

3) Bestimmung des Offsets YOFF

Befehl: :WFMP:YZE?. Es wird eine rationale Zahl (Real) im Text Format zurückgemeldet.

Die punktweise Skalierung der Meßdaten erfolgt dann wie folgt:

(Binärwert - YREF)*∆V-YOFFFür die Zeitachse ist vor allem die Kenntnis des Zeitinkrements zwischen zwei benachbarten Punkten vonBedeutung. Für die Auswertung unserer experimentellen Daten kann der Zeitnullpunkt immer willkürlichangenommen (z.B. 1. Datenpunkt) werden. Die Abfrage lautet :WFMP:XIN?.

Bedienung des digitalen Speicheroszilloskops Tektronix TDS210 unter LabVIEW

Bevor das Gerät mittels LabView programmen bedient wird empfiehlt es sich mit dem Programm Measurementund Automation Explorer (siehe max.pdf) zu prüfen ob das DSO am GPIB bus korrekt angeschlossen ist. Nachdem Ausführen des Befehls „Scan for instruments“ sollte das DSO als instrumentx (x .. 0,1,...) unter gpib0 zufinden sein. Jetzt kann eine Überprüfung der Kommunikation durchgeführt werden („Communicate withinstrument“). Der Defaultvorschlag einer Instruktion an das Gerät *IDN? wird von diesem Gerät unterstützt.Klicken Sie auf „Query“. Im Antwortfeld sollte jetzt eine Nachricht (vom Gerät empfangen) aufscheinen die dasGerät identifiziert und mit TEKTRONIX, TDS 210, ...... beginnt. Sofern Sie nicht zu diesem Ergebnis kommenhaben Sie entweder das falsche Gerät angesprochen oder es ist ein Übertragungsfehler aufgetreten.Zahlreiche Gerätehersteller bieten für Ihre Geräte vorgefertigte Programmroutinen für den Fernsteuerbetrieb(Remote) unter LabVIEW. Diese Routinen sind großteils auf CD gesammelt können aber auch bei NationalInstruments oder dem Gerätehersteller kostenfrei aus dem Internet bezogen werden. Umfang und Qualität kön-nen unterschiedlich und in seltenen Fällen auch fehlerbehaftet sein. In allen Fällen aber ein empfehlenswerterEinstieg in die gerätespezifische Programmierung unter LabVIEW.Für das digitale Speicheroszilloskop (DSO) TDS210 der Firma Tektronix gibt es eine geeignete in denGrundfunktionen fehlerfrei arbeitende Software. Im ersten Schritt wird diese Software von der CD auf demRechner installiert. Bei eingeschalteter Autostart – Funktion (unter Windows) wird nach dem Einlegen der CDdie Installation mittels Setup-programms durchgeführt. Bis zu der Auswahl welche Schnittstelle für denFernbetrieb verwendet werden soll kann alles (unbesehen) akzeptiert werden. Defaultmässig ist GPIB bereitsvoreingestellt und wird übernommen. Danach folgt die Auswahl der zu installierenden Programme. Die linkeListe führt den Hersteller an die rechte das (gesuchte) Gerät (Instrument). Zunächst wird bei dem Hersteller„Tektronix“ nur markiert (nicht das links befindliche Kontrollkästchen „anhaken“ sonst werden alleGerätetreiber installiert) bei den Geräten wird die Liste nach dem Eintrag TDS 210 durchsucht. Dieser Eintragwird angeklickt. Stellen Sie sicher, daß ein Häkchen im linken Feld sichtbar ist. Soferne keine weiterenGerätesoftware erforderlich ist kann jetzt mit der Installation fortgefahren werden. Alle verfügbarenKomponenten werden in den Ordner (directory) tktds2xx installiert. Der Pfad unter der Annahme, daßLabVIEW in den Originalordnern installiert ist lautet für die übliche (deutschsprachige Windowsinstallation):

C:\Programme\National Instruments\LabVIEW 6\instr.lib\tktds2xxWird ein für das DSO spezifisches VI ( = virtual instrument, siehe LabVIEW Einführung) benötigt dann wird diein dem Ordner befindliche Datei tktds2xx.llb ausgewählt (nicht die Datei tktds2xu diese bezieht sich auf andereFirmvwareversionen der gleichen DSO reihe) . Diese Datei enthält alle VIs zusammengefaßt. Ein spezifischesVI kann aus einer Liste ausgewählt werden. Alle verfügbaren VIs sind in der folgenden Abbildung grafischzusammengefaßt.

Die rot umrandeten VIs sind für das Experiment erforderlich und werden nachfolgend erklärt: Das Applicationsample 1 kann unmittelbar aufgerufen werden. Im Programmablauffenster können verschiedene Messungen(Amplitude, Frequenz, etc.) eingestellt und durchgeführt werden. Das Programm eignet sich hervorragend um zuüberprüfen ob ein Funktionsgenerator das von ihm erwartete Signal abgibt, das Sie ihm über den GPIB bus oderper Tasteneingabe vorgegeben haben.

Die anderen grünen VIs dienen zur Grundeinstellung des Oszilloskops und umfassen (i) die Datenaquisation(Acquition), horizontale (ii) und vertikale (iii) Einstellungen und (iv) den Trigger.Von den vielen möglichen Eingaben (Verbidungen) werden jeweils nur jene beschrieben die Sie individuellsetzten und verändern sollen. Alle nicht beschriebenen Anschlüsse lassen Sie OHNE Verbindung (das heißt eswird der vorgegebene Defaultwert angenommen).

1) VISA session. Das ist dieGeräteidentifizierung am GPIB bus.Die Eingabe muß den unter MAXvorgenommenen Einstellungenentsprechen. Dazu können Sie im Fluß-diagramm das Verbindungswerkzeugnehmen und an die linke obere Eckedes Symbols halten (OHNE Mausta-stendruck). Sobald der Hinweis „VISAsession“ im gelben Rechteck amBildschirm erscheint drücken Sie dierechte Maustaste. Aus der Liste wählenSie „Create“ und aus dem Untermenue„Constant“. Ein violettes Rechteck wird

im Diagramm plaziert. Jetzt wechseln Sie zum „Finger“werkzeug und klicken das violette Pfeilsymbol imRechteck an. Es erscheint eine Liste der verfügbaren VISA-resourcen. Wählen Sie das von Ihnen definierteSynomyn für den Funktionsgenerator.

2) Acquisition Mode.Für das Experiment sollte der Defaultwert (sample) genommen werden, zur Kontrollekann auch ein Averaging vorgenommen werden. Verfahren Sie änhlich dem oben gesagtem und bewegendas Verbindungswerkzeug in das Symbol an etwa die Stelle wo die Verbindung „waveform“ angeschlossenwerden soll. Sobald das gelbe Feld „Acquisition Mode“ erscheint betätigen Sie die rechte Maustaste undwählen „Create“ und im Untermenü „Constant“ an. Es erscheint ein blaues Feld in dem „Sample“ (= de-fault) steht. Mit dem Fingerwerkzeug können Sie den Eintrag auf die Möglichkeiten „Peak“ oder „Average“ändern.

Alle Einstellungen werden erst an das Gerät übertragen sobald das Programm ausgeführt wird

1) Visa session wie oben beschrieben2) Timebase Dient der Einstellungder der horizotalen Auflösung in Se-kunden/Division. Das Verbindungs-werkzeug zu der Verbindung für dieZeiteinstellung führen, Rechtsklick,„Create“. Diesmal wählen Sie „Con-trol“. Im Diagramm erscheint einblaues Rechteck mit dem Namen „Ti-mebase“, im Programmablauf-fenstereine Eingabeliste mit dem Namen „Ti-mebase“. Die Liste kann durch inkre-mentieren oder dekrementieren durch-

laufen werden oder alternativ können Sie die gesamte Liste anzeigen und einen Eintrag anwählen.3) Position Mit dieser Eingabe können Sie die dargestellte Kurve am Bildschirm horizontal nach rechts oder

nach links verschieben. Die Eingabe erfolgt in Zeiteinheiten (Sekunden) Positive Werte verschieben dieKurve von der Mittenstellung zum linken Bildschirmrand, negative zum rechten. Damit kann ein Signal op-timal zur Anzeige gebracht werden. Erzeugen Sie ähnlich wie für die Timebase ein „Control“ Element. ImDiagrammfenster haben Sie jetzt ein oranges Rechteck manes „Position“ im Programmablauffenster einEingabefeld in das Sie beliebige Zahlenwerte über die Tastatur eintragen können.

1) Visa session wie oben beschrieben2) Probe Attenuation. Diese Funk-tion teilt dem DSO mit ob ein Tastkopf(mit Signalabschwächung) verwendetwird. Da wir alle Messungen direktvornehmen muß die Abschwächung auf1:1x unverändert eingestellt werden(Das ist NICHT der Defaultwert). Er-zeugen Sie wie vorher beschrieben eineKonstante und legen Sie diese auf 1:1xfest.3) Channel Selection Auswahl desKanals an dem Einstellungenvorgenommen werden. Erzeugen Sieein „Control“-Element. Dieses

erscheint mit dem Namen als blaues Rechteck im Diagrammfenster und als Schalter imProgrammablauffenster.

4) Volts/Div Vertikale Auflösung, diese kann beliebig fein abgestuft werden. (Minimaler Wert ist 2e-3). Dafüreignet sich ein „Control“-element (oranges Rechteck, bzw Eingabefeld).

5) Position Ähnlich wie bei den horizontalen Einstellungen kann die Kurve auch vertikal verschoben werden.Negative Eingaben in dem erzeugten „Control“-Eingabefeld lassen die Kurve nach unten rutschen, positivenach oben.

1) Visa session wie oben beschrieben2) Source Der Trigger soll immer ander Triggerbuchse abgenommen wer-den, d. h. der Wert wird auf „External“festgelegt. Hierzu genügt eine Kon-stante die entsprechend den Wert „Ex-ternal“ anzeigt. Alle anderen Einstellungen könnenbeibehalten werden.

Dieses VI überträgt die Daten desKanals, der mit Source festgelegt wurdevon dem DSO an den Computer.Eingestellt werden müssen daher wie-der die Eingänge VISA session und dieSource. Der rechte Ausgang Wave-form Points kann fürs erste direkt mitder Anwahl „Create“ und diesmal „In-dicator“ abgeschlossen werden. Es istdas diesmal ein 1 dimensionales Daten-feld mit Ganzzahlwerten (I16 Integer).Das Datenarray enthält, sofern dieAngaben „Start Point“ und „Stop Point“nicht geändert worden sind 2500Elemente. Der Wertebereich eines

einzelnen Elements kann zwischen –127 und +127 unabhängig von den Vertikaleinstellungen am DSO variierenentsprechend dem Spannungswert am unteren bzw. oberen Bildschirmrand. D.h. es liegt unskaliert vor wie Siees etwa bei der Binärdatenübertragung kennengelernt haben.Um dieses Datenarray mit den Mitteln der Kurvenanalyse (Funktionsmenü „Analyze“ im Labview Diagramm-fenster) bearbeiten zu können (Fouriertransformation, Signalfilter ... ) müssen Sie dieses Datenfeld erst in eine„Waveform“ konvertieren. Dazu steht Ihnen im Funktionsmenü „Waveform“ die Funktion „Build waveform“

zur Verfügung. Das Eingangsfeld „Y“ erlaubt dieVerbindung mit einem 1 dimensionalen Datenfeld wobeidieses sowohl reelle Zahlen (orange Farbe, default) alsauch Ganzzahlen (blaue Verbindung) zuläßt.Angenommen wird, daß dieses Datenfeld die Y-Werte alsFunktion der Zeit in äquidistanten Zeitinkrementenenthält. D.h. um die Zeitskala zu skalieren kann derZeitnullpunkt t0 der zum ersten Punkt des Datenfeldesgehört und das Zeitinkrement dt zwischen zweiDatenpunkten eingesetzt werden (Bleiben diese Eingängeohne Verbindung wird t0 = 0 und dt = 1 (Sekunde)angenommen). Diese Angaben sind dann wichtig wenndie Parameter für die Filter in Form von Grenzfrequenzenfestgelegt werden sollen. Die Situation ist innebenstehender Abbildung beispielhaft für ein Datenfeldmit 1000 Elementen die eine Sinuskurve mit 1Hzbeschreiben gezeigt. Verbindungen des Ausgangs zeigenbraune Doppellinien mit eingeschlossenen, alternierendenbraun/weißen Quadraten. Im Beispiel wurde der Ausgangmit dem Anzeigeelement „Waveform Graph“ aus demMenü „Graph“ im Programmausführungsfensterverbunden. Siehe nachfolgende Abbildung.

1 Dim

ensionalesD

atenfeld