Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones

Comunicación USB entre aplicaciones desarrolladas en LabVIEW y microcontroladores de Silicon Labs

El presente artículo trata sobre la utilización de LabVIEW para establecer comunicación USB con microcontroladores de la familia 8051 de Silicon Laboratories, utilizando un driver desarrollado por dicha compañía. En el documento se incluye una descripción de este driver, así como de las funciones principales que permiten el manejo del mismo, las cuales se encuentran en una biblioteca de enlace dinámico. El artículo contiene además una metodología básica para el uso de estas funciones y una explicación detallada a través de un ejemplo, donde se ilustra como cargar y configurar las mismas con el ambiente de desarrollo LabVIEW. Finalmente se muestran dos ejemplos de la utilización del driver a partir de una biblioteca de funciones USB creada en LabVIEW para la comunicación con un microcontrolador.

This article is about USB communication establishes between LabVIEW and Silicon Laboratories microcontrollers 8051 family, using a driver developed by this company. This paper includes a driver description and description of the main functions that allow the management of it, which are in a dynamic link library. The article also contains a basic methodology for the use of these functions and a detailed explanation through an example of how to load and configure them using the LabVIEW development environment. Finally shows two examples of the driver use from a USB library created in LabVIEW to communicate with a microcontroller.

Diseño de bloques para el procesado de imágenes en lenguaje de descripción de hardware

El presente trabajo, «Diseño de bloques para el procesado de imágenes en lenguaje de descripción de hardware», desarrolla bloques de procesado de imágenes para la biblioteca de XSGImgLib, utilizando el flujo de diseño basado en lenguaje de descripción de hardware (HDL), incrementando las opciones de configuración de los algoritmos implementados en el flujo de diseño basado en modelos de XSG y la velocidad de ejecución. Para el desarrollo del trabajo se realiza un estudio de las arquitecturas de procesado de imágenes para hardware reconfigurable utilizando lenguaje de descripción de hardware. A partir de este estudio se diseñan, comprueban e implementan bloques de procesado de imágenes para la biblioteca XSGImgLib utilizando lenguaje de descripción de hardware. Como logros fundamentales del trabajo se obtienen bloques configurables que pueden cambiar el tamaño de la ventana en tiempo de diseño. Estos bloques no disminuyen el desempeño con respecto a los bloques anteriores si no que en muchos casos lo mejoran.

The present paper, «Design of Processing Image Blocks in Hardware Description Language», develop images processing blocks for the XSGImgLib library, using the model design flow based on hardware description language (HDL), increasing the configuration options of the implemented algorithm and the execution speed. In order to develop this project an study of images processing architectures for FPGA using hardware description language was carried out. As a result of this study were designed, tested and implemented processing images blocks for the XSGImgLib library using hardware description language. As main result of the project was obtained settable blocks that can change the Windows size in design time. Compared with the XSGImgLib previous blocks, in many cases the behavior is improved.

Diseño de un Instrumento Virtual para la calibración de Sistemas Electrocardiográficos

El presente trabajo expone los principales elementos de diseño y desarrollo de un sistema para la generación de las señales de calibración para electrocardiografía indicadas en las normas de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC, del inglés International Electrotechnical Commission). Estas señales son necesarias para ensayar, calibrar y ejecutar el mantenimiento y reparación de equipamiento de ECG. La aplicación se apoya en el empleo de una herramienta de software basada en Instrumentación Virtual, que maneja recursos de hardware (DAQ NI PCI-6229 y circuitos electrónicos externos) como interfaz entre la estación de trabajo y el equipo a comprobar. El costo aproximado inicial de la investigación y desarrollo de prototipos se reduce significativamente con la producción seriada de los módulos correspondientes. Ello permite contar con unidades de costos menores a los de simuladores comerciales homólogos, que oscilan típicamente sobre $ 1200 USD. La herramienta es factible de implementar en las actividades de evaluación y calibración, y permite su generalización en la totalidad de los servicios técnicos encargados de brindar mantenimiento a Sistemas Electrocardiográficos.

This article reports the main elements of design and development of a system to generate the calibration signals for electrocardiography indicated in the rules of the International Electrotechnical Commission (IEC). The ECG simulator and IEC's calibration signals are necessary to test, calibrate, evaluate, faultfinder and perform maintenance and repair Electrocardiographic Equipment. The application relies on the use of a software tool based on the principles of the Virtual Instrumentation, which manages hardware resources (DAQ NI PCI-6229 and external electronics circuits) as an interface between the workstation and equipment to check. The initial estimated cost of research and development of prototypes is significantly reduces with the serial production of the respectively modules. This allows for lower cost units to commercial simulators counterparts, typically ranging about $ 1200 USD. The simplicity and advantages of this new system respect to classical ECG generation allows for the implementation of the tool in the evaluation and calibration activities, and make available its generalization in all the technical services responsible for providing maintenance of Electrocardiographic Systems.

Diseño en VHDL de un controlador HDLC

En esta investigación se presenta el diseño de un módulo de hardware embebido con la funcionalidad de un controlador HDLC (de sus siglas en inglés High Level Dato Link Control) para una interfaz de línea digital E1. El sistema diseñado realiza las tareas de un transmisor-receptor, encargándose de acciones como la inserción y detección de las banderas de inicio y fin de trama, la inserción y detección de ceros para evitar la existencia de la secuencia de bandera en el campo de dato y el chequeo de trama. También incorpora una interfaz con un microprocesador para la configuración de los parámetros iníciales y a través de ella se adquieren los datos de control que se van a transmitir o recibir. Cada uno de los bloques presentes en el sistema se ha diseñado a través del lenguaje de descripción de hardware VHDL (de sus siglas en inglés Very High Density Language) empleando el software Xilinx ISE Design Suite 12.4. Finalmente, la investigación es implementada en la tarjeta de desarrollo SPARTAN3 Starter Board Kit y los resultados quedan validados con las comprobaciones pertinentes.

This research presents the design of an embedded hardware module with functionality of a HDLC controller to an E1digital line interface. The designed system performs the tasks of a transmitter-receiver, responsible for actions such as insertion and detection of start and end flags of frame, the insertion and detection of zeros to avoid the existence of the sequence of flags in the data field and the frame check. It also incorporates an interface with a microprocessor for setting the initial parameters and through it control data's are acquired to be transmitted or received. Each of the blocks in the system has been designed through the hardware description language VHDL using Xilinx software ISE Design Suite 12.4. Finally, research is carried through in the development board Spartan3 Starter Board Kit and the results are validated with the appropriate verifications.

Estimación de Armónicos sobre FPGA Aplicando Estadística de Orden Superior y Convolución

En este trabajo se propone la implementación sobre FPGA de un modelo conjunto que aplica las características estadísticas (cumulantes) de orden superior, combinadas a un proceso de convolución, lo cual permite obtener las componentes espectrales con su amplitud, frecuencia y fase originales, contaminadas por un proceso de ruido de distribución normal, aún desconociendo la señal de entrada. El aporte fundamental del mismo radica en la implementación del modelo propuesto sobre una arquitectura completamente paralela para su uso en aplicaciones en tiempo real en tareas de reducción de ruido y detección de señales. Los resultados obtenidos, altamente satisfactorios, demuestran la efectividad de la utilización de características estadísticas de orden superior y su combinación con procesamiento de segundo orden (convolución) para la cancelación de ruido y estimación de parámetros, entre otras tareas.

This work is about the FPGA implementation of a joint model that applies higher-order statistical characteristics (cumulants), combined with a convolution process , which allows to obtain the spectral components with their amplitude, frequency and phase originals, contaminated by a noise process of normal distribution, even not knowing the input signal. The main contribution of this work is the implementation of the proposed model on a fully parallel architecture, for use in real-time applications in noise cancellation and signal detection. The results obtained highly satisfactory, demonstrate the effectiveness of the use of higher order statistical characteristics and its combination with the second order processing (convolution), for noise reduction and parameters estimations , among other tasks.

Implementación en VHDL de un Detector de Envolvente para demodulación BFSK

El presente artículo aborda el empleo de un bloque Detector de Envolvente para demodular señales BFSK que pueda ser usado en aplicaciones donde se desconoce el tiempo del símbolo de la fuente. Presenta una estructura interna caracterizada por cuatro filtrosdel tipo FIR, que son inherentemente estables y se implementan siempre por una misma ecuación de diferenciasgenérica. El demodulador se configura en lenguaje VHDL con un número variable de coeficientes no especificado de antemano y está sintetizado como un módulo IP con el que se buscará configurabilidad. Para validar el demodulador,se implementa en un circuito FPGA de Xilinx un procesador Microblaze que se comunicacon una PC mediante el puerto serie y se configura con diversos periféricos, tales como la interfaz de comunicación serieRS-232 y el módulo IP del demodulador BFSK especialmente diseñado al efecto. Para gestionar la operación del sistema se desarrolló en la PC un programa en Matlabcon una aplicación gráfica de usuario que incluye el envío y recepción de las señales moduladas y demoduladas por el circuito FPGA, así como el envío de los valores de los coeficientes empleados por los filtros FIR en una determinada aplicación. La solución final permite la demodulación de señales BFSK a través de la interconexión de Matlab con Microblaze y de este con el módulo IP. Se presenta en detalle el modelo VHDL del demodulador, se discuten los resultados alcanzados teniendo en cuenta el efecto de la cuantificación de los coeficientes y se realiza un análisis temporal y de ocupación del circuito FPGA.

This paper concerns demodulator-based Envelope Detector for recovery information in BFSK signal applied upon applications where time symbol synchronization is unknown. Its structure is characterized by 4 filters which are considered in the present article by FIR, this are unconditionally stables and are always implemented by the same generic difference equation. In the present work this demodulator is configured in VHDL language with a variable number of coefficients not specified in advance and conformed it in an IP module we obtain a reconfigurable circuit. In order to validate the system an FPGA from Xilinxwith PC serial communication is implemented. FPGA design comprises a Microblaze microcontroller with an Envelope Detector IP module and aRS-232 IP module for communication.A Matlab user application on PC to manage demodulation process is also implemented, it takes into account not also to send and receive the modulated and demodulated signal, but to send the coefficients values employed by the FIR filters in a specific application. The final solution allows demodulation of BFSK signals through the interconnection of Matlab with Microblaze and this with the IP module in Xilinx environment.Details of VHDL design and its results are discussed taking into account the effect of coefficient quantization, temporal analysis and FPGA occupancy.

Microsistema para la determinación colorimétrica de cobalto utilizando tecnología LTCC

Se presenta el diseño y la implementación de un microsistema de flujo continuo para la determinación colorimétrica, automatizada y en tiempo real de cobalto en disoluciones acuosas. La tecnología LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) es usada para construir la plataforma fluídica del instrumento con vistas a la miniaturización del dispositivo. Las medidas de absorbancia se realizan a través de las ventanas transparentes de una celda de flujo integrada monolíticamente en la plataforma. El sistema de detección óptico está constituido por un LED verde, que emite luz a una longitud de onda de 540 nm, un fotodetector y una tarjeta adquisitora de datos. Se hace uso de instrumentación virtual para el procesamiento, almacenaje y despliegue de las señales adquiridas. Los resultados obtenidos son comparados con un espectrofotómetro convencional.

The design and construction of a colorimetric microsystem in continuous flow for the automated, real-time measurement of cobalt in acqueous solutions is presented. Low temperature cofired ceramics (LTCC) technology is used to build the fluidic platformaiming at the miniaturization of the device. Absorbance measurements are done through the clear windows of a flow cell integrated monolithically in the platform. The detection system is a green LED, emitting light at a wavelength of 540 nm, a photodetector and a data acquisition card. Virtual instrumentation is used to process, store and display the acquired signals. The results are compared to those produced with a benchtop spectrophotometer.

Usando LABVIEW para medir el patrón de directividad de un arreglo de micrófonos

Este trabajo aborda los detalles de la implementación de un set de instrumentos que combina instrumentos tradicionales y virtuales con el propósito de medir el patrón de directividad de un arreglo de micrófonos. El set de instrumentos también involucra una cámara anecoica para simular las condiciones de propagación en campo libre. El proceso de medición de los patrones de directividad y el registro de los resultados son ejecutados de forma automática. Los resultados son salvados por igual en formato de hoja de cálculo y formato de imagen, lo cual proporciona flexibilidad para el pos-procesamiento y la publicación de los mismos. El operador del sistema puede ver en tiempo real el comportamiento del sistema en el monitor de una computadora a través de varios indicadores gráficos. El sistema permite obtener patrones de directividad con precisión de un grado. El lector también podrá apreciar los patrones de directividad obtenidos de varias mediciones reales llevadas a cabo con el set de instrumentos propuesto y su comparación con los resultados teóricos esperados. Todos los resultados mostrados fueron obtenidos usando como dispositivo bajo prueba un arreglo lineal uniforme de ocho micrófonos.

This work is concerned with the implementation of a measurement instrumentation set that combines traditional and virtual instruments for measuring the directivity pattern of a microphone array. The instrumentation set also involves an anechoic chamber that allows the simulation of free field propagation conditions. The system automatically performs the measurement process and logs the results. The results are saved in both, spreadsheet and image format files, giving flexibility for post-processing and publishing. The operator can see, by mean of graphical indicators on a computer screen, the real time behavior of the measurement process. The system allows obtaining directivity patterns with one degree of precision. Also the reader will be able to appreciate the directivity patterns obtained from a group of measurements carried out with the proposed instrumentation set and the comparison of actual and expected theoretical results. All the results were obtained using a linear uniform array with eight microphones as device under test.