【正文】 號(hào)。這是因?yàn)榧訜崞鲗?duì)電壓值的改變不能很快地響應(yīng)，沒(méi)有必要使用高速數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。數(shù)模轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)高的轉(zhuǎn)換速率和小的穩(wěn)定時(shí)間來(lái)產(chǎn)生高頻率信號(hào)來(lái)覆蓋音頻范圍。因此，一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器在一個(gè)小的穩(wěn)定時(shí)間和一個(gè)高的轉(zhuǎn)換速率下可產(chǎn)生高頻率的信號(hào)，這是因?yàn)檩敵鲂盘?hào)精確地改變至一個(gè)新的電壓值這一過(guò)程所需要的時(shí)間極短。轉(zhuǎn)換速率——轉(zhuǎn)換速率是指數(shù)模轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的輸出信號(hào)的最大變化速率。穩(wěn)定時(shí)間通常由電壓上的滿(mǎn)量程變化來(lái)規(guī)定。數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的一些技術(shù)指標(biāo)決定了所產(chǎn)生輸出信號(hào)的質(zhì)量－穩(wěn)定時(shí)間、轉(zhuǎn)換速率和輸出分辨率。通過(guò)評(píng)估更多的模擬輸入技術(shù)指標(biāo)，而不是簡(jiǎn)單地參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率，您可以確定所選的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品對(duì)于您的應(yīng)用是否具有足夠的精度。在NI產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)范中有這些精度的說(shuō)明。圖25 當(dāng)信號(hào)通過(guò)一個(gè)切換40路DC信號(hào)的多路復(fù)用器輸入儀用放大器時(shí)，表現(xiàn)為一個(gè)高頻率AC信號(hào)對(duì)于復(fù)雜的測(cè)量硬件如插入式數(shù)據(jù)采集設(shè)備，根據(jù)所使用設(shè)備的不同，您所得到的精度有很大的差別。在圖25b中，此產(chǎn)品是另一家廠(chǎng)商生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，它的噪聲分布很不同。從曲線(xiàn)可以得知，峰值噪聲在177。從圖26a的曲線(xiàn)可以看出，NIATMIO16XE10，在0處有高的采樣分布，而它在其它碼值上的點(diǎn)數(shù)量極少。當(dāng)1 LSB = 31 μV，20 LSB噪聲水平相當(dāng)于620 μV的噪聲電壓。圖25顯示了當(dāng)輸入范圍為177。設(shè)計(jì)者可以在數(shù)據(jù)采集設(shè)備中使用金屬屏蔽來(lái)降低噪聲。因?yàn)镻C是一個(gè)有噪聲的數(shù)字化環(huán)境，所以在插入式設(shè)備上作采集工作需要經(jīng)驗(yàn)豐富的模擬電路設(shè)計(jì)人員在多層數(shù)據(jù)采集設(shè)備上精心布線(xiàn)。NI為數(shù)據(jù)采集應(yīng)用專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了NIPGIA，所以應(yīng)用NIPGIA的設(shè)備在高增益和高采樣速率下具有一致的穩(wěn)定時(shí)間。一般而言，增益越高并且通道的切換時(shí)間越短時(shí)，儀用放大器越不容易穩(wěn)定。當(dāng)您在高增益和高速率下進(jìn)行多通道采樣時(shí)，儀用放大器是最不容易穩(wěn)定下來(lái)的。獲得良好的相對(duì)精度需要正確地設(shè)計(jì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器和外圍的模擬電路。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的驅(qū)動(dòng)軟件將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制碼值通過(guò)乘以一個(gè)常數(shù)轉(zhuǎn)化為電壓值。在這個(gè)例子中，只有電壓值再增加一個(gè)LSB，大于503 μV時(shí)，電壓改變值才能被探測(cè)到。所有NIE系列設(shè)備都保證沒(méi)有丟失碼，并且其技術(shù)說(shuō)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(xiàn)性度。對(duì)一個(gè)有丟失碼的數(shù)據(jù)采集設(shè)備無(wú)論輸入什么電壓，設(shè)備都無(wú)法將此電壓量化為丟失碼所表示的值。編碼不會(huì)比0 LSB更小，因此，DNL肯定是小于1LSB。 LSB以?xún)?nèi)。DNL是指以L(fǎng)SB為測(cè)量單位，和1LSB理想值的最大離差。如果您對(duì)一個(gè)理想的模數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)定電壓值與輸出碼的關(guān)系，繪出的線(xiàn)應(yīng)是一條直線(xiàn)。評(píng)估數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品時(shí)，還需要考慮微分非線(xiàn)性度(DNL)、相對(duì)精度、儀用放大器的穩(wěn)定時(shí)間和噪聲等。例如，目前市場(chǎng)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。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。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(chēng)為編碼寬度。由于具有這種靈活性，您可以使信號(hào)的范圍匹配ADC的輸入范圍，從而充分利用測(cè)量的分辨率。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。很明顯，用數(shù)字來(lái)表示原始模擬信號(hào)并不是一種很好的方法，這是由于在轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)丟失信息。一個(gè)3位變換器（此器件在實(shí)際中很少用到，在此處是為了便于說(shuō)明）可以把模擬范圍分為23，或8個(gè)區(qū)間。分辨率越高，信號(hào)范圍被分割成的區(qū)間數(shù)目越多，因此，能探測(cè)到的電壓變量就越小。一個(gè)高采樣速率可以在給定時(shí)間下采集更多數(shù)據(jù)，因此能更好地反映原始信號(hào)。對(duì)于差分輸入，每一個(gè)輸入信號(hào)都有自有的基準(zhǔn)地線(xiàn)；由于共模噪聲可以被導(dǎo)線(xiàn)所消除，從而減小了噪聲誤差。這種輸入方法主要應(yīng)用于輸入信號(hào)電壓較高（高于1 V），信號(hào)源到模擬輸入硬件的導(dǎo)線(xiàn)較短，且所有的輸入信號(hào)共用一個(gè)基準(zhǔn)地線(xiàn)。通道數(shù)－對(duì)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)。 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(shuō)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。這是測(cè)量與分析的唯一依據(jù)。這里又發(fā)生一個(gè)困難，并不知道，或不確切知道被采信號(hào)的頻率，因此不但采樣率不一定是信號(hào)頻率的整倍數(shù)，也不能保證提供整周期數(shù)的樣本。這里對(duì)樣本數(shù)又有一個(gè)要求，一般不能只提供一個(gè)信號(hào)周期的數(shù)據(jù)樣本，希望有5～10個(gè)周期，甚至更多的樣本。理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號(hào)最高頻率成分的2倍就夠了，實(shí)際上工程中選用5～10倍，有時(shí)為了較好地還原波形，甚至更高一些。也許可能會(huì)首先考慮用采集卡支持的最大頻率。這個(gè)濾波器稱(chēng)為抗混疊濾波器。分別產(chǎn)生了40和10Hz的畸變頻率FF3和F4。 　　采樣的結(jié)果將會(huì)是低于奈奎斯特頻率(fs/2=50Hz)的信號(hào)可以被正確采樣。這種信號(hào)畸變叫做混疊(alias)。如果信號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號(hào)將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍。t=0,Δt,2Δt,3Δt……等等，x(t)的數(shù)值就被稱(chēng)為采樣值。時(shí)間間隔Δt被稱(chēng)為采樣間隔或者采樣周期。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問(wèn)題要解決。各數(shù)據(jù)采集種類(lèi)型信號(hào)采集的難易程度差別很大。 數(shù)據(jù)采集原理在計(jì)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。 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(shí)質(zhì)上是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)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(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算技術(shù)和通信技術(shù)相互發(fā)展，滲透而產(chǎn)生的。圖23 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程框圖 微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、模擬多路開(kāi)關(guān)、放大器、采樣\保持器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備等組成。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集（Data Acquisition，DAQ），就是將被測(cè)對(duì)象的各種參量（物理量、化學(xué)量、生物量等）通過(guò)各種傳感器作適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)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(guò)程。在LabVIEW完全版中不包括這些子模板?！斑x擇…VI子程序”子模板：包括一個(gè)對(duì)話(huà)框，可以選擇一個(gè)VI程序作為子程序（SUB VI）插入當(dāng)前程序中。示教課程子模板：包括LabVIEW示教程序。底層接口子模塊：包括調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)和CIN節(jié)點(diǎn)等功能的處理模塊。通訊子模板:包括TCP、DDE、ActiveX和OLE等功能的處理模塊。數(shù)學(xué)模型子模塊：包括統(tǒng)計(jì)、曲線(xiàn)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(jì)算工具模塊。數(shù)據(jù)采集子模板：包括數(shù)據(jù)采集硬件的驅(qū)動(dòng)程序，以及信號(hào)調(diào)理所需的各種功能模塊。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)。時(shí)間和對(duì)話(huà)框子模板：包括對(duì)話(huà)框窗口、時(shí)間和出錯(cuò)處理函數(shù)等。這里的群相當(dāng)于C語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)。群子模板。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)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(jiàn)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(duì)數(shù)、復(fù) 數(shù)等運(yùn)算，以及各種數(shù)值常數(shù)。功能模板如下圖所示。若功能模板不出現(xiàn)，則可以用Windows菜單下的Show Functions Palette功能打開(kāi)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。 功能模板(Functions Palette)功能模板是創(chuàng)建框圖程序的工具。用戶(hù)自定義的控制和顯示。對(duì)話(huà)框子模板：用于輸入對(duì)話(huà)框的顯示控制。路徑和參考名(Refnum)子模板：文件路徑和各種標(biāo)識(shí)的控制和顯示。數(shù)組和群子模板：復(fù)合型數(shù)據(jù)類(lèi)型的控制和顯示。字符串子模板：字符串和表格的控制和顯示。數(shù)值子模板：包含數(shù)值的控制和顯示。注：只有當(dāng)打開(kāi)前面板窗口時(shí)才能調(diào)用控制模板。每個(gè)圖標(biāo)代表一個(gè)子模板。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊頂層子模板圖標(biāo)就可以展開(kāi)對(duì)應(yīng)的控制或功能子模板，只需按下控制或功能子模板左上角的大頭針就可以把對(duì)這個(gè)子模板變成浮動(dòng)板留在屏幕上。在這些頂層子模板中包含許多不同的控制或功能子模板。它也顯示出對(duì)象的前景色和背景色。顏色提取工具：使用該工具來(lái)提取顏色用于編輯其他的對(duì)象。探針工具：可以在框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線(xiàn)上設(shè)置探針。漫游工具：使用該工具就可以不需要使用滾動(dòng)條而在窗口中漫游。如果聯(lián)機(jī)幫助的窗口被打開(kāi)時(shí)，把該工具放在任一條連線(xiàn)上，就會(huì)顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。當(dāng)創(chuàng)建自由標(biāo)簽時(shí)它會(huì)變成相應(yīng)形狀。當(dāng)它用于改變對(duì)象的連框大小時(shí)，會(huì)變成相應(yīng)形狀。使用它向數(shù)字或字符串控制中鍵入數(shù)值時(shí)，工具會(huì)變成標(biāo)簽工具的形狀。當(dāng)從Windows菜單下選擇了Show Help Window功能后，把工具模板內(nèi)選定的任一種工具光標(biāo)放在框圖程序的子程序（Sub VI）或圖標(biāo)上，就會(huì)顯示相應(yīng)的幫助信息。如果該模板沒(méi)有出現(xiàn)，則可以在Windows菜單下選擇Show Tools Palette命令以顯示該模板。操縱模板共有三類(lèi)，為工具（Tools）模板、控制（Controls）模板和功能（Functions）模板。圖21 LabVIEW前面板圖22 LabVIEW流程圖 LabVIEW的操作模板LabVIEW具有多個(gè)圖形化的操作模板，用于創(chuàng)建和運(yùn)行程序。其中端口被用來(lái)同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)被用來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框被用來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線(xiàn)代表程序執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。流程圖是指程序的內(nèi)部運(yùn)行結(jié)構(gòu)，是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理的流程，包含了虛擬儀器的圖形化源代碼。前面板中包括旋鈕、按鈕、圖形和其他的控制（Controls）與顯示(Indicators)模塊。 LabVIEW的結(jié)構(gòu)所有的LabVIEW程序，即虛擬儀器（VIs）,都包括前面板（Front Panel）和程序流程圖（Block Diagram）兩部分。LabVIEW具有很強(qiáng)的開(kāi)放性，是一個(gè)開(kāi)放的開(kāi)發(fā)環(huán)境，能和第三方軟件輕松連接，通過(guò)LabVIEW可以把現(xiàn)有的應(yīng)用程序和NET組件、ActiveX、DLL等相連，可以和MATLAB混合編程，也可以在LabVIEW中創(chuàng)建能在其他軟件環(huán)境中調(diào)用的獨(dú)立執(zhí)行程序或動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。LabVIEW支持常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如傳輸控制協(xié)議（TCO/IP）和用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP），方便網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。LabVIEW提供了數(shù)百種儀器的源碼級(jí)驅(qū)動(dòng)程序，包括DAQ、GPIB（IEEE488）、PXI、VXI、RS232，根據(jù)需要還可以在LabVIEW中自行開(kāi)發(fā)各種硬件驅(qū)動(dòng)程序，也可以通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）利用其他語(yǔ)言開(kāi)發(fā)函數(shù)庫(kù)，從而進(jìn)一步擴(kuò)展其功能。這樣既節(jié)約了時(shí)間，又可提高測(cè)試的可控制性及測(cè)試速