【文章內(nèi)容簡介】 MAX 里仿真一塊硬件。方法是用鼠標(biāo)右鍵點擊“ NIDAQmx 設(shè)備”，選擇創(chuàng)建 NIDAQmx 仿真設(shè)備，選擇指定型號，如圖 33 所示。 圖 33 創(chuàng)建仿真 DAQmx 設(shè)備 完成這些工作之后就可以開始進入應(yīng)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(shè)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(wù)。一個 NIDAQmx 虛擬通道包括一個 DAQ 設(shè)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(wù)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(guān)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(wù)。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(wù)。如果沒有指定一個任務(wù)，那么這個函數(shù)將創(chuàng)建一個任務(wù)。 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(yīng)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(shè)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(wù)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(yīng)用程序中實現(xiàn)同步，如同觸發(fā)信號必須在一個設(shè)備的不同功能區(qū)域或多個設(shè)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(wù)，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(dāng)模擬信號進入、離開窗口時發(fā)生。 許多數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序需要實現(xiàn)一個設(shè)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(shè)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(shè)備不同功能區(qū)域和多個設(shè)備之間傳遞。 NIDAQmx 自動完成這種傳遞。當(dāng)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(shè)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(wù)函數(shù) 與 DAQmx 啟動任務(wù)函數(shù)相對應(yīng)， DAQmxz 終止任務(wù)函數(shù)終止由顯式 DAQmx 開始的任務(wù)或隱式自動開始的任務(wù)。 啟動任務(wù)函數(shù) DAQmx 開始任務(wù)函數(shù)如圖 38 所示，該函數(shù)顯式地將一個任務(wù)轉(zhuǎn)換至運行狀態(tài)。在運行 狀態(tài)中，這個任務(wù)將完成特定的采集或生成。如果沒有 DAQmx 啟動任務(wù)函數(shù)，那么在 DAQmx 讀取函數(shù)執(zhí)行時，一個任務(wù)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(wù)函數(shù)，否則任務(wù)將會在循環(huán)中重復(fù)地啟動和停止，任務(wù)性能將會降低。 圖 38 啟動任務(wù)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(wù)中。這個函數(shù)可以將采樣值寫入不同的生成任務(wù)類型（模擬輸出或數(shù)字輸出），可以設(shè)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(shè)定的采集任務(wù)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(shè)定的采樣方式，讀取函數(shù)有不同的讀取方法。當(dāng)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(wù)函數(shù) DAQmx 清除任務(wù)函用于清除特定的任務(wù)。如果任務(wù)現(xiàn)在正在 運行，那么這個函數(shù)首先終止任務(wù)然后釋放掉所有資源。一旦某個任務(wù)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(chǔ)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(wù)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(shè)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)。可以用以下等式來計算等式計算 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(shè)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(wù)，并且設(shè)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(shè)置這些值。 Dev1/ao0:1 表示在設(shè)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(shè)置電壓輸出的范圍是 10~+10V。 圖 45 通道參數(shù)設(shè)置 圖 46 采樣時鐘參數(shù)設(shè)置 定時函數(shù)用來設(shè)定一個采樣時鐘，該采樣頻率的設(shè)置應(yīng)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(shè)置為連續(xù)采樣方式。通過啟動任務(wù)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(wù)。 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(shè)置頻率、幅值、相位、信號類型等。 在前面板上可以設(shè)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(shè)置 如圖 49 所示通過程序設(shè)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(shè)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(shè)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(dǎo)師的指導(dǎo)，理清了采樣率、更新率、波形頻率之間的關(guān)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(shè)計 四階巴特沃斯濾波器設(shè)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；