【文章內(nèi)容簡介】 MAX 里仿真一塊硬件。方法是用鼠標右鍵點擊“ NIDAQmx 設備”，選擇創(chuàng)建 NIDAQmx 仿真設備，選擇指定型號，如圖 33 所示。 圖 33 創(chuàng)建仿真 DAQmx 設備 完成這些工作之后就可以開始進入應用軟件進行編程。 雙定子旋轉(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 11 NI 采集卡的常用函數(shù) 與傳統(tǒng)的編程語言所使用的采集函數(shù)不同， LabVIEW 獨有的：“多態(tài)”特性可讓我們再一個多功能設備中使用同樣的函數(shù)進行編程（模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字 I/O 和計數(shù)器）?；谶@些常用的函數(shù)就可以進行數(shù)據(jù)采集編程了。 [2] DAQ 助手 DAQ 助手是一個對話框式的向?qū)Ы缑?。通過界面可以交互式地創(chuàng)建、編輯和運行NIDAQmx 虛擬通道和任務。一個 NIDAQmx 虛擬通道包括一個 DAQ 設備上物理通道和對這個物理通道的配置信息，如輸入輸出范圍、自定義縮放比例等等。一個 NIDAQmx 任務是虛擬通道、定時和觸發(fā)信息，以及其他與采集或生成相關屬性的組合。如圖 34 所示，這就是 DAQ 助手和配置界面。 圖 34 DAQ助手和配置界面 創(chuàng)建虛擬通道函數(shù) “ DAQmx 創(chuàng)建通道”函數(shù)如圖 35 所示。該函數(shù)創(chuàng)建一個虛擬通道并且將它添加成一個任務。它也可以用來創(chuàng)建多個虛擬通道，并將它們都添加成一個任務。如果沒有指定一個任務，那么這個函數(shù)將創(chuàng)建一個任務。 可以 通過“ DAQmx 創(chuàng)建通道”函數(shù)創(chuàng)建的實例有七種：模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字雙定子旋轉(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 12 輸入、數(shù)字輸出、計數(shù)器輸入、計時器輸入和計數(shù)器輸出。每種實例下又可以分為不同的類型選項。對照菜單逐級選擇可以建立項目中所需的采集虛擬通道。 圖 35 創(chuàng)建虛擬通道函數(shù) 定時函數(shù) “ DAQmx 定時”函數(shù)如圖 36 所示，該函數(shù)用于配置硬件的定時數(shù)據(jù)采集操作，包括制定操作是否連續(xù)或有限，如果有限操作還應選擇采集或生產(chǎn)采樣數(shù)量，以及需要時創(chuàng)建一個緩沖區(qū)。對于需要采樣定時的操作（模擬輸入、模擬輸出和計數(shù)器），“ DAQmx定時 ”函數(shù)中的采樣時鐘實例設置了采樣時鐘的源（可以是一個內(nèi)部或外部的源）和它的采樣速率，每一個時鐘脈沖為一個包含在任務中的虛擬通道初始化一個采樣的采集或信號的生產(chǎn)。 為了在數(shù)據(jù)采集應用程序中實現(xiàn)同步，如同觸發(fā)信號必須在一個設備的不同功能區(qū)域或多個設備之間傳遞一樣，定時信號也必須同樣方式傳遞?！?DAQmx 定時”函數(shù)自動地實現(xiàn)這個傳遞，所有有效的定時信號都可以作為“ DAQmx 定時”函數(shù)的輸入。 圖 36 定時函數(shù) 開始觸發(fā)函數(shù) “ DAQmx 開始觸發(fā)”函數(shù)如圖 37 所示，該函數(shù)用于配置一個觸發(fā) 器，并用它來完成一個特定動作。最為常用的觸發(fā)器是一個啟動觸發(fā)器（ Start Trigger）和一個參考雙定子旋轉(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 13 觸發(fā)器（ Reference Trigger）。通過啟動觸發(fā)器初始化一個采集或生成任務，然后利用參考觸發(fā)器確定所采集的采樣集中的位置，在那之前前觸發(fā)器數(shù)據(jù)結(jié)束，而后觸發(fā)器數(shù)據(jù)開始。這些觸發(fā)器都可以配置成在數(shù)字邊沿、模擬邊沿發(fā)生，或者當模擬信號進入、離開窗口時發(fā)生。 許多數(shù)據(jù)采集應用程序需要實現(xiàn)一個設備的不同功能區(qū)域間的同步（如模擬輸出和計數(shù)器），有些則需要多個設備之間同步。為了達到這種同步性，觸發(fā)信號必須在一 個設備不同功能區(qū)域和多個設備之間傳遞。 NIDAQmx 自動完成這種傳遞。當使用 DAQmx觸發(fā)函數(shù)時，所有有效的觸發(fā)信號都可以作為函數(shù)的源輸入?！?NIDAQmx 開始觸發(fā)”函數(shù)單展開后可設置“開始”、“參考”、“更多”等觸發(fā)形式。 圖 37 開始觸發(fā)函數(shù) 終止任務函數(shù) 與 DAQmx 啟動任務函數(shù)相對應， DAQmxz 終止任務函數(shù)終止由顯式 DAQmx 開始的任務或隱式自動開始的任務。 啟動任務函數(shù) DAQmx 開始任務函數(shù)如圖 38 所示，該函數(shù)顯式地將一個任務轉(zhuǎn)換至運行狀態(tài)。在運行 狀態(tài)中，這個任務將完成特定的采集或生成。如果沒有 DAQmx 啟動任務函數(shù)，那么在 DAQmx 讀取函數(shù)執(zhí)行時，一個任務可以隱式地轉(zhuǎn)換至運行狀態(tài)，或自動開始。最好要是用 DAQmx 啟動任務函數(shù)，否則任務將會在循環(huán)中重復地啟動和停止，任務性能將會降低。 圖 38 啟動任務函數(shù) 雙定子旋轉(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 14 寫入函數(shù) DAQmx 寫入函數(shù)如圖 39 所示，該函數(shù)將特定的采樣值寫入生成任務中。這個函數(shù)可以將采樣值寫入不同的生成任務類型（模擬輸出或數(shù)字輸出），可以設置多個虛擬通道數(shù)、采樣數(shù)和數(shù)據(jù)類型。 圖 39 讀取函數(shù) 讀取函數(shù) DAQmx 讀取函數(shù)，如圖 310 所示，該函數(shù)從設定的采集任務中讀取采樣值。 DAQmx 讀取函數(shù)可以同時讀取多個采樣通道的數(shù)據(jù)。根據(jù)定時函數(shù)所設定的采樣方式，讀取函數(shù)有不同的讀取方法。當為有限采樣時，將每通道采樣數(shù)指定為 1，這個函數(shù)會等待采集完所有請求的采樣數(shù)后，再讀取這些采樣。連續(xù)采集時，將每通道采樣數(shù)指定為 1，會使得這個函數(shù)在執(zhí)行的時候，讀取所有現(xiàn)在保存在緩沖中可得的采樣。 圖 310讀取函數(shù) 清除任務函數(shù) DAQmx 清除任務函用于清除特定的任務。如果任務現(xiàn)在正在 運行，那么這個函數(shù)首先終止任務然后釋放掉所有資源。一旦某個任務被清除，那么它就不能被使用，除非重新創(chuàng)建它。 本章介紹了數(shù)據(jù)采集前必要準備工作和數(shù)據(jù)采集的一些基礎知識，重點介紹了 NI采集卡的常用函數(shù)。根據(jù)不同的任務類型選擇這些常用函數(shù)進行編程，可以很快捷的編寫出適合程序。 雙定子旋轉(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 15 4 系統(tǒng)軟件程序設計 一路可調(diào)電壓輸出 接線方法 在進行模擬輸出編程時，首先確定從板卡的哪一個端口輸出電壓，圖 41 為PCI6221 板卡的端口定義圖。 PCI6221 板卡有兩個模擬輸出通道， AO0 和 AO1，分別為圖中 2 21 號端口。 AO0 的地端為 54， AO1 的地端為 55。 54和 55 端都稱為 AO GND。板卡輸出電壓作為濾波器的輸入電壓，在接線時，將 AO0 接到運算放大器的輸入端， AO GND 接到運算放大器的公共端。在編程時，將 AO0 接到示波器的兩個輸入通道，在示波器里觀察此路電壓的幅值、頻率、相位差等。 圖 41 PCI6221 板卡的端口定義圖 模擬輸出的流程圖 模擬輸出（ AO）電壓的幅值 取決于板卡輸出電壓范圍， PCI6221 板卡的輸出電壓雙定子旋轉(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 16 范圍是 10V~+10V。 AO 電壓頻率，取決于兩個因素，更新率以及緩沖波形周期數(shù)?？梢杂靡韵碌仁絹碛嬎愕仁接嬎?AO 電壓的頻率： = ??信 號 頻 率 周 期 數(shù) 更 新 率 緩 沖 中 的 點 數(shù) 例如，一個 1000 點的緩沖放置了一個周期的波形，如果以 1KHz 的更新率來產(chǎn)生信號，那么， 1 周期乘以一千個點更新率除以總共一千個點的緩沖點數(shù)等于 1HZ。如果使用 2 倍的更新率。那么，一個周期乘以，每秒二千個點更新率除以總共一千個點的緩沖點數(shù)得到 2HZ 的輸出。同理的，如果在緩沖中 放入兩個周期的波形，那么，兩個周期乘以一千個點每秒的更新率除以總共一千個點的緩沖點數(shù)，得到輸出頻率為 2HZ。也就是可以通過增加更新率或者緩沖中的周期數(shù)來提高輸出信號的頻率。圖 42 為 DAQmx 中產(chǎn)生連續(xù)模擬波形的流程圖。 圖 42 模擬信號連續(xù)產(chǎn)生流程圖 上圖中，定時函數(shù)將一個周期正弦波定時采樣成一個離散數(shù)據(jù)數(shù)組，由寫入函數(shù)將數(shù)組寫入模擬輸出通道的緩沖區(qū)，再由模擬輸出通道按照采樣時間間隔進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。因此采樣頻率 Sf 和板卡數(shù)據(jù)輸出更新率 daqf 是相等。為了使板卡能夠正常的輸出電壓，必須同時滿足一下兩個條件： 第一、 板卡數(shù)據(jù)輸出更新率必須小于板卡最大更新率； maxS daq daqf f f?? 第二、 輸出波形頻率和采樣頻率必須滿足香濃采樣定理，即采樣頻率 Sf 至 雙定子旋轉(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 17 少是采樣波形最高頻率 maxf 的兩倍。 max2Sff? 編程時可以在采樣頻率和波形頻率之間設定一個倍數(shù)，使之同時滿足上面兩個條件。 程序編寫 如圖 43 和 44 所示，分別為 單 通道電壓輸出的程序框圖和前面板 。 圖 43 單 通道電壓輸出程序 圖 44 單 通道電壓輸出前面板 程序中，創(chuàng)建虛擬通道函數(shù)來創(chuàng)建一個 AO 任務，并且設置 AO 輸出通道、電壓輸出雙定子旋轉(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 18 范圍。如圖 45 所示可以再前面板上設置這些值。 Dev1/ao0:1 表示在設備號為 1（ PCI6221 板卡）的兩個輸出通道，這兩個通道分別為 ao0 和 ao1。設置電壓輸出的范圍是 10~+10V。 圖 45 通道參數(shù)設置 圖 46 采樣時鐘參數(shù)設置 定時函數(shù)用來設定一個采樣時鐘，該采樣頻率的設置應該至少為輸出電壓頻率的兩倍。定時函數(shù)的采樣時鐘，使得虛擬函數(shù)發(fā)生器的數(shù)據(jù)定時由寫入函數(shù)寫進緩沖區(qū)。如圖 46 所示，采樣時鐘設置為連續(xù)采樣方式。通過啟動任務函數(shù)開始向板卡模擬輸出通道寫出采樣值。 While 循環(huán)函數(shù)用于連續(xù)的輸出一個完整的波形，直至人為的停止任務。 程序中有兩個虛擬函數(shù)發(fā)生器，它們的數(shù)據(jù)分別給兩個模擬輸出通道提供采樣值。如圖 47 所示，虛擬函數(shù)發(fā)生器可以設置頻率、幅值、相位、信號類型等。 在前面板上可以設置這些信息。 圖 47虛擬函數(shù)發(fā)生器 圖 48前面板波形信息設置 如圖 49 所示通過程序設置使得虛擬函數(shù)發(fā)生器的波形類型、幅值和頻率一樣，其中一個波形的相位固定為 0，另外一個波形的相位就是它們的相位差， 數(shù)據(jù)通過一個數(shù)組函數(shù)合并，再由寫入函數(shù)寫入緩沖區(qū)。 雙定子旋轉(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 19 圖 49 虛擬函數(shù)發(fā)生器設置 程序的調(diào)試 程序編寫完成就可以進行調(diào)試和完善了。接好連線，在前面板設置好通道 參數(shù)和波形信息之后，運行程序，在示波器中觀察輸出電壓。在低頻情況下，是可以正常輸出，但是在高頻情況下，就會出現(xiàn)如圖 410 所示的錯誤提示。 圖 410 錯誤提示 經(jīng)過導師的指導，理清了采樣率、更新率、波形頻率之間的關系。在高頻時會出錯的原因就是采樣率已經(jīng)超過板卡的最大更新率。出現(xiàn)這種情況，可以在輸出波形頻率不變的情況下，降低采樣率與波形頻率的比值。 雙定子旋轉(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 20 5 系統(tǒng)硬件電路設計 四階巴特沃斯濾波器設計 濾波器是對信號的頻率具有選擇性的電路，它的功能是使特定頻率范圍內(nèi)的信號通過。濾波器按處理信號可 以分為：數(shù)字濾波器、模擬濾波器；