Procesamientode Señalesy

Transcripción

1 Procesamientode Señalesy MatemáticasTextuales Carlos Pazos Ingeniero de Aplicaciones, National Instruments

2 Introducción El desarrollo de algoritmos requiere considerar factores interrelacionados como lo son: Forma de programación Algoritmo Arquitectura National Instruments Confidential 2

3 El Rol del Procesamiento de Señales, Análisis y Matemáticas Adquirir Analizar Presentar Procesamiento de Señales, Análisis y Matemáticas: Componentes Fundamentales de la Instrumentación Virtual y Diseño Gráfico de Sistemas Diseño Prototipo Implementación National Instruments Confidential 3

4 Estándar de Software Usado en la Industria para Propósitos de Desarrollo LabVIEW 32% Microsoft Visual Basic 13% Visual C++ MATLAB LabWindows/CVI 4% 4% 10% Software Software Used for Usado PC-Based para Data Adquisición Acquisition de and Datos Basados Instrument en PC Control y Control de Instrumentación 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% Fuente: Investigación de 400 lectores estadounidenses T&M World, EDN, Design News, and R&D magazines, Q National Instruments Confidential 4

5 El caso para MathScript La demanda de los clientes de computación con matemáticas basadas en texto La sintaxis ampliamente usada para matemáticas basadas en texto es el lenguaje usado para los scripts de archivos m National Instruments Confidential 5

6 Sintaxis de los Archivos m function h = hypotenuse(a,b) % Compute the length of the % hypotenuse of a right % triangle given the length % of its two sides, A and B. % Put simply, HYPOTENUSE(A,B) % is the square root of the % sum of the squares of A & B. h = sqrt(a^2+b^2); Definición de la Función Descripción de la Función Comentarios Cuerpo de la Función National Instruments Confidential 6

7 Filosofía detrás de MathScript Permite a los usuarios elegir la sintaxis más apropiada para sus problemas: Textual Gráfica Combinación de Textual y Gráfica National Instruments Confidential 7

8 LabVIEW: Una Plataforma Efectiva para Matemáticas, Análisis y Procesamiento de Señales Libertad para elegir gráfico o textual Reutilice su código existente Instrumente sus algoritmos Despliegue sus algoritmos en objetivos embebidos National Instruments Confidential 8

9 Trabajando con Enfoque Gráfico y Textual en LabVIEW Siempre considere ambos Reutilice sus archivos m existentes para instrumentar su algoritmo de matemáticas basadas en texto Utilice las características de LabVIEW mediante la programación gráfica Tome un enfoque mixto para combinar los beneficios gráficos y textuales Trabaje con un sólo ambiente para simplificar y reducir el costo National Instruments Confidential 9

10 Qué es LabVIEW MathScript? Programación textual poderosa para procesamiento de señales, análisis y matemáticas Más de 650 funciones incluidas Reutilice sus scripts de archivos m creados con MathWorks Inc. s MATLAB y otros Basado en las matemáticas originales de MATRIXx Una solución nativa a LabVIEW Interfaces interactivas y programáticas No requiere software de terceros MATLAB is a registered trademark of The MathWorks, Inc. All other trademarks are the property of their respective owners. National Instruments Confidential 10

11 Matemáticas Interactivas con la Ventana de MathScript Totalmente Integrado en LabVIEW Acceso desde la barra de menú de LabVIEW (Tools MathScript Window) No necesita software de terceros Interfaz Interactiva Introduzca comandos de scripts de archivos m, vea resultados inmediatos Abra y corra scripts de archivos m Vea salidas en texto, comando de historial, variables y gráficas National Instruments Confidential 11

12 Matemáticas Programáticas con el nodo de MathScript Combine el diseño gráfico de sistemas con matemáticas textuales Implemente ecuaciones y algoritmos con texto Despliegue con el software de programación gráfica NI LabVIEW National Instruments Confidential 12

13 Herramientas Gráficas (VIs) Diseñadas para Procesamiento de Señales, Análisis y Matemáticas Análisis y Procesamiento de Señales Generación de Forma de Onda Acondicionamiento de Forma de Onda Monitoreo de Forma de Onda Medición de Forma de Onda Generación de Señales Operaciones de Señales Ventanas Filtros Digitales Análisis de Espectro Transformadas Punto a Punto Matemáticas Numérico Elementales y Funciones Especiales BLAS/LAPAC- basados en Álgebra Lineal National Instruments Confidential 13 Regresión Lineal Interpolación / Extrapolación Probabilidad y Estadística Optimización Ecuaciones Diferenciales Ordinarias Geometría Polinomial Análisis de Fórmulas Evaluación 1D & 2D Cálculo Zeros

14 Funciones de MathScript incluidas en LabVIEW 2D and 3D Plotting X-Y (scatter) plots, mesh plots, 3D plots, surface plots, contour plots, subplots, stairstepplots, logarithmic plots, stem plots, vector field plots, tree plots and more Probability and Statistics Mean; median; Poisson, Rayleigh, chi-squared, Weibull, T, gamma distributions; covariance; variance; standard deviation; cross correlation; histogram; white noise distributions and other functions Polynomial Operation Convolution, deconvolution, polynomial fit, piecewise polynomial, partial fraction expansion and others Trigonometric Standard cosine, sine and tangent, Inverse hyperbolic cosine, cotangent, cosecant, secant, sine and tangent; hyperbolic cosine cotangent, cosecant, secant, sine, and tangent; exponential, natural logarithm and more Digital Signal Processing (DSP) Signal Synthesis; Butterworth, Chebyshev, Parks-McClellan, windowed FIR, elliptic (Cauer), lattice and other filter designs; FFT (1D/2D), inverse FFT (1D/2D), Hilbert, and other transforms; Hamming, Hanning, Kaiser-Bessel and other windows; pole/zero plotting and others Optimization Quasi-Newton, quadratic, Simplex methods and more Approximation (Curve Fitting / Interpolation) Cubic spline, cubic Hermiteand linear interpolation; exponential, linear, and power fit; rational approximation and others Advanced Functions Bessel, spherical Bessel, Psi, Airy, Legendre, Jacobi functions; trapezoidal, elliptic exponential integral functions and more Ordinary Differential Equations Adams-Moulton, Runge-Kutta, Rosenbrock, and other continuous ordinary differential equation (ODE) solvers Basic Operations Absolute value, Cartesian to polar and spherical and other coordinate conversions, least common multiple; modulo, exponentials, logarithmic functions, complex conjugates and more Linear Algebra LU, QR, QZ, Cholesky, Schurdecomposition, SVD, determinant, inverse, transpose, orthogonalization, solutions to special matrices; Taylor series; real / complex eigenvaluesand eigenvectors; polynomial eigenvalues and more Boolean and Bit Operation AND, OR, NOT, and other logic operations; bitwise shift, bitwise OR and other bitwise operation Matrix Operations Hankel, Hilbert, Rosser, Vandermondespecial matrices; inverse; multiplication; division; unary operations and others Data Acquisition / Generation Analog and digital I/O using National Instruments devices Vector Operations Cross product; curl and angular velocity; gradient; Kroneckertensor product and more Other Programming primitives such as if, for, and while loops; unsigned and signed data type conversions; file I/O; benchmarking and other timing functions; various set and string operations National Instruments Confidential 14

15 Opciones de Matemáticas en LabVIEW Despliegue matemáticas en LabVIEW para desarrollo rápido Desarrolle algoritmos, explore conceptos y analice resultados usando un sólo ambiente de desarrollo Libertad para elegir el enfoque más efectivo Opciones integradas Graphical (G) MathScript Formula / Expression Nodes Opciones externas Microsoft Excel MATLAB software The MathWorks, Inc. MATRIXx Xmath software National Instruments MathCAD software Mathsoft (A PTC company) Maple software Maplesoft Scilab software INRIA National Instruments Confidential 15

16 LabVIEW Toolkits para Procesamiento y Análisis de Señales Procesamiento de Señales Avanzado Wavelets, Time-Series Analysis (Independent Component Analysis, Principal Component Analysis, Model-Based Spectral Analysis, ), Time-Frequency Analysis (Gabor, STFT, ) Diseño de Filtros Digitales FIR / IIR Filter Design / Analysis, Quantization, Fixed-point Modeling, Fixed-point Simulation, Code Generation (FPGA / ANSI C), National Instruments Confidential 16

17 Un Enfoque Mixto Mejora el Diseño de Algoritmos National Instruments Confidential 17

18 Instrumente sus Algoritmos Elección de programación Ambiente de prototipaje de algoritmos Desarrollo de interfaz gráfica Interacción de parámetros y datos Polimorfismo National Instruments Confidential 18

19 Demo: Integracióncon DAQ National Instruments Confidential 19

20 Demo: Reducción de Ruido National Instruments Confidential 20

21 Paralelismo El Paralelismo es una consideración cuando selecciona e implementa su algoritmo Representación de paralelismo basada en texto no es tan directa y requiere esfuerzo extra La programación gráfica de LabVIEW naturalmente representa paralelismo National Instruments Confidential 21

22 Ejecución de Cuatro Procesos Proceso 1 Proceso 2 Proceso 3 Proceso 4 Proceso 2 Proceso 3 Proceso 1 Proceso 4 National Instruments Confidential 22

23 Demo: Generación Paralela de Fractal National Instruments Confidential 23

24 Vectorización Vectorización es una elección de algoritmo Non-Vectorizado Vectorizado for i=1:length(a) A(A > 1) = 1 if A(i) > 1 A(i) = 1 end end National Instruments Confidential 24

25 Vectorización MathScript provee funcionalidad adicional para indexado de matrices Indexado condicional (e.g. A(A > 1) = 1;) Demo 4 National Instruments Confidential 25

26 Demo: Ecuación de Calor National Instruments Confidential 26

27 Implemente un Enfoque Mixto al Desarrollo de su Aplicación Elecciones de programación, diseño y algoritmos Islas de matemáticas textuales Aproveche las capacidades de LabVIEW Interactividad simplificada Creación de ejecutables Integración con hardware National Instruments Confidential 27

28 Recursos National Instruments Confidential 28

29 Agenda National Instruments Confidential 29