Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica. IE 0502 Proyecto Eléctrico

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1 Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica IE 0502 Proyecto Eléctrico Programa multiplataforma de adquisición y despliegue de datos para los osciloscopios Tektronix TDS 200-Series. Por: Walter Alonso López Herrera Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Diciembre del 2008

2 Programa multiplataforma de adquisición y despliegue de datos para los osciloscopios Tektronix TDS 200-Series. Por: Walter Alonso López Herrera Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal: Ing. Andrés Díaz Soto Profesor Guía Ing. Rodrigo García León Profesor lector M.Sc. Luis Loría Chavarría Profesor lector ii

3 DEDICATORIA A DIOS que me ha dado todo lo que tengo en la vida y a mi familia por todo su apoyo y comprensión. iii

4 ÍNDICE GENERAL DEDICATORIA... iii ÍNDICE GENERAL... iv ÍNDICE DE FIGURAS... vi ÍNDICE DE CUADROS... vii NOMENCLATURA...viii RESUMEN... ix CAPÍTULO 1: Introducción Justificación Objetivos Objetivo general Objetivos específicos Metodología CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico El sistema operativo GNU/Linux [1,2,3] El sistema operativo Microsoft Windows XP [4,5] Características más importantes de este sistema operativo: Osciloscopio Tektronix TDS 200-Series Comunicación por puerto serial utilizando el protocolo RS Tipos de comunicación serial. [6] El protocolo RS-232. [6] Ajustes de la comunicación serial Escogencia del lenguaje de programación Otras bibliotecas utilizadas Introducción a Python y sus bibliotecas GNU/Linux Microsoft Windows XP Introducción a la biblioteca pyserial CAPÍTULO 3: Comunicación con el osciloscopio Comunicación serial a través de la biblioteca pyserial Abrir un puerto serial: Cerrar un puerto serial: Escribir a través de un puerto serial: Parámetros de comunicación serial Funcionamiento del programa de control entre el osciloscopio y la computadora Principales comandos para la comunicación con el osciloscopio Comandos unidireccionales Comandos Bidireccionales Estructura de la transmisión de datos Tiempo en la transmisión de datos en formato binario iv

5 CAPÍTULO 4: Realización de la Interfaz Gráfica Introducción a wxpython Control de la interfaz gráfica Estructura del software Clases MyFrame Desplegado de muestras en pantalla Descripción de la Interfaz Gráfica Seguimiento para manejar la interfaz gráfica Controles Botón capturar H.DIV V.DIV Canales Parámetros de la señal Barra de estado Estado de conexión CAPÍTULO 5: Pruebas y errores Conexión en Microsoft Windows XP Conexión en GNU/Linux Ubuntu Errores encontrados CAPÍTULO 6: Conclusiones y recomendaciones Conclusiones Recomendaciones BIBLIOGRAFÍA ANEXOS Manual del Usuario Uso del software para controlar el osciloscopio Código Fuente Comunicación con el Osciloscopio Manejo de la Interfaz Gráfica v

6 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Conector DB25 [8] Figura 2. Conector DB9 [9] Figura 3. Pantalla inicial con wxpython Figura 4. Pantalla principal de la interfaz gráfica Figura 5. Error en la conexión con el puerto serial Figura 6. Conexión con el puerto serial realizada satisfactoriamente Figura 7. Capturando información del canal Figura 8. Modificación de las divisiones horizontales Figura 9. Divisiones verticales del canal Figura 10. Divisiones verticales del canal Figura 11. Cambiar los colores a las ondas Figura 12. Toma de medidas de los dos canales a la vez Figura 14. Guardar gráfica en un archivo de imagen Figura 15. Archivo que guarda una copia de la imagen del osciloscopio. 63 Figura 16. Interfaz gráfica en el S.O. GNU/Linux Ubuntu vi

7 ÍNDICE DE CUADROS Cuadro 2.1 Asignación de pines, conector DB25. [1] Cuadro 2.2 Asignación de pines, conector DB-9. [1] Cuadro 2.3 Paquetes necesarios para realizar el proyecto. [10, 11, 12] Cuadro 5.1 Salida del archivo de medición de voltajes vii

8 NOMENCLATURA GNU/Linux GNU/Linux es la denominación definida por Richard Stallman y otros para el sistema operativo que utiliza el kernel Linux en conjunto con las aplicaciones de sistema creadas por el proyecto GNU. Comúnmente este sistema operativo es denominado simplemente como Linux. Baud rate Velocidad a la cual son transmitidos los datos de telecomunicación, medida en bytes por segundos. Bit Acrónimo de dígito binario (Binary Digit, por sus siglas en inglés), es la unidad mínima de almacenamiento utilizada en la informática. Byte Es un conjunto de ocho bits. viii

9 RESUMEN El proyecto se realizó con el objetivo principal de desarrollar un programa multiplataforma que permitiera adquirir datos desde un osciloscopio Tektronix TDS 200- Series mediante el puerto RS-232 y desplegarlos al usuario mediante una interfaz gráfica para su visualización y manipulación. Se realizó toda la investigación necesaria para poder elegir el lenguaje de programación y las bibliotecas que más se adecuaran para conseguir los objetivos del proyecto. Se realizaron todas las pruebas y correcciones necesarias al programa y se obtuvieron resultados satisfactorios que comprobaron el cumplimiento final de los objetivos que fueron planteados en un inicio. Las pruebas fueron realizadas bajo las Plataformas de Microsoft Windows XP y GNU/Linux, en ambos sistemas operativos se realizaron pruebas enfocadas a la estabilidad del programa y el fallo por acciones humanas mientras el sistema se encontraba en funcionamiento. Al proyecto aún posee gran potencial y se pueden lograr grandes avances como utilizar el programa no solo con los osciloscopios Tektronix, sino también para realizar cálculos matemáticos y la utilización en otras áreas de la ingeniería eléctrica como el control automático, también realizar la interfaz gráfica para que sea accesible a través de la Internet, en otras palabras que posea acceso remoto; con esto se busca lograr un alto grado de robustez que le brinden al proyecto la seguridad para poder ser utilizado por cualquier usuario en sistemas multiplataforma sin ningún problema. ix

10 CAPÍTULO 1: Introducción 1.1 Justificación El presente proyecto pretende desarrollar una interfaz gráfica de comunicación serial con osciloscopios, que sea más manejable y amigable para los estudiantes y profesores de la Escuela de Ingeniería Eléctrica que utilizan las herramientas que proveen los osciloscopios Tektronix TDS 200-Series, el objetivo principal es aplicar el proyecto en los cursos de laboratorio impartidos en la Universidad. Debido al incremento que presenta el uso del sistema operativo GNU/Linux dentro de la Escuela y que ha sido adoptado por profesores y estudiantes, además de la gran difusión que tiene el sistema operativo Microsoft Windows XP entre las personas, se decidió que el proyecto fuera capaz de trabajar con ambos sistemas operativos, para que de esta forma más personas puedan tener acceso al mismo. Dentro de este marco se desarrolla el proyecto, el cuál intenta que el osciloscopio sea utilizado en los sistemas operativos mencionados y poder ayudar a los usuarios que utilizan el dispositivo a realizar sus tareas de una manera más sencilla y eficaz. El proyecto tendrá la ventaja de que será realizado bajo un marco de software libre y que cualquier persona que lo utilice pueda realizar e implementar mejoras y aumentar la cantidad de funciones para que con el transcurso del tiempo sea utilizado de manera progresiva por más usuarios. 9

11 1.2 Objetivos Objetivo general Desarrollar un programa multiplataforma que permita adquirir datos desde un osciloscopio Tektronix TDS 200-Series mediante el puerto RS-232 y desplegarlos al usuario mediante una interfaz gráfica para su visualización y manipulación Objetivos específicos Seleccionar el lenguaje de programación y bibliotecas que se utilizarán para poder realizar el desarrollo de la aplicación, utilizando criterios tales como rendimiento, flexibilidad, espacio en disco duro, entre otros. Desarrollar un programa que realice la conexión por medio del puerto serial en las plataformas de Microsoft Windows XP y GNU/Linux. Desarrollar un programa de interfaz gráfica que sea capaz de desplegar datos, gráficos y algunas opciones de configuración a partir de la información que proporciona el osciloscopio. 10

12 1.3 Metodología El punto de inicio del proyecto fue la identificación del objetivo general y los objetivos específicos. Adicionalmente se delimitaron las funciones que el programa debería realizar. Seguidamente, se seleccionaron las herramientas que se van a utilizar, tales como el lenguaje de programación y las bibliotecas que se emplearon para la construcción de la comunicación serial y su interfaz gráfica. Se investigaron las capacidades de cada herramienta que se utilizó en el proyecto y se realizó un esquema de procedimiento para la realización del mismo. Se inició el desarrollo del programa, con el abordaje de cada parte del proyecto, de la manera más independiente posible, esto porque se trabaja en sistemas operativos diferentes que necesitan de bibliotecas diferentes para su correcto funcionamiento, y finalmente se unificó todo el proceso con una misma interfaz gráfica. Se elaboró un programa fuente utilizando, tanto el lenguaje de programación Python como las bibliotecas de comunicación serial que este posee para la comunicación serial con los sistemas operativos Microsoft Windows XP y GNU/Linux con el osciloscopio. Se creó una única interfaz gráfica para ambos sistemas operativos que fuera capaz de realizar las funciones básicas que se obtienen a partir del osciloscopio Tektronix utilizado para el proyecto. 11

13 Se realizaron pruebas de comunicación y ejecución en ambos sistemas operativos para determinar la estabilidad y veracidad de los datos que se obtienen a través del programa y se realizaron las modificaciones y adaptaciones que fueron necesarias para evitar problemas de cualquier clase durante la ejecución del programa. Se realizó toda la documentación necesaria del programa, por ejemplo sus capacidades y opciones de configuración para que cualquier persona pueda aprender y utilizar el programa de manera rápida y sencilla. 12

14 CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico 2.1 El sistema operativo GNU/Linux [1,2,3] GNU/Linux es el nombre que se le da al sistema operativo de distribución libre y código abierto desarrollado en un principio por Linus Torvalds a principio de los años noventa (1991) y el proyecto GNU, fundado por Richard Stallman en El término Linux se refiere estrictamente al núcleo o Kernel creado en un principio por Torvalds y GNU/Linux al sistema operativo final, que utiliza bibliotecas y herramientas desarrolladas por el proyecto GNU y muchos otros proyectos y grupos de software. El término Linux también es usada comúnmente para referirse a las diferentes distribuciones de Linux, como por ejemplo Debian, Ubuntu, Knoppix, entre otras, las cuales son colecciones de software que suelen contener grandes cantidades de paquetes además del núcleo principal. Una gran cantidad de programadores alrededor del mundo han colaborado también en el mejoramiento y creación de nuevas aplicaciones exclusivas para GNU/Linux, esto gracias a que este sistema operativo es software libre, esto se refiere a que las personas que deseen utilizar este software y desee cambiar el código fuente pueda hacerlo sin ningún problema para implementar mejoras que se necesiten aplicar, siempre y cuando se cumpla con la licencia GNU que utiliza este sistema operativo. Además se puede transmitir el código y programas de manera libre y gratuita; todos estos puntos han dado como resultado un trabajo conjunto con un fin común: proveer a la informática de un sistema cada vez más útil y estable. 13

15 En lo referente a los lenguajes de programación, Linux posee una amplia colección de utilidades para la programación en GNU. Además posee la capacidad de compilar Python, C, C++, Java, Ada, Perl entre otra gran cantidad de lenguajes. Su alta eficiencia, gran portabilidad, variada gama de software libre compatible y muchas otras características, hacen que el sistema Linux represente una versátil plataforma de investigación y desarrollo de aplicaciones. Al ser un sistema operativo de código abierto, Linux ha sufrido un crecimiento acelerado en muy poco tiempo. 2.2 El sistema operativo Microsoft Windows XP [4,5] El sistema operativo Windows XP es una línea desarrollada por Microsoft, con una gran difusión a nivel mundial. Se considera que este sistema es utilizado por cerca de 400 millones de personas alrededor del mundo. Las letras XP provienen de la palabra experience ( experiencia en español). Esta versión salió a la venta a partir octubre del 2001 y es software privativo que trabaja con licencias. Comparando esta versión de sistema operativo con sus antecesores, presenta mejoras en la estabilidad y eficiencia. Su interfaz gráfica mejoró significativamente con respecto a las versiones anteriores. 14

16 2.2.1 Características más importantes de este sistema operativo: La confiabilidad es un aspecto que en cada versión que ha puesto a la venta Microsoft ha ido mejorando, en este caso, se tomó como base el Windows 2000 utilizando un modelo con arquitectura de 32 y 64 bits, dando así soporte a una gran parte de errores con los que se trabajaban en versiones anteriores. El rendimiento con procedimientos como memoria escalable y soporte a los procesadores, además de una arquitectura de multitareas preventivas. Facilidad de uso. Las versiones anteriores de sistemas operativos, han popularizado la aplicación por este software para labores cotidianas. La gran cantidad de herramientas privativas que posee a nivel de productividad ha ayudado a su difusión. Además de herramientas para administración, implementación y soporte para realizar trabajos con mayor facilidad. Windows XP es un sistema operativo que administra los recursos de sistema, tales como la memoria, el tiempo de la CPU y las operaciones de los archivos con objeto de iniciar el sistema lo antes posible. Además provee un buen rendimiento y fiabilidad, datos revelados de sus creadores y publicados en la página web de Microsoft; lo que lo ha hecho convertirse en el mayor paquete de software instalado en las computadoras de escritorio. 15

17 2.3 Osciloscopio Tektronix TDS 200-Series El osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Los osciloscopios Tektronix TDS 200-Series son dispositivos de captura en tiempo real, de memoria digital y de bajo costo. Se ha implementado con gran éxito alrededor del mundo por su flexibilidad, versatilidad y prestaciones. En sí la serie TDS 200 proporciona las ventajas anteriormente citadas a un precio tan reducido como el de los osciloscopios analógicos. Posee velocidades de muestreo de entre 10 y 16 veces el ancho de banda de todos los canales simultáneamente, además de una adquisición precisa y en tiempo real en todo el ancho de banda del osciloscopio. En cuanto a versatilidad y flexibilidad, se puede decir que el equipo, debido a su tamaño permite que sea transportado de un sitio a otro con facilidad o guardarlo cuando no se vaya a utilizar. La interfaz del usuario es similar a la de los osciloscopios analógicos, pero incluye mejoras que disminuye el tiempo de aprendizaje e incrementa la eficiencia. osciloscopios: A continuación se presentan algunas características y beneficios de estos 60 Mhz o 100 Mhz con una velocidad de muestreo de 1GS/s en todos los canales. Doble base de tiempos. Medidas automáticas. Interfaz del usuario en diferentes idiomas. 16

18 Ajuste automático (Autoset). Memoria de configuración y formas de ondas. Se pueden ampliar las capacidades del osciloscopio mediante módulos opcionales, programas y accesorios de sondas. 2.4 Comunicación por puerto serial utilizando el protocolo RS El puerto serial es una interfaz de comunicaciones entre dos dispositivos, normalmente se utiliza entre una computadora y un dispositivo periférico, como por ejemplo un ratón, un teclado o incluso un osciloscopio. La información es transferida por medio de bits enviando o recibiendo un bit a la vez, empleando un protocolo de envío y recepción de datos en forma secuencial. De esta forma los bytes son enviados como una serie de bits, espaciados por periodos cortos de tiempo seguidos unos de otros. También se reconocen con los nombres de puertos de comunicación (COM en Windows y ttys en GNU/Linux), el protocolo que utiliza es el RS Tipos de comunicación serial. [6] Una forma de clasificación de las comunicaciones seriales es de forma: sincrónica y asincrónica. En la comunicación serial sincrónica, se deben llevar control del flujo de datos con una línea adicional que maneja pulsos de reloj, y dependiendo de estos pulsos se 17

19 indica en qué momento un dato es válido o no. Todo tiene una secuencia y es dependiente del reloj. En la comunicación serial asincrónica, no son necesarios los pulsos de reloj ya que la duración de cada bit es determinada por la velocidad con la cual se realiza la transferencia de datos. Cuando no se realizan transmisiones a través del canal de comunicación, el transmisor coloca esta línea en alto (idle); cuando se va a iniciar la transmisión de un dato, se coloca esta línea en bajo durante un tiempo determinado, lo cual se conoce como bit de arranque y a continuación empieza a transmitir con un intervalo de tiempo los bits correspondientes al dato, empezando siempre por el bit menos significativo, y terminando con el bit más significativo. El transmisor y el receptor deberán tener los mismos parámetros configurados como los son la paridad, velocidad, número de bits del dato transmitido y del bit de parada para que la comunicación se realice de manera satisfactoria. Existe también otra normativa de clasificación, la cual se presenta a continuación [7] : Simplex: En este tipo de transmisión, el transmisor y el receptor están perfectamente definidos y la comunicación es unidireccional, lo cual quiere decir que la información solo va en una vía, del punto de origen al destino y no es posible la comunicación de vuelta. 18

20 Duplex, half duplex o semi-duplex: En este tipo de transmisión, ambos extremos del sistema de comunicación cumplen funciones de transmisor y receptor y los datos se desplazan en ambos sentidos pero no simultáneamente, si un dispositivo inicia una comunicación a través del canal de transmisión, el otro no podrá contestar hasta que la línea se desocupe por completo. Full duplex: Este caso es similar al duplex, la diferencia fundamental se encuentra en que ambos dispositivos pueden comunicarse al mismo tiempo utilizando frecuencias de transmisión diferentes o dos caminos de comunicación separados El protocolo RS-232. [6] Ante la gran variedad de equipos, sistemas y protocolos que existen se necesitó de un acuerdo que permitiera a los equipos de varios fabricantes comunicarse entre sí. La EIA (Electronics Industry Association, por sus siglas en inglés), elaboró la norma RS-232, la cual define los niveles de voltaje referidos a tierra, las especificaciones de los pines, las señales y los protocolos que debe cumplir la comunicación serial para realizar una correcta comunicación. Todas las normas RS-232 cumplen con los siguientes niveles de voltaje: Un 1 lógico es un voltaje comprendido entre -5V y -15V en el transmisor y entre - 3V y -25V en el receptor. Un 0 lógico es un voltaje comprendido entre +5V y +15V en el transmisor y entre +3V y +25V en el receptor. 19

21 Se debe tener conocimiento de esta norma, ya que los niveles de voltaje que manejan en el puerto serial de la computadora, son diferentes a los que utilizan los microcontroladores y otros dispositivos. Por lo tanto se necesita de una interfaz que haga posible la conversión de niveles de voltaje a los estándares por los circuitos integrados TTL o CMOS. El RS-232 consiste en un conector tipo DB-25 de 25 pines, aunque es normal encontrar la versión de 9 pines DB-9. En las computadoras no se suelen utilizar más de 9 pines en el conector DB-25. Las señales con las que trabaja este puerto serie son digitales, de +12V (0 lógico) y -12V (1 lógico), para la entrada y salida de datos y a la inversa en las señales de control. Cada pin puede ser de entrada o de salida, teniendo una función específica cada uno de ellos. Las tablas 1 y 2 presentan una descripción de los pines, tanto para el conector DB25 como para el DB9: Figura 1. Conector DB25 [8] 20

22 Cuadro 2.1 Asignación de pines, conector DB25. [1] Pin Descripción Pin Descripción 1 Tierra 14 TXD secundario 2 TXD Datos transmitidos 15 Reloj de transmisión 3 RXD Datos recibidos 16 RXD secundario 4 RTS Petición de envío 17 Reloj receptor 5 CTS Limpia para enviar 18 No asignado 6 DSR Data Set preparado 19 RTS secundario 7 GND Tierra Lógica 20 DTR Terminal de datos preparada 8 DCD Detección de acarreo 21 Señal de detección de calidad 9 Reservado 22 Detección de Ring 10 Reservado 23 Selección del Data Rate 11 No asignado 24 Reloj de transmisión 12 DCD secundario 25 No asignado 13 CTS secundario Las señales TXD, DTR y RTS son de salida, mientras que RXD, DSR, CTS y DCD son de entrada. La medida de referencia para todas las señales es GND (Señal de tierra). Figura 2. Conector DB9 [9] 21

23 Cuadro 2.2 Asignación de pines, conector DB-9. [1] Pin Descripción Pin Descripción 1 DCD Detección de acarreo 6 Data Set preparado 2 RXD Datos recibidos 7 RTS Petición de envío 3 TXD Datos transmitidos 8 CTS Limpia para enviar 4 DTR Terminal de datos preparada 9 Detección de Ring 5 GND Tierra Lógica 2.5 Ajustes de la comunicación serial. La comunicación serial se utiliza para transmitir datos normalmente en formato ASCII o binario. Las características más importantes de la comunicación serial son la velocidad de transmisión, los bits de datos, los bits de parada, y la paridad. Para que dos dispositivos se puedan comunicar de manera exitosa, es necesario que las siguientes características sean iguales. a. Velocidad de transmisión (baud rate): Este parámetro indica el número de bits por segundo que se transfieren, y se mide en baudios. b. Bits de datos: Este parámetro se refiere a la cantidad de bits en la transmisión. Las cantidades más comunes de bits por paquete son 5, 7 y 8 bits, siendo esta última la más utilizada. El número de bits que se envía depende en el tipo de información que se transfiere. c. Bits de parada: Es utilizado para indicar el fin de la comunicación de cada paquete. Los valores típicos son 1, 1.5 o 2 bits. Debido a la manera como se transfiere la información a través de las líneas de comunicación y que cada 22

24 dispositivo tiene su propio reloj, es posible que los dos dispositivos no estén sincronizados. Por lo tanto, los bits de parada no sólo indican el fin de la transmisión sino además dan un margen de tolerancia para esa diferencia de los relojes. d. Paridad: Es un parámetro utilizado para verificar si hay errores en la transmisión de los datos. Existen cuatro tipos de paridad: par, impar, marcada y espaciada. La opción de no usar paridad alguna también está disponible. Las más utilizadas son la paridad par y la impar. 2.6 Escogencia del lenguaje de programación. Para realizar todas las diversas tareas de programación, se utilizó un lenguaje de programación que realizara todas las funciones necesarias para lograr el objetivo final del proyecto. Comparar lenguajes de programación nunca ha sido una tarea sencilla ni objetiva, sin embargo, en esta sección se tratan algunos criterios para la evaluación y comparación del lenguaje escogido para desarrollar el proyecto. Las herramientas que se necesitaban seleccionar son específicamente dos: a) el lenguaje de programación y b) la herramienta para la interfaz gráfica, esta última es la biblioteca que se utiliza para la creación, manejo y control de una aplicación con interfaz gráfica. 23

25 Para la decisión del lenguaje de programación que se utilizará para realizar el control de la comunicación con el osciloscopio se tuvieron en cuenta los siguientes requisitos: 1. El lenguaje debía tener una aplicación para realizar la interfaz gráfica. 2. Debía ser multiplataforma (para el proyecto explícitamente Microsoft Windows XP y GNU/Linux). 3. Debía ser un lenguaje gratuito y que permitiera la distribución del código final del trabajo. 4. Debía ser un lenguaje de fácil desarrollo y que no requiriera invertir gran cantidad de tiempo en su aprendizaje. El lenguaje de programación seleccionado para el proyecto fue Python. Este lenguaje fue creado por Guido van Rossum a principios de los noventa; el nombre del lenguaje está inspirado en Monty Python que eran un grupo de cómicos ingleses. Python es un lenguaje interpretado o llamado también script, orientado a objetos y multiplataforma. Con lo cuál cumplimos con los requisitos 2 y 4. Al ser un lenguaje interpretado, se eliminan los ciclos de edición-compilaciónenlazado-ejecución, lo cuál permite un desarrollos ágil y rápido, además en cuanto al tema de multiplataforma, la mayoría de las distribuciones del sistema operativo GNU/Linux ya trae incluido el intérprete para Python, mientras que en Microsoft Windows XP tan sólo hay que descargar unos 3 paquetes para poder comenzar a utilizarlo sin mayores complicaciones. 24

26 Además Python también cuenta con una extensión llamada pyserial que permite el acceso y control de los puertos seriales tanto en Windows como en Linux sin necesidad de realizar ningún cambio al programa para que funcionara en ambos sistemas operativos; esto permitió desentendernos del problema de la comunicación con los puertos. En otros lenguajes de programación como C ó C++ se debían realizar varios cambios al programa y utilizar diferentes bibliotecas pertenecientes a cada sistema operativo para hacer que el programa funcionara correctamente. Otros puntos a favor de Python son que su sintaxis es muy sencilla, simple y muy clara, posee gran cantidad de bibliotecas disponibles para las diversas necesidades de los programadores, consume poca memoria ya que posee gestores de memoria, además posee la característica de control de violación de los tipos de datos, esto se refiere a que no es necesario declarar el tipo de datos como entero, flotante o string, sino que esto se determina en tiempo de ejecución según el valor que se le asigne. Para la herramienta para realizar la interfaz gráfica se escogió wxpython que utiliza las herramientas de wxwidgets y la gran ventaja es que es portable (funciona sin problemas exactamente igual en ambos sistemas operativos). Además posee las siguientes características: Se encuentra gran cantidad de documentación. Presencia nativa y alto rendimiento gráfico. Permite realizar interfaces gráficas complicadas de una forma sencilla. 25

27 Combina eficiencia, sencillez de uso e independencia de la plataforma (se escribe el código una vez y su presencia se adapta a la de la plataforma donde la aplicación se ejecuta). 2.7 Otras bibliotecas utilizadas. pyserial: La biblioteca pyserial permite comunicarse con los puertos seriales de forma transparente, sencilla y lo que es más importante independiente de la plataforma de desarrollo (sirve igual en Microsoft Windows XP como en GNU/Linux). pywin32: La biblioteca pywin32 realiza vinculaciones para acceder a la API de win32 desde Python. Esto se debe utilizar porque la biblioteca pyserial la necesita para acceder a los puertos serie de Windows. Para poder compilar los archivos escritos en Python en el sistema operativo Microsoft Windows XP se utilizó el compilador py2exe para compilar la aplicación a un archivo ejecutable (.exe) sin dependencia de ninguna otra biblioteca, lo cual brinda a los usuarios que utilicen este sistema operativo la facilidad de no tener que saber absolutamente nada de como compilar y ejecutar un archivo en Python. Los lenguajes de programación pueden, en líneas generales, dividirse en dos categorías: 26

28 Lenguajes interpretados: Un lenguaje de programación es, por definición, diferente al lenguaje máquina. Por lo tanto, debe traducirse para que el procesador pueda comprenderlo. Un programa escrito en un lenguaje interpretado requiere de un programa auxiliar (el intérprete), que traduce los comandos de los programas según sea necesario. Lenguajes compilados: Un programa escrito en un lenguaje "compilado" se traduce a través de un programa anexo llamado compilador que, a su vez, crea un nuevo archivo independiente que no necesita ningún otro programa para ejecutarse a sí mismo. Este archivo se llama ejecutable. Un programa escrito en un lenguaje compilado posee la ventaja de no necesitar un programa anexo para ser ejecutado una vez que ha sido compilado. Además, como sólo es necesaria una traducción, la ejecución se vuelve más rápida. Sin embargo, no es tan flexible como un programa escrito en lenguaje interpretado, ya que cada modificación del archivo fuente (el archivo comprensible para los seres humanos: el archivo a compilar) requiere de la compilación del programa para aplicar los cambios. La función del programa py2exe es crear un ejecutable a partir de uno o varios programas escritos en Python. El archivo que se crea se puede distribuir y correr en otras computadoras con Windows sin la necesidad de instalar Python. Esto permite que el sistema sea más portable y consuma menos recursos en las otras computadoras al no tener que instalar todos las librerías. 27

29 2.8 Introducción a Python y sus bibliotecas. Para poder trabajar con Python, primero se debe tener en cuenta con qué sistema operativo se está trabajando, si se está programando en GNU/Linux, el sistema ya contiene Python y solo es necesario instalar los paquetes de las bibliotecas que se necesitan; mientras que en Microsoft Windows XP sí se necesita instalar desde cero todos los programas para poder realizar un script en Python. A continuación se detallan todos los pasos para instalar todos los paquetes necesarios para realizar programar en Python. En el cuadro 2.3 se muestran los paquetes que se necesitan instalar. Cuadro 2.3 Paquetes necesarios para realizar el proyecto. [10, 11, 12] Python Pyserial Pywin32 WxPython Py2exe Nombre Paquete para descargar Python (Paquete para Windows) pyserial-2.4.win32 pywin win32-py2.5 wxpython2.8-win32-unicode py25 py2exe win32-py2.5 (Paquete para Windows) GNU/Linux Como este lenguaje es interpretado, ya viene instalado por defecto en este sistema operativo, para revisar esto, lo único que se debe realizar es a través de una consola poner la palabra Python, y debería aparecer un indicador (>>>) que indica que ya estamos dentro de la línea de comandos de Python y se puede comenzar a realizar un script de prueba. Se puede realizar algo parecido a lo siguiente: >>> print "Hola mundo" 28

30 solo se necesitan instalar las bibliotecas utilizando los siguientes comandos en las distribuciones de GNU/Linux Debian y Ubuntu: # sudo apt-get install Python-serial # sudo apt-get install Python-wxgtk2.8 Python-wxtools Python-wxversion Microsoft Windows XP Ahora bien, en Windows se necesitó instalar el interprete y las bibliotecas con las que se iban a trabajar, para esto se descargaron los paquetes mencionados en el cuadro 2.3, y posteriormente se instalaron. Igual que en la sección anterior, se puede probar que Python se encuentre instalado, abriendo una consola y en el directorio donde se guardó el programa se escribe Python, lo que nos deberá arrojar el mismo indicador que en la sección anterior Introducción a la biblioteca pyserial Para el proyecto, como se ha mencionado la biblioteca pyserial, con la que cuenta Python, es de gran ayuda, ya que esta funciona en sistemas multiplataforma, y así no se tuvieron que realizar cambios al programa para que trabajara de forma apropiada en cada sistema operativo. Debido a su importancia para el trabajo, esta sección presenta un breve resumen de como se utiliza en la programación de un script en Python y de algunas de todas sus funciones. Esta biblioteca tiene la capacidad de modificar ciertos parámetros con los que se trabaja en el protocolo serial, como los bits de paridad, el puerto, y el tiempo que se 29

31 mantendrá activa la comunicación. Como un ejemplo claro y conciso de abrir, modificar y cerrar una conexión serial, podemos observar el siguiente ejemplo. >>> import serial >>> ser = serial.serial('/dev/ttys1', 19200, timeout=1) >>> x = ser.read() #leer un byte >>> ser.write("hello") #escribir un string hello >>> ser.close() En el ejemplo anterior tenemos que primero se debe importar la biblioteca pyserial, esto se realiza con el comando import serial, seguidamente se abre el puerto serial /dev/ttys1 en este caso en GNU/Linux a una velocidad de bps. Se puede realizar una lectura y una escritura con las líneas 3 y 4. Finalmente se cierra el puerto con el comando ser.close(). Este es un ejemplo rápido para observar como sirve esta biblioteca tan útil para el proyecto. 30

32 CAPÍTULO 3: Comunicación con el osciloscopio El osciloscopio Tektronix TDS 210 tiene una gran cantidad de comandos que son utilizados para la comunicación bidireccional, los cuales deben ser manejados de la manera adecuada a través de puerto serial para que la computadora y el osciloscopio se comuniquen sin problemas. Debido a la gran cantidad de variables que se pueden manejar en este dispositivo, en el proyecto se maneja un rango limitado de comandos los cuales son básicamente los que se necesitaban para lograr el objetivo primordial del proyecto. En esta sección se van a tratar todas las características utilizadas para realizar el manejo entre la interfaz gráfica y el osciloscopio, recordando en este punto que para esto se utilizó la biblioteca pyserial que realiza el manejo de los puertos seriales tanto en Windows como en Linux y por esta razón que es el primer punto de atención de la sección. Para la comunicación serial se decidió dejar los parámetros por defecto del osciloscopio los cuales son: - Baudios: 9600 bps. - Control de Flujo de Datos: Por hardware. - Cadena EOL (End Of Line): LF - Paridad: Ninguna. Dichos parámetros se deben iguales en ambos dispositivos de la comunicación, en nuestro caso en la computadora y en el osciloscopio; si estas características no son iguales la comunicación nunca se dará de forma satisfactoria. 31

33 3.1 Comunicación serial a través de la biblioteca pyserial. La biblioteca pyserial facilitó gran parte de la comunicación entre los dispositivos, ya que no se debió realizar ningún cambio al programa para que corriera en las plataformas que se necesitaban. Y realmente es sumamente sencillo realizar el manejo de los puertos seriales con tan solo unos pocos comandos que a continuación se explican: Abrir un puerto serial: Es tan sencillo como abrir el intérprete de Python en una Interfaz de Línea de Comandos (CLI command line interface, por sus siglas en inglés) y utilizar los siguientes comandos: >>> import serial >>> ser = serial.serial(0) #Esto abre el primer Puerto Serial. La primera sentencia realiza un llamado al programa que contiene todas las funciones y clases para manejar el puerto serial, dentro de la cuál se encuentra la clase Serial que es la que se invoca en la segunda línea para abrir el puerto serial. Luego de abrir el puerto serial se pueden utilizar algunos comandos para revisar efectivamente que la comunicación está activa. >>> print ser.portstr #Revisa cuál Puerto se está utilizando >>> ser.isopen() #Si el puerto está abierto regresa un True True >>> ser.isopen() #Si está cerrado regresa un False 32

34 False Cerrar un puerto serial: El cerrar es tan sencillo como el abrirlo, tan solo se utiliza la sentencia: >>> ser.close() Escribir a través de un puerto serial: Para realizar la escritura a través del puerto serial, se debe utilizar la configuración de cada equipo específico, en el caso del osciloscopio, además de tener sus comandos específicos, al final de cada comando se debía enviar un \n indicando el fin de línea o en otras palabras que esa cadena de caracteres era todo el comando, un ejemplo sencillo de cómo escribir al osciloscopio utilizando esta biblioteca es el siguiente: >>> ser.write("id?\n") #Envía el string ID? al osciloscopio Si toda la comunicación se realiza con satisfacción y debido a que el comando ID? devuelve la identificación del osciloscopio tan solo se debe leer la respuesta que nos envió el dispositivo con el siguiente comando. >>> line = ser.readline() #Lee hasta que encuentra un '\n' Si ocurrió algún error en la transmisión no se va a recibir nada de vuelta, pero si todo se envió y recibió de la manera adecuada, se debería poder recibir a través de un print line lo siguiente: 33

35 ID TEK/TDS 210,CF:91.1CT,FV:v1.17 TDS2MM:MMV:v1.04 Lo cual indica que la comunicación fue exitosa Parámetros de comunicación serial También se pueden realizar comunicaciones con otros puertos y con otros parámetros distintos a los que trae por defecto el osciloscopio, para esto utilizamos el siguiente comando: ser = serial.serial(port='com1', baudrate=19200, bytesize=8, parity='n', stopbits=1, timeout=none, xonxoff=0, rtscts=0) A continuación se presenta un breve explicación de los parámetros utilizados en el comando anterior así como sus posibilidades de escogencia. 1. Puerto: Es el número del dispositivo que se desea utilizar, la numeración empieza en cero. Se tienen varias opciones de puerto None o desde cero hasta Baudrate: Es la cantidad de bits por segundo que se transfieren en la comunicación, puede tener varios valores como 2400, , Siendo 9600 la utilizada por defecto en el osciloscopio y la más comúnmente utilizada en la mayoría de dispositivos. 3. Bytesize: Esto se refiere a la cantidad de bits en la transmisión, en el osciloscopio se utilizan 8 bits. 4. Parity: Es para indicar si hay errores en la comunicación, por defecto se utiliza None. 5. Stopbits: Se utiliza para indicar el fin de la transferencia, por defecto se utiliza un bit de parada. 34

36 6. Timeout: Este parámetro es de los más importantes en la comunicación serial, ya que dependiendo de este tiempo el emisor de la petición espera cierto tiempo escuchando el canal y si se utiliza None podría esperar para siempre y nunca liberar el canal, mientras que con 2 o 3 segundos si no se obtiene ninguna respuesta del otro lado el canal se libera para poder enviar otro comando. 7. XONXOFF: Esto habilita el control de flujo de datos por software. 8. RTSCTS: Esto habilita el control de flujo a través de RTS/CTS. 9. InterCharTimeout: Es para realizar un timeout entre caracteres, para cortar la comunicación aunque se estén enviando datos en el canal. También existen otros comandos que son importantes para las necesidades del programa, un par de ellas es poder borrar el buffer de entrada y salida para no tener basura en las lecturas y escrituras. Para esto se utilizan los siguientes comandos: flushinput() # Limpia el buffer de entrada flushoutput() # Limpia el buffer de salida Además la clase serial también contiene una característica par cuando suceden errores o excepciones de comunicación, el comando que se utiliza para esto es el siguiente: serial.serialexception 3.2 Funcionamiento del programa de control entre el osciloscopio y la computadora. En general el control de la comunicación entre el osciloscopio Tektronix TDS 210 y la computadora se facilitó enormemente con la aplicación de la biblioteca pyserial, el 35

37 código de este programa es bastante pequeño y sencillo de entender, en general posee una clase con 8 funciones que se encargan de realizar todo el manejo. Estas funciones se muestran y explican a continuación: Función init. def init (self,port): self.port = port self.hdiv = None self.chan = None self.dual = None self.vdv1 = None self.vdv2 = None Esta función init es el inicializador, representa en otras palabras el método de inicialización de instancia, si se realiza herencia múltiple es necesario definir esta función y también se debe aclarar que esta función no devuelve un valor. Función connect(self). def connect(self): # Se trata de iniciar la conexion al osciloscopio abriendo un puerto serial try: self.serial = serial.serial(self.port, timeout=2) self.serial.flushinput() self.serial.flushoutput() return True #-- Error al abrir el puerto serie except serial.serialexception: sys.stderr.write("error al abrir puerto: " + str(self.port) + "\n") 36

38 return False Conecta el osciloscopio y la PC a través de un puerto serial, y el canal espera por dos segundos una espera antes de dejarlo libre para una nueva transmisión, además se limpian los buffers y si se da algún error se escribe un mensaje de error de que no se puede abrir el puerto especificado. Función getversion(self). def getversion(self): self.send("id?") self.version = self.getdata() return self.version Devuelve la versión del osciloscopio, para ello utiliza dos funciones que pronto se explicarán, una es self.send() y la otra self.getdata(). Funcióon getport(self). def getport(self): return self.serial.portstr Devuelve el puerto que se esta utilizando actualmente. Función disconnect(self). def disconnect(self): try: if self.serial: print "Se procede a cerrar el programa" self.serial.close() 37

39 except: pass Termina la conexión y cierra el puerto serial que fue abierto. Función getdata(self). def getdata(self): return self.data En self.data se guardan los datos que son enviados por el osciloscopio, esta función contiene un buffer que devuelve estos datos a la otras que la llamen. Función adqdata(): def adqdata(self, Start, Stop, Encdg, Width, Scr): try: self.send("data:enc %s" %Encdg) self.send("data:wid",width) self.send("data:sou CH%s" % Scr) self.send("data:star",start) self.send("data:stop",stop) self.send("curv?") return except serial.serialexception: return La función adqdata envía parámetros para capturar la información de un canal específico, además de otros parámetros como la forma de transmitir los datos (ASCII o BINARIO) entre otros. 38

40 Función send(): def send(self, cmd, param=none): if param!= None: self.serial.write("%s %d\n" % (cmd, param)) else: self.serial.write("%s\n" % cmd) preg = cmd.find('?')+1 if preg: self.data = self.serial.readline() else: pass La función send envía un comando (con un parámetro opcional) al osciloscopio y devuelve el código de la respuesta que se guarda en el registro self.data. 3.3 Principales comandos para la comunicación con el osciloscopio. Para la comunicación bidireccional entre la computadora y el osciloscopio, se debe utilizar un lenguaje que sea entendible por este último, es por eso que para enviar y recibir datos se utilizaron dos tipos de comandos, el primer grupo se utilizan básicamente para ajustar valores y datos en el osciloscopio y el segundo grupo es se utilizan para pedirle al dispositivo que envíe devuelta información. 39

41 3.3.1 Comandos unidireccionales. Esta clase de comandos solo envían datos al osciloscopio pero no reciben ningún valore o información de vuelta hacia la computadora, algunos ejemplos de esto son los siguientes: 1. DATA:SOU CH1: Este comando elige el canal que va a ser la fuente de datos para cuando se desean transmitir los datos de la onda. Puede ser CH1 o CH2 en el caso del Tektronix TDS DATA:STAR: Con este comando podemos elegir donde empezar a tomar datos de la onda que deseamos transmitir, el buffer del osciloscopio posee 2500 bits de capacidad con lo cuál se logra capturar toda la onda que se muestra en la pantalla del osciloscopio. 3. DATA:STOP: Este comando funciona a la inversa que la anterior, nos indica hasta donde debemos capturar, tiene como máximo el valor de Comandos Bidireccionales. Con estos comandos se realiza una petición de información al osciloscopio y este responde con los datos solicitados. Para poder leer los datos se debe realizar una escritura a través del comando self.serial.readline() que provee la biblioteca pyserial. Un par de ejemplos de este tipo de comandos. 40

42 1. ID?: Este comando se utiliza para pedirle la información de identificación al osciloscopio y este debería regresar algo parecido a esto: ID TEK/TDS 210; CF:91.1CT,FV:v1.00 TDS2CM:CMV:v CURVE?: Este comando es para pedirle los datos de la onda de un específico canal, el osciloscopio dependiendo de otros parámetros regresa un flujo de bits que representan la onda en la pantalla del dispositivo Estructura de la transmisión de datos. Cuando los datos de la curva son transmitidos de manera binaria (RPBINARY o comunicación binaria con signo donde el byte más significativo es transferido de primero) como es el caso de la elección realizada para el trabajo, el osciloscopio envía al inicio un espacio de encabezado y seguido envía los datos de la curva y finalmente un fin de línea para indicar que la información se acabó. El encabezado que se envía en esta clase de comunicación consiste de un signo # para indicar el inicio de la transferencia de la curva, seguido por un dígito numérico en formato ASCII indicando cuántos bytes van a ser enviados después de este número, los siguientes dígitos informan al usuario cuántos puntos de la imagen serán transmitidos por el osciloscopio de forma seguida. A continuación se muestra un ejemplo de cómo se ven estos encabezados y en general como son transmitidos todos los datos desde el osciloscopio: 41

43 #42500\x02\x01\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\ \n # <X> <YYY> <DATOS> <Newline> NÚMERO DE CARACTERES Y NÚMERO DE DATOS (MUESTRAS) ARACTERES Y Tiempo en la transmisión de datos en formato binario. Otro punto importante es cuánto tiempo tarda la comunicación de los datos entre el osciloscopio a la computadora, para esto la siguiente fórmula puede ser utilizada para estimar el tiempo de transferencia (t) para un particular número de datos (N) asumiendo un codificación binaria. (3.1) Para el caso específico de tener un tamaño de encabezado de 4 con N=2500 datos y una tasa de transferencia de 9600 bps tendríamos que esto duraría un tiempo total para transmitirse de: (3.2) 42

44 CAPÍTULO 4: Realización de la Interfaz Gráfica Para la interfaz gráfica se utilizó la biblioteca wxpython que utiliza el conjunto de herramientas wxwidgets que es muy portable ya que trabaja de igual forma en las plataformas de Microsoft Windows XP and GNU/Linux. En sí, wxpython es una adaptación de wxwindows (wxwindows es una biblioteca de clases para C++ y Python, que permite el desarrollo de aplicaciones con interfaces gráficas de usuario de una manera rápida y sencilla) a Python, es un módulo que provee un conjunto de elementos provenientes de wxwindows y que dan ante todo la portabilidad necesaria en un lenguaje de programación. Si se escribe un programa utilizando esta biblioteca y se corre en Linux, utilizará GTK par mostrar las ventanas mientras que en Windows utilizará las ventanas nativas de este sistema operativo. La documentación existe en gran cantidad y aunque la mayoría bastante general, con un poco de buena voluntad se sale adelante. Para poder introducir un poco al programa que se utilizó para la creación de la interfaz gráfica, primero se debe comenzar con dar una introducción a como se utiliza la biblioteca wxpython. 4.1 Introducción a wxpython Para iniciar la introducción a Python y al uso de la biblioteca wxpython se realiza a continuación un pequeño ejemplo para iniciar a familiarizarnos con el mismo. import wx class MyApp(wx.App): def OnInit(self): frame = wx.frame(none, -1, "Pantalla con wxpython") 43

45 frame.show(true) self.settopwindow(frame) return True app = MyApp(0) app.mainloop() Si se corre este programa, se obtiene una ventana como la siguiente: Figura 3. Pantalla inicial con wxpython El primer punto importante en cualquier programa que utilice wxpython es que se debe importar la biblioteca con la sentencia import wx. Sin esta sentencia ningún estado del programa podrá correr. Cada aplicación de wxpython necesita una clase derivada de wx.app y proveer un método OnInit para inicializar. El marco principal llama a este método como parte de la secuencia de inicialización y utiliza OnInit para crear las ventanas y lo necesario para que el programa comience la operación. En la muestra anterior se creó una ventana con el título 44

46 pantalla con wxpython, también se puede especificar la posición y tamaño para esta ventana en el constructor de la misma, pero como no se hizo se utilizan los valores por defecto. Las últimas dos líneas del método OnInit son iguales para todas las aplicaciones de wxpython; el método SetTopWindow informa a wxwinwdos que la ventana es una de las ventanas principales, en este caso solo es una ventana, y el retorno de True para indicar el suceso. Cuando la ventana se cierra, la aplicación termina. Las últimas dos líneas del programa son también iguales para todos los programas que utilizan aplicaciones de wxpython. Se crea una instancia de la clase aplicada y llama al método MainLoop. Este método es el corazón de la aplicación cuando el evento es procesado y se inician la(s) ventana(s), y retorna cuando la ventana se cierra. 4.2 Control de la interfaz gráfica. En sí la creación de la ventana se realiza de manera sencilla al igual que en cualquier otra aplicación gráfica; esto se hace creando un marco o Frame el cuál es el encargado del manejo de la ventana de la aplicación gráfica. A este marco se le pueden asignar varios tipos de controles entre los que se destacan los botones, cuadros de texto, etiquetas, cajas de chequeo entre muchas otras, estos controles se pueden ubicar en lugares específicos dentro de este marco. A cada tipo de control se le define un comportamiento específico a través de llamadas a eventos, esto significa que al presionar un botón por ejemplo se inicia un evento y este llama a su vez a una función definida con anterioridad y se realiza lo que se haya descrito en esa función. 45

47 4.3 Estructura del software Ahora que se conoce un poco más a fondo como se realiza la secuencia de inicialización de una interfaz gráfica, lo siguiente que se debe hace es explicar como está estructurado el programa que controla la interfaz gráfica. A continuación se explica paso a paso de cómo se realizó todo el proceso de control esta interfaz Clases Dado que Python es un lenguaje preferentemente orientado a objetos, el software se compone de varias clases, las cuales a su vez contienen métodos que son las funciones encargadas de implementar las diferentes funcionalidades. A continuación se presenta un resumen de las mismas. Las clases que componen el software son las siguientes: MyFrame La clase MyFrame es la encargada de desplegar la ventana del osciloscopio en pantallas, así como también de llevar a cabo todas las funciones de interacción con el usuario. Los métodos de esta clase son las siguientes: init (self, parent, id, title): Esta función es llamada cuando un objecto es iniciado, es decir, es el constructor de la clase. Otra cosa importante es que es utilizada comúnmente para inicializar el objeto utilizando argumentos para crear variables del objeto. En este ejemplo las variables son parent, id y title que posteriormente son utilizadas en el proceso de crear la interfaz. 46

48 _iniciar_interfaz(): Esta es una función privada que se encarga básicamente de crear todos los menús y controles de la interfaz gráfica; es llamada desde la función de inicialización anterior. OnUpdata(): Esta función realiza el proceso de actualización de las medidas de Voltaje pico-pico, medio y RMS que son mostrados en la pantalla, además si está habilitado el marcador de (Guardar en un archivo) llama a la función savetofile para guardar estos datos en un archivo de texto. OnHdivchChoice():Función para cambiar los SEC/DIV del osciloscopio y de la grafica. OnVdivch1Choice(): Función para cambiar los VOLTS/DIV del osciloscopio y de la grafica del canal 1. OnVdivch2Choice():Función para cambiar los VOLTS/DIV del osciloscopio y de la grafica del canal 2. OnCh1Radiobutton():Función para elegir el canal 1. OnCh2Radiobutton():Función para elegir el canal 2. OnCh12Radiobutton():Función para elegir los canales 1 y 2 al mismo tiempo. OnColor1Choice():Función para elegir el color del canal 1. OnColor2Choice():Función para elegir el color del canal 2. Savetofile(): Función para salvar los datos de los voltajes obtenidos en la función OnUpdata a un archivo de texto. 47

49 OnAcqButtonTogglebutton(): La función OnAcqButtonTogglebutton se lanza cuando se activa el botón CAPTURAR y dependiendo de esto se lanza acqstart() o acqstop(). OnConnCheckbox(): Esta función se encarga de revisar si desea realizar la conexión con el osciloscopio o se desea desconectar del mismo. acqstart(): Inicia el proceso de captura de datos. Es ejecutada al activar el botón de Capturar. acqstop(): Detiene el proceso de captura. Es ejecutada al desactivar el botón de Capturar. connectosc(): Intenta conectarse al osciloscopio barriendo todos los puertos disponibles en la PC. Devuelve TRUE si pudo conectarse, o FALSE en caso contrario. doconnect(): Se conecta al osciloscopio utilizando la función connectosc() y actualiza los controles de la aplicación, si no se puede conectar realiza una actualización en el estatus. Además de las funciones ya mencionadas esta clase tiene otras rutinas especiales que son disparadas por eventos de la aplicación, desde la pulsación de un botón hasta la llegada de los datos del osciloscopio y la graficación de estos datos en la pantalla de la interfaz. En particular, las más importantes son las siguientes: OnOscDisplayPaint(): Es disparada cuando la pantalla necesita actualizarse, ya sea porque la ventana se movió o porque llegaron nuevas muestras del osciloscopio. 48

50 Plot(): Realiza la graficación de los datos que son enviados por el osciloscopio y los cambios de colores en los canales. Más adelante se explica como se realiza la graficación. Drawgrid(): Esta función se utiliza para realizar la graficación de los ejes de la pantalla de la interfaz. 4.4 Desplegado de muestras en pantalla La graficación de los datos recibidos del osciloscopio es realizada a través del objeto wx.dc de la biblioteca wxwidgets el cual (a diferencia de usar el API de win32, por ejemplo) lo realiza independiente de la plataforma. A continuación se muestra la rutina de graficación: def plot(self, dc, data, color): if data == None: return size = dc.getsize() lastx, lasty = 0, 0 dc.setpen(wx.pen(color,2)) for i in range(25, 2500, 1): x = i/3.335 y = int(size.y*data[i]/255) if lasty == 0: lasty = y dc.drawline(lastx, lasty, x, y) else: dc.drawline(lastx, lasty, x, y) lastx = x lasty = y De la rutina anterior se puede observar que se utilizan las funciones SetPen y DrawLine del objeto wx.dc que permiten seleccionan el color de la línea y dibujar una línea entre dos puntos, respectivamente. Además para la graficación, la sentencia for se inicia en 25 para evitar los primeros bytes que son de encabezado, esto debido a que se 49

51 realizaron pruebas donde se comprobó que los primeros 25 bits contenían parte del encabezado y que estos datos no son datos necesarios dentro de la graficación, al iniciar en el bit 25 los datos son relevantes y no se tiene ningún problema en la graficación. 4.5 Descripción de la Interfaz Gráfica. Tanto en Microsoft Windows XP y en GNU/Linux, la interfaz gráfica tiene la siguiente presentación: Figura 4. Pantalla principal de la interfaz gráfica. 50

52 Como se observa, la interfaz cuenta con un menú de opciones, además de una pantalla de graficación y varios controles que permiten la comunicación con el osciloscopio. 4.6 Seguimiento para manejar la interfaz gráfica. 1. Se debe marcar el botón No conectado para iniciar la comunicación con el osciloscopio a través del puerto serial que esté conectado el dispositivo. 2. Si se conectó satisfactoriamente se puede comenzar a tomar capturas a través de diferentes botones como Capturar o Tomar medidas. 3. Si se inicia un ciclo de captura, por defecto se piden los datos que están en la pantalla, al tener graficada la onda correspondiente se pueden realizar diversos cambios como: Pedir información de otro canal, cambiar los divisiones horizontales o verticales o cambiar el color de la onda. También se puede realizar la toma de medidas, lo cuál se verá reflejado en las casillas de la esquina inferior derecha del programa. 4. Si se desea guardar las medidas en un archivo de texto se debe tener activada la casilla Guardar muestras en archivo y se escribe el directorio y nombre donde se desea guardar el archivo. Seguidamente se activa el botón de Tomar medidas. 5. Si se desea salir del programa en cualquier momento se debe desactivar la casilla donde se inició la comunicación con el osciloscopio. 51

53 4.7 Controles. Tal y como se observa en la figura anterior, los diversos controles se ubican en la parte inferior de la interfaz, estos le dan la posibilidad al usuario de un fácil manejo y configuración de cómo funciona el osciloscopio de igual forma de cómo se haría cambiando botones desde el mismo dispositivo Botón capturar El botón Capturar sirve para dar comienzo al proceso de captura. Si se desea detener la captura tan solo se debe presionar nuevamente. Cuando se presiona el botón Capturar se inicia una serie de procesos que terminan en la graficación de la onda de los datos que son enviados por el osciloscopio; mientras se mantenga activo se pueden realizar cambios (cambiar color de onda, H.DIV, V.DIV, canal(es), etc.) y estos se verán de forma casi inmediata en la pantalla H.DIV El control H.DIV permite configurar la división horizontal del osciloscopio (SEC/DIV), es decir, el valor en el tiempo que ocupa una división de la pantalla V.DIV Los controles V.DIV permiten configurar la división vertical del osciloscopio, es decir, el valor de voltaje que ocupa una división de la pantalla En otras palabras, permite seleccionar la escala de voltaje a usar en cada canal (VOLTS/DIV). La misma puede seleccionarse de forma independiente para cada canal. 52

54 4.7.4 Canales El selector de canales permite seleccionar los canales a ver en la pantalla. Las opciones son: Canal 1 - muestra solo el canal 1 Canal 2 - muestra solo el canal 2 Ambos canales - muestra ambos canales en la pantalla tal y como aparecen en la pantalla del osciloscopio. Al cambiar esta opción se cambia la(s) onda(s) que se despliegan en la pantalla de la interfaz gráfica Parámetros de la señal En la interfaz se observan diversos parámetros de medidas de voltaje de la señal en la esquina inferior derecha de la ventana. Ellos son: Vm - Voltaje medio. Vrms - Voltaje eficaz RMS. Vpp - Voltaje pico-pico. Estos parámetros son actualizados cuando se presiona el botón de Tomar medidas Barra de estado La barra de estado ubicada en la parte inferior izquierda de la ventana; esta brinda información sobre el estado de funcionamiento del osciloscopio, por ejemplo, si se están capturando muestras o si hubo algún error al recibir los datos. 53

55 4.7.7 Estado de conexión La barra de estado de conexión es la que se encuentra a la derecha de la barra de estado y brinda información sobre el estado de conexión con el osciloscopio y su versión de firmware. En caso de estar conectado aparecerá un indicador verde señalando que se encuentra Conectado y la versión de firmware del osciloscopio. En caso de no estar conectado aparecerá el mismo en color rojo indicando No conectado. Es posible desconectarse y volverse a conectar al osciloscopio marcando la casilla de verificación que se encuentra a la izquierda del estado de conexión. 54

56 CAPÍTULO 5: Pruebas y errores. Para realizar las pruebas al programa final, se decidieron realizar varios pasos para probar el correcto funcionamiento de todas las capacidades del software. Básicamente el programa funciona de igual forma en ambos sistemas operativos, fue probado bajo las plataformas de Microsoft Windows XP (Service Pack 3) y GNU/Linux Ubuntu 7.04 Feisty Fawn, con un osciloscopio Tektronix TDS 210. A continuación se muestran los resultados obtenidos. 5.1 Conexión en Microsoft Windows XP En la figura 4 se presentó la interfaz gráfica en este sistema operativo. A continuación se presentarán algunos ejemplos de lo que se puede realizar con esta interfaz. Lo primero que debe hacerse para que el programa funcione es intentar realizar la conexión a través del puerto serial con el osciloscopio, en la figura 5 se muestra que sucede cuando se trata de conectarse a un puerto serial pero el osciloscopio no es encontrado, en este momento se obtiene un mensaje de que se realizó la conexión a un puerto serial cualquiera pero no se encontró el osciloscopio. En este caso, muchos de los controles de la interfaz permanecen bloqueados para que el usuario no pueda realizar acciones hasta que esté conectado con el osciloscopio. En la figura 6 por otra parte se observa que si la conexión se realiza satisfactoriamente se obtiene un mensaje con el puerto al que nos conectamos y el firmware que está corriendo el osciloscopio. En este momento todos los controles de la interfaz se activan y el usuario puede comenzar a comunicarse con el osciloscopio. 55

57 Figura 5. Error en la conexión con el puerto serial. Figura 6. Conexión con el puerto serial realizada satisfactoriamente. 56

58 En la figura 7 se muestran las primeras capturas, se debe aclarar que al lanzar el botón Capturar se comienza la comunicación con el osciloscopio para enviar y recibir datos de las ondas. Con esto se obtienen los resultados que se muestran abajo. Se puede observar que se muestra la onda proveniente del canal 1, así como algunas características de esta como los SEC/DIV y VOLTS/DIV. Además aparece como estado Capturando para mantener informado al usuario de lo que se está realizando. Figura 7. Capturando información del canal 1. Las características anteriores de los segundos y voltaje por división, se pueden variar a través del programa con los controles H.DIV y V.DIV. Las divisiones horizontales se varían para ambos canales a la vez, mientras que las verticales se pueden variar únicamente en cada canal por aparte. 57

59 En la figura 8 se muestra cómo cambia la onda si se modifican las divisiones horizontales, mientras que en las figuras 9 y 10 se observa cómo se modifican cada una de las divisiones verticales para el canal 1 y el canal 2 respectivamente. Figura 8. Modificación de las divisiones horizontales. 58

60 Figura 9. Divisiones verticales del canal 1. Figura 10. Divisiones verticales del canal 2. 59

61 Otro punto también es que se pueden cambiar los colores de las ondas para poder diferenciarlas con mayor facilidad, esta característica se probó y se muestra en la figura 11. Figura 11. Cambiar los colores a las ondas. Otra característica importante del programa es que se pueden guardar los datos de medidas de voltajes recibidos desde el osciloscopio. Esto es esencial para realizar posteriores análisis de los resultados obtenidos. Se pueden realizar varias funciones dependiendo de lo que se desee, se pueden tomar medidas de ambos canales a la vez tal y como lo muestra la figura 12 o de un sólo canal como se muestra en la figura

62 Figura 12. Toma de medidas de los dos canales a la vez. Figura 13. Toma de medidas de solo un canal. 61

63 También el programa tiene la capacidad de guardar estos datos en un archivo que el usuario elija. Se pueden crear nuevos archivos cada vez que se desee con marcar la casilla de Guardar muestras en archivo, o también se pueden agregar más datos al archivo existente marcando la casilla Agregar más muestras al archivo y posteriormente eligiendo el botón Tomar medidas. A continuación se da una muestra de los datos que son guardados en un archivo de texto. Cuadro 5.1 Salida del archivo de medición de voltajes VOLTAJES CANAL 1 CANAL 2 Vmedio V V Vpico V V Vrms V V Vmedio V V Vpico V V Vrms V V Vmedio V V Vpico V V Vrms V V Vmedio V V Vpico V V Vrms V V Finalmente también se pueden guardar las imágenes en un archivo JPEG porque de nada sirve tener los datos si no se puede observar después que representan esos datos en imágenes. Para esto el programa tiene la capacidad de tomar capturas de la pantalla donde se encuentran las ondas, esto se muestra en la figura

64 Figura 14. Guardar gráfica en un archivo de imagen. Lo que finalmente obtenemos de guardar la gráfica como una imagen en un archivo se muestra en la figura 15. Figura 15. Archivo que guarda una copia de la imagen del osciloscopio. 63

65 5.2 Conexión en GNU/Linux Ubuntu Esencialmente como el programa posee el mismo funcionamiento en ambos sistemas operativos, en esta sección solo se presenta la figura 16, que es la imagen de cómo se observa la interfaz gráfica en este sistema operativo. Las capacidades del programa son las mismas que las comentadas en la sección 5.1, fueron probadas satisfactoriamente. Figura 16. Interfaz gráfica en el S.O. GNU/Linux Ubuntu