2022년 중급물리실험 2를 수강하면서 Analog Discovery 2를 조작하기 위해 만들었던 간단한 파이썬 함수들을 모아놓았다. 내가 쓰기 편하게 만든 함수들이라서 전혀 체계적이지 않고 AD2의 기능 중 담지 못한 것이 훨씬 많다. 그래도 기능이 빠진 만큼 AD2를 아예 처음 조작하는 것이 단순하고 친절하게 다가올 수 있도록 만들려고 했다.
Note
swimAD2가 도움이 되었다면:
- swimAD2를 바탕으로 실험을 한 예시들을 모으려고 합니다. 본인이 공유하고 싶은 실험이나 코드가 있다면, experiments 폴더에 pull request를 넣거나, 제게 이메일(c.sooyoung.me@스누메일)로 보내주세요.
- swimAD2을 개선하거나 기능을 새로 추가한 것이 있다면, pull request를 넣거나 이메일을 보내주시면 정말 감사하겠습니다!
- 마지막으로, 여기 github 링크(github.com/c-sooyoung/swimAD2)를 표시하고 공유하는 것도 큰 도움이 됩니다. 🙂
Digilent Waveforms 설치 링크 → 반드시 SDK 포함해서 설치하기
먼저 Waveforms를 설치한 후에 example.ipynb 파일을 보면 간단한 신호 발생 후 측정하는 예시가 있다.
제대로 작동하지 않는 경우 → troubleshooting.md 문서 참조
AD2, Waveforms 사용이 익숙해지고 추가적인 기능이 필요해지면 SDK를 직접 사용하거나 다른 파이썬 패키지를 사용하는 것도 추천합니다.
swimAD2.py에는 AD2의 Wavegen과 Oscilloscope의 기초적인 조작만 할 수 있는 함수들만 있다. (학기 말에 가서야 Waveforms SDK가 조금이나마 익숙해지기 시작해서ㅠㅠ)
n번째 연결된 digilent 기기(hdwf)를 가져온다. 변수 자체는 c_int 형태이고, 이후 wavegen과 oscilloscope를 이용할 때 넣어주면 된다.
(테크니컬하게는... 메모리에서 기기 핸들의 주소를 가져오는 것이다)
모든 기기와의 연결을 끊는다. 예를 들어 AD2를 한 쥬피터 노트북에 연결해서 쓰다가, Waveforms 앱을 직접 사용하거나 다른 파일을 통해 조작하기 위해서는 먼저 현재 연결을 끊어줘야 한다.
config_wavegen(hdwf, frequency, amplitude, signal_shape=dwfc.funcSine, offset=0, phase=0, symmetry=50, channel=0)
기기번호 hdwf, 주파수 frequency, 진폭 amplitude는 반드시 직접 설정해주어야 한다. 나머지 변수는 설정하지 않으면 위의 기본값이 들어간다.
hdwf: 기기
frequency: 주파수 (단위 Hz), 최대 10 MHz
amplitude: 진폭 (단위 V), 최대 5 V
signal_shape: 기본값 사인함수 (swimAD2.dwfc.funcSine) 외에 funcSquare, funcTriangle 등 다른 함수 모양은 SDK 레퍼런스 참고.
offset: 신호의 DC offset. DC + 진폭 < max 5 V. 순수 DC 신호는 진폭을 0으로 하고 offset 값을 설정해서 얻을 수 있지만, stabilization time이 조금 필요하다.
phase: 신호의 시작 위상. (단위 °)
symmetry: 설명하기 애매함... Waveforms로 직접 보면 편함.
channel: Wavegen channel 번호. AD2에는 channel이 0, 1이 있고, 두 개를 동시에 설정하고 싶으면 -1로 설정.
Wavegen에서 신호 발생 시작. 뒤에 stop_wavegen()이나 reset_wavegen()이 나타날 때까지 신호가 발생된다.
각각 신호 정지, Wavegen 설정 초기화.
hdwf: 기기
range0, range1: 각각 Oscilloscope channel 0, 1의 범위. (단위 V)
범위는 최대 25 V이긴 하지만, 실제 AD2 Oscilloscope의 측정 간격은 High-gain(~0.3mV)과 Low-gain(~3mV) 둘 중 하나로 고정된다. 대충 1 V 이상이면 Low-gain으로 가는듯..?
sample_rate: 측정 속도 (단위 Hz), 최대 100 MHz.
sample_size: 측정 횟수, 최대 8192.
config_oscilloscope()에서 설정한대로 측정을 시작한다. sample_size가 모두 차면, t, v0, v1 각각 numpy 행렬로 반환한다.
t는 엄밀하게는 측정된 시간이 아니라, sample_rate와 sample_size를 바탕으로 계산된 값이다.
Waveforms SDK는 기본적으로 Digilent 기기들을 조작하는 C 라이브러리이다. 파이썬에서는 이 라이브러리를 ctypes 모듈을 통해서 사용하고, 따라서 SDK 함수들은 입출력을 C 변수형을 기본으로 한다.
Waveforms를 설치하면 SDK 폴더에 이를 이용하는 C와 파이썬 예시파일들이 있고, Digilent에서 배포한 파이썬 데모 패키지도 있다.
swimAD2의 함수들은 SDK의 DwfAnalogIn과 DwfAnalogOut의 가장 기초적인 함수들 몇 가지를 묶어서 내가 쓰기 편하게 만든 것이다.
특히 C 자료형을 건드릴 필요가 없게끔 최대한 파이썬 자료형으로 번역해 놓았다.
한편 AD2로 가능하지만, swimAD2에는 없는 기능이 훨씬 더 많다. DwfAnalogOut에서의 커스텀 신호 발생, DwfAnalogIn에서 지속 측정 (8192개를 넘어서 continuous logging이 되는듯..?) DwfAnalogIO의 DC 컨트롤, DwfDigital 쪽의 모든 기능들... 등등 더 하고 싶은 것이 있으면, SDK에서 직접 꺼내 쓸 수 있을 것이다.
C를 알고, 특히 C에서의 자료형과 포인터가 익숙하면 SDK 레퍼런스를 읽고 직접 조작해서 새로운 기능을 추가하는 것이 어렵지 않을 것이다.
AD2와 Waveforms 사용법이 익숙해졌고, 더 체계적이고 완성도 있는 걸 원하면:
Digilent Github에 있는 파이썬 SDK 데모
Special thanks:
2022년 조원 현수, 하진, 이선