HAL Tutorial

In dieser Einführung werden die Befehle für das Betriebssystem in der Regel ohne die Eingabeaufforderung der UNIX-Shell gezeigt, d.h. typischerweise mit einem Dollarzeichen ($) oder einer Raute/Doppelkreuz (#). Bei der direkten Kommunikation mit dem HAL über halcmd oder halrun werden die Eingabeaufforderungen in den Beispielen gezeigt. Das Terminal-Fenster befindet sich unter "Anwendungen/Zubehör" in der Ubuntu-Menüleiste.

Ihre Version von halcmd enthält möglicherweise die Tabulator-Vervollständigung. Anstatt Dateinamen zu vervollständigen, wie es eine Shell tut, werden Befehle mit HAL-Kennungen vervollständigt. Sie müssen genügend Buchstaben eingeben, um eine eindeutige Übereinstimmung zu erzielen. Versuchen Sie, nach dem Start eines HAL-Befehls die Tabulatortaste zu drücken:

RTAPI steht für Real Time Application Programming Interface. Viele HAL-Komponenten arbeiten in Echtzeit, und alle HAL-Komponenten speichern Daten im gemeinsamen Speicher, damit Echtzeitkomponenten darauf zugreifen können. Das normale Linux unterstützt keine Echtzeitprogrammierung oder die Art von gemeinsamem Speicher, die HAL benötigt. Glücklicherweise gibt es Echtzeitbetriebssysteme (RTOS) mit den notwendigen Erweiterungen für Linux. Leider geht jedes RTOS die Dinge ein wenig anders an.

Um diese Unterschiede zu beseitigen, hat das LinuxCNC-Team die RTAPI entwickelt, die einen einheitlichen Weg für Programme bietet, um mit dem RTOS zu kommunizieren. Wenn Sie ein Programmierer sind, der an den Interna von LinuxCNC arbeiten will, sollten Sie vielleicht linuxcnc/src/rtapi/rtapi.h studieren, um die API zu verstehen. Aber wenn Sie eine normale Person sind, ist alles, was Sie über RTAPI wissen müssen, dass es (und das RTOS) in den Speicher Ihres Computers geladen werden muss, bevor Sie etwas mit HAL machen.

Für dieses Tutorial gehen wir davon aus, dass Sie die Live-CD erfolgreich installiert haben und, falls Sie eine RIP footnote: [Run In Place, wenn die Quelldateien in ein Benutzerverzeichnis heruntergeladen wurden und direkt von dort aus kompiliert und ausgeführt werden] Installation verwenden, das Skript "rip-environment" aufrufen, um Ihre Shell vorzubereiten. In diesem Fall müssen Sie nur noch die erforderlichen RTOS- und RTAPI-Module in den Speicher laden. Führen Sie einfach den folgenden Befehl in einem Terminalfenster aus:

Nachdem das Echtzeitbetriebssystem und die RTAPI geladen sind, können wir mit dem ersten Beispiel beginnen. Beachten Sie, dass die Eingabeaufforderung jetzt als "halcmd:" angezeigt wird. Das liegt daran, dass die nachfolgenden Befehle als HAL-Befehle und nicht als Shell-Befehle interpretiert werden.

Für das erste Beispiel werden wir eine HAL-Komponente namens siggen verwenden, die ein einfacher Signalgenerator ist. Eine vollständige Beschreibung der Komponente siggen finden Sie im Abschnitt SigGen dieses Handbuchs. Es handelt sich um eine Echtzeit-Komponente. Um die Komponente "siggen" zu laden, verwenden Sie den HAL-Befehl loadrt.

Nun, nach dem Laden des Moduls, ist es an der Zeit, halcmd vorzustellen, das Kommandozeilenwerkzeug, das zur Konfiguration der HAL verwendet wird. Dieses Tutorial wird nur eine Auswahl der Funktionen von halcmd vorstellen. Eine ausführlichere Beschreibung finden Sie unter man halcmd oder in der Referenz im Abschnitt HAL Befehle (engl. commands) dieses Dokuments. Die erste halcmd-Funktion ist der show-Befehl. Dieser Befehl zeigt Informationen über den aktuellen Zustand der HAL an. Um alle installierten Komponenten anzuzeigen:

Da halcmd selbst auch eine HAL-Komponente ist, wird sie immer in der Liste erscheinen. Die Zahl hinter "`halcmd" in der Komponentenliste ist die UNIX-Prozess-ID. Da es möglich ist, mehr als eine Kopie von halcmd gleichzeitig laufen zu lassen (z.B. in verschiedenen Terminalfenstern), wird die PID an das Ende des Namens angehängt, um ihn eindeutig zu machen. Die Liste zeigt auch die Komponente "siggen", die wir im vorherigen Schritt installiert haben. Das "RT" unter "Typ" zeigt an, dass "siggen" eine Echtzeitkomponente ist. Das "User" unter "Type" zeigt an, dass es sich um eine nicht-Echtzeit-Komponente handelt.

Als Nächstes wollen wir sehen, welche Pins siggen zur Verfügung stellt:

Dieser Befehl zeigt alle Pins im aktuellen HAL an. Ein komplexes System könnte Dutzende oder Hunderte von Pins haben. Aber im Moment gibt es nur neun Pins. Von diesen Pins sind acht Gleitkomma-Pins und einer ist ein Bit (boolesch). Sechs führen Daten aus der siggen-Komponente heraus, und drei werden verwendet, um Einstellungen in die Komponente zu übertragen. Da de in den Komponente enthaltene Code noch nicht ausgeführt wurde, haben einige der Pins den Wert Null.

Der nächste Schritt ist die Betrachtung der Parameter:

Der Befehl "show param" zeigt alle Parameter im HAL an. Im Moment hat jeder Parameter den Standardwert, der ihm beim Laden der Komponente zugewiesen wurde. Beachten Sie die Spalte mit der Aufschrift Dir. Die mit -W gekennzeichneten Parameter sind beschreibbare Parameter, die niemals von der Komponente selbst geändert werden, sondern vom Benutzer geändert werden sollen, um die Komponente zu steuern. Wir werden später sehen, wie man das macht. Die mit R- gekennzeichneten Parameter sind schreibgeschützt. Sie können nur von der Komponente geändert werden. Parameter mit der Bezeichnung RW schließlich sind Schreib-Lese-Parameter. Das bedeutet, dass sie von der Komponente geändert werden, aber auch vom Benutzer geändert werden können. Hinweis: Die Parameter siggen.0.update.time und siggen.0.update.tmax sind für Debugging-Zwecke und werden in diesem Abschnitt nicht behandelt.

Die meisten Echtzeitkomponenten exportieren eine oder mehrere Funktionen, um den in ihnen enthaltenen Echtzeitcode tatsächlich auszuführen. Schauen wir uns an, welche Funktion(en) siggen exportiert hat:

Die Komponente siggen exportierte eine einzige Funktion. Sie benötigt Fließkomma. Sie ist derzeit mit keinem Thread verknüpft, daher ist users gleich Null
[Die Felder CodeAddr und Arg wurden während der Entwicklung verwendet und sollten wahrscheinlich verschwinden.]
.

Um den in der Funktion siggen.0.update enthaltenen Code tatsächlich auszuführen, benötigen wir einen Echtzeit-Thread. Die Komponente namens threads wird zum Erstellen eines neuen Threads verwendet. Erstellen wir einen Thread namens "test-thread" mit einer Periode von 1 ms (1.000 µs oder 1.000.000 ns):

Mal sehen, ob das funktioniert:

Das tat es. Der Zeitraum beträgt aufgrund von Hardwarebeschränkungen nicht genau 1.000.000 ns, aber wir haben einen Thread, der ungefähr mit der richtigen Rate läuft und Gleitkommafunktionen verarbeiten kann. Der nächste Schritt besteht darin, die Funktion mit dem Thread zu verbinden:

Bis jetzt haben wir halcmd nur benutzt, um die HAL zu betrachten. Dieses Mal haben wir jedoch den Befehl addf (add function) verwendet, um tatsächlich etwas in der HAL zu ändern. Wir haben halcmd angewiesen, die Funktion siggen.0.update zum Thread test-thread hinzuzufügen, und wenn wir uns die Thread-Liste noch einmal ansehen, sehen wir, dass dies gelungen ist:

Bevor die Komponente siggen mit der Erzeugung von Signalen beginnt, ist noch ein weiterer Schritt erforderlich. Wenn die HAL zum ersten Mal gestartet wird, laufen die Threads noch nicht. Dies soll Ihnen ermöglichen, das System vollständig zu konfigurieren, bevor der Echtzeitcode startet. Sobald Sie mit der Konfiguration zufrieden sind, können Sie den Echtzeitcode wie folgt starten:

Jetzt läuft der Signalgenerator. Schauen wir uns seine Ausgangspins an:

Und schauen wir noch einmal hin:

Wir haben zwei show pin-Befehle kurz hintereinander ausgeführt, und Sie können sehen, dass die Ausgänge nicht mehr Null sind. Die Ausgänge für Sinus, Kosinus, Sägezahn und Dreieck ändern sich ständig. Der quadratische Ausgang funktioniert auch, aber er wechselt einfach bei jedem Zyklus von +1,0 auf -1,0.

Die eigentliche Stärke von HAL ist, dass man Dinge ändern kann. Wir können zum Beispiel den Befehl setp verwenden, um den Wert eines Parameters einzustellen. Ändern wir die Amplitude des Signalgenerators von 1,0 auf 5,0:

Beachten Sie, dass sich der Wert des Parameters siggen.0.amplitude auf 5 geändert hat und dass die Stifte nun größere Werte haben.

Das meiste, was wir bisher mit halcmd gemacht haben, war einfach das Anzeigen von Dingen mit dem show-Befehl. Zwei der Befehle haben jedoch tatsächlich Dinge verändert. Wenn wir komplexere Systeme mit HAL entwerfen, werden wir viele Befehle verwenden, um die Dinge genau so zu konfigurieren, wie wir sie haben wollen. HAL hat ein Gedächtnis wie ein Elefant und behält diese Konfiguration bei, bis wir es abschalten. Aber was ist beim nächsten Mal? Wir wollen nicht jedes Mal, wenn wir das System benutzen wollen, eine Reihe von Befehlen manuell eingeben.

Die Ausgabe des Befehls save ist eine Folge von HAL-Befehlen. Wenn Sie mit einer leeren HAL beginnen und alle diese Befehle ausführen, erhalten Sie die Konfiguration, die zum Zeitpunkt der Ausgabe des Befehls save bestand. Um diese Befehle zur späteren Verwendung zu speichern, leiten wir die Ausgabe einfach in eine Datei um:

Wenn Sie mit Ihrer HAL-Sitzung fertig sind, geben Sie an der Eingabeaufforderung halcmd:`das Kommando `exit ein. Damit kehren Sie zur System-Eingabeaufforderung zurück und beenden die HAL-Sitzung. Schließen Sie nicht einfach das Terminalfenster, ohne die HAL-Sitzung zu beenden.

Um die in der Datei "saved.hal" gespeicherte HAL-Konfiguration wiederherzustellen, müssen wir alle diese HAL-Befehle ausführen. Dazu verwenden wir "-f <Dateiname>'" das die Befehle aus einer Datei liest, und "-I" (Großbuchstabe i), das die halcmd-Eingabeaufforderung nach Ausführung der Befehle anzeigt:

Beachten Sie, dass das Kommando "start" in saved.hal nicht vorhanden ist. Sie müssen dies erneut erteilen (oder die Datei saved.hal bearbeiten, um dies dort hinzuzufügen).

Wenn eine HAL-Sitzung unerwartet beendet wird, müssen Sie möglicherweise HAL entladen, bevor eine neue Sitzung beginnen kann. Geben Sie dazu den folgenden Befehl in ein Terminalfenster ein.

Jetzt laden wir die Komponente Schrittimpulsgenerator. Eine detaillierte Beschreibung dieser Komponente finden Sie im Abschnitt stepgen des Integrator-Handbuchs. In diesem Beispiel verwenden wir den Steuertyp velocity von StepGen. Für den Moment können wir die Details überspringen und einfach die folgenden Befehle ausführen.

In diesem Beispiel wird der Kontrolltyp velocity aus der Komponente stepgen verwendet.

Der erste Befehl lädt zwei Schrittgeneratoren, die beide so konfiguriert sind, dass sie den Schritttyp 0 erzeugen. Der zweite Befehl lädt unseren alten Freund siggen, und der dritte Befehl erzeugt zwei Threads, einen schnellen mit einer Periode von 50 Mikrosekunden (µs) und einen langsamen mit einer Periode von 1 Millisekunde (ms). Der schnelle Thread unterstützt keine Fließkommafunktionen.

Wie zuvor können wir halcmd show verwenden, um einen Blick auf die HAL zu werfen. Diesmal haben wir viel mehr Pins und Parameter als zuvor:

Wir haben also zwei Schrittimpulsgeneratoren und einen Signalgenerator. Nun ist es an der Zeit, einige HAL-Signale zu erzeugen, um die beiden Komponenten zu verbinden. Wir tun so, als ob die beiden Schrittimpulsgeneratoren die X- und Y-Achse einer Maschine antreiben würden. Wir wollen den Tisch im Kreis bewegen. Dazu senden wir ein Kosinussignal an die X-Achse und ein Sinussignal an die Y-Achse. Das siggen-Modul erzeugt den Sinus und den Cosinus, aber wir brauchen "Drähte", um die Module miteinander zu verbinden. Im HAL werden diese "Drähte" Signale genannt. Wir müssen zwei davon erstellen. Wir können sie nennen, wie wir wollen, in diesem Beispiel werden sie X-vel und Y-vel heißen. Das Signal "X-vel" soll vom Cosinus-Ausgang des Signalgenerators zum Geschwindigkeitseingang des ersten Schrittimpulsgenerators führen. Der erste Schritt besteht darin, das Signal mit dem Ausgang des Signalgenerators zu verbinden. Um ein Signal mit einem Pin zu verbinden, verwenden wir den Netzbefehl.

Um die Wirkung des Befehls net zu sehen, zeigen wir die Signale erneut.

Wenn ein Signal mit einem oder mehreren Pins verbunden ist, listet der Befehl show die Pins unmittelbar nach dem Signalnamen auf. Der "Pfeil" zeigt die Richtung des Datenflusses an - in diesem Fall fließen die Daten vom Pin siggen.0.cosine zum Signal X-vel. Schließen wir nun das Signal X-vel an den Geschwindigkeitseingang eines Schrittimpulsgenerators an.

Wir können auch das Signal der Y-Achse Y-vel anschließen. Es soll vom Sinusausgang des Signalgenerators zum Eingang des zweiten Schrittimpulsgenerators laufen. Der folgende Befehl erreicht in einer Zeile, was zwei net-Befehle für X-vel erreicht haben.

Werfen wir nun einen letzten Blick auf die Signale und die mit ihnen verbundenen Pins.

Der Befehl show sig macht deutlich, wie genau die Daten durch den HAL fließen. Zum Beispiel kommt das X-vel-Signal von Pin siggen.0.cosine und geht zu Pin stepgen.0.velocity-cmd.

Wenn man sich vorstellt, dass Daten durch "Drähte" fließen, sind Pins und Signale recht einfach zu verstehen. Threads und Funktionen sind da schon etwas schwieriger. Funktionen enthalten die Computeranweisungen, welche die eigentliche Arbeit erledigen. Threads sind die Methode, mit der diese Anweisungen ausgeführt werden, wenn sie benötigt werden. Schauen wir uns zunächst die Funktionen an, die uns zur Verfügung stehen.

Im Allgemeinen müssen Sie in der Dokumentation der einzelnen Komponenten nachschlagen, um zu erfahren, was ihre Funktionen bewirken. In diesem Fall wird die Funktion siggen.0.update verwendet, um die Ausgänge des Signalgenerators zu aktualisieren. Jedes Mal, wenn sie ausgeführt wird, berechnet sie die Werte der Sinus-, Kosinus-, Dreieck- und Quadratausgänge. Um glatte Signale zu erzeugen, muss sie in bestimmten Intervallen ausgeführt werden.

Die anderen drei Funktionen beziehen sich auf die Schrittimpulsgeneratoren.

Die erste, stepgen.capture_position, wird für die Positionsrückmeldung verwendet. Sie erfasst den Wert eines internen Zählers, der die Schrittimpulse zählt, während sie erzeugt werden. Unter der Annahme, dass keine Schritte ausgelassen werden, zeigt dieser Zähler die Position des Motors an.

Die Hauptfunktion für den Schrittimpulsgenerator ist stepgen.make_pulses. Jedes Mal, wenn make_pulses läuft, entscheidet es, ob es Zeit ist, einen Schritt zu machen, und wenn ja, setzt es die Ausgänge entsprechend. Um gleichmäßige Schrittimpulse zu erhalten, sollte er so oft wie möglich laufen. Weil es so schnell laufen muss, ist make_pulses stark optimiert und führt nur wenige Berechnungen durch. Im Gegensatz zu den anderen Programmen benötigt es keine Fließkommaberechnungen.

Die letzte Funktion, stepgen.update-freq, ist für die Skalierung und einige andere Berechnungen zuständig, die nur durchgeführt werden müssen, wenn sich der Frequenzbefehl ändert.

Für unser Beispiel bedeutet dies, dass wir siggen.0.update mit einer moderaten Rate ausführen wollen, um die Sinus- und Kosinuswerte zu berechnen. Unmittelbar nachdem wir siggen.0.update ausgeführt haben, wollen wir stepgen.update_freq ausführen, um die neuen Werte in den Schrittimpulsgenerator zu laden. Schließlich müssen wir stepgen.make_pulses so schnell wie möglich ausführen, um gleichmäßige Impulse zu erhalten. Da wir keine Positionsrückmeldung verwenden, brauchen wir stepgen.capture_position überhaupt nicht auszuführen.

Wir führen Funktionen aus, indem wir sie zu Threads hinzufügen. Jeder Thread läuft mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Schauen wir uns an, welche Threads wir zur Verfügung haben.

Die beiden Threads wurden erstellt, als wir threads geladen haben. Der erste, slow, läuft jede Millisekunde und ist in der Lage, Gleitkommafunktionen auszuführen. Wir werden ihn für siggen.0.update und stepgen.update_freq verwenden. Der zweite Thread ist "schnell" (engl. fast), der alle 50 Mikrosekunden (µs) läuft und keine Fließkommafunktionen unterstützt. Wir werden ihn für stepgen.make_pulses verwenden. Um die Funktionen mit dem richtigen Thread zu verbinden, verwenden wir den Befehl addf. Wir geben zuerst die Funktion und dann den Thread an.

Nachdem wir diese Befehle gegeben haben, können wir den Befehl show thread erneut ausführen, um zu sehen, was passiert ist.

Nun folgen auf jeden Thread die Namen der Funktionen in der Reihenfolge, in der sie ausgeführt werden sollen.

Wir sind fast bereit, unser HAL-System zu starten. Allerdings müssen wir noch ein paar Parameter anpassen. Standardmäßig erzeugt die siggen-Komponente Signale, die von +1 bis -1 schwanken. Für unser Beispiel ist das in Ordnung, denn wir wollen, dass die Tischgeschwindigkeit zwischen +1 und -1 Zoll pro Sekunde schwankt. Die Skalierung des Schrittimpulsgenerators ist jedoch nicht ganz richtig. Standardmäßig erzeugt er eine Ausgangsfrequenz von 1 Schritt pro Sekunde bei einem Eingang von 1,0. Es ist unwahrscheinlich, dass ein Schritt pro Sekunde eine Tischbewegung von einem Zoll pro Sekunde ergibt. Nehmen wir stattdessen an, dass wir eine Leitspindel mit 5 Umdrehungen pro Zoll haben, die an einen Schrittmotor mit 200 Schritten pro Umdrehung und 10-fachem Mikroschritt angeschlossen ist. Eine Umdrehung der Spindel erfordert also 2000 Schritte und 5 Umdrehungen, um einen Zoll zu bewegen. Das bedeutet, dass die Gesamtskalierung 10000 Schritte pro Zoll beträgt. Wir müssen die Geschwindigkeitseingabe für den Schrittimpulsgenerator mit 10000 multiplizieren, um die richtige Ausgabe zu erhalten. Genau dafür ist der Parameter stepgen.n.velocity-scale gedacht. In diesem Fall haben sowohl die X- als auch die Y-Achse die gleiche Skalierung, also setzen wir die Skalierungsparameter für beide auf 10000.

Diese Geschwindigkeitssskalierung bedeutet, dass der Schrittgenerator 10000 Impulse pro Sekunde (10 kHz) erzeugt, wenn der Stift stepgen.0.velocity-cmd 1.0 beträgt. Bei der oben beschriebenen Motor- und Vortriebsschraube führt dies dazu, dass sich die Achse mit genau 1,0 Zoll pro Sekunde bewegt. Dies zeigt ein wichtiges, grundlegendes HAL-Konzept - Dinge wie Skalierung werden auf möglichst niedrigem Niveau durchgeführt, in diesem Fall im Schrittimpulsgenerator. Das interne Signal X-vel ist die Geschwindigkeit der Tabelle in Zoll pro Sekunde, und andere Komponenten wie siggen wissen überhaupt nicht (oder kümmern) über die Skalierung. Wenn wir die Leadcrew oder den Motor ändern, würden wir nur den Skalierungsparameter des Schrittimpulsgenerators ändern.

Wir haben nun alles konfiguriert und können es starten. Genau wie im ersten Beispiel verwenden wir den Befehl start.

Obwohl scheinbar nichts passiert, gibt der Schrittimpulsgenerator im Computer jede Sekunde Schrittimpulse aus, die von 10 kHz vorwärts bis 10 kHz rückwärts und wieder zurück reichen. Später in diesem Lernprogramm werden wir sehen, wie man diese internen Signale ausgibt, um Motoren in der realen Welt zu betreiben, aber zuerst wollen wir uns die Signale ansehen und sehen, was passiert.

An diesem Punkt ist Halscope einsatzbereit. Wir haben bereits eine Abtastrate und eine Aufzeichnungslänge gewählt, so dass der nächste Schritt darin besteht, zu entscheiden, was wir uns ansehen wollen. Dies ist gleichbedeutend mit dem Anschließen von "virtuellen Oszilloskop-Sonden" an den HAL. Halscope verfügt über 16 Kanäle, aber die Anzahl, die Sie gleichzeitig verwenden können, hängt von der Aufzeichnungslänge ab - mehr Kanäle bedeuten kürzere Aufzeichnungen, da der für die Aufzeichnung verfügbare Speicher auf etwa 16.000 Samples festgelegt ist.

Die Kanalschaltflächen befinden sich am unteren Rand des Halskop-Bildschirms. Wenn Sie auf die Schaltfläche "1" klicken, wird das Dialogfeld "Select Channel Source" (Kanalquelle auswählen) angezeigt, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Dieser Dialog ist dem von Halmeter verwendeten Dialog sehr ähnlich. Wir möchten uns die Signale ansehen, die wir zuvor definiert haben, also klicken wir auf die Registerkarte "Signale", und der Dialog zeigt alle Signale im HAL an (in diesem Beispiel nur zwei).

Um ein Signal auszuwählen, klicken Sie es einfach an. In diesem Fall möchten wir, dass auf Kanal 1 das Signal "X-vel" angezeigt wird. Klicken Sie auf die Registerkarte "Signale" und dann auf "X-vel". Das Dialogfeld schließt sich und der Kanal ist nun ausgewählt.

Die Taste für Kanal 1 wird gedrückt, und die Kanalnummer 1 und die Bezeichnung "X-vel" erscheinen unter der Tastenreihe. Diese Anzeige zeigt immer den ausgewählten Kanal an - Sie können mehrere Kanäle auf dem Bildschirm haben, aber der ausgewählte Kanal ist hervorgehoben, und die verschiedenen Steuerelemente wie vertikale Position und Skalierung funktionieren immer für den ausgewählten Kanal.

Um ein Signal zu Kanal 2 hinzuzufügen, klicken Sie auf die Schaltfläche "2". Wenn der Dialog angezeigt wird, klicken Sie auf die Registerkarte "Signale" und dann auf "Y-vel". Wir wollen uns auch die Rechteck- und Dreieckswellenausgänge ansehen. Es sind keine Signale mit diesen Pins verbunden, daher verwenden wir stattdessen die Registerkarte "Pins". Für Kanal 3 wählen Sie siggen.0.triangle und für Kanal 4 siggen.0.square.

Nachdem wir nun mehrere Sonden an den HAL angeschlossen haben, ist es an der Zeit, einige Wellenformen zu erfassen. Zum Starten des Oszilloskops klicken Sie auf die Schaltfläche "Normal" im Abschnitt "Run Mode" des Bildschirms (oben rechts). Da wir eine Aufzeichnungslänge von 4000 Samples haben und 1000 Samples pro Sekunde erfassen, wird halscope etwa 2 Sekunden brauchen, um die Hälfte seines Puffers zu füllen. Während dieser Zeit zeigt ein Fortschrittsbalken direkt über dem Hauptbildschirm an, dass der Puffer gefüllt ist. Sobald der Puffer halb voll ist, wartet das Scope auf einen Trigger. Da wir noch keinen konfiguriert haben, wird es ewig warten. Um es manuell auszulösen, klicken Sie auf die Schaltfläche "Erzwingen" im Abschnitt "Auslöser" oben rechts. Sie sollten sehen, wie sich der Rest des Puffers füllt, und dann werden die erfassten Wellenformen auf dem Bildschirm angezeigt. Das Ergebnis sieht ungefähr so aus wie in der folgenden Abbildung.

Das Feld Ausgewählter Kanal am unteren Rand zeigt an, dass die violette Kurve die aktuell ausgewählte Kurve ist, Kanal 4, der den Wert des Pins siggen.0.square anzeigt. Klicken Sie auf die Kanalschaltflächen 1 bis 3, um die anderen drei Spuren zu markieren.

Die Spuren sind nur schwer zu unterscheiden, da alle vier übereinander liegen. Um dies zu beheben, verwenden wir die "Vertikal"-Steuerungen in der Box auf der rechten Seite des Bildschirms. Diese Regler wirken sich auf den aktuell ausgewählten Kanal aus. Bei der Einstellung der Verstärkung ist zu beachten, dass sie einen riesigen Bereich abdeckt - im Gegensatz zu einem echten Oszilloskop kann dieses Gerät Signale von sehr kleinen (Pico-Einheiten) bis zu sehr großen (Tera-Einheiten) anzeigen. Mit dem Positionsregler wird die angezeigte Kurve nur über die Höhe des Bildschirms nach oben und unten bewegt. Für größere Einstellungen sollte die Offset-Taste verwendet werden.

Die große Schaltfläche Ausgewählter Kanal am unteren Rand zeigt an, dass Kanal 1 der aktuell ausgewählte Kanal ist und dass er mit dem X-vel-Signal übereinstimmt. Versuchen Sie, auf die anderen Kanäle zu klicken, um ihre Spuren sichtbar zu machen und sie mit dem Pos-Cursor verschieben zu können.

Die Verwendung des Button "Erzwingen" ist eine eher unbefriedigende Art, das Oszilloskop auszulösen. Um eine echte Triggerung einzurichten, klicken Sie auf die Schaltfläche "Quelle" unten rechts. Daraufhin wird das Dialogfeld "Trigger Source" (Triggerquelle) angezeigt, das einfach eine Liste aller derzeit angeschlossenen Sonden enthält. Wählen Sie eine Sonde für die Triggerung aus, indem Sie auf sie klicken. In diesem Beispiel verwenden wir Kanal 3, die Dreieckswelle, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Nachdem Sie die Triggerquelle eingestellt haben, können Sie den Triggerpegel und die Triggerposition mit den Schiebereglern im Feld "Trigger" am rechten Rand einstellen. Der Pegel kann vom oberen bis zum unteren Rand des Bildschirms eingestellt werden und wird unter den Schiebereglern angezeigt. Die Position ist die Lage des Auslösepunkts innerhalb der gesamten Aufzeichnung. Ist der Schieberegler ganz unten, befindet sich der Auslösepunkt am Ende der Aufzeichnung, und halscope zeigt an, was vor dem Auslösepunkt passiert ist. Wenn der Schieberegler ganz nach oben geschoben ist, befindet sich der Auslösepunkt am Anfang des Datensatzes und es wird angezeigt, was nach dem Auslösen passiert ist. Der Triggerpunkt ist als vertikale Linie in der Fortschrittsanzeige über dem Bildschirm sichtbar. Die Triggerpolarität kann durch Klicken auf die Schaltfläche direkt unter der Triggerpegelanzeige geändert werden. Sie wird dann absteigend. Beachten Sie, dass die Änderung der Triggerposition das Oszilloskop anhält, sobald die Position angepasst wurde, starten Sie das Oszilloskop erneut, indem Sie auf die Schaltfläche Normal des Run-Modus der Gruppe klicken.

Nachdem wir nun die vertikalen Regler und die Triggerung eingestellt haben, sieht die Anzeige des Oszilloskops etwa wie in der folgenden Abbildung aus.

Um einen Teil einer Wellenform genauer zu betrachten, können Sie den Zoom-Schieberegler am oberen Rand des Bildschirms verwenden, um die Wellenformen horizontal zu erweitern, und den Positionsschieberegler, um zu bestimmen, welcher Teil der gezoomten Wellenform sichtbar ist. Manchmal reicht es jedoch nicht aus, die Wellenformen einfach zu vergrößern, und Sie müssen die Abtastrate erhöhen. Wir möchten uns zum Beispiel die tatsächlichen Schrittimpulse ansehen, die in unserem Beispiel erzeugt werden. Da die Schrittimpulse möglicherweise nur 50 µs lang sind, ist eine Abtastrate von 1 kHz nicht schnell genug. Um die Abtastrate zu ändern, klicken Sie auf die Schaltfläche, welche die Anzahl der Abtastungen und die Abtastrate anzeigt, um das Dialogfeld "Abtastrate auswählen" aufzurufen, Abbildung . In diesem Beispiel klicken wir auf den 50 µs-Thread "schnell", wodurch wir eine Abtastrate von etwa 20 kHz erhalten. Statt 4 Sekunden Daten anzuzeigen, besteht ein Datensatz nun aus 4000 Samples bei 20 kHz, also etwa 0,20 Sekunden.

Schauen wir uns nun die Schrittimpulse an. Halscope hat 16 Kanäle, aber für dieses Beispiel verwenden wir nur 4 auf einmal. Bevor wir weitere Kanäle auswählen, müssen wir ein paar ausschalten. Klicken Sie auf die Schaltfläche für Kanal 2 und dann auf die Schaltfläche "Kanal aus" am unteren Rand des Feldes "Vertikal". Klicken Sie dann auf Kanal 3, schalten Sie ihn aus, und tun Sie dasselbe für Kanal 4. Auch wenn die Kanäle ausgeschaltet sind, wissen sie immer noch, womit sie verbunden sind, und wir werden weiterhin Kanal 3 als Triggerquelle verwenden. Um neue Kanäle hinzuzufügen, wählen Sie Kanal 5 und den Pin stepgen.0.dir, dann Kanal 6 und stepgen.0.step. Klicken Sie dann auf den Ausführungsmodus Normal, um das Oszilloskop zu starten, und stellen Sie den horizontalen Zoom auf 5 ms pro Teilung ein. Sie sollten sehen, dass sich die Schrittimpulse verlangsamen, wenn sich der Geschwindigkeitsbefehl (Kanal 1) dem Wert Null nähert, dann ändert der Richtungspin seinen Zustand und die Schrittimpulse werden wieder schneller. Erhöhen Sie die Verstärkung von Kanal 1 auf etwa 20 Milli pro Division, um die Änderung des Geschwindigkeitsbefehls besser zu erkennen. Das Ergebnis sollte wie in der folgenden Abbildung aussehen.

Wenn Sie mehr Samples auf einmal aufnehmen wollen, starten Sie realtime neu und laden Sie halscope mit einem numerischen Argument, das die Anzahl der Samples angibt, die Sie aufnehmen wollen.

Wenn die Komponente scope_rt noch nicht geladen war, lädt halscope sie und fordert 80000 Gesamtsamples an, so dass bei der Abtastung von 4 Kanälen gleichzeitig 20000 Samples pro Kanal zur Verfügung stehen. (Wenn scope_rt bereits geladen war, hat das numerische Argument für halscope keine Auswirkungen).