1、清华大学 张桐 2008.126.1 概述6.2 数据采集系统的基本构成6.3 采样定理的应用6.4 信号分类和信号调理6.5 测量系统的连接6.6 数据采集驱动程序NI-DAQ6.7 模拟I/O参数的选择6.8 模拟输入6.9 模拟输出6.10 NI-DAQmx模拟I/O例6-1 单点采集实例例6-2 使用易用VI进行波形采集实例例6-3 使用中级VI进行波形采集实例例6-4 使用中级VI进行连续采集实例例6-5 单点输出实例例6-6 使用易用VI进行波形输出实例例6-7 使用中级VI进行波形输出实例例6-8 使用实用VI进行连续输出实例例6-9 使用MAX创建任务实例例6-10 使用DAQ
2、 Assistant创建任务实例例6-11 使用NI-DAQmx VI创建任务实例数据采集（Data Acquisition）是利用LabVIEW所构建的数据采集系统或自动测试系统的重要功能之一。本章着力于介绍数据采集的基本概念和原理，以及利用LabVIEW构建数据采集系统的通用方法。通过本章的学习，读者应该能够对数据采集的基本概念和一般原理有所了解，并且能够使用LabVIEW按照实际需求搭建一般的数据采集系统。 数据采集是指从系统外部采集数据并进行转换后传输到系统内部的过程，能够提供这一功能的完整系统被称为数据采集系统（Data Acquisition System）。构建数据采集系统时仍然
3、需要注意一些基本原则，如：数据采集系统各单元的选型和配置原则、采样定理的应用原则、特定的采集信号的类型和特点、信号调理的基本概念、测量系统的连接方式、数据采集驱动程序的调用方法、特定的数据采集卡的设置和使用方法等。利用LabVIEW构建数据采集系统时，常使用NI公司所提供的数据采集驱动程序NI-DAQ，最常用的VI可以分为如下几类：模拟输入、模拟输出、数字I/O。驱动程序提供对底层硬件设备的驱动功能，如NI-DAQmx、Traditional NI-DAQ、NI-VISA等；应用程序编程接口（Application Programming Interface，简称API）将常用的采集步骤封装为
4、一系列子VI或者子函数供用户使用，使得用户可以不必关心驱动程序的细节，熟悉API的使用方法后直接调用即可；虚拟仪器开发工具，如LabVIEW、LabWindows/CVI、Measurement Studio等。通常在采样器和模拟/数字转换器（ADC）之间加一个低通滤波器，可以保证低频信号通过并且衰减高频信号，从而保证所有频率分量都在适当的范围内。执行这种功能的滤波器常被称为抗混叠滤波器，许多数据采集卡或数据采集设备都已经通过硬件方式实现了抗混叠滤波器。常见的信号调理方法有放大、滤波、隔离、激励、线性化等。放大：对微弱信号进行放大的主要目的有两个，一是将信号电压范围调理到与ADC的量程范围相适
5、应，二是提高信噪比。滤波：滤波的主要目的是将无用的噪声或者不需要的频率成分从信号中滤除。隔离：在不适宜直接通过电连接方式传递信号时需要进行隔离。隔离方式包括变压器隔离、光电耦合和电容耦合等。激励：有些传感器或变换器需要外界电流或电压激励源才能正常工作，例如测量压力用的应变片，以及测量温度用的热敏电阻等。线性化：某些传感器的输入输出特性并非完全线性化的，如果不进行线性化补偿就会增加测量误差。测量系统的连接方式可以分为如下三类。差分（Differential）连接方式参考地单端（Referenced Single-Ended，简称RSE）连接方式无参考地单端（Non- Referenced Sin
6、gle-Ended，简称NRSE）连接方式NI-DAQmx与Traditional NI-DAQ相比，有如下突出的新特性。（1）更轻松地添加DAQ API的新特性和新设备（2）更有效的多线程数据采集（3）提高了数据采集性能（4）提高了驱动性能和可靠性（5）更便利的使用方式模拟输入与输出是数据采集系统最重要的功能，在配置模拟输入任务时，需要注意以下几个主要参数的选择。（1）分辨率（Resolution）（2）电压范围（Range）（3）增益（Gain）（4）最小分辨电压（LSB）6.8.1 单点采集及VI实现本例的基本实现步骤如下。l步骤1、新建一个名为“单通道单点采集.vi”的VI，并添加AI
7、 Sample Channel.vi，配置为使用设备1、通道0、-10+10V电压范围进行单点采集。添加While循环和等待函数，使得采集可以持续进行，每3秒钟采集一次。l步骤2、新建一个名为“多通道单点采集.vi”的VI，并仿照上一步骤编辑程序，不同之处在于添加的VI为AI Sample Channels.vi，配置为使用通道07共8个通道进行采集，采集数据在送入波形图表之前需先从数组类型转换为簇类型数据。本例的基本实现步骤如下。步骤1：新建一个名为“使用易用VI进行单通道波形采集.vi”的VI，添加AI Acquire Waveform.vi并配置为使用设备1、通道0、电压范围-10V+1
8、0V、采样率1000点/秒、每通道采样数500个，然后添加波形图表显示采集数据。步骤2：新建一个名为“使用易用VI进行多通道波形采集.vi”的VI，添加AI Acquire Waveforms.vi，并仿照上一步中的方法配置该VI的各个参数，使用通道02进行三个通道的同时波形采集。 图6-30 “Cont Acq&Chart (buffered).vi”的框图 本例的基本实现步骤如下。 新建一个名为“单通道单点输出.vi”的VI，在循环结构中添加AO Update Channel.vi，并配置为使用设备1、通道0进行输出，每隔一秒输出一次。新建一个名为“多通道单点输出.vi”的VI，仿照上步中
9、的方法添加AO Update Channels.vi，并配置参数，使用通道02进行输出。6.9.1 单点输出及VI实现本例的基本实现步骤如下。 新建“使用易用VI进行单通道波形输出.vi”，添加AI Generate Waveform.vi并配置为使用设备1的通道0进行输出，然后添加正弦波形信号发生器“Sine Waveform.vi”，生成的波形数据连接至AO Generate Waveform.vi的输出波形参数，并使用波形图表显示。 新建“使用易用VI进行多通道波形采集.vi”，添加AI Acquire Waveforms.vi，并仿照上一步中的方法配置该VI的各个参数，使用通道02同时
10、进行三个通道的波形输出。波形输出数据分别由正弦波、三角波、方波发生器VI提供。 首先需要明确一些基本概念的含义及其之间的联系和区别。（1）物理通道（Physical Channel）和虚拟通道（Virtual Channel）（2）任务（Task）（3）局部虚拟通道（Local Virtual Channel）和全局虚拟通道（Global Virtual Channel）（4）MAX和DAQ Assistant使用MAX创建任务实例。虚拟出一块NI PCI-6530数据采集卡，并在MAX中创建一个测量任务，基于热电偶对温度进行测量，该任务包含有两个虚拟通道，一个为全局虚拟通道，另一个为局部虚拟
11、通道。具体步骤如下： 创建虚拟数据采集卡：打开MAX，选择M系列的数据采集卡中的PCI-6320。 创建全局虚拟通道：在MAX左侧Configuration配置导航栏“My System”下的“Data Neighborhood”上单击鼠标右键，从右键菜单中选择“Creat New”后，在弹出的对话窗口中选择“NI-DAQmx Global Virtual Channel”，然后单击“next”按钮。在界面中选择测量类型。选择后单击“Next”按钮，下一界面中要求填入欲创建的虚拟通道的名称。 创建任务：在MAX左侧Configuration配置导航栏“My System”下的“Data Nei
12、ghborhood”上单击鼠标右键，从右键菜单中选择“Creat New”后，在弹出的对话窗口中选择“NI-DAQmx Task”，然后单击“next”按钮。l同样会出现要求选择测量类型的界面。l单击“Next”按钮确认后，在下一界面中填入欲创建的任务名称。l 在任务中新建局部虚拟通道：包括添加局部虚拟通道，更改触发和计时信息等。l单击窗口上方的“Run”按钮，就可以开始数据采集了。至此一个具有两个虚拟通道（一个为全局通道，一个为虚拟通道）、用于通过热电偶测量温度的任务就创建并配置完毕了。使用MAX创建任务实例。虚拟出一块NI PCI-6530数据采集卡，并在MAX中创建一个测量任务，基于热电
13、偶对温度进行测量，该任务包含有两个虚拟通道，一个为全局虚拟通道，另一个为局部虚拟通道。具体步骤如下： 创建虚拟数据采集卡：打开MAX，选择M系列的数据采集卡中的PCI-6320。 创建全局虚拟通道：在MAX左侧Configuration配置导航栏“My System”下的“Data Neighborhood”上单击鼠标右键，从右键菜单中选择“Creat New”后，在弹出的对话窗口中选择“NI-DAQmx Global Virtual Channel”，然后单击“next”按钮。在界面中选择测量类型。选择后单击“Next”按钮，下一界面中要求填入欲创建的虚拟通道的名称。 创建任务：在MAX左侧
14、Configuration配置在本例中将使用DAQ Assistant创建一个测量任务，该任务包含一个局部虚拟通道，通过热电偶测量温度。具体步骤如下： 打开DAQ Assistant有许多种方法，最方便的方法是在一个空白VI框图上放入NI-DAQmx子VI库下的DAQ Assistant Express VI。 放入DAQ Assistant Express VI后，在弹出的对话窗口中选择测量类型，选择“Acquire SignalsAnalog InputTemperatureThermocouple”，然后选择物理通道为虚拟数据采集卡的第一个模拟输入通道ai0，这些选择过程与上例非常相似。
15、 选择完毕并确定后，弹出如图6-50所示的DAQ Assistant任务配置界面，从这里可以对该测量任务的所有属性进行配置，并进行测试，与上例中使用MAX配置任务的界面是很相似的。配置完毕，单击“OK”按钮确认，就会在框图上生成一个DAQ Assistant的Express VI，用户可以随时双击打开它重新进行配置。导航栏“My System”下的“Data Neighborhood”上单击鼠标右键，从右键菜单中选择“Creat New”后，在弹出的对话窗口中选择“NI-DAQmx Task”，然后单击“next”按钮。使用MAX创建任务实例。虚拟出一块NI PCI-6530数据采集卡，并在M
16、AX中创建一个测量任务，基于热电偶对温度进行测量，该任务包含有两个虚拟通道，一个为全局虚拟通道，另一个为局部虚拟通道。具体步骤如下： 创建虚拟数据采集卡：打开MAX，选择M系列的数据采集卡中的PCI-6320。 创建全局虚拟通道：在MAX左侧Configuration配置导航栏“My System”下的“Data Neighborhood”上单击鼠标右键，从右键菜单中选择“Creat New”后，在弹出的对话窗口中选择“NI-DAQmx Global Virtual Channel”，然后单击“next”按钮。在界面中选择测量类型。选择后单击“Next”按钮，下一界面中要求填入欲创建的虚拟通道
17、的名称。 创建任务：在MAX左侧Configuration配置在本例中将使用DAQ Assistant创建一个测量任务，该任务包含一个局部虚拟通道，通过热电偶测量温度。具体步骤如下： 打开DAQ Assistant有许多种方法，最方便的方法是在一个空白VI框图上放入NI-DAQmx子VI库下的DAQ Assistant Express VI。 放入DAQ Assistant Express VI后，在弹出的对话窗口中选择测量类型，选择“Acquire SignalsAnalog InputTemperatureThermocouple”，然后选择物理通道为虚拟数据采集卡的第一个模拟输入通道ai0，这些选择过程与上例非常相似。 选择完毕并确定后，弹出如图6-50所示的DAQ Assistant任务配置界面，从这里可以对该测量任务的所有属性进行配置，并进行测试，与上例中使用MAX配置任务的界面是很相似的。配置完毕，单击“OK”按钮确认，就会在框图上生成一个DAQ Assistant的Express VI，用户可以随时双击打开它重新进行配置。导航栏“My System”下的“Data Neighborhood”上单击鼠标右键，从右键菜单中选择“Creat New”后，在弹出的对话窗口中选择“NI-DAQmx Task”，然后单击“next”按钮。
