LABVIEW編程基礎(chǔ)第8章 數(shù)據(jù)采集PPT學(xué)習(xí)課件

1、陜西理工學(xué)院,第8章 數(shù)據(jù)采集,1,CONTENTS,目 錄,數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ),01,DAQ設(shè)備的安裝與測試,02,NI-DAQmx簡介,03,DAQmx數(shù)據(jù)采集應(yīng)用編程實例,04,2,2020/8/1,CONTENTS,目 錄,數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ),01,DAQ設(shè)備的安裝與測試,02,NI-DAQmx簡介,03,DAQmx數(shù)據(jù)采集應(yīng)用編程實例,04,3,2020/8/1,自然界中的物理量大多是在時間、幅值上連續(xù)變化的模擬量，而信息處理多是以數(shù)字信號的形式由計算機來完成。所以將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號是實現(xiàn)信息處理的必要過程，該過程的第一步就是對模擬信號進(jìn)行采樣。對模擬信號采樣的基本原則是奈奎斯特采樣定理：,

2、若連續(xù)信號x(t)是有限帶寬的，其頻譜的最高頻率為fc，對x(t)采樣時，若保證采樣頻率fs2 fc ，那么即可由采樣后的數(shù)字信號x(nTs)恢復(fù)出x(t) 。如果采樣頻率fs2fc ，則通過采樣后的數(shù)字信號無法還原原來的信號，稱為欠采樣。一般情況下，在采樣時， fs至少為fc的2.5倍，工程上，一般為6-8倍。,8.1 數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ),4,2020/8/1,8.1.2 輸入信號類型,5,2020/8/1,1信號源的基準(zhǔn)配置,信號源有兩種類型：基準(zhǔn)的和非基準(zhǔn)的。基準(zhǔn)信號源通常稱為接地信號，而非基準(zhǔn)信號源則稱為未接地信號或浮動信號。,接地信號源的電壓信號以系統(tǒng)的地線作為參考點，如大地或建筑物。通過

3、電源插座插入建筑物的設(shè)備，如信號發(fā)生器和供電設(shè)備，都是接地信號源最常見的實例。 未接地信號源的信號（如電壓）沒有相應(yīng)的諸如大地或建筑物這樣的絕對參考點。一些常見的未接地信號的實例包括電池組、電池供電源、熱電偶、變壓器、隔離放大器和那些輸出信號明顯不接地的各種儀器。,8.1.3 信號接地與測量,6,2020/8/1,7,2020/8/1,（2）參考地單端測量系統(tǒng)(RSE),一個RSE測量系統(tǒng)，也叫做接地測量系統(tǒng)，被測信號一端接模擬輸入通道，另一端接系統(tǒng)地AIGND。,（3）無參考地單端測量系統(tǒng)(NRSE),在NRSE測量系統(tǒng)中，信號的一端接模擬輸入通道，另一端接一個公用參考端，但這個參考端電壓相

4、對于測量系統(tǒng)的地來說是不斷變化的。,8,2020/8/1,8.1.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成,一個典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括傳感器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集卡、PC機和軟件。,傳感器：感應(yīng)被測對象的狀態(tài)變化，并將其轉(zhuǎn)化成可測量的電信號。 信號調(diào)理：聯(lián)系傳感器與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的橋梁，主要包括放大、濾波、隔離、激勵、線性化等。 數(shù)據(jù)采集卡：實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能的計算機擴展卡。一個典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O、計數(shù)器/計時器等。通常來說數(shù)據(jù)采集卡都有自己的驅(qū)動程序。 軟件：使PC機和數(shù)據(jù)采集卡形成了一個完整的數(shù)據(jù)采集、分析和顯示系統(tǒng)。,9,2020/8/1,CONTENTS,目 錄,數(shù)據(jù)采集基

5、礎(chǔ),01,DAQ設(shè)備的安裝與測試,02,NI-DAQmx簡介,03,DAQmx數(shù)據(jù)采集應(yīng)用編程實例,04,10,2020/8/1,8.2.1 數(shù)據(jù)采集卡的安裝,NI PCI-6251是一款高速M系列多功能DAQ板卡。提供16路單端/8路差分模擬輸入通道，分辨率為16bit，單通道數(shù)據(jù)采樣速率為1.25MS/s，多通道為1MS/s；提供2路16位模擬輸出，刷新率為2.8MS/s；提供24條數(shù)字I/O線和2個32位計數(shù)器。共有68個接線端子。,將PCI-6251數(shù)據(jù)采集卡插到計算機主板上的一個空閑PCI插槽中，接好附件并完成驅(qū)動程序NI-DAQ或NI-DAQmx的安裝（最新版的NI-DAQmx可從

6、NI網(wǎng)站上下載，本書采用的為NI-DAQmx 9.0）即完成安裝工作。,數(shù)據(jù)采集卡附件,8.2 DAQ設(shè)備的安裝與測試,11,2020/8/1,選中“NI PCI-6521”節(jié)點，窗口右側(cè)將列出數(shù)據(jù)采集卡的一些屬性，如序列號、內(nèi)存范圍等屬性信息，同時通過該節(jié)點右鍵菜單或右側(cè)窗口上部的快捷菜單按鈕還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集卡的自檢、測試、重啟設(shè)備、創(chuàng)建任務(wù)、配置TEDS、設(shè)備引腳定義瀏覽、自校準(zhǔn)等操作。,8.2.2 數(shù)據(jù)采集卡的測試及配置,12,2020/8/1,13,2020/8/1,3采集卡的任務(wù)配置,幾個有關(guān)采集的基本概念,14,2020/8/1,在MAX界面接口和設(shè)備右側(cè)窗口上面的“創(chuàng)建任務(wù)”快

7、捷菜單選項來實現(xiàn)，單擊該菜單選項，彈出“新建NI-DAQmx任務(wù)”對話框。,選擇“模擬輸入”“電壓”，對話框?qū)⑶袚Q為“物理通道”選擇界面，在界面上選擇一個信號輸入的物理通道，如“ai0”，表明要采集從ai0輸入的模擬信號，選定后單擊“下一步”進(jìn)入任務(wù)名定義界面，在界面中對應(yīng)文本輸入框中輸入要指定的任務(wù)名稱，如默認(rèn)“我的電壓任務(wù)”，單擊“完成”則完成一個模擬輸入電壓測量任務(wù)的創(chuàng)建。,在MAX中配置任務(wù)方法,15,2020/8/1,在MAX主窗口左側(cè)配置樹的“數(shù)據(jù)鄰居” 中選定創(chuàng)建好的任務(wù)節(jié)點，在右側(cè)窗口中合理配置各種參數(shù)后，單擊“運行”按鈕，則輸入信號采集結(jié)果顯示在窗口右側(cè)上部的圖表中。在窗口的

8、下側(cè)單擊“連線圖”選項頁，將彈出信號輸入連線方式。,利用“保存”按鈕可以對任務(wù)進(jìn)行保存，保存后可以在其它應(yīng)用程序中使用。,16,2020/8/1,17,2020/8/1,CONTENTS,目 錄,數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ),01,DAQ設(shè)備的安裝與測試,02,NI-DAQmx簡介,03,DAQmx數(shù)據(jù)采集應(yīng)用編程實例,04,18,2020/8/1,8.3.1 傳統(tǒng)的NI-DAQ與NI-DAQmx,NI-DAQ驅(qū)動軟件是一個用途廣泛的庫，該軟件提供了多種函數(shù)及VI，可從LabVIEW中直接調(diào)用，從而實現(xiàn)對測量設(shè)備的編程。 傳統(tǒng)NI-DAQ(Legacy)是NI-DAQ 6.9x的升級版，其VI、函數(shù)和工作方式

9、都和NI-DAQ 6.9x相同。傳統(tǒng)NI-DAQ(Legacy)可以和NI-DAQmx在同一臺計算機上使用，但不能在Windows Vista上使用傳統(tǒng)NI-DAQ(Legacy)。 NI-DAQmx是最新的NI-DAQ驅(qū)動程序，帶有控制測量設(shè)備所需的最新VI、函數(shù)和開發(fā)工具。與早版本的NI-DAQ相比，NI-DAQmx的優(yōu)點在于：,（1）提供了DAQ助手，無需編程就可進(jìn)行測量任務(wù)，并能生成對應(yīng)的NI-DAQmx代碼，易于學(xué)習(xí)； （2）采集速度更快； （3）提供的仿真設(shè)備無需連接實際的硬件就可進(jìn)行應(yīng)用程序的測試和修改； （4）API更為簡潔直觀； （5）支持更多的LabVIEW功能，可使用屬性

10、節(jié)點和波形數(shù)據(jù)類型。 （6）對LabVIEW Real-Time模塊提供更多支持且速度更快。,8.3 NI-DAQmx簡介,19,2020/8/1,主要提供通過前面板對DAQmx任務(wù)名、DAQmx全局通道、DAQmx物理通道、DAQmx接線端、DAQmx換算名、DAQmx設(shè)備名、DAQmx開關(guān)等的輸入功能。,8.3.3 NI-DAQmx 數(shù)據(jù)采集VI,8.3.2 NI-DAQmx數(shù)據(jù)采集控件,20,2020/8/1,NI-DAQmx重要VI列表及功能說明,21,2020/8/1,DAQmx創(chuàng)建虛擬通道多態(tài)VI的多態(tài)實例選擇,LabVIEW中的多態(tài)VI概念,22,2020/8/1,DAQ助手位于

11、“函數(shù)選板”“測量I/O”“DAQmx-數(shù)據(jù)采集”子選板中，將其放置到程序框圖后后將自動彈出一個“新建Express任務(wù)”對話框，通過該對話框可以開始一個數(shù)據(jù)采集任務(wù)的創(chuàng)建，其創(chuàng)建步驟與在MAX創(chuàng)建任務(wù)類似。,8.3.4 DAQ助手的使用,23,2020/8/1,配置完成返回程序框圖，DAQ助手顯示為一個Express VI圖標(biāo)。如在其輸入端口（如采樣率、采樣數(shù)等）不輸入新的參數(shù)值，則DAQ助手將以對話框中的配置的參數(shù)作為默認(rèn)參數(shù)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集功能。DAQ助手的“數(shù)據(jù)”接線端口包含了要讀取任務(wù)的采樣。因此該端子根據(jù)數(shù)據(jù)采集所要實現(xiàn)的不同任務(wù)可作為測量任務(wù)的輸出以及模擬/數(shù)字輸出任務(wù)的輸入。根據(jù)前

12、面的配置（模擬輸入），這里我們將采集到的數(shù)據(jù)輸出到一個圖形顯示控件中顯示，輸入的信號為一個正弦信號，采集顯示結(jié)果如圖所示。,使用DAQ助手創(chuàng)建的任務(wù)是臨時任務(wù)，未保存到MAX中，在沒有轉(zhuǎn)換為NI-DAQmx任務(wù)之前只能在創(chuàng)建該DAQ助手的VI中使用。通過快捷菜單選項“轉(zhuǎn)換為NI-DAQmx任務(wù)”可以將該任務(wù)轉(zhuǎn)換為長期任務(wù)并保存到MAX實現(xiàn)其調(diào)用功能。,24,2020/8/1,通過“DAQmx任務(wù)名”常量或控件選定MAX中的任務(wù)后，用控件或常量快捷菜單“生成代碼”菜單中的“范例”、“配置”、“范例和配置”和“轉(zhuǎn)換為Express VI”四個選項生成不同程序圖形代碼。,通過DAQ助手或MAX配置的

13、任務(wù)只能完成基本的數(shù)據(jù)采集功能，實際應(yīng)用需要根據(jù)要求添加相應(yīng)的功能以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集更多的控制。故有時需要將配置的任務(wù)轉(zhuǎn)化為程序代碼，從而通過修改程序代碼來實現(xiàn)更為復(fù)雜的功能。在LabVIEW中，有兩種生成程序代碼的途徑。,LabVIEW中程序圖形代碼的生成,25,2020/8/1,范例程序圖形代碼實際上就是一個簡單的DAQmx示例程序，代碼內(nèi)容會因任務(wù)而異，經(jīng)過某些修改就可以用在應(yīng)用程序中。這個程序仍然通過數(shù)據(jù)采集“DAQmx任務(wù)名”控件或“DAQmx任務(wù)名”常量與數(shù)據(jù)采集任務(wù)聯(lián)系在一起。,26,2020/8/1,27,2020/8/1,28,2020/8/1,29,2020/8/1,CONT

14、ENTS,目 錄,數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ),01,DAQ設(shè)備的安裝與測試,02,NI-DAQmx簡介,03,DAQmx數(shù)據(jù)采集應(yīng)用編程實例,04,30,2020/8/1,采集模擬信號是虛擬測試系統(tǒng)中最普遍、最典型的任務(wù)。按數(shù)據(jù)多少通常分為單點直流信號采集、有限波形采集和連續(xù)波形采集。按使用通道多少可分為單通道采集、多通道采集。,單點直流電壓信號采集示例,8.4 DAQmx數(shù)據(jù)采集應(yīng)用編程實例,31,2020/8/1,“DAQmx創(chuàng)建通道”設(shè)置為“AI電壓” 用于建立通道；“DAQmx定時”設(shè)置為“采樣時鐘”實現(xiàn)對采樣時鐘的源、頻率以及采集或生成的采樣數(shù)量進(jìn)行設(shè)置。輸入信號為頻率為10Hz的正弦信號和三角波

15、信號，根據(jù)設(shè)定參數(shù)可得在輸入信號的一個周期內(nèi)采樣數(shù)為50，每通道采樣數(shù)為100，則采樣組成的波形為兩個周期。,32,2020/8/1,連續(xù)波形采集示例,程序中將“DAQmx讀取”函數(shù)及波形圖表顯示置于一個While循環(huán)中，同時將“DAQmx定時”函數(shù)的“采樣模式”設(shè)置為“連續(xù)采樣”，從而實現(xiàn)連續(xù)波形的采集，波形圖表中的顯示為輸入正弦信號（頻率10Hz，峰-峰值5V）的采集情況。,33,2020/8/1,對于連續(xù)采集，緩沖問題是必須注意的。對于一些簡單的數(shù)據(jù)采集，用戶不需設(shè)置，LabVIEW會自動分配緩沖區(qū)。對于DAQmx定時函數(shù)的“每通道采樣”接線端，當(dāng)“采樣模式”設(shè)置為“有限采樣”時，表示每

16、通道需要讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)的長度，當(dāng)“采樣模式”設(shè)置為“連續(xù)采樣”時，表示緩沖的大小，可以通過該端子實現(xiàn)緩沖區(qū)的大小。NI-DAQmx對于不同的“采樣率”有一個參考的緩沖區(qū)大小，如果通過“每通道采樣”所設(shè)的值小于參考值的話，系統(tǒng)會自動選擇參考值作為緩沖區(qū)的大小。,在連續(xù)采樣中，如果“DAQmx讀取”函數(shù)從緩存中讀取數(shù)據(jù)的速度小于設(shè)備向緩存中存放數(shù)據(jù)的速度，則會出現(xiàn)在向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)時覆蓋掉還沒有被讀取的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失，使數(shù)據(jù)采集不連續(xù)，這種情況下有時會返回錯誤，通過設(shè)置合適的“每通道采樣數(shù)”的值可避免該錯誤的發(fā)生，通常此值設(shè)置為緩存大小的1/21/4較為合適。,連續(xù)采集的緩沖問題,34,202

17、0/8/1,8.4.2 模擬信號輸出,35,2020/8/1,“DAQmx創(chuàng)建通道”對輸出信號幅度范圍、接線端配置、物理通道等信息進(jìn)行配置?！癉AQmx定時”對采樣時鐘的采樣率、采樣模式及每通道采樣進(jìn)行配置，“采樣率”參數(shù)可以確定輸出信號的頻率，“每通道采樣”確定輸出有限波形數(shù)據(jù)的長度?！癉AQmx寫入”負(fù)責(zé)將“數(shù)據(jù)”端給定數(shù)據(jù)寫入通道，數(shù)據(jù)由“正弦信號”函數(shù)生成，其幅度為5V，周期為1s，采樣數(shù)為128?！癉AQmx結(jié)束前等待”函數(shù)用于VI在任務(wù)結(jié)束前確保完成指定操作。 運行該VI，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，通過示波器對輸出波形進(jìn)行觀察，可以得到輸出頻率為1Hz，幅值為5V，長度為8個周期的正弦波形。

18、,36,2020/8/1,連續(xù)波形輸出示例,“DAQmx定時”函數(shù)的采樣模式設(shè)置為“連續(xù)采樣”，將“DAQmx結(jié)束前等待”函數(shù)置于一個While循環(huán)中，即可實現(xiàn)連續(xù)波形輸出。其中While循環(huán)的作用是保證任務(wù)不結(jié)束，這樣硬件就會一直輸出數(shù)據(jù)，除非發(fā)生錯誤或單擊停止按鈕。,37,2020/8/1,一般的數(shù)據(jù)采集卡都有數(shù)字端口和計數(shù)器，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的觸發(fā)、控制及計數(shù)等功能。端口按照TTL邏輯電平設(shè)計，邏輯低電平在0-0.7V之間，邏輯高電平在3.4-5.0V之間。 數(shù)字I/O的重要組成部分是數(shù)字端口Port與數(shù)字線Line。數(shù)字線是數(shù)據(jù)采集卡中單獨連接一個數(shù)字信號的物理端子，一個數(shù)字線承載的數(shù)

19、據(jù)稱為位bit，它的二進(jìn)制值是0或1。多路數(shù)字線組成一組后稱為端口Port，一般情況下，4或8路數(shù)字線組成一個端口。許多數(shù)據(jù)采集設(shè)備要求一個端口中的線同時都是輸出線，或同時都是輸入線，即單向的，但也有一些設(shè)備的一個端口的數(shù)字線可以是雙向的，即有的線輸入有的線輸出。NI PCI-6251數(shù)據(jù)采集卡，有24條數(shù)字線，組成3個端口。 數(shù)字I/O的應(yīng)用分為兩類：無條件數(shù)字輸入輸出方式和握手方式。無條件數(shù)字輸入輸出方式調(diào)用數(shù)字I/O函數(shù)后立即更新或讀取某一路或端口狀態(tài)；握手方式在在傳遞數(shù)據(jù)時都需要進(jìn)行請求和應(yīng)答。NI PCI-6251不支持握手方式數(shù)字輸入輸出。 數(shù)字I/O的編程方法與模擬輸入、模擬輸出

20、的編程差別不大。,8.4.3 數(shù)字I/O,38,2020/8/1,數(shù)字輸入輸出示例,先通過數(shù)據(jù)采集卡的端口0（port0）輸出數(shù)據(jù)（10100111），在數(shù)據(jù)采集卡接線板上，通過導(dǎo)線將數(shù)據(jù)采集卡端口0（port0）和端口1（port1）對應(yīng)的線連接起來。這樣，程序在端口0輸出數(shù)據(jù)后，緊接著又通過端口1將端口0上各數(shù)字線上的讀取出來。,39,2020/8/1,GATE為計數(shù)器的閘門控制信號；SOURCE（CLK）為計數(shù)器時鐘信號源；OUT為計數(shù)器的輸出信號。 典型的計數(shù)器應(yīng)用有事件定時/計數(shù)、產(chǎn)生單個脈沖、產(chǎn)生脈沖序列、頻率測量、脈沖寬度測量和信號周期測量等。,8.4.4 計數(shù)器,40,2020/8/1,首先將“DAQmx創(chuàng)建通道”函數(shù)設(shè)置為“CI邊沿計數(shù)”從而創(chuàng)建一個事件計數(shù)器的虛擬通道，并對物理通道、邊沿、計數(shù)方向、初始計數(shù)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。后面幾個VI的作用分別是開始計數(shù)、讀取數(shù)據(jù)、清除任務(wù)。其中While循環(huán)的作用是實現(xiàn)連續(xù)計數(shù)。 從數(shù)據(jù)采集卡端子PFI8（CTR 0