數(shù)據(jù)采集和前面板修飾

1、數(shù)據(jù)采集和前面板修飾內(nèi)容與安排lLabVIEW數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)知識(shí)l用聲卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集舉例l前面板的修飾l字體l裝飾控件的應(yīng)用虛擬儀器簡(jiǎn)介 NI公司于20世紀(jì)70年代中期提出了虛擬儀器的概念。虛擬儀器是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義，具有虛擬面板，測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，核心是軟件技術(shù)。Instrument HardwareProcessorMemoryDisplayApplication SoftwareI n s t r u m e n t DriverDevelopment Envi

2、ronmentUser InterfaceUserComputer Hardware被測(cè)對(duì)象信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡虛擬儀器面板數(shù)據(jù)處理LabVIEW的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)l提供豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲(chǔ)的庫函數(shù)l包括了DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS-232/485、USB在內(nèi)的各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的功能函數(shù)數(shù)據(jù)采集原理數(shù)據(jù)采集原理數(shù)據(jù)采集的任務(wù)l數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù): 采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得出所需的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)視，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來控制某些

3、物理量。l數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的好壞，主要取決于它的精度和速度。模擬信號(hào)的數(shù)字化處理l數(shù)據(jù)采集的核心過程就是將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號(hào)l采樣點(diǎn)太多，會(huì)占用大量?jī)?nèi)存單元；采樣點(diǎn)太少，會(huì)使模擬信號(hào)的某些信息被丟失，出現(xiàn)失真現(xiàn)象采樣定理采樣定理 采樣是將采樣脈沖序列采樣是將采樣脈沖序列p(t)p(t)與信號(hào)與信號(hào)x(t)x(t)相相乘，取離散點(diǎn)乘，取離散點(diǎn)x(nt)x(nt)的值的過程。的值的過程。X(0), X(1), X(2), , X(n) 每周期應(yīng)該有多少采樣點(diǎn)每周期應(yīng)該有多少采樣點(diǎn) ？最少最少2 2點(diǎn)點(diǎn): :故離散信號(hào)重構(gòu)原信號(hào)時(shí)形成了頻率不同于原信號(hào)頻率的信號(hào)，即混疊（aliasi

4、ng）干擾。采樣定理采樣定理 為保證采樣后信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信為保證采樣后信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)信息，信號(hào)采樣頻率必須至少為原信號(hào)中最高號(hào)信息，信號(hào)采樣頻率必須至少為原信號(hào)中最高頻率成分的頻率成分的2 2倍。這是采樣的基本法則，稱為采倍。這是采樣的基本法則，稱為采樣定理。樣定理。Fs 2 Fmax 需注意，滿足采樣定理，只保證不發(fā)生頻率需注意，滿足采樣定理，只保證不發(fā)生頻率混疊，而不能保證此時(shí)的采樣信號(hào)能真實(shí)地反映混疊，而不能保證此時(shí)的采樣信號(hào)能真實(shí)地反映原信號(hào)原信號(hào)x(t)x(t)。工程實(shí)際中采樣頻率通常大于信號(hào)。工程實(shí)際中采樣頻率通常大于信號(hào)中最高頻率成分的中最高頻率成分的3

5、3到到5 5倍。倍。A/DA/D采樣前的抗混迭濾波：采樣前的抗混迭濾波： 物理信號(hào)物理信號(hào)對(duì)象對(duì)象傳傳感感器器電信號(hào)電信號(hào)放放大大調(diào)調(diào)制制電信號(hào)電信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)展開展開低通濾波低通濾波(0-Fs/2)(0-Fs/2)放大放大混疊的消除l由采樣定理可知，如果要求不產(chǎn)生混疊干擾，首先應(yīng)使被采樣信號(hào)X(t)成為有限帶寬的信號(hào)。為此，對(duì)不滿足此要求的信號(hào)，在采樣之前，使其先通過模擬低通濾波器濾除高頻成分，使其成為帶限信號(hào)。這種處理稱為抗混疊濾波預(yù)處理。l其次，應(yīng)使采樣頻率fs大于帶限信號(hào)最高頻率fh的2倍，即fs2fh。l在實(shí)際工作中，考慮到實(shí)際的模擬低通濾波器不可能有理想的截止特

6、性，在其截止頻率fh之后總有一定的過渡帶，故采樣頻率常常選為（34）fh，甚至更高。 第三部分為什么選擇LabVIEW做數(shù)據(jù)采集？lLabVIEW是一種面向工程師的編程語言，采用圖形化編程，多線程同步運(yùn)行，只需要連線就能進(jìn)行軟件的編制。提供了豐富的函數(shù)庫和控件，搭建軟件的界面非常迅速，一個(gè)熟練的工程師可能只需要幾分鐘就能搭建一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。lNI的數(shù)據(jù)采集卡提供了對(duì)LabVIEW豐富且完備的支持，驅(qū)動(dòng)函數(shù)都是在底層的基礎(chǔ)函數(shù)上進(jìn)行了高度封裝，用戶不需要對(duì)采集卡具體工作有深入的了解，只要掌握這些驅(qū)動(dòng)函數(shù)輸入/輸出端口的意義，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集開發(fā)。模擬輸入的討論l對(duì)于一些復(fù)雜的采集任務(wù)，可以采用

7、一些特殊的采集方式，例如采用外部時(shí)鐘采集、觸發(fā)采集等；l觸發(fā)采集種類很多，根據(jù)觸發(fā)信號(hào)類型可以分為數(shù)字信號(hào)觸發(fā)和模擬信號(hào)觸發(fā)；根據(jù)觸發(fā)形式可以分為邊沿觸發(fā)和窗口觸發(fā)；根據(jù)觸發(fā)功能可以分為啟動(dòng)觸發(fā)、暫停觸發(fā)和參考觸發(fā)；l不是每個(gè)數(shù)據(jù)采集卡都具有這些特殊采樣功能的，使用前要查看采集卡的使用手冊(cè)；l在模擬輸入采集系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集并不復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理與分析才是難點(diǎn)。動(dòng)手做：動(dòng)手做：將聲卡作為將聲卡作為A/D、D/A卡卡,設(shè)計(jì)一個(gè)雙通道信號(hào)采集設(shè)計(jì)一個(gè)雙通道信號(hào)采集器和信號(hào)發(fā)生器。器和信號(hào)發(fā)生器。基于聲卡的數(shù)據(jù)采集l聲卡作為語音信號(hào)與計(jì)算機(jī)的通用接口，其主要功能就是經(jīng)過DSP（數(shù)字信號(hào)處理）音效芯片的

8、處理，進(jìn)行模擬音頻信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，因此，從其功能上來看，聲卡也可以作為一塊數(shù)據(jù)采集卡來使用。聲卡價(jià)格低廉，現(xiàn)在一般的電腦上都已經(jīng)集成了聲卡，用其取代常規(guī)的DAQ設(shè)備是一種很好的選擇，而且LabVIEW中提供了專門用于聲卡操作的函數(shù)節(jié)點(diǎn)，所以用聲卡搭建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也是非常方便的。聲卡的技術(shù)參數(shù) l聲卡的技術(shù)參數(shù)主要有兩個(gè)：采樣位數(shù)采樣位數(shù)和采樣頻率采樣頻率。l聲卡采樣位數(shù)的概念和數(shù)據(jù)采集卡的位數(shù)概念是一樣的，是指將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)，反映了對(duì)信號(hào)描述的準(zhǔn)確程度。位數(shù)顯然是越高越好，目前市面上幾乎所有聲卡的主流產(chǎn)品都是16位，而一般數(shù)據(jù)采集卡大多只是12位，所以從這方面來講，

9、聲卡的精度是比較高的。l聲卡的采樣頻率一般不是很高，因?yàn)樗皇翘幚硪纛l信號(hào)，目前最高采樣率為44.1KHz，少數(shù)能達(dá)48KHz。對(duì)于普通聲卡，采樣頻率一般設(shè)為4擋：44.1KHz、22.05KHz、11.025KHz和8KHz。l另外，還要考慮聲卡的頻率響應(yīng)，一般聲卡只是對(duì)20Hz20KHz的音頻信號(hào)有比較好的響應(yīng)，對(duì)這范圍之外的信號(hào)有很強(qiáng)的衰減作用。對(duì)于測(cè)試，信號(hào)頻率在50Hz10KHz范圍內(nèi)比較好。聲卡的硬件接口 l對(duì)于不同的聲卡，其硬件接口有所不同，對(duì)于最普通的集成聲卡，一般有3個(gè)接口，從外觀上區(qū)分，粉紅色的為Mic In，草綠色的為Wave Out，淺藍(lán)色的為L(zhǎng)ine In。lMic In接口只能接受較弱的信號(hào)，易受干擾，對(duì)于數(shù)據(jù)采集，一般常用Line In接口，它可接受幅值約不超過