【文章內(nèi)容簡介】 則可以用Windows菜單下的Show Functions Palette功能打開它，也可以在框圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵以彈出功能模板。注：只有打開了框圖程序窗口，才能出現(xiàn)功能模板。功能模板如下圖所示。結(jié)構(gòu)子模板：包括程序控制結(jié)構(gòu)命令，例如循環(huán)控制等，以及全局變量和局部變量。數(shù)值運(yùn)算子模板：包括各種常用的數(shù)值運(yùn)算符，如+、等；以及各種常見的數(shù)值運(yùn)算式，如+1運(yùn)算；還包括數(shù)制轉(zhuǎn)換、三角函數(shù)、對數(shù)、復(fù) 數(shù)等運(yùn)算，以及各種數(shù)值常數(shù)。布爾邏輯子模板：包括各種邏輯運(yùn)算符以及布爾常數(shù)。字符串運(yùn)算子模板：包含各種字符串操作函數(shù)、數(shù)值與字符串之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)，以及字符(串)常數(shù)等。數(shù)組子模板：包括數(shù)組運(yùn)算函數(shù)、數(shù)組轉(zhuǎn)換函數(shù)，以及常數(shù)數(shù)組等。群子模板。包括群的處理函數(shù)，以及群常數(shù)等。這里的群相當(dāng)于C語言中的結(jié)構(gòu)。比較子模板：包括各種比較運(yùn)算函數(shù)，如大于、小于、等于。時間和對話框子模板：包括對話框窗口、時間和出錯處理函數(shù)等。文件輸入/輸出子模板：包括處理文件輸入/輸出的程序和函數(shù)。儀器控制子模板：包括GPIB(48)、串行、VXI儀器控制的程序和函數(shù)， 以及VISA的操作功能函數(shù)。儀器驅(qū)動程序庫：用于裝入各種儀器驅(qū)動程序。數(shù)據(jù)采集子模板：包括數(shù)據(jù)采集硬件的驅(qū)動程序，以及信號調(diào)理所需的各種功能模塊。信號處理子模板：包括信號發(fā)生、時域及頻域分析功能模塊。數(shù)學(xué)模型子模塊：包括統(tǒng)計、曲線擬合、公式框節(jié)點(diǎn)等功能模塊，以及數(shù)值微分、積分等數(shù)值計算工具模塊。圖形與聲音子模塊：包括3D、OpenGL、聲音播放等功能模塊。通訊子模板:包括TCP、DDE、ActiveX和OLE等功能的處理模塊。應(yīng)用程序控制子模塊:包括動態(tài)調(diào)用VI、標(biāo)準(zhǔn)可執(zhí)行程序的功能函數(shù)。底層接口子模塊：包括調(diào)用動態(tài)連接庫和CIN節(jié)點(diǎn)等功能的處理模塊。文檔生成子模板。示教課程子模板：包括LabVIEW示教程序。用戶自定義的子VI模板?！斑x擇…VI子程序”子模板：包括一個對話框，可以選擇一個VI程序作為子程序（SUB VI）插入當(dāng)前程序中。其它幾個子模板是LabVIEW的附加Toolkit安裝上去的。在LabVIEW完全版中不包括這些子模板。編制軟件時通過對控制和功能模塊中子模塊的靈活調(diào)用，選取相應(yīng)的功能子模塊，分別置于前后面板內(nèi)，使用連線工具即可完成虛擬儀器設(shè)計。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集（Data Acquisition，DAQ），就是將被測對象的各種參量（物理量、化學(xué)量、生物量等）通過各種傳感器作適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或記錄的過程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程框圖如圖23。圖23 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程框圖 微型計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成微型計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由傳感器、信號調(diào)理電路、模擬多路開關(guān)、放大器、采樣\保持器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計算機(jī)及外部設(shè)備等組成。在計算機(jī)的軟硬件控制下，模擬多路開關(guān)被依次切換，接通各路模擬輸入信號，同時采樣/保持器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器也在計算機(jī)的控制下啟動，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號被讀入計算機(jī)，達(dá)到了巡回數(shù)據(jù)采集的目的。 集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實質(zhì)上是一種利用計算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程中進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制系統(tǒng)，它是由微電子技術(shù)，自動控制技術(shù)，計算技術(shù)和通信技術(shù)相互發(fā)展，滲透而產(chǎn)生的。由集中管理部分、分散控制監(jiān)測部分和通信部分組成的一個兩級計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集原理在計算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。各數(shù)據(jù)采集種類型信號采集的難易程度差別很大。實際采集時，噪聲也可能帶來一些麻煩。數(shù)據(jù)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。 假設(shè)對一個模擬信號x(t)每隔Δt時間采樣一次。時間間隔Δt被稱為采樣間隔或者采樣周期。它的倒數(shù)1/Δt被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù)/每秒。t=0,Δt,2Δt,3Δt……等等，x(t)的數(shù)值就被稱為采樣值。所有x(0),x(Δt),x(2Δt)都是采樣值。根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號頻率的兩倍。反過來說，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做恩奎斯特頻數(shù)據(jù)采集率，它是采樣頻率的一半。如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。 采樣率過低的結(jié)果是還原的信號的頻率看上去與原始信號不同。這種信號畸變叫做混疊(alias)。出現(xiàn)的混頻偏差(alias frequency)是輸入信號的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對值。 　　采樣的結(jié)果將會是低于奈奎斯特頻率(fs/2=50Hz)的信號可以被正確采樣。而頻率高于50HZ的信號成分采樣時會發(fā)生畸變。分別產(chǎn)生了40和10Hz的畸變頻率FF3和F4。計算混頻偏差的公式是： 　　混頻偏差＝ABS(采樣頻率的最近整數(shù)倍—輸入頻率) 　　其中ABS表示“絕對值”， 　　為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號被采集(A/D)之前，經(jīng)過一個低通濾波器，將信號中高于奈奎斯特頻率的信號成分濾去。這個濾波器稱為抗混疊濾波器。 　　采樣頻率應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)置。也許可能會首先考慮用采集卡支持的最大頻率。但是，較長時間使用很高的采樣率可能會導(dǎo)致沒有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲數(shù)據(jù)太慢。理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號最高頻率成分的2倍就夠了，實際上工程中選用5～10倍，有時為了較好地還原波形，甚至更高一些。 通常，信號采集后都要去做適當(dāng)?shù)男盘柼幚?，例如FFT等。這里對樣本數(shù)又有一個要求，一般不能只提供一個信號周期的數(shù)據(jù)樣本，希望有5～10個周期，甚至更多的樣本。并且希望所提供的樣本總數(shù)是整周期個數(shù)的。這里又發(fā)生一個困難，并不知道，或不確切知道被采信號的頻率，因此不但采樣率不一定是信號頻率的整倍數(shù)，也不能保證提供整周期數(shù)的樣本。所有的僅僅是一個時間序列的離散的函數(shù)x(n)和采樣頻率。這是測量與分析的唯一依據(jù)。數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集儀表等，都是數(shù)據(jù)采集工具。 數(shù)據(jù)采集硬件 模擬輸入模擬輸入的基本考慮－在模擬輸入的技術(shù)說明中將給出關(guān)于數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的精度和功能的信息?；炯夹g(shù)說明適用于大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集產(chǎn)品，包括通道數(shù)目、采樣速率、分辨率和輸入范圍等方面的信息。通道數(shù)－對于采用單端和差分兩種輸入方式的設(shè)備，模擬輸入通道數(shù)可以分為單端輸入通道數(shù)和差分輸入通道數(shù)。在單端輸入中，輸入信號均以共同的地線為基準(zhǔn)。這種輸入方法主要應(yīng)用于輸入信號電壓較高（高于1 V），信號源到模擬輸入硬件的導(dǎo)線較短，且所有的輸入信號共用一個基準(zhǔn)地線。如果信號達(dá)不到這些標(biāo)準(zhǔn)，此時應(yīng)該用差分輸入。對于差分輸入，每一個輸入信號都有自有的基準(zhǔn)地線；由于共模噪聲可以被導(dǎo)線所消除，從而減小了噪聲誤差。采樣速率－這一參數(shù)決定了每秒種進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的次數(shù)。一個高采樣速率可以在給定時間下采集更多數(shù)據(jù)，因此能更好地反映原始信號。分辨率－模數(shù)轉(zhuǎn)換器用來表示模擬信號的位數(shù)即是分辨率。分辨率越高，信號范圍被分割成的區(qū)間數(shù)目越多，因此，能探測到的電壓變量就越小。圖24顯示了一個正弦波和使用一個理想的3位模數(shù)轉(zhuǎn)換器所獲得相應(yīng)數(shù)字圖像。一個3位變換器（此器件在實際中很少用到，在此處是為了便于說明）可以把模擬范圍分為23，或8個區(qū)間。每一個區(qū)間都由在000至111內(nèi)的一個二進(jìn)制碼來表示。很明顯，用數(shù)字來表示原始模擬信號并不是一種很好的方法，這是由于在轉(zhuǎn)換過程中會丟失信息。然而，當(dāng)分辨率增加至16位時，由此可見，在恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計模擬輸入電路其它部分的情況下，您可以對模擬信號進(jìn)行非常準(zhǔn)確的數(shù)字化。圖24 三位分辨率下正弦波的數(shù)字化量程－量程是模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以量化的最小和最大電壓值。NI公司的多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備能對量程范圍進(jìn)行選擇，可以在不同輸入電壓范圍下進(jìn)行配置。由于具有這種靈活性，您可以使信號的范圍匹配ADC的輸入范圍，從而充分利用測量的分辨率。編碼寬度－數(shù)據(jù)采集設(shè)備上可用的量程、分辨率和增益決定了最小可探測的電壓變化。此電壓變化代表了數(shù)字值上的最低有效位1（LSB），也常被稱為編碼寬度。理想的編碼寬度為電壓范圍除以增益和2的分辨率次冪的乘積。例如，NI的一種16位多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備——NI 6030E，它可供選擇的范圍為0～10V或10～10V；可供選擇的增益：1，2，5，10，20，50或100。當(dāng)電壓范圍為0～10V，增益為100時，理想的編碼寬度由以下公式?jīng)Q定： =X模擬輸入的重要因素－盡管前面所提到的數(shù)據(jù)采集設(shè)備具有16位分辨率的ADC和100 kS/s采樣率這樣的基本指標(biāo)，但是您可能無法在16個通道上進(jìn)行全速采樣，或者得不到滿16位的精度。例如，目前市場上的某些帶有16位ADC的產(chǎn)品所得到的有效數(shù)據(jù)要低于12位。為了確定您所要用的設(shè)備是否能滿足您所期待的結(jié)果，請仔細(xì)審查那些超出產(chǎn)品分辨率的技術(shù)指標(biāo)。評估數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品時，還需要考慮微分非線性度(DNL)、相對精度、儀用放大器的穩(wěn)定時間和噪聲等。微分非線性度（DNL）——在理想情況下，當(dāng)您提高一個數(shù)據(jù)采集設(shè)備上的電壓值時，模數(shù)轉(zhuǎn)換器上的數(shù)字編碼也應(yīng)該線性增加。如果您對一個理想的模數(shù)轉(zhuǎn)換器測定電壓值與輸出碼的關(guān)系，繪出的線應(yīng)是一條直線。這條理想直線的離差被定義為非線性度。DNL是指以LSB為測量單位，和1LSB理想值的最大離差。一個理想的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的DNL值為0，一個好的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的DNL值應(yīng)在177。 LSB以內(nèi)。對于一個編碼應(yīng)該有多寬，我們沒有更多的限制。編碼不會比0 LSB更小，因此，DNL肯定是小于1LSB。一個性能較差的數(shù)據(jù)采集設(shè)備可能有一個等于或非常接近零的編碼寬度，這意味著會有一個丟失碼。對一個有丟失碼的數(shù)據(jù)采集設(shè)備無論輸入什么電壓，設(shè)備都無法將此電壓量化為丟失碼所表示的值。有時DNL指標(biāo)顯示數(shù)據(jù)采集設(shè)備沒有丟失碼，這意味著DNL低于–1 LSB，但是沒有上邊界的技術(shù)指標(biāo)。所有NIE系列設(shè)備都保證沒有丟失碼，并且其技術(shù)說明上清楚地標(biāo)明DNL的技術(shù)指標(biāo)，因此您就可以知道設(shè)備的線性度。如果以上文提到的數(shù)據(jù)采集設(shè)備為例， μV，略高于500 μV時會有一個丟失碼，此時，增加電壓至502 μV的情況將不會被探測到。在這個例子中，只有電壓值再增加一個LSB，大于503 μV時，電壓改變值才能被探測到。因此較差的DNL會降低設(shè)備的分辨率。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的驅(qū)動軟件將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制碼值通過乘以一個常數(shù)轉(zhuǎn)化為電壓值。良好的相對精度對數(shù)據(jù)采集設(shè)備很重要，因為它確保了將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制碼值能被準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化為電壓值。獲得良好的相對精度需要正確地設(shè)計模數(shù)轉(zhuǎn)換器和外圍的模擬電路。穩(wěn)定時間——穩(wěn)定時間是指放大器、繼電器、或其它電路達(dá)到工作穩(wěn)定模式所需要的時間。當(dāng)您在高增益和高速率下進(jìn)行多通道采樣時，儀用放大器是最不容易穩(wěn)定下來的。在這種條件下，儀用放大器很難追蹤出現(xiàn)在多路復(fù)用器不同通道上的大變化的信號。一般而言，增益越高并且通道的切換時間越短時，儀用放大器越不容易穩(wěn)定。事實上，沒有現(xiàn)成的可編程增益放大器可在2μs時間內(nèi)、增益為100時，穩(wěn)定地達(dá)到12位精度。NI為數(shù)據(jù)采集應(yīng)用專門開發(fā)了NIPGIA，所以應(yīng)用NIPGIA的設(shè)備在高增