Tower of Babel: The Evidence against the New Creationism

Copyright......Page 6
Table of Contents......Page 7
Preface......Page 15
 The Programming Languages......Page 16
 The Systems......Page 17
 How This Book Is Organized......Page 18
 Conventions Used in This Book......Page 21
 How to Contact Us......Page 22
 Acknowledgments......Page 23
Chapter 1. Introduction to Instrumentation......Page 25
 Data Acquisition......Page 26
 Control Output......Page 28
  Open-Loop Control......Page 29
  Closed-Loop Control......Page 30
  Electronics Test Instrumentation......Page 33
  Laboratory Instrumentation......Page 35
 Summary......Page 37
 Electrical Charge......Page 39
 Electric Current......Page 41
 Basic Circuit Theory......Page 43
 Circuit Schematics......Page 44
 DC Circuit Characteristics......Page 48
  Ohm’s Law......Page 49
  More About Resistors......Page 51
  Sine Waves......Page 54
  Capacitors......Page 56
  Inductors......Page 60
  Other Waveforms: Square, Ramp, Triangle, Pulse......Page 62
 Interfaces......Page 63
  Discrete Digital I/O......Page 64
  Analog I/O......Page 68
   Acquiring analog data......Page 69
   Generating analog data......Page 72
  Counters and Timers......Page 73
  PWM......Page 74
  Serial I/O......Page 75
  Parallel I/O......Page 78
 Summary......Page 79
 Suggested Reading......Page 81
Chapter 3. The Python Programming Language......Page 83
 Installing Python......Page 84
  The Python Command Line......Page 85
  Command-Line Options and Environment......Page 87
  Objects in Python......Page 88
   Numeric data as objects......Page 89
   Sequence objects......Page 92
    Lists......Page 93
    Strings......Page 95
    Tuples......Page 98
   Mapped objects—dictionaries......Page 99
  Expressions......Page 101
   Arithmetic operators......Page 102
   Comparison operators......Page 103
   Bitwise operators......Page 104
   Assignment operators......Page 105
   Identity operators......Page 106
   Operator precedence......Page 107
   Indentation......Page 108
   Keywords......Page 109
    Augmented assignment......Page 110
    global......Page 111
    The while statement......Page 112
    The for statement......Page 113
    The try statement......Page 114
   String methods......Page 115
   String formatting......Page 117
   Scope......Page 120
    Local scope......Page 121
    Global scope......Page 123
    Built-in scope......Page 125
   Docstrings......Page 128
   Import methods......Page 130
   Import processing......Page 131
  Loading and Running a Python Program......Page 132
   User input......Page 134
   Command-line parameters......Page 136
   Files......Page 137
   Redirecting print......Page 138
   Function return values......Page 139
   Use docstrings and descriptive comments......Page 140
  Editors and IDEs......Page 141
   Editors......Page 142
   IDE tools......Page 143
 Suggested Reading......Page 144
 Installing C......Page 147
 Developing Software in C......Page 148
  A Simple C Program......Page 149
  Preprocessor Directives......Page 152
   #define......Page 153
  Standard Data Types......Page 156
  User-Defined Types......Page 157
   Unary operators......Page 158
   Assignment and augmented assignment operators......Page 160
   Logical operators......Page 161
   Bitwise operators......Page 162
   Operator precedence......Page 164
   if-else statement......Page 167
   switch statement......Page 169
   for loop......Page 172
   goto statement......Page 173
   Arrays......Page 174
   Pointers......Page 175
  Structures......Page 177
  Functions......Page 180
   Function syntax......Page 181
  The Standard Library......Page 182
   Header files......Page 183
   Object files......Page 184
   Linking......Page 185
   make......Page 186
 C Development Tools......Page 187
 Suggested Reading......Page 188
Chapter 5. Python Extensions......Page 191
 Creating Python Extensions in C......Page 192
  Extension Source Module Organization......Page 193
  Python API Types and Functions......Page 195
  Method Flags......Page 196
   METH_KEYWORDS example......Page 197
  Passing Data......Page 198
  Generic Discrete I/O API......Page 199
  Generic Wrapper Example......Page 202
  Calling the Extension......Page 205
  Loading External DLLs with ctypes......Page 208
  Basic Data Types in ctypes......Page 210
  Using ctypes......Page 211
 Suggested Reading......Page 212
 The Essentials......Page 213
  Hand Tools......Page 214
   Be kind to your tools......Page 215
  Digital Multimeter......Page 216
   DMM usage tips......Page 218
  Soldering Tools......Page 219
  Nice-to-Have Tools......Page 221
  The Oscilloscope......Page 222
  Logic Analyzers......Page 223
  Test Equipment Caveats......Page 226
 Supplies......Page 227
 Summary......Page 228
 Suggested Reading......Page 229
Chapter 7. Physical Interfaces......Page 231
  DB-Type Connectors......Page 232
  USB Connectors......Page 234
  Circular Connectors......Page 236
  Terminal Blocks......Page 237
   Soldering......Page 239
   Crimping......Page 240
   Wiring caveats......Page 241
 Serial Interfaces......Page 242
  RS-232/EIA-232......Page 243
   RS-232 data formats......Page 244
   RS-232 signals......Page 246
   DTE and DCE......Page 247
  RS-485/EIA-485......Page 249
   Line drivers and receivers......Page 250
   RS-485 multi-drop......Page 251
   RS-232 versus RS-485......Page 253
   USB classes......Page 255
   USB data rates......Page 256
   USB instrumentation......Page 257
  Windows Virtual Serial Ports......Page 259
 GPIB/IEEE-488......Page 261
  GPIB/IEEE-488 Signals......Page 262
  GPIB via USB......Page 263
 PC Bus Interface Hardware......Page 265
  Pros and Cons of Bus-Based Interfaces......Page 266
  GPIB Interface Cards......Page 268
 Old Doesn’t Mean Bad......Page 269
 Suggested Reading......Page 270
Chapter 8. Getting Started......Page 273
 Defining the Project......Page 274
  Requirements-Driven Design......Page 275
  Stating the Need......Page 276
 Requirements......Page 277
  Why Requirements Matter......Page 279
  Well-Formed Requirements......Page 280
  Requirement Types......Page 281
  Use Cases......Page 282
  Traceability......Page 285
  Capturing Requirements......Page 288
  The Software Design Description......Page 289
   Flowcharts......Page 290
   Message sequence charts......Page 292
  Divide and Conquer......Page 294
  Handling Errors and Faults......Page 296
 Functional Testing......Page 297
  Test Cases......Page 298
  Testing Error Handling......Page 301
  Regression Testing......Page 302
 Implementation......Page 303
   Why coding style is important......Page 304
  Organizing Your Code......Page 305
  Code Reviews......Page 306
   Defining a unit test......Page 310
   Implementing unit tests......Page 312
   assert versus assertEqual() and friends......Page 315
   Code coverage......Page 317
  Connecting to the Hardware......Page 319
  Documenting Your Software......Page 320
  Defect Tracking......Page 323
 Summary......Page 324
 Suggested Reading......Page 325
Chapter 9. Control System Concepts......Page 327
 Basic Control Systems Theory......Page 328
  Linear Control Systems......Page 329
  Nonlinear Control Systems......Page 330
  Sequential Control Systems......Page 332
  Terminology and Symbols......Page 333
  Control System Block Diagrams......Page 334
   Input-output relationships......Page 335
  Transfer Functions......Page 336
   Time and frequency domains......Page 337
   Discrete-time control systems......Page 339
 Control System Types......Page 342
   Controlling position—Basic feedback......Page 343
   Controlling velocity—Feed-forward and PWM controllers......Page 346
  Nonlinear Control: Bang-Bang Controllers......Page 350
  Sequential Control Systems......Page 354
  Proportional, PI, and PID Controls......Page 356
   Off-the-shelf controllers versus software implementation......Page 358
   PID overview......Page 359
   The proportional control term......Page 361
   PI and PID controls......Page 363
  Linear Proportional Controller......Page 364
  Bang-Bang Controller......Page 365
  Simple PID Controller......Page 366
 Summary......Page 370
 Suggested Reading......Page 371
Chapter 10. Building and Using Simulators......Page 373
 What Is Simulation?......Page 374
  Low Fidelity or High Fidelity......Page 375
   Interface faults......Page 376
   System faults......Page 378
  Package and Module Organization......Page 380
   DevSim internals......Page 381
   DevSim methods......Page 386
   Some simple examples......Page 390
   User-defined functions......Page 392
  AC Power Controller Simulator......Page 395
   The SPC serial interface and virtual serial ports......Page 396
   The SPC command set......Page 398
   Command descriptions......Page 399
   SPC simulator internals......Page 401
   Interacting with the SPC simulator......Page 403
 Serial Terminal Emulators......Page 404
  Using Terminal Emulator Scripts......Page 405
  gnuplot......Page 407
   Installing gnuplot on Windows......Page 408
  Using gnuplot......Page 409
   Method 1: Using Python’s popen() method......Page 410
   Using gnuplot.py......Page 411
  Plotting Simulator Data with gnuplot......Page 412
 Creating Your Own Simulators......Page 415
  The Simulation Scope......Page 416
 Summary......Page 417
 Suggested Reading......Page 418
 Data I/O Interface Software......Page 419
  Interface Formats and Protocols......Page 420
   IVI—Interchangeable Virtual Instrument......Page 422
    IVI-compliant drivers......Page 424
   SCPI—Standard Commands for Programmable Instruments......Page 425
   Unique protocols......Page 428
   pySerial......Page 430
   pyParallel......Page 434
   PyVISA......Page 435
   The Comedi project......Page 436
   Comedi hardware support......Page 437
  Basic Data I/O......Page 438
   Reading data......Page 439
   Writing data......Page 440
  Blocking Versus Nonblocking Calls......Page 445
   Polled data I/O......Page 447
   Acquiring data using a thread......Page 448
  Handling Data I/O Errors......Page 450
   Error retry and system termination......Page 451
   Error/warning message single-shot logic......Page 454
  Handling Inconsistent Data......Page 455
   Waiting for stability......Page 456
   Dealing with noise: Averaging......Page 458
 Summary......Page 459
 Suggested Reading......Page 460
Chapter 12. Reading and Writing Data Files......Page 461
 ASCII Data Files......Page 462
  Python’s ASCII Character-Handling Methods......Page 463
   Records......Page 466
   Writing ASCII data files......Page 468
   Reading ASCII data files......Page 469
   CSV files......Page 472
   Basic configuration file organization......Page 473
   Using configuration files......Page 474
  Module AutoConvert.py—Automatic String Conversion......Page 475
  Module FileUtils.py—ASCII Data File I/O Utilities......Page 478
 Binary Data Files......Page 487
  Flat Binary Data Files......Page 488
   Using the ctypes module to handle structured binary data......Page 490
   Using struct to handle structured binary data......Page 495
  Image Data......Page 500
   PGM......Page 501
   PGM file structure......Page 502
 Suggested Reading......Page 509
  The Console......Page 511
   Example console display......Page 512
   Reading user input......Page 515
   OS-specific console I/O......Page 519
   Linux and Windows text display differences......Page 520
   Using Python’s msvcrt library module......Page 521
  ANSI Display Control Techniques......Page 524
   Basic ANSI control sequences......Page 525
   The SimpleANSI library......Page 529
   Using SimpleANSI......Page 536
  Python and curses......Page 539
   Python’s curses library module......Page 540
   A simple data display using curses......Page 541
   Adding a subwindow......Page 546
  To Curse or Not to Curse, Is That the Question?......Page 547
  Some GUI Background and Concepts......Page 548
  Using a GUI with Python......Page 550
   Basic GUI display structure......Page 551
   GUI functionality......Page 552
  TkInter......Page 553
   Geometry management......Page 554
   Simple TkInter example......Page 555
  wxPython......Page 559
   Building a simple wxPython GUI......Page 560
   Tools and resources for wxPython......Page 566
 Summary......Page 567
 Suggested Reading......Page 568
 Serial Interfaces......Page 571
  Simple DMM Data Capture......Page 572
  Serial Interface Discrete and Analog Data I/O Devices......Page 577
  Serial Interfaces and Speed Considerations......Page 583
  LabJack Connections......Page 584
   Installing and testing LabJackPython......Page 586
   LabJack driver structure......Page 587
   U3 configuration......Page 589
   Using the Python interface with the getFeedback() method......Page 590
 Suggested Reading......Page 594
Appendix A. Free and Open Source Software Resources......Page 597
 Manufacturers......Page 603
 Manuals......Page 605
Index......Page 607