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Multisim e LabVIEW, due tra i software più
diffusi in campo didattico, fino a ieri venivano utilizzati
separatamente senza alcuna integrazione. Electronics Workbench e
National Instruments, le case produttrici di questi software, si sono
impegnate per permettere il confronto tra le misure eseguite in
laboratorio sui circuiti reali con i risultati di simulazione ottenuti
su Personal Computer. Grazie a questa sinergia realizzare un più ampio
numero di applicazioni di laboratorio e svolgere corsi più completi oggi
è davvero possibile!
L‘integrazione
tra Multisim e LabVIEW nell'utilizzo pratico in laboratorio mette a
disposizione dei docenti nuove metodologie per consentire agli studenti
di progettare, simulare, misurare e verificare con facilità le
esperienze di laboratorio e il loro grado di apprendimento sui vari
argomenti proposti. L'utilizzo combinato di Multisim e LabVIEW permette
non solo di aumentare il grado di conoscenza degli studenti su aspetti
specifici di progettazione e simulazione ma anche di apprendere l'uso di
software sempre più richiesti dall'industria e dal mercato del lavoro.
Cosa sono Multisim e LabView?
Multisim (Electronics Workbench) è un software per l'insegnamento
dell'elettronica che mette a disposizione del docente e dello studente
un ambiente di lavoro estremamente amichevole ma allo stesso tempo
straordinariamente potente per realizzare circuiti elettronici ed
eseguirne la simulazione SPICE e le relative analisi allo scopo di
valutare il comportamento dei progetti realizzati. L'utilizzo di
Multisim a qualunque livello didattico (insegnamento della teoria,
esercitazione pratica di laboratorio, svolgimento di compiti e test,
ricerca di laboratorio, ecc.) ha permesso di estendere l'utilizzo di
questo software in istituti di ogni livello con alti gradi di
soddisfazione e produttività: per questi motivi Multisim è, di fatto, il
software standard mondiale per l'insegnamento dell'elettronica.
LabVIEW (National Instruments) rappresenta la piattaforma ideale per la
realizzazione di esperienze didattiche e progetti di ricerca, non solo
in campo elettronico. Utilizzando questo software in laboratorio,
infatti, gli studenti possono realizzare applicazioni che rappresentano
“strumentazioni virtuali” utilizzate per eseguire diversi tipi di
esperimenti combinando operazioni di misura, automazione e controllo. In
quest'ottica LabVIEW fornisce tutta la flessibilità e l'adattabilità
necessarie per potersi adattare a qualsiasi esigenza di ricerca e
laboratorio: grazie a queste caratteristiche LabVIEW è diventato lo
standard mondiale per la realizzazione di strumentazione virtuale in
campo sia didattico sia industriale.
Perchè esiste la necessità di integrare tra loro Multisim e LabVIEW?
Mentre l'utilizzo di software di simulazione elettronica, sia in classe
sia in laboratorio, è ormai largamente diffuso, al contrario l'attività
di verifica dei circuiti reali e la relativa comparazione tra i dati di
simulazione e le misure reali è poco sviluppata ed eseguita in un
normale corso di elettronica.
Spesso, in molti laboratori si realizza concretamente il circuito su
breadboard e si eseguono solamente le misure tradizionali mediante
oscilloscopio, generatore di funzioni e multimetri. Raramente questi
strumenti sono controllati da PC mediante una scheda di interfaccia tipo
IEEE-488 (GPIB) che però non dispone della necessaria flessibilità per
poter confrontare le misure eseguite sul circuito reale con i risultati
di simulazione ottenuti in Multisim.
Un significativo passo in avanti si può fare integrando direttamente
Multisim con LabVIEW. Si utilizza Multisim per realizzare
preventivamente il circuito su PC e ricavarne i relativi dati di
comportamento attraverso la simulazione virtuale. Successivamente,
attraverso una scheda di acquisizione dati e una applicazione di
strumentazione virtuale realizzata in LabVIEW, si eseguono le
misurazioni dirette sul corrispondente circuito reale realizzato su
breadbard. Infine si utilizza LabVIEW per importare i dati di
simulazione da Multisim ed eseguire la comparazione tra questi dati e i
valori ricavati dal circuito reale.
Funzione di importazione dei dati Multisim in LabVIEW
Per combinare le funzionalità di simulazione di Multisim con la potenza
della strumentazione virtuale di LabVIEW, si deve disporre di uno
strumento per condividere i dati tra i due programmi. Per rendere tutto
ciò possibile è stato inserito all'interno di LabVIEW un set completo di
funzioni che consentono di importare facilmente i dati di simulazione da
Multisim all'interno di una specifica applicazione LabVIEW. Dopo che la
simulazione è stata eseguita all'interno di Multisim, i dati di
simulazione vengono salvati in un file di testo che viene a sua volta
“letto” da LabVIEW per importare e rendere disponibili tali dati
all'interno dell'applicazione LabVIEW. A questo punto l'utente può
confrontare direttamente i dati di simulazione importati con i dati che
vengono invece acquisiti dal circuito reale e verificare immediatamente
se il comportamento del circuito reale coincide con quello ricavato
nella simulazione teorica con Multisim. Per aumentare il grado di
conoscenza degli studenti su particolari aspetti di progettazione o su
specifiche proprietà dei circuiti, il docente può realizzare all'interno
di Multisim circuiti che dispongono (volutamente) di errori o
malfunzionamenti (nascosti all'utente mediante password) in alcuni
componenti in modo che i dati di simulazione e quelli reali sul circuito
appaiano evidentemente non concordanti. A questo punto lo studente deve
eseguire le relative verifiche e i necessari ragionamenti per capire
dove e come il circuito virtuale differisce da quello reale. Questa
tecnica di insegnamento è fondamentale non solo per rafforzare
determinati concetti della teoria elettronica ma anche per sviluppare la
capacità della ricerca dei guasti ed errori nei circuiti (esigenza
sempre più richiesta dall'industria).
Esempio di integrazione Multisim/LabVIEW per un circuito
amplificatore a 2 stadi
L'esempio descritto di seguito è un'applicazione sviluppata per
l'analisi di un circuito amplificatore a 2 stadi. All'interno di LabVIEW
è stata realizzata un'applicazione per eseguire 3 diversi tipi di
misurazioni sul circuito reale di questo amplificatore.
La prima misurazione prevede lo studio delle caratteristiche del punto
operativo DC in diversi nodi del circuito.
L'applicazione LabVIEW apre una finestra che visualizza lo schema del
circuito. Sovrapposta a tale circuito sono visualizzati degli indicatori
digitali disposti nei vari nodi del circuito: accanto ai valori di
corrente e tensione DC calcolati con la simulazione in Multisim vengono
riportati i valori corrispondenti (costantemente aggiornati) calcolati
sul circuito reale.
La seconda misurazione è relativa al guadagno dell'amplificatore.
All'interno di Multisim si esegue un'analisi del transiente per
determinare il guadagno di segnale ottenuto all'uscita
dell'amplificatore. I risultati della simulazione vengono salvati in un
file di testo che viene successivamente importato all'interno
dell'applicazione LabVIEW. Il grafico visualizzato all'interno di
LabVIEW riporta le forme d'onda simulate all'uscita di ciascun singolo
stadio confrontate con i dati reali misurati negli stessi nodi del
circuito reale. Altri indicatori riportano i valori di guadagno simulati
e quelli calcolati nella realtà.
Infine la terza misurazione permette di realizzare un grafico che
riporta la linea di carico DC del circuito.
All'interno di Multisim si esegue un'analisi “Parameter sweep” relativa
alla resistenza di base di ciascun transistor allo scopo di ricavare la
linea di carico del circuito. I dati così ottenuti vengono importati
all'interno di LabVIEW in modo da poter misurare il punto Q: variando i
potenziometri delle resistenze di base è possibile spostare il punto Q
lungo la linea di carico.
Nella figura 5 è riportato il diagramma a blocchi dell'applicazione
realizzata in LabVIEW: questo semplice esempio dimostra molto
chiaramente le potenzialità messe a disposizione dall'integrazione tra
Multisim e LabVIEW nelle esperienze di laboratorio.
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