1、虚拟仪器数据采集与虚拟仪器数据采集与信号处理信号处理第6章 虚拟仪器数据采集与信号处理n教学重点n数据采集数据采集n信号产生信号产生n信号的时域分析信号的时域分析n信号的频域分析信号的频域分析n数字滤波器数字滤波器n曲线拟合曲线拟合数据采集数据采集的基本概念 DAQ卡的安装与配置模拟输入模拟输出 DAQmz6.1 数据采集n组建一个基于组建一个基于LabVIEW的虚拟仪器系统，传的虚拟仪器系统，传感器、信号调理和数据采集模块是最基本的感器、信号调理和数据采集模块是最基本的硬件。其中，传感器是将被测试的物理量转硬件。其中，传感器是将被测试的物理量转换为电量的基本环节，数据采集则将模拟信换为电量的
2、基本环节，数据采集则将模拟信号转换成数据信号供计算机进行分析处理，号转换成数据信号供计算机进行分析处理，信号调理是两者之间的桥梁，负责将传感器信号调理是两者之间的桥梁，负责将传感器的输出信号和数据采集模块可以接受的信号的输出信号和数据采集模块可以接受的信号类型联系起来。类型联系起来。 6.1.1 数据采集系统结构n数据采集数据采集（Data AcquisitionData Acquisition，DAQDAQ），就是将被），就是将被测对象的各种参量（物理量、化学量、生物量等）测对象的各种参量（物理量、化学量、生物量等）通过各种传感器作适当转换后，再经信号调理、采通过各种传感器作适当转换后，再经
3、信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤送到控制器进行数据样、量化、编码、传输等步骤送到控制器进行数据处理或记录的过程。处理或记录的过程。 被 测 物 理 量 传 感 器 信号 调理 数 据 采 集 卡 计算机 非电量 电信号 模拟 信号 数字 信号 n一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字出、数字I/O、计数器、计数器/计时器等，这些功能分别由计时器等，这些功能分别由相应的电路来实现。相应的电路来实现。数据采集卡模拟输入模拟输入/输出输出数字输入数字输入/输出输出时钟输入时钟输入/输出输出OnOff1-0ADCcntr/timerdig
4、italDAQ Board选用数据采集卡的基本原则（1）数据分辨率和精度）数据分辨率和精度（2）最高采样速度）最高采样速度（3）通道数）通道数（4）数据总线接口类型）数据总线接口类型（5）是否有隔离）是否有隔离（6）支持的软件驱动程序及其软件平台）支持的软件驱动程序及其软件平台采集卡类型NINI的数据采集卡的数据采集卡PCIPCI总线的通用数据采集卡总线的通用数据采集卡n数据采集系统结构数据采集系统结构上图表示了数据采集的结构。在数据采集之前，程序将对采集板卡初始化，板卡上和内存中的Buer是数据采集存储的中间环节。n缓冲缓冲(Buffers )n 这里的缓冲指的是这里的缓冲指的是PC内存的一
5、个区域内存的一个区域(不是数据采集卡上的不是数据采集卡上的FFO缓冲缓冲)，它用来临时存放数据它用来临时存放数据n下列情况需要使用下列情况需要使用Buf f er/On 需要采集或产生许多样本，其速率超过了实际显示、存储到硬件，或需要采集或产生许多样本，其速率超过了实际显示、存储到硬件，或实时分析的速度。实时分析的速度。n 需要连续采集或产生需要连续采集或产生AC数据数据(10样本样本/秒秒)，并且要同时分析或显示，并且要同时分析或显示某些数据。某些数据。n 采样周期必须准确、均匀地通过数据样本。采样周期必须准确、均匀地通过数据样本。n 下列情况可以不使用下列情况可以不使用Buffer/O:n
6、 数据组短小，例如每秒只从两个通道之一采集一个数据点。数据组短小，例如每秒只从两个通道之一采集一个数据点。n 需要缩减存储器的开支。需要缩减存储器的开支。触发(，Tiggering):触发器通常是一个数字或模拟信号，其状态可确定动作的发生。触发有软件触发和硬件触发。下列情况使用软件触发:用户需要对所有采集操作有明确的控制，且事件定时不需要非常准确。下列情况使用硬件触发:采集事件定时需要非常准确。用户需要削减软件开支。采集事件需要与外部装置同步。数据采集卡的功能一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字I/0、计数器/计时器等。因此Labview中DAQ模板设计也围绕这4大功能组织。
7、模拟输入是采集最基本的功能。它一般由多路开关、放大器、采样保持电路以及A/D来实现，通过这些部分，一个模拟信号就可以转化为数字信号。模拟输出通常是为采集系统提供激励。输出信号受数模转换器(D/A)的建立时间、转换率、分辨率等因素影响。 数字I/0通常用来控制过程、产生测试信号、与外设通信等。它的重要参数包括:数字口路数 （line）、接收(发送)率、驱动能力等。一般的数字I/0板卡均采用TTL电平。需要强调的是，对大功率外部设备的驱动需要设计专门的信号处理装置。 许多场合都要用到计数器，如精确时间控制和脉冲信号产生等。计数器最重要的参数是分辨率和时钟频率，分辨率越大，计数器位数越大，计数值也越
8、高。测量系统的连接测量系统的连接方式可以分为如下三类。测量系统的连接方式可以分为如下三类。差分（差分（Differential）连接方式）连接方式参考地单端（参考地单端（Referenced Single-Ended，简称，简称RSE）连接方式）连接方式无参考地单端（无参考地单端（Non- Referenced Single-Ended，简称，简称NRSE）连接方式）连接方式 DAQ VI的组织结构的组织结构 LabVIEW DAQ VI组织有两个选项板：组织有两个选项板：一个用于传统一个用于传统NI-DAQ，另一个用于，另一个用于NI-DAQmx。NI公司的公司的DAQ硬件连线有两种不硬件连
9、线有两种不同的设备驱动器。同的设备驱动器。NI-DAQmx是驱动器，无是驱动器，无论是在性能还是在使用简易性方面都优于传论是在性能还是在使用简易性方面都优于传统统NI-DAQ。借助于。借助于DAQ助手会使编写助手会使编写VI采采集数据的工作明显简化。集数据的工作明显简化。 NI-DAQmx VI是一种称为多态是一种称为多态VI的特的特殊殊VI，是能够适应不同，是能够适应不同DAQ功能的一组核心功能的一组核心VI，如模拟输入、模拟输出和数字，如模拟输入、模拟输出和数字I/O等。等。 选择选择“函数函数”选板下的选板下的“测量测量I/OData Acquisition”子选板即可访问子选板即可访问
10、DAQmx选项选项板。板。图9-14 传统DAQ函数节点 各个子选板的主要功能如下。各个子选板的主要功能如下。 （1）Analog Input子选板子选板 （2）Analog Output子选板子选板 （3）Digital I/O子选板子选板 （4）Counter子选板子选板 （5）Calobration and Configuration子选板子选板 （6）Signal Conditioning子选板子选板各子模板的主要功能如下: Analog Input子模板，完成模拟信号进行A/D转换，并采集到计算机; Analog Output子模板，将计算机产生的数字信号进行D/A转换，并输出; d
11、igital I/0二子模板，用于控制DAQ设备的数字I/0功能; counter子模板，用于控制DAQ设备的计数器功能; calibration and configuration子模板，用于校准和配置DAQ设备，用户较少用到该功能; SignalConditioning子模板，将从温度传感器或应变片中采集的模拟电压信号转化为相应的应力单位或温度单位。 数据采集数据采集VI按功能划分为不同的等级。按功能划分为不同的等级。 （1）顶层）顶层 （2）第三层）第三层 （3）第二层）第二层 （4）底层）底层图9-15 连续数据采集程序框图 数据采集助手数据采集助手 数据采集助手数据采集助手DAQ A
12、ssistant是是LabVIEW 7以后版本新增的一个重要工具。以后版本新增的一个重要工具。它是一个图形化的界面，主要用于交互式地它是一个图形化的界面，主要用于交互式地创建、编辑和运行创建、编辑和运行NI-DAQmx虚拟通道和虚拟通道和任务。任务。 这个工具通过一个图形化接口来配置简这个工具通过一个图形化接口来配置简单和复杂的数据采集任务，从而帮助用户无单和复杂的数据采集任务，从而帮助用户无需编程即可创建应用程序。需编程即可创建应用程序。 DAQ Assistant是一个基于步骤的向导，是一个基于步骤的向导，它可以使用户无需编程即可配置数据采集任它可以使用户无需编程即可配置数据采集任务、虚拟
13、通道以及实现缩放操作。务、虚拟通道以及实现缩放操作。 用户可以从用户可以从NI应用软件中启动应用软件中启动DAQ A s s i s t a n t ， 如， 如 L a b V I E W 、LabWindows/CVI、Measurement Studio或或MAX。 利用利用DAQ Assistant，用户可以执行以，用户可以执行以下任务：下任务： （1）创建和编辑任务和虚拟通道；）创建和编辑任务和虚拟通道； （2）添加虚拟通道至任务；）添加虚拟通道至任务； （3）创建并编辑量程；）创建并编辑量程； （4）测试用户的配置；）测试用户的配置； （5）保存用户的配置；）保存用户的配置； （6
14、）在用户的）在用户的NI应用软件中生成代码以在用应用软件中生成代码以在用户的应用程序中使用；户的应用程序中使用； （7）观察用户的传感器的连接图。）观察用户的传感器的连接图。图9-16 DAQ Assistant选板图9-17 放置DAQ助手将自动进入MAX界面 使用使用DAQ Assistant Express VI构建构建数据采集数据采集VI的通用过程如下：的通用过程如下： （1）打开一个新的）打开一个新的VI； （2）在框图中置）在框图中置DAQ Assistant Express VI； （3）出现）出现DAQ Assistant以配置测量任务；以配置测量任务； （4）配置、命名及测试
15、）配置、命名及测试NI-DAQmx任务；任务； （5）单击）单击OK按钮已返回框图；按钮已返回框图； （6）编辑前面板和框图完成）编辑前面板和框图完成VI； （7）如果需要的话，生成）如果需要的话，生成NI-DAQmx Task Name控件以便在其他应用中使用该任务。控件以便在其他应用中使用该任务。图9-18 配置完成后的DAQ助手界面 在在DAQ Assistant中可以选择测量类型，中可以选择测量类型，包括模拟输入、模拟输出、数字输入包括模拟输入、模拟输出、数字输入/输出、输出、计数器输入和计数器输出。计数器输入和计数器输出。1模拟输入模拟输入 模拟输入用于实施模数转换。在模拟输入用于实
16、施模数转换。在DAQ Assistant中单击中单击Analog Input进入下一级进入下一级子选板，该选板中列举了模拟输入可能的测子选板，该选板中列举了模拟输入可能的测量类型窗口：电压、温度、压力、电流、阻量类型窗口：电压、温度、压力、电流、阻抗、频率以及自定义的激励电压。抗、频率以及自定义的激励电压。 一旦将所选的虚拟通道添加到用户任务一旦将所选的虚拟通道添加到用户任务中就会打开中就会打开DAQ Assistant设置及测试屏。设置及测试屏。DAQ Assistant的较低部分有两个标签：的较低部分有两个标签：T a s k T i m i n g （ 任 务 定 时 ） 和（ 任 务
17、定 时 ） 和 T a s k Triggering（任务触发）。配置定时和触发（任务触发）。配置定时和触发是配置是配置DAQmx任务的一个重要步骤。任务的一个重要步骤。 （1）任务定时）任务定时 （2）任务触发）任务触发2模拟输出模拟输出 模拟输出用于实现数模转换。模拟输出用于实现数模转换。 实现模拟输出实现模拟输出DAQmx任务配置的基本任务配置的基本步骤与模拟输入相同。在步骤与模拟输入相同。在DAQ Assistant中中单击单击Analog Output打开显示模拟输出可用打开显示模拟输出可用类型的屏幕：电压和电流。模拟输出同样需类型的屏幕：电压和电流。模拟输出同样需要配置任务定时和触
18、发。要配置任务定时和触发。 （1）任务定时）任务定时 （2）任务触发）任务触发图9-19 DAQ助手的使用6.6 数据采集驱动程序NI-DAQNI-DAQmx与与Traditional NI-DAQ相比，有如下突相比，有如下突出的新特性。出的新特性。（1）更轻松地添加）更轻松地添加DAQ API的新特性和新设备的新特性和新设备（2）更有效的多线程数据采集）更有效的多线程数据采集（3）提高了数据采集性能）提高了数据采集性能（4）提高了驱动性能和可靠性）提高了驱动性能和可靠性（5）更便利的使用方式）更便利的使用方式6.7 模拟I/O参数的选择模拟输入与输出是数据采集系统最重要的功能，在配模拟输入与
19、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置模拟输入任务时，需要注意以下几个主要参数的选择。择。（1）分辨率（）分辨率（Resolution）（2）电压范围（）电压范围（Range）（3）增益（）增益（Gain）（4）最小分辨电压（）最小分辨电压（LSB）6.8 模拟输入n6.8.1 单点采集及单点采集及VI实实现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 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
20、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。6.8.2 波形采集及VI实现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+10V、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
21、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。 6.8.3 连续采集及VI实现图6-30 “Cont Acq&Chart (buffered).vi”的框图 6.9 模拟输出本例的基本实现步骤如下。本例的基本实现步骤如下。n 新建一个名为新建一个名为“单通道单点输单通道单点输出出.vi”的的VI，在循环结构中添加，在循环结构中添加AO Update Channel.vi，并配，并配置为使用设备置为使用设备1、通道、通道0进行输进行输出，每隔一秒输出一次。出，每隔一秒输出一次。n新建一
22、个名为新建一个名为“多通道单点输多通道单点输出出.vi”的的VI，仿照上步中的方法，仿照上步中的方法添加添加AO Update Channels.vi，并配置参数，使用通道并配置参数，使用通道02进进行输出。行输出。6.9.1 单点输出及VI实现6.9.2 波形输出及VI实现本例的基本实现步骤如下。本例的基本实现步骤如下。 新建新建“使用易用使用易用VI进行单进行单通道波形输出通道波形输出.vi”，添加，添加AI Generate Waveform.vi并配置为使用设备并配置为使用设备1的通道的通道0进行输出，然后添加正弦进行输出，然后添加正弦波形信号发生器波形信号发生器“Sine Wavef
23、orm.vi”，生成的波，生成的波形 数 据 连 接 至形 数 据 连 接 至 A O Generate Waveform.vi的输出波形参数，并使用波的输出波形参数，并使用波形图表显示。形图表显示。 新建新建“使用易用使用易用VI进行多进行多通道波形采集通道波形采集.vi”，添加，添加AI Acquire Waveforms.vi，并仿照上一步中的方法配置并仿照上一步中的方法配置该该VI的各个参数，使用通的各个参数，使用通道道02同时进行三个通道同时进行三个通道的波形输出。波形输出数据的波形输出。波形输出数据分别由正弦波、三角波、方分别由正弦波、三角波、方波发生器波发生器VI提供。提供。 6
24、.9.3 连续输出及VI实现6.10 NI-DAQmx模拟I/O首先需要明确一些基本概念的含义及其之间的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。联系和区别。n（1）物理通道（）物理通道（Physical Channel）和虚）和虚拟通道（拟通道（Virtual Channel）n（2）任务（）任务（Task）n（3）局部虚拟通道（）局部虚拟通道（Local Virtual Channel）和全局虚拟通道（）和全局虚拟通道（Global Virtual Channel）n（4）MAX和和DAQ Assistant6.10.2 NI-DAQmx模拟I/O实例使用使用MAX创建任务实例。
25、虚拟出一块创建任务实例。虚拟出一块NI PCI-6530数据采集卡，并在数据采集卡，并在MAX中创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，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：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：n 创建虚拟数据采集卡：打开创建虚拟数据采集卡：打开MAX，选择，选择M系列的数据采集卡中的系列的数据采集卡中的PCI-6320。 n 创建全局虚拟通道：在创建全局虚拟通道：在MAX左侧左侧Configuration配置导航栏配置导航栏“My Sys
26、tem”下的下的“Data Neighborhood”上单击鼠标右键，从右键菜单中选择上单击鼠标右键，从右键菜单中选择“Creat New”后，在弹出的对话窗口中选择后，在弹出的对话窗口中选择“NI-DAQmx Global Virtual Channel”，然后单击，然后单击“next”按钮。在界面中选择测量类型。按钮。在界面中选择测量类型。n选择后单击选择后单击“Next”按钮，下一界面中要求填入欲创建的虚拟通道的名称。按钮，下一界面中要求填入欲创建的虚拟通道的名称。n 创建任务：在创建任务：在MAX左侧左侧Configuration配置导航栏配置导航栏“My System”下的下的“Da
27、ta Neighborhood”上单击鼠标右键，从右键菜单中选择上单击鼠标右键，从右键菜单中选择“Creat New”后，在弹出的对话窗口中选择后，在弹出的对话窗口中选择“NI-DAQmx Task”，然后单击，然后单击“next”按钮。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DAQ Assi
28、stant创建任务实例 使用使用MAX创建任务实例。虚拟出一块创建任务实例。虚拟出一块NI PCI-6530数据采集卡，并在数据采集卡，并在MAX中创建一个测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：通道，另一个为局部虚拟通道。具体步骤如下：n 创建虚拟数据采集卡：打开创建虚拟数据采集卡：打开MAX，选择，选择M系列的数据采集卡中的系列的数据采集卡中的PCI-6320。 n 创建全局虚拟通道：在创建全局虚拟通道：在MAX左侧左侧Conf
29、iguration配置导航栏配置导航栏“My System”下的下的“Data Neighborhood”上单击鼠标右键，从右键菜单中选择上单击鼠标右键，从右键菜单中选择“Creat New”后，后，在弹出的对话窗口中选择在弹出的对话窗口中选择“NI-DAQmx Global Virtual Channel”，然后单击，然后单击“next”按钮。在界面中选择测量类型。按钮。在界面中选择测量类型。n选择后单击选择后单击“Next”按钮，下一界面中要求填入欲创建的虚拟通道的名称。按钮，下一界面中要求填入欲创建的虚拟通道的名称。n 创建任务：在创建任务：在MAX左侧左侧Configuration配置
30、在本例中将使用配置在本例中将使用DAQ Assistant创建一个创建一个测量任务，该任务包含一个局部虚拟通道，通过热电偶测量温度。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。n具体步骤如下：具体步骤如下：n 打开打开DAQ Assistant有许多种方法，最方便的方法是在一个空白有许多种方法，最方便的方法是在一个空白VI框图上放入框图上放入NI-DAQmx子子VI库下的库下的DAQ Assistant Express VI。n 放入放入DAQ Assistant Express VI后，在弹出的对话窗口中选择测量类型，选择后，在弹出的对话窗口中选择测量类型，选择“Acquire
31、 SignalsAnalog InputTemperatureThermocouple”，然后选择，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。，这些选择过程与上例非常相似。n 选择完毕并确定后，弹出如图选择完毕并确定后，弹出如图6-50所示的所示的DAQ Assistant任务配置界面，从这里可以任务配置界面，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配置任务的界面配置任务的界面是很相似的。是很相似的。n配置完毕，单击配
32、置完毕，单击“OK”按钮确认，就会在框图上生成一个按钮确认，就会在框图上生成一个DAQ Assistant的的Express VI，用户可以随时双击打开它重新进行配置。导航栏，用户可以随时双击打开它重新进行配置。导航栏“My System”下的下的“Data Neighborhood”上单击鼠标右键，从右键菜单中选择上单击鼠标右键，从右键菜单中选择“Creat New”后，在弹出的后，在弹出的对话窗口中选择对话窗口中选择“NI-DAQmx Task”，然后单击，然后单击“next”按钮。按钮。使用DAQ Assistant创建任务实例 使用使用MAX创建任务实例。虚拟出一块创建任务实例。虚拟出
33、一块NI PCI-6530数据采集卡，并在数据采集卡，并在MAX中创建一个测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：通道，另一个为局部虚拟通道。具体步骤如下：n 创建虚拟数据采集卡：打开创建虚拟数据采集卡：打开MAX，选择，选择M系列的数据采集卡中的系列的数据采集卡中的PCI-6320。 n 创建全局虚拟通道：在创建全局虚拟通道：在MAX左侧左侧Configuration配置导航栏配置导航栏“My System”下的下的“Data N
34、eighborhood”上单击鼠标右键，从右键菜单中选择上单击鼠标右键，从右键菜单中选择“Creat New”后，后，在弹出的对话窗口中选择在弹出的对话窗口中选择“NI-DAQmx Global Virtual Channel”，然后单击，然后单击“next”按钮。在界面中选择测量类型。按钮。在界面中选择测量类型。n选择后单击选择后单击“Next”按钮，下一界面中要求填入欲创建的虚拟通道的名称。按钮，下一界面中要求填入欲创建的虚拟通道的名称。n 创建任务：在创建任务：在MAX左侧左侧Configuration配置在本例中将使用配置在本例中将使用DAQ Assistant创建一个创建一个测量任务
35、，该任务包含一个局部虚拟通道，通过热电偶测量温度。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。n具体步骤如下：具体步骤如下：n 打开打开DAQ Assistant有许多种方法，最方便的方法是在一个空白有许多种方法，最方便的方法是在一个空白VI框图上放入框图上放入NI-DAQmx子子VI库下的库下的DAQ Assistant Express VI。n 放入放入DAQ Assistant Express VI后，在弹出的对话窗口中选择测量类型，选择后，在弹出的对话窗口中选择测量类型，选择“Acquire SignalsAnalog InputTemperatureThermocoup
36、le”，然后选择，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。，这些选择过程与上例非常相似。n 选择完毕并确定后，弹出如图选择完毕并确定后，弹出如图6-50所示的所示的DAQ Assistant任务配置界面，从这里可以任务配置界面，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配置任务的界面配置任务的界面是很相似的。是很相似的。n配置完毕，单击配置完毕，单击“OK”按钮确认，就会在框图上生成一个按钮确认，就会在框图上生成一个D
37、AQ Assistant的的Express VI，用户可以随时双击打开它重新进行配置。导航栏，用户可以随时双击打开它重新进行配置。导航栏“My System”下的下的“Data Neighborhood”上单击鼠标右键，从右键菜单中选择上单击鼠标右键，从右键菜单中选择“Creat New”后，在弹出的后，在弹出的对话窗口中选择对话窗口中选择“NI-DAQmx Task”，然后单击，然后单击“next”按钮。按钮。基于NI的USB-6009数据采集卡的数据采集USB-6009的主要特性：n8 8模拟通道（模拟通道（14位、位、48KS/s采样速度采样速度) )n2 2路路1414位模拟输出通道位
38、模拟输出通道n1212个个I/OI/O通道通道n1 1个个3232位计数器位计数器/ /定时器定时器USB-6009的外型NI USB-6009的接线端子分配模拟输入：模拟输入：AI0AI7模拟输出：模拟输出：AO0,AO1数字数字I/O：P0.0P0.7,P1.0P1.3定时定时/计数器：计数器：PFI0NI数据采集卡的应用例例6.1 利用利用USB-6009数据采集卡实现单通道数据采集卡实现单通道数据采集数据采集n分 析 ： 利 用分 析 ： 利 用 L a b V I E W 8 . 2 L a b V I E W 8 . 2 的的 D A Q m x - D a t a D A Q m
39、 x - D a t a AcquisitionAcquisition子选板中的数据采集函数构建一个单子选板中的数据采集函数构建一个单通道的数据采集系统。通道的数据采集系统。n硬件硬件- -选用选用NI USB-6009NI USB-6009采集卡采集卡n软件软件- - 选用选用DAQmx-Data AcquisitionDAQmx-Data Acquisition子选板中的数据采子选板中的数据采集函数实现集函数实现单通道数据采集VI设计前面板前面板程序框图程序框图构建多通道数据采集例例6.2 多通道数据采集多通道数据采集分析：利用分析：利用LabVIEW8.2 LabVIEW8.2 的的DA
40、Qmx-Data DAQmx-Data AcquisitionAcquisition子选板中的数据采集函数构建一子选板中的数据采集函数构建一个多通道的数据采集系统。个多通道的数据采集系统。n硬件硬件- -选用选用NI USB-6009NI USB-6009采集卡采集卡n软件软件- -选用选用DAQmx-Data AcquisitionDAQmx-Data Acquisition子选板中的子选板中的数据采集函数实现数据采集函数实现多通道数据采集系统的前面板多通道数据采集系统的程序框图6.1.3 通用数据采集卡的LabVIEW控制实现1数据采集卡驱动程序的开发方式数据采集卡驱动程序的开发方式 直接
41、端口读写方式（直接端口读写方式（I/O方式）方式） 调用调用C语言源代码的方式（语言源代码的方式（CIN方式）方式） 调用动态连接库的方式（调用动态连接库的方式（CLF方式）方式） （1）直接端口读写方式（I/O方式） I/O I/O端口子选板端口子选板 In Port.vi Out Port.vi （2）调用C语言源代码的方式nLabVIEW8.2LabVIEW8.2函数选板的函数选板的【互连接口互连接口】【库库可 执 行 程 序可 执 行 程 序 】 子 选 板 中 有 一 个子 选 板 中 有 一 个 C o d e C o d e Interface NodeInterface Nod
42、e节点，用来在节点，用来在LabVIEWLabVIEW程序框程序框图中直接调用其他编程语言（如图中直接调用其他编程语言（如VCVC）写的代）写的代码。这样就可以通过使用码。这样就可以通过使用CINCIN图标来调用由图标来调用由C C语言编写的采集卡驱动程序方法实现虚拟仪语言编写的采集卡驱动程序方法实现虚拟仪器的数据采集。器的数据采集。（3）调用动态连接库的方式n动态链接库通常由数据采集卡生产厂商提供，通过动态链接库通常由数据采集卡生产厂商提供，通过LabVIEW的的Call Library Function Node来调用。来调用。 2数据采集卡驱动程序设计举例数据采集卡驱动程序设计举例 例例
43、6.3 用端口读用端口读/写函数驱动数据采集卡。写函数驱动数据采集卡。 要求通过端口读要求通过端口读/写函数实现数据采集卡写函数实现数据采集卡PC-6310的数据采集的数据采集PC-6310简介简介 PC-6310适用于具有适用于具有ISA 总线的总线的PC系列微机系列微机 卡上的卡上的A/D转换器转换器ADS774为为12位位分辨率分辨率 转换速率为转换速率为10S 模拟输入信号范围为模拟输入信号范围为0V10V或或- -5V+5V 模拟输入通道为模拟输入通道为32个通道的单端或个通道的单端或16个通道的双个通道的双端端 控制端口的地址与功能 A/DA/D转换状态数据格式转换状态数据格式 A
44、 AD D转换结果数据格式转换结果数据格式数据采集VI的前面板数据采集VI的程序框图数据采集VI的程序框图6.2 信号产生n信号产生是仪器系统的重要组成部分，要评信号产生是仪器系统的重要组成部分，要评价任意一个网络或系统的特性，必须外加一价任意一个网络或系统的特性，必须外加一定的测试信号，其性能方能显示出来。最常定的测试信号，其性能方能显示出来。最常用的测试信号有正弦波、三角波、方波、锯用的测试信号有正弦波、三角波、方波、锯齿波、噪声波及多频波（由不同频率的正弦齿波、噪声波及多频波（由不同频率的正弦波叠加而形成的波形）等。波叠加而形成的波形）等。 6.2.1数字信号的产生与数字化频率的概念 正
45、弦波信号：正弦波信号： u (t) = Asin(t+0) T为采样间隔，为采样间隔，T为信号周期，设一个周期内的采样点数为为信号周期，设一个周期内的采样点数为 n ，则，则 T = n T 采样频率采样频率： fs = 1/T 信号频率信号频率： fx = 1/T = 1/ (n T) = fS / n u(iT) = Asin(2i/n +0 ) 设设 f = fx / fS = 1/n ,将将2弧度用弧度用360表示，并省略表示，并省略 ，则得则得 数字化频率数字化频率f = 模拟频率模拟频率/采样频率采样频率 )/360sin()(00niAiuT6.2.2 信号产生函数及应用信号生成
46、子选板信号生成子选板 1. 正弦波生成Sine Wave.vi 正弦波函数的等效数学运算式如下正弦波函数的等效数学运算式如下：Sine Wavei=amplitudesin（360fi+ phase0） Sine Wave .vi应用举例例例6.5 利用利用Sine Wave.vi产生正弦波产生正弦波 前面板前面板程序框图程序框图 数字频率的认识 n调节信号频率、采样频率、采样点数，观察调节信号频率、采样频率、采样点数，观察这些参数的变化对显示正弦波结果的影响。这些参数的变化对显示正弦波结果的影响。n 若以若以Hz作为频率单位，则作为频率单位，则 数字频率单位数字频率单位（Hz） = fx/f
47、s = 信号频率信号频率/采样频率采样频率n 若以周期作为频率单位，则若以周期作为频率单位，则 数字频率单位数字频率单位 (T) = 周期数周期数/采样点数采样点数均匀白噪声的生成例例6.6 利用利用Unifom White Noise.vi产生均匀产生均匀分布的白噪声。分布的白噪声。前面板前面板程序框图程序框图 简单函数发生器例例6.7 创建一个可以产生正弦波、三角波、方波和锯创建一个可以产生正弦波、三角波、方波和锯齿波的函数发生器。齿波的函数发生器。6.2.3 波形生成在波形生成子选板中的在波形生成子选板中的所有函数不仅输出包含所有函数不仅输出包含指定波形图形的数字型指定波形图形的数字型数
48、组，而且包含时间参数组，而且包含时间参数，这种数据类型在数，这种数据类型在LabVIEWLabVIEW中称为波形数据中称为波形数据 波形生成函数的应用举例例例6.8 使用基本函数发生器创建函数发生器使用基本函数发生器创建函数发生器前面板前面板 程序框图程序框图 多频信号的产生与应用 n多频信号是指一个离散频率的正弦波集合，多频信号是指一个离散频率的正弦波集合，其模拟信号数学表达式为：其模拟信号数学表达式为：ihiiiithAtX)sin()(式中，Ai：第i个正弦波的幅值 i：基频角频率 hi：第i个正弦波的角频倍数 i：第i个正弦波的初相角例6.9 多频信号发生器前面板前面板 程序框图程序框
49、图 例6.10 信号合成信号合成的信号合成的前面板和程前面板和程序框图序框图6.3 信号的时域分析n时域分析是指在时间域内研究系统在一时域分析是指在时间域内研究系统在一定输入信号的作用下，其输出信号随时定输入信号的作用下，其输出信号随时间的变化情况。由于时域分析是直接在间的变化情况。由于时域分析是直接在时间域中对系统进行分析的方法，所以时间域中对系统进行分析的方法，所以时域分析具有直观和准确的优点。时域分析具有直观和准确的优点。6.3.1 卷积运算n卷积是电路分析的一个重要概念。它可以求卷积是电路分析的一个重要概念。它可以求线性系统对任何激励信号的零状态响应。线性系统对任何激励信号的零状态响应
50、。n对离散时间信号的卷积称为卷积和，定义为对离散时间信号的卷积称为卷积和，定义为iikfifkfkfkf)(*)()(*)()(2121Convolution.vi例6.11 求卷积运算卷积运算的卷积运算的前面板和程前面板和程序框图序框图6.3.2 相关分析n所谓所谓“相关相关”是指变量之间的线性关系。是指变量之间的线性关系。n相关分析利用相关系数或相关函数来描述两个信号相关分析利用相关系数或相关函数来描述两个信号间的相互关系或其相似程度，还可以用来描述同一间的相互关系或其相似程度，还可以用来描述同一信号的现在值与过去值的关系，或者根据过去值、信号的现在值与过去值的关系，或者根据过去值、现在值
