【文章內容簡介】 為便捷。（4）囊括了DAQ，GPIB，PXI，VXI，RS232/485在內的各種儀器通信總線標準的所有功能函數，使得不懂總線標準的開發(fā)者也能夠驅動不同總線標準接口設備與儀器。（5）提供大量與外部代碼或軟件進行連接的機制，諸如DLLS（動態(tài)連接庫）、DDE（共享庫）、ActiveX等。（6）強大的Internet功能，支持常用網絡協(xié)議，方便網絡、遠程測控儀器的開發(fā)。圖形化程序設計編程簡單、直接、開發(fā)效率高。隨著虛擬儀器技術的不斷發(fā)展，圖形化的編程語言必將成為測試和控制領域內最流行發(fā)展趨勢。 數據采集卡的選用 數據采集卡的簡介計算機與數據采集卡組成了虛擬無紙記錄儀的硬件平臺基礎。數據采集卡是虛擬無紙記錄儀的重要組成部分，其性能指標直接影響虛擬無紙記錄儀的采樣速度、精度等主要指標。CPU的速度及計算機的內存影響記錄儀處理數據的速度，計算機的硬盤決定了數據存儲的容量。LabVIEW中數據采集庫包含了許多有關采樣和生成數據的函數，它們與NI的插卡式或遠程數據采集產品協(xié)同工作。數據采集卡價格低廉、操作攜帶方便，因此，大大的降低了每個通道的成本。數據采集的任務是采集原始信號，其主要指標有采樣精度、采樣速度。采樣精度由轉換器的位數來決定，而采樣速度是與采樣頻率相關的。從提高精度的角度出發(fā)，模數轉換器的位數與采樣頻率之間是相互制約的。數據采集卡的選擇主要與采樣率、測量通道、分辨率和測量精度有關。采樣率即在單位時間內的測量次數，一般用Hz即采樣頻率來表示，也有用S/s表示。采樣率的選擇，取決于被測量的信號的變化速度，根據奈奎斯特采樣定理，所需的采樣頻率應為所測信號的最高頻率分量的兩倍以上，即選用100KHz的板卡才能完成最高頻率為50KHz的被測信號的測量工作。 數據采集卡的主要組成部分多路開關將多路信號輪流切換到放大器的輸入端，實現多參數多路信號的分時采集。放大器將待采集信號放大或衰減至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內。通常實際系統(tǒng)中，放大器的增益是可調的，設計者可以根據輸入信號幅值的大小選擇不同的增益倍數。采樣/保持器取出被測信號在某一瞬時的值，即實現信號的時間離散化，并在A/D轉換過程中保持信號不變。如果被測信號變化很緩慢，也可以不用采樣/保持器。A/D轉換器將輸入的模擬量轉化成為數字量輸出，并完成信號幅值的變化。隨著電子技術的發(fā)展，通常將采樣/保持器同A/D轉換器集成在一塊芯片上。以上四個部分都處在PC的前向通道，是數據采集卡的主要組成部分。其他相關電路，如定時/計數器、總線接口電路等也集成在一塊電路板上，完成對信號數據的采集、放大及模/數轉換任務。很多數據采集卡電路板上，還裝有數/模轉換器，它處在PC的后向輸出通道，用于將計算機輸出的數字量轉換為模擬量，從而實現控制功能。 數據采集卡的參數設置要使數據采集卡正確地實現數據采集功能，必須根據實際測量的需要對一些參數進行設置，這就是數據采集卡的軟件驅動。待設置的參數主要有采集卡的設備號及地址碼，此外還有如下設置項。設置信號的輸入方式：輸入信號是單端輸入還是雙端輸入，輸入信號是單極性信號還是雙極性信號等。選擇增益：根據輸入信號的幅值變化范圍和分辨率要求，選擇增益。選擇量程：一般根據輸入信號是單極性還是雙極性，選擇合適量程。設定信號輸入通道號。設定采樣點數。設定采樣速率。測量通道是整個系統(tǒng)測量信號的輸入輸出口，產品不同，可測量的通道數也不同。在選取產品時需要注意：可測通道數是否滿足要求；當需要差分輸入測量時，板卡上有無差分輸入以及差分輸入的通道數，應注意產品能否擴展以及最多可擴展的通道數。測量中都需將模擬信號經A/D轉換成二進制的數字信號，分辨率就是將滿量程信號經A/D轉換后得到的二進數的位數，分辨率越高，意味著可檢測出來的電壓變化越小，它和測量范圍（可測量的最高電平）及增益（板卡的放大倍數）一起決定了該板卡可測的最小電壓變化量，也稱為二進碼的寬度，產品中使用8位、12位、16位的較多。 PCI6221數據采集卡 PCI6221數據采集卡PCI6221卡是一種基于PCI總線的數據采集卡，可直接插在IBMPC/AT或與之兼容的計算機內的任一PCI插槽中，構成實驗室、產品質量檢測中心等各種領域的數據采集、波形分析和處理系統(tǒng)。也可構成工業(yè)生產過程監(jiān)控系統(tǒng)。，基本參數如下：（1）分辨率：16Bit（2）采樣率：250kS/s，16路模擬輸入（3）兩路16位模擬輸出（833kS/s）（4）24路數字I/O；32位計數器；數字觸發(fā)（5）NIMCal校準支持（6）NIDAQmx測試軟件和硬件配置程序支持（7）NIST校準證書和多余70種的信號調理模塊選擇第三章 虛擬無紙記錄儀的數據采集系統(tǒng) 數據采集系統(tǒng)的構成工程上使用具有PCI、PXI、USB、并口及串口的計算機來獲取測試數據，稱之基于PC的DAQ系統(tǒng)。這種系統(tǒng)一般有兩種方案：一種是通過插入式的DAQ卡直接獲取數據傳輸給計算機；另外一種是由計算機外部的DAQ硬件獲取測試數據，然后通過各種總線，傳輸給計算機?；赑C的DAQ系統(tǒng)包含以下基本要素：（1）傳感器傳感器感應物理信息并生成可測量的電信號。例如熱電偶、電阻式測溫計（RTD）、熱敏電阻器和IC傳感器可以把溫度轉變?yōu)锳DC可測量的模擬信號。（2）信號調理裝置從傳感器得到的信號可能會很微弱，或者含有大量噪聲，或者是非線性的等等，這種信號在進入采集卡之前必須經過信號調理。信號調理的方法主要包括放大、衰減、隔離、多路復用、濾波、激勵和數字信號調理等。（3）DAQ設備通過信號調理后的信號就可以與數據采集設備連接了。通常情況下數據采集設備是一個數據采集卡，與計算機的連接可以采用多種方式。NI的數據采集設備支持的總線類型包括PCI、PCI Express、PXI、PCMCIA、USB、CompactFlash、Ethernet以及火線等各種總線。數據采集卡的功能包括模擬輸入、模擬輸出、數字I/O、觸發(fā)采集和定時I/O。（4）PC及應用驅動等軟件。軟件使PC與數據采集硬件形成了一個完整的數據采集、分析和顯示系統(tǒng)。軟件分為驅動程序和上層應用程序。驅動程序可以直接對數據采集硬件的寄存器編程，管理數據采集硬件的操作并把它和處理器、DMA和內存這樣的計算機資源結合在一起。驅動程序隱藏了復雜的硬件底層編程細節(jié)，為用戶提供容易理解的接口。一般來說，硬件廠商在賣出硬件的同時也會提供驅動程序。上層應用程序用來完成數據的分析，存儲和顯示等。LabVIEW就是一個極佳的開發(fā)上層應用程序的開發(fā)平臺。 DAQ設備與計算機相連的整體系統(tǒng)框圖在數據采集之前，程序將對DAQ板卡初始化，板卡上和內存中的Buffer是數據采集存儲的中間環(huán)節(jié)。需要注意的兩個問題是：是否使用Buffer？是否使用外觸發(fā)啟動、停止或同步一個操作[15]。這里的緩沖指的是PC內存的一個區(qū)域（不是DAQ卡上的FIFO緩沖），它用來臨時存放數據。例如，你需要采集每秒采集幾千個數據，在一秒內顯示或圖形化所有數據是困難的。但是將采集卡的數據先送到Buffer，你就可以先將它們快速存儲起來，稍后再重新找回它們顯示或分析。需要注意的是Buffer與DAQ操作的速度及容量有關。如果你的卡有DMA性能，模擬輸入操作就有一個通向計算機內存的高速硬件通道，這就意味著所采集的數據可以直接送到計算機的內存。不使用Buffer意味著對所采集的每一個數據你都必須及時處理（圖形化、分析等），因為這里沒有一個場合可以保持你著手處理的數據之前的若干數據點。下列情況需要使用Buffer I/O：（1）需要采集或產生許多樣本，其速率超過了實際顯示、存儲到硬件，或實時分析的速度。（2）需要連續(xù)采集或產生AC數據（10樣本／秒），并且要同時分析或顯示某些數據。（3）采樣周期必須準確、均勻地通過數據樣本。下列情況可以不使用Buffer I/O：（1）數據組短小，例如每秒只從兩個通道之一采集一個數據點。（2）需要縮減存儲器的開支。（Triggering）觸發(fā)涉及初始化、終止或同步DAQ事件的任何方法。觸發(fā)器通常是一個數字或模擬信號，其狀態(tài)可確定動作的發(fā)生。軟件觸發(fā)最容易，你可以直接用軟件，例如使用布爾面板控制去啟動/停止數據采集。硬件觸發(fā)讓板卡上的電路管理觸發(fā)器，控制了DAQ事件的時間分配，有很高的精確度。硬件觸發(fā)可進一步分為外部觸發(fā)和內部觸發(fā)。當某一模入通道發(fā)生一個指定的電壓電平時，讓卡輸出一個數字脈沖，這是內部觸發(fā)的例子。采集卡等待一個外部儀器發(fā)出的數字脈沖到來后初始化采集卡，這是外部觸發(fā)的例子。許多儀器提供數字輸出用于觸發(fā)特定的裝置或儀器，在這里，就是DAQ卡。下列情況使用軟件觸發(fā)：（1）用戶需要對所有DAQ操作有明確的控制。（2）事件定時不需要非常準確。下列情況使用硬件觸發(fā)：（1）DAQ事件定時需要非常準確。（2）用戶需要削減軟件開支。（3）DAQ事件需要與外部裝置同步。 數據采集的實現 信號類型信號通常是指包含一定信息量的函數，這些函數可以是狀態(tài)、速率、電平、形狀、頻率等。根據信號運載信息方式的不同，可以將信號分為模擬信號和數字信號。其中數字信號又可以分為開關信號和脈沖信號；模擬信號可以分為直流信號、時域信號和頻域信號。第一類數字信號是開關信號。一個開關信號運載的信息與信號的瞬間狀態(tài)有關。TTL信號就是一個開關信號，一個TTL信號如果在2～5V之間，就定義它為邏輯高電平，如果在0～，就定義為邏輯低電平。第二類數字信號是脈沖信號。這種信號包括一系列的狀態(tài)轉換，信息就包含在狀態(tài)轉化發(fā)生的數目、轉換速率、一個轉換間隔或多個轉換間隔的時間里。安裝在電動機軸上的光學編碼器的輸出就是脈沖信號。有些裝置需要數字輸入，比如一個步進式電動機就需要一系列的數字脈沖作為輸入來控制位置和速度。模擬直流信號是靜止的或變化非常緩慢的模擬信號。直流信號中最重要的信息是它在給定區(qū)間內運載信息的幅度。常見的直流信號有溫度、流速、壓力、應變等。模擬時域信號與其他信號的不同在于，它在運載信息時不僅有信號的電平，還有電平隨時間的變化。在測量一個時域信號，即一個波形時，需要關注一些有關波形形狀的特性，比如斜度、峰值等。為了測量一個時域信號，必須有一個精確的時間序列，序列的時間間隔也應該合適，以保證信號的有用部分被采集到。要以一定的速度進行測量，這個測量速率要能跟上波形的變化。模擬頻域信號與時域信號類似，然而從頻域信號中提取的信息是基于信號的頻域內容的，而不是波形的形狀，是不隨時間變化的特性。 采樣頻率、抗混疊濾波器和樣本數采樣率是輸入信號的最重要的參數之一。采樣率決定了模數轉換（A/D）的頻率。較高的采樣率意味著在給定時間內采集更多的點，所以可以更好地還原原始信號。而采樣率過低則可能會導致信號畸變。a) 充分采樣率時的信號b) 過低采樣率的采樣結果 不同采樣率的采樣結果。采樣率過低的結果使還原信號的頻率看上去與原始信號