【正文】 號(hào)的電平，還有電平隨時(shí)間的變化，如圖48所示。在測(cè)量一個(gè)時(shí)域信號(hào)或者說(shuō)是波形時(shí)，需要關(guān)注波形形狀的特性，如斜度、峰值等。為了測(cè)量一個(gè)時(shí)域信號(hào)，必須有一個(gè)精確的時(shí)間序列，間隔也要合適，以保證信號(hào)的有用部分被采集到?，F(xiàn)實(shí)中存在許多不同的時(shí)域信號(hào)，比如心臟跳動(dòng)信號(hào)、視頻信號(hào)等，測(cè)量它們通常是因?yàn)閷?duì)波形的某些方面的特性感興趣。模擬頻域信號(hào)(FrequencyDomain)與時(shí)域信號(hào)類似，但從頻域信號(hào)中提取的信息是信號(hào)的頻域內(nèi)容，而不是波形的形狀，也不是隨時(shí)間變化的特性。用于測(cè)量一個(gè)頻域信號(hào)的系統(tǒng)必須有必要的分析功能，用于從信號(hào)中提取頻域信息。為了實(shí)現(xiàn)這樣的數(shù)字信號(hào)處理，可以使用應(yīng)用軟件或特殊的DSP硬件來(lái)迅速而有效地分析信號(hào)。模擬頻域信號(hào)也很多，比如聲音信號(hào)、地球物理信號(hào)、傳輸信號(hào)等?，F(xiàn)實(shí)中的信號(hào)并不是互相排斥的，一個(gè)信號(hào)可能運(yùn)載有不只一種信息，可以用幾種方式來(lái)定義信號(hào)并測(cè)量它，用不同類型的系統(tǒng)來(lái)測(cè)量同一個(gè)信號(hào)，從信號(hào)中取出需要的各種信息[28]。 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)采集卡的性能指標(biāo)數(shù)據(jù)采集板卡的性能與眾多因素相關(guān)，要根據(jù)具體情況來(lái)具體分析。所以在選擇數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)，首先必須對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的性能指標(biāo)有解。數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo)：1）采樣頻率采樣頻率的高低，決定了在一定時(shí)間內(nèi)獲取原始信號(hào)信息的多少，為了能夠較好的再現(xiàn)原始信號(hào)，不產(chǎn)生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。根據(jù)奈奎斯特理論采樣頻率至少是原信號(hào)的兩倍，但實(shí)際中，一般都需要5～10倍。2）采樣方法采集卡通常都有好幾個(gè)數(shù)據(jù)通道，如果所有的數(shù)據(jù)通道都輪流使用同一個(gè)放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，要比每個(gè)通道單獨(dú)使用各自的經(jīng)濟(jì)的多，但這僅適用于對(duì)時(shí)間不是很重要的場(chǎng)合。如果采樣系統(tǒng)對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格，則必須同時(shí)采集，這就需要每個(gè)通道都有自己的放大和A/D轉(zhuǎn)換器。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行的是各個(gè)數(shù)據(jù)通道公用一套放大器和A/D轉(zhuǎn)換器。3）分辨率ADC的位數(shù)越多，分辨率就越高，可區(qū)分的電壓就越小。例如，三位的A/D轉(zhuǎn)換把模擬電壓范圍分成段，每段用二進(jìn)制代碼在000到111之間表示。因而，數(shù)字信號(hào)不能真實(shí)地反映原始信號(hào)，因?yàn)橐徊糠中畔⒈宦┑袅?。如果增加十二位，代碼數(shù)從8增加到，這樣就可以獲得就能獲得十分精確的模擬信號(hào)數(shù)字化表示。4）電壓動(dòng)態(tài)范圍電壓范圍指ADC能掃描到的最高和最低電壓。一般最好能夠使進(jìn)入采集卡的電壓范圍剛好與其符合，以便利用其可靠的分辨率范圍。例如，一個(gè)12位多功能DAQ卡，其可選的范圍從0到10V，或－5到＋5V，其可選增益有1，2，5，10，20，50或100。電壓取值范圍從0到10V，增益為50，則理想分辯電壓是： （42） 5）I/O通道數(shù)該參數(shù)表明了數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號(hào)路數(shù)[22]。 數(shù)據(jù)采集卡的組成 1．多路開(kāi)關(guān)將各路信號(hào)輪流切換至放大器的輸入端，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)多路信號(hào)的分時(shí)采集。2．放大器將切換進(jìn)入采集卡的信號(hào)放大至需要的量程內(nèi)。通常中的放大器都是增益可調(diào)的，使用者可根據(jù)需要來(lái)選擇不同的增益倍數(shù)。3．采樣保持器。把采集到的信號(hào)瞬間值，保持在A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程中不變化。 4．A/D轉(zhuǎn)換器將模擬的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，完成信號(hào)幅值的量化。目前，通常將采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器集成在同一塊芯片上。以上四個(gè)部分是數(shù)據(jù)采集卡的重要組成部分，與其他的電路如定時(shí)/計(jì)數(shù)器、總線接口等電路儀器組成DAQ[29]。 USB2832數(shù)據(jù)采集卡USB2832 數(shù)據(jù)采集卡是一種基于 USB 總線的數(shù)據(jù)采集卡，可直接和計(jì)算機(jī)的 USB 接口相連，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心等各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、波形分析和處理系統(tǒng)，也可構(gòu)成工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)。基于其完備的功能體系，USB2832 數(shù)據(jù)采集卡廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、信號(hào)采集、過(guò)程控制、伺服控制等場(chǎng)合。USB2832數(shù)據(jù)采集卡元件布局圖如圖49所示。USB2832 數(shù)據(jù)采集卡的主要性能參數(shù)如下所述：AD模擬量輸入功能：轉(zhuǎn)換器類型：AD7321輸入量程：177。10V、177。5V、177。、177。0~10V圖49 USB2832數(shù)據(jù)采集卡元件布局圖轉(zhuǎn)換精度：13 位(Bit)，第 13 位為符號(hào)位采樣速率(Frequency)：AD 芯片轉(zhuǎn)換頻率最高 500KHz物理通道數(shù)：32 通道（單端 SE），16 通道（雙端 DI）模擬量輸入方式：?jiǎn)味四M輸入和雙端模擬輸入采樣通道數(shù)：軟件可選擇，通過(guò)設(shè)置首通道(First Channel)和末通道(Last Channel) 37芯D端子板圖410 37芯D型插頭的定義接線端子就是用于實(shí)現(xiàn)電氣連接的一種配件產(chǎn)品，工業(yè)上劃分為連接器的范疇。 隨著工業(yè)自動(dòng)化程度越來(lái)越高和工業(yè)控制要求越來(lái)越嚴(yán)格、精確，接線端子的用量逐漸上漲。隨著電子行業(yè)的發(fā)展，接線端子的使用范圍越來(lái)越多，而且種類也越來(lái)越多。目前用得最廣泛的除了PCB板端子外，還有五金端子，螺帽端子，彈簧端子等等。接線端子是為了方便導(dǎo)線的連接而應(yīng)用的，它其實(shí)就是一段封在絕緣塑料里面的金屬片，兩端都有孔可以插入導(dǎo)線，有螺絲用于緊固或者松開(kāi)，比如兩根導(dǎo)線，有時(shí)需要連接，有時(shí)又需要斷開(kāi)，這時(shí)就可以用端子把它們連接起來(lái)，并且可以隨時(shí)斷開(kāi)，而不必把它們焊接起來(lái)或者纏繞在一起，很方便快捷。而且適合大量的導(dǎo)線互聯(lián)，在電力行業(yè)就有專門的端子排，端子箱，上面全是接線端子，單層的、雙層的，電流的，電壓的，普通的，可斷的等等。一定的壓接面積是為了保證可靠接觸，以及保證能通過(guò)足夠的電流[30]。關(guān)于37芯D型插頭的定義：圖片定義如圖410所示，表格定義如表41所示。 表41 37芯D型插頭的定義 管腳信號(hào)名稱管腳特性管腳功能定義注釋AI0~AI31InputAD模擬量輸入管腳，分別對(duì)應(yīng)于32個(gè)模擬單端通道，當(dāng)為雙端時(shí)，其AI0~AI15分別于AI15~AI31構(gòu)成信號(hào)輸入的正負(fù)兩端，即AI0~AI15接正端，AI15~AI31接負(fù)端。AGNDGND模擬信號(hào)地，當(dāng)輸入輸出模擬信號(hào)時(shí)用它作為參考地 AD模擬量輸入的信號(hào)連接方法 圖411 AD單端輸入連接方法AD模擬量輸入的信號(hào)連接方法分為AD單端輸入方式和AD雙端輸入方式。單端方式是指使用單個(gè)通路實(shí)現(xiàn)某個(gè)信號(hào)的輸入，同時(shí)多個(gè)信號(hào)的參考地共用一個(gè)接地點(diǎn)。此種方式主要應(yīng)用在干擾不大，通道數(shù)相對(duì)較多的場(chǎng)合。單端方式的實(shí)現(xiàn)另外需要借助相關(guān)跳線器的設(shè)置?？砂磮D411所示連接成模擬電壓?jiǎn)味溯斎敕绞剑?2路模擬輸入信號(hào)連接AI0~AI31端，其公共地接到AGND端。圖412 AD雙端輸入連接方法雙端輸入方式是指使用正負(fù)兩個(gè)通路實(shí)現(xiàn)某個(gè)信號(hào)的輸入，該方式也叫差分輸入方式。此種方式主要應(yīng)用在干擾較大，通道數(shù)較少的場(chǎng)合。USB2832板可按圖412連接成模擬電壓雙端輸入方式，可以有效抑制共模干擾信號(hào)，提高采集精度。16路模擬輸入信號(hào)正端分別與AGND端之間各接一只幾十千歐至幾百千歐的電阻（當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源內(nèi)阻小于100歐時(shí)，該電阻應(yīng)為現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源內(nèi)阻的1000倍；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源內(nèi)阻大于100歐時(shí)，該電阻應(yīng)為現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源內(nèi)阻的200倍），為儀表放大器輸入電路提供偏置[31]。本次設(shè)計(jì)中，因?yàn)樾盘?hào)是函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，干擾較小，所以選擇單端輸入方式。 數(shù)據(jù)采集過(guò)程LabVIEW驅(qū)動(dòng)第三方數(shù)據(jù)采集卡的方法有以下三種:1）從LabVIEW選擇Advanced/Memory里的圖標(biāo)Inport與Outport可完成驅(qū)動(dòng)功能，但當(dāng)采樣頻率高時(shí)，該方法易使信號(hào)失真。2）采用LabVIEW中的CIN圖標(biāo)創(chuàng)建A/D插卡驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，但該方法不支持在LabVIEW中更改程序。3），動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)是指：在exe文件生成時(shí)，程序中只記錄函數(shù)入口點(diǎn)與接口，并非程序就含有DLL文件。當(dāng)程序被執(zhí)行時(shí)，內(nèi)存才會(huì)含有庫(kù)代碼。反之，DLL將會(huì)被移除內(nèi)存。綜合以上因素，本文決定采用第三種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)LabVIEW與第三方數(shù)據(jù)釆集卡的通信。由于本USB數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序采用面向?qū)ο缶幊?，所以要使用設(shè)備的一切功能，則必須首先用CreateDevice函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備對(duì)象句柄hDevice，有了這個(gè)句柄，就擁有了對(duì)該設(shè)備的絕對(duì)控制權(quán)。將此句柄作為參數(shù)傳遞給相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，如InitDeviceAD可以使用hDevice句柄以程序查詢方式初始化設(shè)備的AD部件，ReadDeviceAD可以用hDevice句柄實(shí)現(xiàn)對(duì)AD數(shù)據(jù)的采樣讀取等。最后可以通過(guò)ReleaseDevice將hDevice釋放。當(dāng)有了hDevice設(shè)備對(duì)象句柄后，便可用InitDeviceAD函數(shù)初始化AD部件，關(guān)于采樣通道、頻率等參數(shù)的設(shè)置是由這個(gè)函數(shù)的pADPara參數(shù)結(jié)構(gòu)體決定的。我們只需要對(duì)這個(gè)pADPara參數(shù)結(jié)構(gòu)體的各個(gè)成員賦值即可實(shí)現(xiàn)所有硬件參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)的初始化。啟動(dòng)AD部件，開(kāi)始AD采樣，然后便可ReadDeviceAD反復(fù)讀取AD數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷采樣。需要關(guān)閉AD設(shè)備時(shí)，執(zhí)行ReleaseDeviceAD，但設(shè)備對(duì)象hDevice依然存在。ReadDeviceAD雖然主要面對(duì)批量讀取、高速連續(xù)采集而設(shè)計(jì)，但亦可用它以單點(diǎn)或幾點(diǎn)的方式讀取AD數(shù)據(jù)，以滿足慢速、高實(shí)時(shí)性采集需要。具體執(zhí)行流程圖如圖413所示。圖413 非空查詢方式獲取AD數(shù)據(jù)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前，先要安裝好采集卡的驅(qū)動(dòng)，這也就是底層驅(qū)動(dòng)，然后應(yīng)用采集卡配套的動(dòng)態(tài)鏈接文件(DLL文件)進(jìn)行操作在LabVIEW中調(diào)用其它文件或者程序是比較方便的，尤其在數(shù)據(jù)采集方面性能更加優(yōu)越，采集數(shù)據(jù)前先要打開(kāi)硬件設(shè)備，也就是創(chuàng)建使用設(shè)備的邏輯ID，程序框圖如圖414所示。 圖414 創(chuàng)建邏輯ID 圖415 參數(shù)設(shè)置輸入0表示在此計(jì)算機(jī)上連接的采集卡是第一塊（從0開(kāi)始算起）然后把輸出送到后面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集卡的操作，這里是進(jìn)行模擬量的采集，所以先要初始化設(shè)備AD設(shè)備，也就是采集通道數(shù)，接受數(shù)據(jù)的用戶緩沖區(qū)大小，量程選擇，讀取AD數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度等的設(shè)置，主要是為采集指定內(nèi)在并清空這些內(nèi)在，防止數(shù)據(jù)的混亂，程序如圖415所示。然后直接啟動(dòng)AD采集，連續(xù)讀取指定內(nèi)存中的數(shù)據(jù)并輸出。圖416 讀取AD數(shù)據(jù)程序框圖 圖417原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序讀取AD數(shù)據(jù)程序框圖如圖416所示，通過(guò)該面板可以對(duì)接收數(shù)據(jù)的用戶緩沖區(qū)的大小、讀取AD數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)置。采集卡采集到的數(shù)據(jù)是一系列LSB數(shù)據(jù)，原碼數(shù)據(jù)表如表42所示。表42 原碼數(shù)據(jù)表輸入電壓值A(chǔ)D原始碼（二進(jìn)制）AD原始碼（十六進(jìn)制）AD原始碼（十進(jìn)制）正滿度1 1111 1111 11111FFF8191正滿度－1LSB1 1111 1111 11101FFE8190中間值＋1LSB1 0000 0000 000110014097中間值（零點(diǎn)）1 0000 0000 000010004096中間值－1LSB0 1111 1111 11110FFF4095負(fù)滿度＋1LSB0 0000 0000 000100011負(fù)滿度0 0000 0000 000000000需要通過(guò)碼制轉(zhuǎn)換將其變換為符合實(shí)際量程的數(shù)據(jù)，量程轉(zhuǎn)換如表43所示。對(duì)原始數(shù)據(jù)編程轉(zhuǎn)換，程序如圖417所示表43 量程換算表 量程換算關(guān)系177。 10 V(20000/8192) ( Data＆0x1FFF) －10000177。 5 V( 10000/8192) ( Data＆0x1FFF) －5000177。 2. 5 V(5000/8192) ( Data＆0x1FFF) －250010 V(10000/8192) ( Data＆0x1FFF)采集數(shù)據(jù)完成后，先要關(guān)閉AD，再關(guān)閉采集卡，否則采集卡一直進(jìn)行AD的采集，這樣下次采集時(shí)提示系統(tǒng)啟動(dòng)AD失敗，程序如圖418所示。圖418 采集卡關(guān)閉程序 圖419 事件結(jié)構(gòu) 這里對(duì)采集和關(guān)閉AD程序中都用到的事件結(jié)構(gòu)做簡(jiǎn)單介紹。LabVIEW的程序是基于數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的，只要一個(gè)節(jié)點(diǎn)所有需要輸入的數(shù)據(jù)全部到達(dá)就開(kāi)始執(zhí)行。如果明確某些節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行順序，就必須采用順序結(jié)構(gòu)來(lái)控制程序的執(zhí)行順序，順序結(jié)構(gòu)包含一個(gè)或多個(gè)按順序執(zhí)行的子框圖程序。LabVIEW提供了兩種形式的順序結(jié)構(gòu)，平鋪式順序結(jié)構(gòu)和層疊式順序結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的功能相同，其區(qū)別僅僅在于表現(xiàn)形式不同。當(dāng)所有連接的數(shù)據(jù)都傳遞至順序結(jié)構(gòu)時(shí)，層疊式順序結(jié)構(gòu)從標(biāo)識(shí)是0號(hào)幀開(kāi)始執(zhí)行，平鋪?lái)樞蚪Y(jié)構(gòu)將按照從左至右的順序執(zhí)行所有的幀。當(dāng)從結(jié)構(gòu)外面向順序結(jié)構(gòu)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的時(shí)候，各個(gè)幀連接或者不連接這個(gè)數(shù)據(jù)通道都是可以的，但是當(dāng)順序結(jié)構(gòu)向外輸出數(shù)據(jù)的時(shí)候，各個(gè)幀中只能有一個(gè)幀連接數(shù)