【文章內容簡介】 ()式中，為起始頻率，為結束頻率。依照公式在程序框圖中給出如下的公式節(jié)點： 計算掃描所用頻率的公式節(jié)點本設計中，頻率分點數為100，即圖中輸入變量N=100。而=10，=1000000。掃頻信號源設計的程序框圖如下： 信號源程序框圖信號源的前面板為： 信號源前面板（1）使用DAQ助手的方法基于上面的設計，我們已經可以虛擬設計出一個掃頻帶寬滿足要求的信號源。下一步我們的任務是將虛擬出的激勵信號，通過NI USB6251的AO0通道模擬輸出。在這一步設計當中我們需要用到一個快速VI為DAQ助手。LabVIEW提供了一系列快速VI，又稱Express VI。它們的作用是簡單、方便，無需使用底層VI進行編程，只需要通過簡單的窗口配置就能實現應用?！皵祿杉帧本褪菍Ｓ糜跀祿杉蝿盏目焖賄I。使用它可以實現模擬輸入輸出和數字輸入輸出的數據采集功能。使用AO0模擬輸出使用的快速VI如下圖： DAQ助手模擬輸出雙擊DAQ助手可以對它進行設置，在這里我們需要改將最大值和最小值改為10V和10V，生成模式改為N采樣。待寫入采樣數改為10K，采樣率為1MHz。點擊保存即可完成快速VI的配置。 DAQ助手設置數據采集助手快速VI產生的任務只能在用它的程序中使用，如果把它轉換為一個任務常數，就可以存儲在MAX中，供其他程序使用。通過任務生成程序代碼的步驟為，鼠標右擊DAQ助手，選擇“生成代碼”選項。就可以得到模擬輸出任務的程序代碼。 DAQ助手轉為程序代碼現在，我們可以得到掃頻信號信號源輸出的整體程序框圖為： 掃頻信號源模擬輸出程序框圖點擊運行程序，我們可以在示波器上看到一個掃頻帶寬為10Hz到1MHz的激勵信號。（2）使用DAQmx的方法 使用DAQmx產生信號源使用DAQmx的方法設計掃頻源的方法如上圖所示。圖中用到了幾個VI來使數據采集卡模擬輸出波形。下面將對這幾個VI進行簡介。①DAQmx創(chuàng)建虛擬通道——AO電壓它的功能是創(chuàng)建單個或多個虛擬通道，并將其添加至任務。該多態(tài)VI的實例分別對應于通道的I/O類型（例如，模擬輸入、數字輸出或計數器輸出）、測量或生成操作（例如，溫度測量、電壓測量或事件計數）或在某些情況下使用的傳感器（例如，用于溫度測量的熱電偶或RTD）。在循環(huán)中使用該VI時，如未指定任務輸入，NIDAQmx將在循環(huán)的每次迭代中創(chuàng)建新的任務。完成任務前，應在循環(huán)中使用DAQmx清除任務VI，以避免不必要的內存分配。簡單地說，這個VI可以用來創(chuàng)建通道，生成電壓。 模擬輸出電壓VI任務輸入：指定要添加VI創(chuàng)建的虛擬通道的任務的名稱。如沒有指定任務，NIDAQmx將自行創(chuàng)建任務并將VI創(chuàng)建的通道添加至該任務。物理通道：指定用于生成虛擬通道的物理通道。DAQmx物理通道常量包含系統(tǒng)已安裝設備和模塊上的全部物理通道。也可以為該輸入連接包含物理通道列表或范圍的字符串。通過DAQmx平化通道字符串VI可將物理通道數組轉換為列表。分配名稱：是分配給VI創(chuàng)建的定時源的名稱。如該輸入端未連線，NIDAQmx將把物理通道名稱作為虛擬通道名稱。如將自定義的虛擬通道名稱連接至該輸入端，在其它NIDAQmx VI或屬性節(jié)點（例如，DAQmx觸發(fā)VI的源輸入端）中引用這些通道時，必須使用自定義名稱。對于使用“DAQmx創(chuàng)建虛擬通道”VI創(chuàng)建的多個虛擬通道，通過用逗號分隔的列表可為虛擬通道指定名稱。如輸入的名稱數量少于創(chuàng)建的虛擬通道的數量，NIDAQmx將為虛擬通道自動分配名稱。單位：指定從通道返回的電壓測量所使用的單位。錯誤輸入：表示節(jié)點運行前發(fā)生的錯誤情況。該輸入將提供標準錯誤輸入功能。最大值：指定需測量的最大值的單位。最小值：指定要測量的最小值的單位。輸入接線端配置：指定通道的輸入接線端配置。自定義換算名稱：指定用于通道的自定義換算的名稱。如需將自定義換算用于通道，可為該輸入端連接自定義換算，并將單位設置為來自自定義換算。任務輸出：是VI執(zhí)行結束后，對任務的引用。任務中包含全部新建的虛擬通道。任務輸入沒有連線時，NIDAQmx將自動創(chuàng)建該輸出引用的任務。錯誤輸出：包含錯誤信息。該輸出將提供標準錯誤輸出功能。②DAQmx寫入該VI的功能是在用戶指定的任務或虛擬通道中寫入采樣數據。該多態(tài)VI的實例分別用于寫入不同格式的采樣、寫入單個/多個采樣，以及對單個/多個通道進行寫入。如任務使用按要求定時，VI只在設備生成全部采樣后返回。未使用DAQmx定時VI時，默認的定時類型為按要求。如任務使用其它類型的定時，VI將立即返回，不等待設備生成全部采樣。應用程序必須判斷任務是否完成，確保設備生成全部的采樣。DAQmx寫入屬性包含用于寫入操作的其它配置選項。在本設計中設置DAQmx寫入為模擬波形1通道1采樣。 DAQmx寫入VI任務/通道輸入：是操作要使用的任務的名稱或虛擬通道列表。使用虛擬通道列表時，NIDAQmx將自動創(chuàng)建任務。數據：包含要寫入任務的波形。數據的寫入單位與生成單位一致，并且包含自定義換算。通過DAQmx創(chuàng)建虛擬通道VI或DAQ助手指定單位。超時：指定等待VI寫入全部采樣的時間，以秒為單位。只有在VI寫入數據前需要等待時，NIDAQmx才進行超時檢查。在超時狀態(tài)下，VI將返回錯誤。默認的超時時間為10秒。超時的值為1時，VI將無限等待。如超時的值為0，VI將嘗試一次寫入所有已提交的采樣。如VI無法寫入所有已提交的采樣，VI將返回錯誤和成功寫入每通道寫入采樣數輸出的采樣數。錯誤輸入：表示節(jié)點運行前發(fā)生的錯誤情況。該輸入將提供標準錯誤輸入功能。自動開始：指定在沒有通過DAQmx開始任務VI開始運行任務時，VI是否自動開始執(zhí)行。任務輸出：是在VI或函數執(zhí)行結束后，對任務的引用。如將通道或通道列表連接至任務/通道輸入，NIDAQmx將自動創(chuàng)建任務。每通道寫入采樣數：是VI成功寫入的實際采樣數。錯誤輸出：包含錯誤信息。該輸出將提供標準錯誤輸出功能。③DAQmx開始任務該子VI的功能是使任務處于運行狀態(tài)，開始測量或生成。該VI適用于某些應用程序。如未使用該VI，DAQmx讀取VI運行時測量任務將自動開始。DAQmx寫入VI的自動開始輸入用于確定“DAQmx寫入”VI運行時，生成任務是否自動開始。如在循環(huán)中多次使用“DAQmx讀取”VI或“DAQmx寫入”VI時，未使用“DAQmx開始任務”VI和DAQmx停止任務VI，任務將反復進行開始和停止操作，導致應用程序的性能降低。 DAQmx開始任務VI任務/通道輸入：是操作要使用的任務的名稱或虛擬通道列表。使用虛擬通道列表時，NIDAQmx將自動創(chuàng)建任務。錯誤輸入：表示節(jié)點運行前發(fā)生的錯誤情況。該輸入將提供標準錯誤輸入功能。任務輸出：是在VI或函數執(zhí)行結束后，對任務的引用。如將通道或通道列表連接至任務/通道輸入，NIDAQmx將自動創(chuàng)建任務。錯誤輸出：包含錯誤信息。該輸出將提供標準錯誤輸出功能。④DAQmx清除任務該子VI的功能是清除任務。在清除之前，VI將中止該任務，并在必要情況下釋放任務保留的資源。清除任務后，將無法使用任務的資源。必須重新創(chuàng)建任務。如在循環(huán)內部使用DAQmx創(chuàng)建任務VI或DAQmx創(chuàng)建虛擬通道VI，應任務結束前在循環(huán)中使用該V，避免分配不必要的內存。 DAQmx清除任務VI任務輸入：是要清除的任務的名稱。不同于某些VI的任務/通道輸入，該輸入端不能連接虛擬通道。錯誤輸入：表示節(jié)點運行前發(fā)生的錯誤情況。該輸入將提供標準錯誤輸入功能。錯誤輸出：包含錯誤信息。該輸出將提供標準錯誤輸出功能。數據采集是測試信號從模擬信號到計算機能夠接受和處理的數字信號轉換的關鍵環(huán)節(jié)[12]。在計算機廣泛應用的今天，數據采集的重要性是十分顯著的。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。數據采集時，有一些基本原理要注意，還有更多的實際的問題要解決，同時噪聲也可能帶來一些麻煩。數據采集卡中關鍵的器件是模數轉換及數模轉換，鑒于前面已描述過有關數模轉換的內容，這里只簡單介紹模數轉換的內容。模數轉換通常簡寫成A/D變換。輸入信號是在時間和幅度上都是連續(xù)變化的模擬信號，輸出信號是在時間和幅度上都是離散的數字信號，從連續(xù)信號到離散信號的變換過程可以看成采樣和量化的過程。，一個模擬信號每隔時間采樣一次。時間間隔被稱為采樣間隔或者采樣周期。它的倒數被稱為采樣頻率，單位是采樣數/每秒。如果對信號采集個采樣點，那么就可以用一數列表示： （） 模擬信號采樣過程描述根據采樣定理[13]，最低采樣頻率必須是信號頻率的兩倍。如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號將在直流和奈奎斯特頻率之間畸變。采樣頻率的設置理論上設置采樣頻率為被采集信號最高頻率成分的2倍就夠了，有時可能會考慮用采集卡支持的最大頻率，但較長時間使用很高的采樣率可能會導致沒有足夠的內存或者硬盤存儲數據太慢。實際上工程中選用5到10倍，有時為了較好地還原波形，甚至更高一些。量化過程是把采樣值取整為最小單位的整數倍，最小單位稱為量化單位，用數字1來表示。在量化過程中，取整的結果將引入誤差，稱為量化誤差。A/D轉換器的性能指標有位數、分辨率、量化誤差、非線性誤差、變換精度和變換速度等，其中轉換精度和轉換速度是最重要的指標。 足夠采樣率下的采樣結果 過低采樣頻率下的采樣結果（1）DAQ功能數據采集(DAQ)硬件設備的基本功能包括模擬量輸入、模擬量輸出、數字I/O和定時/計數。①A/D轉換器是把輸入模擬量轉換為輸出數字量的器件，也是硬件的核心。就工作原理而言，A/D轉換有種方法逐次逼近法、雙積分法和并行比較法。在DAQ產品中應用較多的方法是逐次逼近法。衡量A/D轉換器性能好壞主要有兩種指標一是采樣分辨率，即A/D轉換器位數。二是A/D轉換速度。這二者都與A/D轉換器工作原理有關。②D/ADAQ系統(tǒng)經常需要為被測對象提供激勵信號，也就是輸出模擬信號。D/A轉換器就是將數字量信號轉換為模擬量輸出的器件。D/A轉換器的主要性能參數是分辨率和線性誤差分辨率，分辨率取決于D/A轉換器的位數，線性誤差則刻畫了D/A轉換器的精度。③數字I/O在DAQ應用中經常需要采集外部設備的工作狀態(tài)，建立與外部設備的通信，此時就需要用到設備的數字I/O功能。一般的數字I/O板卡均采用TTL電平。需要強調的是一點，對于大功率外部設備的驅動需要設計專門的信號處理裝置。④定時計數器在應用中還經常用到定時/計數功能，比如脈沖周期信號測量、精確時間控制和脈沖信號產生等。定時/計數器的兩個主要性能指標是分辨率和時鐘頻率，分辨率越大，計數器位數越大，計數值也越高。（2）NI USB6251數據采集卡一般說來，數據采集卡都有自己的驅動程序，該程序控制采集卡的硬件操作，當然這個驅動程序是由采集卡的供應商提供，用戶一般無須通過低層才能與采集卡硬件打交道。公司提供了一個數據采集卡的配置工具軟件——Measurement amp。 Automation Explorer，它可以配置公司的軟件和硬件，比如執(zhí)行系統(tǒng)測試和診斷、增加新通道和虛擬通道、設置測量系統(tǒng)的方式、察看所連接的設備等。NI USB6251數據采集卡驅動程序的安裝很簡捷，硬件驅動程序利用上述管理軟件可以自動安裝在計算機中，同時完成數據采集卡的檢測、性能測試、屬性配置和刪除等操作。 安裝和配置DAQ的主要步驟需要提及的是，提供了兩套驅動程序：Traditional NIDAQ（傳統(tǒng)NIDAQ）和NIDAQmx[14]。由于傳統(tǒng)DAQ不支持NI USB6251，所以本設計使用NIDAQmx。一個典型的數據采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數字、計數器計時器等，這些功能分別由相應的電路來實現。模擬輸入是采集最基本的功能[15]。它一般由多路開關（MUX）、放大器、采樣保持電路以及刀來實現，通過這些部分，一個模擬信號就可以轉化為數字信號。多數采集卡都有多個模入通道，每個通道共用一套A/D，在A/D之前的有一個多路開關(MUX)，以及放大器(AMP)、采樣保持器(S/H)等。通過這個開關的掃描切換，通過這個開關的掃描切換，實現多通道的采樣。多通道的采樣方式有三種[16]：循環(huán)采樣、同步采樣和間隔采樣。在一次掃描（scan）中，數據采集卡將對所有用到的通道進行一次采樣，掃描速率(scan rate)是數據采集卡每秒進行掃描的次數。當對多個通道采樣時，循環(huán)采樣是指采集卡使用多路開關以某一時鐘頻率將多個通道分別接入A/D循環(huán)進行采樣。同步采樣方式的數據采集卡每個通道使用獨立的放大器和S/H電路，經過一個多路開關分別將不同的通道接入A/D進行轉換。間隔掃描(interval scanning)方式用通道時鐘控制通道間的時間間隔，而用另一個掃描時鐘控制兩次掃描過程之間的間隔。通道間的間隔由實際上由采集卡的最高采樣速率決定，可能是微秒、甚至納秒級的，效果接近于同步掃描。間隔掃描適合緩慢變化的信號，比如溫度和壓力，對一般采集系統(tǒng)來說，間隔采樣是性價比較高的一種采樣方式。NI公司的數據采集卡可以使用內部時鐘來設置掃描速率和通道間的時間間隔。（1）使用DAQ助手進行采集的方法在本設計中可以使用快速DAQ助手來采集激勵信號和響應信號[17]。由于DAQ助手可以同時采集兩路信號，所以我們使用數據采集卡的AI0和AI1通道對信號進行采集。具體配置過程如下： DAQ助手選擇通道點擊完成按鈕，快速DAQ助手就會進入設置頁面。在這里，我們將DAQ助手設置為： 配置DAQ參數可以將DAQ助手轉換為程序代碼如下： DAQ助手采集程序代碼我們可以得到使用DAQ助手來進行對通道AI0和AI1采集的程序框圖： DAQ助手采集兩路信號（2）使用DAQmx進行采集的方法 安裝和配置DAQ的主要步驟使用DAQmx的方法設計AI0和AI1的方法如上圖所示。圖中用到了幾個VI來使數據采集卡模擬輸出波形。下面將對這幾個VI進行簡介[18]。①DAQm