第六章-虛擬儀器導(dǎo)論—DAQ

1、第六章第六章(1) 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集-DAQ信息與控制學(xué)院自動(dòng)化系 薄迎春數(shù)據(jù)采集的基本概念數(shù)據(jù)采集的基本概念圖圖1 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成被測對象傳感器信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集信號處理儀器面板1）測試系統(tǒng)組成）測試系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)采集的基本概念數(shù)據(jù)采集的基本概念圖圖2 虛擬儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)虛擬儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用戶編制的測量應(yīng)用程序用戶編制的測量應(yīng)用程序應(yīng)用軟件編程環(huán)境應(yīng)用軟件編程環(huán)境LabVIEW, LabWindows/CVI, Measurement Studio 現(xiàn)實(shí)世界的信號和物理量現(xiàn)實(shí)世界的信號和物理量信號調(diào)理信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)采集與模塊化儀器模塊化儀器傳感器和傳感器和變換器變換器2) 基于虛擬

2、儀器的數(shù)據(jù)采集基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集的基本概念數(shù)據(jù)采集的基本概念3）A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換圖圖3 數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡圖圖4 數(shù)據(jù)采集卡位數(shù)數(shù)據(jù)采集卡位數(shù)16bit的數(shù)據(jù)采集卡將的數(shù)據(jù)采集卡將010V劃分為劃分為2的的16次次方份。方份。3bit的數(shù)據(jù)采集卡將的數(shù)據(jù)采集卡將010V劃分為劃分為2的的3次次方份。方份。圖圖5 NI-測量與自動(dòng)化管理器測量與自動(dòng)化管理器Labview數(shù)據(jù)采集應(yīng)用數(shù)據(jù)采集應(yīng)用（1）瀏覽系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集卡；）瀏覽系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集卡；（2）通過測試面板，驗(yàn)證和診斷數(shù)據(jù)采集卡工作情況；）通過測試面板，驗(yàn)證和診斷數(shù)據(jù)采集卡工作情況；（3）創(chuàng)建新的采集通道、任務(wù)、接口和比例參

3、數(shù)等。）創(chuàng)建新的采集通道、任務(wù)、接口和比例參數(shù)等。數(shù)據(jù)鄰居：數(shù)據(jù)鄰居：存儲(chǔ)了有關(guān)配置和修改任務(wù)、虛擬通道的信息；存儲(chǔ)了有關(guān)配置和修改任務(wù)、虛擬通道的信息；設(shè)備和接口：設(shè)備和接口：可配置本地或遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集卡、串口及并口等硬件設(shè)備；可配置本地或遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集卡、串口及并口等硬件設(shè)備； 換算：換算：則用于標(biāo)定運(yùn)算。則用于標(biāo)定運(yùn)算。2.1 Measurement & Control應(yīng)用應(yīng)用圖圖6 NI-測量與自動(dòng)化管理器的設(shè)備列表測量與自動(dòng)化管理器的設(shè)備列表Measurement & Control應(yīng)用應(yīng)用設(shè)備列表設(shè)備列表如何應(yīng)用如何應(yīng)用Measurement&Control

4、建立數(shù)據(jù)采集任務(wù)建立數(shù)據(jù)采集任務(wù)？圖圖7 數(shù)據(jù)鄰居數(shù)據(jù)鄰居-新建任務(wù)新建任務(wù)Measurement & Control應(yīng)用應(yīng)用圖圖8 第二步：選擇任務(wù)類型第二步：選擇任務(wù)類型Measurement & Control應(yīng)用應(yīng)用圖圖9 第三步：選擇信號類型第三步：選擇信號類型Measurement & Control應(yīng)用應(yīng)用圖圖10 第三步：選擇數(shù)據(jù)采集設(shè)備（板卡）第三步：選擇數(shù)據(jù)采集設(shè)備（板卡）Measurement & Control應(yīng)用應(yīng)用圖圖11 第六步：選擇數(shù)據(jù)通道第六步：選擇數(shù)據(jù)通道Measurement & Control應(yīng)用應(yīng)用圖圖12 第七

5、步：設(shè)置任務(wù)名稱第七步：設(shè)置任務(wù)名稱Measurement & Control應(yīng)用應(yīng)用圖圖13 測試任務(wù)測試任務(wù)Measurement & Control應(yīng)用應(yīng)用同時(shí)打開任務(wù)調(diào)試、診斷窗口同時(shí)打開任務(wù)調(diào)試、診斷窗口圖圖14 測試任務(wù)測試任務(wù)Measurement & Control應(yīng)用應(yīng)用圖圖15 添加、刪除、改變?nèi)蝿?wù)通道添加、刪除、改變?nèi)蝿?wù)通道Measurement & Control應(yīng)用應(yīng)用采集模式：采集模式：a)a) 1 1 采樣采樣 ( (按要求按要求) )，即采集，即采集單點(diǎn)數(shù)據(jù)單點(diǎn)數(shù)據(jù)（立即執(zhí)行）；（立即執(zhí)行）；b)b) 1 1 采樣采樣 ( (硬件

6、定時(shí)硬件定時(shí)) )，表示，表示在硬件時(shí)鐘的邊沿采集單在硬件時(shí)鐘的邊沿采集單點(diǎn)數(shù)據(jù)；點(diǎn)數(shù)據(jù)；c)c) N N 采樣，表示采集一段數(shù)采樣，表示采集一段數(shù)據(jù)，采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率據(jù)，采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率在在“定時(shí)設(shè)置定時(shí)設(shè)置”下的下的“待待讀取采樣讀取采樣”和和“采樣率采樣率(Hz)”(Hz)”文本框中指定；文本框中指定；d)d) 連續(xù)采樣，表示進(jìn)行連續(xù)連續(xù)采樣，表示進(jìn)行連續(xù)采集，此時(shí)，采集，此時(shí)，“定時(shí)設(shè)置定時(shí)設(shè)置”下只有下只有“采樣率采樣率 (Hz)”(Hz)”即即采樣頻率參數(shù)有效。采樣頻率參數(shù)有效。 圖圖16 采樣設(shè)置采樣設(shè)置Measurement & Control應(yīng)用應(yīng)用Labview

7、數(shù)據(jù)采集術(shù)語數(shù)據(jù)采集術(shù)語1 1、通道：、通道：物理通道：連接被測信號的實(shí)際端子；物理通道：連接被測信號的實(shí)際端子；虛擬通道：是虛擬通道：是一組屬性設(shè)置的集合一組屬性設(shè)置的集合，包含虛擬通道名、對應(yīng)的物理通道、輸，包含虛擬通道名、對應(yīng)的物理通道、輸入接線方式（差分入接線方式（差分/RSE/NRSE/RSE/NRSE等）、輸入范圍、縮放比例等。等）、輸入范圍、縮放比例等。2 2、NI-NI-DAQmxDAQmx任務(wù)任務(wù)：是一個(gè)或多個(gè)虛擬通道的集合，此外，它還包含了定時(shí)、是一個(gè)或多個(gè)虛擬通道的集合，此外，它還包含了定時(shí)、觸發(fā)等屬性。它代表了所要實(shí)施的一次信號測量或信號發(fā)生的操作。觸發(fā)等屬性。它代表了

8、所要實(shí)施的一次信號測量或信號發(fā)生的操作。NI-DAQmxNI-DAQmx任務(wù)分為兩種：任務(wù)分為兩種： 一種是獨(dú)立于程序而存在、可以被各個(gè)程序所使用的，且可一種是獨(dú)立于程序而存在、可以被各個(gè)程序所使用的，且可長期保存長期保存的任務(wù)（用的任務(wù)（用MAXMAX創(chuàng)建，且保存在創(chuàng)建，且保存在MAXMAX中）；中）； 另一種是僅存在于某程序中且只能供該程序使用的所謂另一種是僅存在于某程序中且只能供該程序使用的所謂臨時(shí)任務(wù)臨時(shí)任務(wù)（用（用DAQDAQ助手助手Express VIExpress VI或或DAQmxDAQmx函數(shù)在框圖面板上創(chuàng)建）。函數(shù)在框圖面板上創(chuàng)建）。虛擬通道分為兩種：虛擬通道分為兩種：局部

9、局部（LocalLocal）和）和全局全局（GlobalGlobal）虛擬通道。局部虛）虛擬通道。局部虛擬通道僅存在于某個(gè)擬通道僅存在于某個(gè)DAQmxDAQmx定義的任務(wù)中（其生存期長短由定義的任務(wù)中（其生存期長短由任務(wù)任務(wù)決定）；決定）；而全局虛擬通道可長期保存在而全局虛擬通道可長期保存在MAXMAX中，且可被多個(gè)任務(wù)所使用。中，且可被多個(gè)任務(wù)所使用。DAQ助手助手圖圖17 DAQ助手函數(shù)選板助手函數(shù)選板 將其放置于框圖面板上，同時(shí)會(huì)出將其放置于框圖面板上，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)其現(xiàn)其“新建新建Express任務(wù)任務(wù)”窗口。在該窗口。在該窗口的右側(cè)欄可進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置及其窗口的右側(cè)欄可進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置及其修

10、改。修改。DAQ助手助手圖圖18 DAQ助手應(yīng)用實(shí)例助手應(yīng)用實(shí)例 DAQ助手助手Express VI出現(xiàn)了名為出現(xiàn)了名為“數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)”的輸出端子（對于模擬的輸出端子（對于模擬輸入操作），它可直接向框圖上的程序的其他部分輸出數(shù)據(jù)。輸入操作），它可直接向框圖上的程序的其他部分輸出數(shù)據(jù)。 使用使用DAQ助手建立的任務(wù)只是臨時(shí)任務(wù)，沒有名稱，不會(huì)保存在助手建立的任務(wù)只是臨時(shí)任務(wù)，沒有名稱，不會(huì)保存在MAX中被（這臺計(jì)算機(jī)中建立的）其他程序使用。中被（這臺計(jì)算機(jī)中建立的）其他程序使用?；诨贚abview VI的數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集1）VI數(shù)據(jù)采集相關(guān)函數(shù)數(shù)據(jù)采集相關(guān)函數(shù)表表1 DAQmx函數(shù)及其功能函數(shù)

11、及其功能DAQmx函數(shù)功能DAQmx Create Virtual Channel創(chuàng)建虛擬數(shù)據(jù)采集通道DAQmx Timing為數(shù)據(jù)采集配置采集速率和創(chuàng)建緩沖器DAQmx Trigger vi為數(shù)據(jù)采集配置觸發(fā)源，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集器DAQmx Strarting Task開始數(shù)據(jù)采集或產(chǎn)生即將輸出的數(shù)據(jù)DAQmx Write vi向指定的虛擬通道或者任務(wù)寫入數(shù)據(jù)DAQmx Read vi從指定的虛擬通道或任務(wù)讀取數(shù)據(jù)DAQmx Wait Until Done vi等待數(shù)據(jù)采集的完成DAQmx Stop Task停止數(shù)據(jù)采集或者停止產(chǎn)生數(shù)據(jù)的輸出DAQmx Clear Task清除數(shù)據(jù)采集任務(wù)DAQ

12、mx 助手配置通道、任務(wù)和換算的圖形化界面基于基于Labview VI的數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集圖圖17 DAQmx創(chuàng)建虛擬通道函數(shù)創(chuàng)建虛擬通道函數(shù) “函數(shù)函數(shù)”選板選板 “測量測量I/O” DAQmx 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集采集功能：功能：用于建立虛擬通道和任務(wù)。用于建立虛擬通道和任務(wù)。 “ “物理通道物理通道”輸入端，用于指定物理通道；輸入端，用于指定物理通道； “ “分配名稱分配名稱”輸入端，定義虛擬通道名，如不指定，該參數(shù)輸入端，定義虛擬通道名，如不指定，該參數(shù) 將以物理通道名（如將以物理通道名（如Dev1/ai0Dev1/ai0等）作為本虛擬通道名；等）作為本虛擬通道名； “ “最大值最大值”、“最

13、小值最小值”，定義所期望的信號的最大值和最，定義所期望的信號的最大值和最 小值（即輸入范圍）；小值（即輸入范圍）； “ “輸入接線端配置輸入接線端配置”，定義輸入端子接法（差分、單端等）。，定義輸入端子接法（差分、單端等）?；诨贚abview VI的數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集圖圖19 DAQmx采樣時(shí)鐘采樣時(shí)鐘功能：功能：用于設(shè)置時(shí)間信息。用于設(shè)置時(shí)間信息。 “ “采樣率采樣率”，定義每個(gè)通道每秒采集或發(fā)生數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)；，定義每個(gè)通道每秒采集或發(fā)生數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)； “ “采樣模式采樣模式”，定義采樣模式；，定義采樣模式； “ “每通道采樣每通道采樣”參數(shù)，用于指定在參數(shù)，用于指定在“采樣模式采樣模式”參

14、數(shù)選為參數(shù)選為“有限采樣有限采樣”時(shí)時(shí)每個(gè)通道采集或生成的樣本數(shù)。每個(gè)通道采集或生成的樣本數(shù)。基于基于Labview VI的數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集圖圖20 DAQmx讀取讀取功能：功能：向任務(wù)寫入樣本數(shù)據(jù)。它的向任務(wù)寫入樣本數(shù)據(jù)。它的“自動(dòng)開始自動(dòng)開始” ” 參數(shù)指定在沒有用參數(shù)指定在沒有用“DAQmx DAQmx 開始任務(wù)開始任務(wù)”函數(shù)顯式開始任務(wù)的情況下，是否以隱式方式開始任函數(shù)顯式開始任務(wù)的情況下，是否以隱式方式開始任務(wù)。務(wù)。功能：功能：從指定的任務(wù)或虛擬通道讀取樣本；其輸出端從指定的任務(wù)或虛擬通道讀取樣本；其輸出端“數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)”返回（提供）返回（提供）讀到的數(shù)據(jù)。讀到的數(shù)據(jù)。圖圖21 DAQ

15、mx寫入寫入基于基于Labview VI的數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集圖圖22 DAQmx開始任務(wù)開始任務(wù)功能：功能：結(jié)束結(jié)束DAQmxDAQmx任務(wù)。任務(wù)。功能：功能：開始執(zhí)行任務(wù)（顯式任務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換）。開始執(zhí)行任務(wù)（顯式任務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換）。圖圖23 DAQmx寫入寫入圖圖24 DAQmx清除清除功能：功能：停止任務(wù)并清停止任務(wù)并清除資源。任務(wù)清除后除資源。任務(wù)清除后就不能再使用，除非就不能再使用，除非重新建立該任務(wù)。重新建立該任務(wù)?；诨贚abview VI的數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集圖圖25 DAQmx結(jié)束前等待結(jié)束前等待功能：功能：確保在結(jié)束任務(wù)確保在結(jié)束任務(wù)/ /清除任務(wù)（清除任務(wù)（“DAQmx DAQm

16、x 停止任務(wù)停止任務(wù)”或或“DAQmx DAQmx 清清除任務(wù)除任務(wù)”）之前，完成所要求的采集或發(fā)生任務(wù)。）之前，完成所要求的采集或發(fā)生任務(wù)?；诨贚abview VI的數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集圖圖25 DAQmx數(shù)據(jù)采集的顯式流程數(shù)據(jù)采集的顯式流程顯式轉(zhuǎn)換顯式轉(zhuǎn)換：在：在“讀取讀取”采樣數(shù)據(jù)前，明確地執(zhí)行采樣數(shù)據(jù)前，明確地執(zhí)行“開始任務(wù)開始任務(wù)”；且在且在“清除任務(wù)清除任務(wù)”前，明確地執(zhí)行前，明確地執(zhí)行“結(jié)束任務(wù)結(jié)束任務(wù)”。圖圖26 DAQmx數(shù)據(jù)采集的隱式流程數(shù)據(jù)采集的隱式流程隱式轉(zhuǎn)換隱式轉(zhuǎn)換：在在“讀取讀取”函數(shù)執(zhí)行前，自動(dòng)執(zhí)行函數(shù)執(zhí)行前，自動(dòng)執(zhí)行“開始任務(wù)開始任務(wù)”；在在“清除任務(wù)清除任務(wù)”執(zhí)行前，自動(dòng)執(zhí)行執(zhí)行前，自動(dòng)執(zhí)行“結(jié)束任務(wù)結(jié)束任務(wù)”?；诨贚abview VI的數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集圖圖25 例例1的前面板及程序框圖的前面板及程序框圖圖圖26 DAQmx 任務(wù)名控件任務(wù)名控件例例1：采集：采集MAX建立的任務(wù)中的通道數(shù)據(jù)，并用儀表顯示。建立的任務(wù)中的通道數(shù)據(jù)，并用儀表顯示。單擊單擊“DAQmx 任任務(wù)名務(wù)名”控件右控件右端的向下選項(xiàng)端的向下選項(xiàng)箭頭、打開任箭頭、打開任務(wù)列表，選擇務(wù)列表，選擇相應(yīng)任務(wù)，就相應(yīng)任務(wù)，就可以使用以前可以使用