第十二虛擬儀器技術(shù)

1、第第1212章章 虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)12.1 12.1 LabVIEW軟件的特點(diǎn)軟件的特點(diǎn)112.2 12.2 LabVIEW虛擬儀器的創(chuàng)建方法虛擬儀器的創(chuàng)建方法12.3 12.3 數(shù)據(jù)采集與虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與虛擬儀器312.4 12.4 LabVIEW和和Multisim軟件的聯(lián)合軟件的聯(lián)合42概述概述 虛擬儀器是在虛擬儀器是在2020世紀(jì)后期隨計(jì)算機(jī)水平和軟世紀(jì)后期隨計(jì)算機(jī)水平和軟件技術(shù)的迅速進(jìn)步而出現(xiàn)并發(fā)展起來的有別于傳件技術(shù)的迅速進(jìn)步而出現(xiàn)并發(fā)展起來的有別于傳統(tǒng)儀器的新概念。虛擬儀器技術(shù)突破了傳統(tǒng)電子統(tǒng)儀器的新概念。虛擬儀器技術(shù)突破了傳統(tǒng)電子儀器以硬件為主體的模式，具有用簡(jiǎn)單硬件

2、將被儀器以硬件為主體的模式，具有用簡(jiǎn)單硬件將被測(cè)量采集到上位機(jī)，然后通過軟件設(shè)計(jì)即可方便測(cè)量采集到上位機(jī)，然后通過軟件設(shè)計(jì)即可方便靈活地完成對(duì)被測(cè)試量的分析、判斷、顯示及數(shù)靈活地完成對(duì)被測(cè)試量的分析、判斷、顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能的特點(diǎn)。軟件設(shè)計(jì)的靈活易變、成據(jù)存儲(chǔ)等功能的特點(diǎn)。軟件設(shè)計(jì)的靈活易變、成本低等特點(diǎn)使虛擬儀器在測(cè)試測(cè)量技術(shù)中越來越本低等特點(diǎn)使虛擬儀器在測(cè)試測(cè)量技術(shù)中越來越發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)。發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)。12.1 12.1 LabVIEWLabVIEW軟件的特點(diǎn)軟件的特點(diǎn)目前，虛擬儀器的開發(fā)工具有目前，虛擬儀器的開發(fā)工具有LabVIEWLabVIEW、Lab-Lab-WINDOWSWINDO

3、WS、VBVB等，下面我們主要介紹用等，下面我們主要介紹用NINI公司的公司的Lab-VIEWLab-VIEW軟件開發(fā)虛擬儀器的方法。本章后面將軟件開發(fā)虛擬儀器的方法。本章后面將介紹用介紹用LabVIEWLabVIEW同同NINI公司的另一款電路仿真軟件公司的另一款電路仿真軟件MultisimMultisim進(jìn)行聯(lián)合仿真的方法。進(jìn)行聯(lián)合仿真的方法。 LabVIEWLabVIEW（Laboratory Virtual Laboratory Virtual Instrument Engineer Workbench,Instrument Engineer Workbench,實(shí)驗(yàn)室虛實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器

4、工作平臺(tái)）是美國(guó)擬儀器工作平臺(tái)）是美國(guó)NINI公司推出的一種基于公司推出的一種基于GG語言語言(Graphics Language(Graphics Language，圖形化編程語言，圖形化編程語言) )的具有革命性的圖形化虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，是業(yè)的具有革命性的圖形化虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，是業(yè)界領(lǐng)先的測(cè)試、測(cè)量和控制系統(tǒng)的開發(fā)工具。界領(lǐng)先的測(cè)試、測(cè)量和控制系統(tǒng)的開發(fā)工具。 虛擬儀器的概念是用戶在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，虛擬儀器的概念是用戶在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，在必要的數(shù)據(jù)采集硬件的支持下，根據(jù)測(cè)試任務(wù)在必要的數(shù)據(jù)采集硬件的支持下，根據(jù)測(cè)試任務(wù)的需要，通過軟件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的的需要，通過軟件設(shè)計(jì)來實(shí)

5、現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。功能。 虛擬儀器的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定虛擬儀器的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無法改變的模式，使得用戶可以根據(jù)自義、用戶無法改變的模式，使得用戶可以根據(jù)自己的需求，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，并可通過修改己的需求，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，并可通過修改軟件來改變或增減儀器的功能，真正體現(xiàn)了軟件來改變或增減儀器的功能，真正體現(xiàn)了“軟軟件就是儀器件就是儀器”這一新概念。這一新概念。作為虛擬儀器的開發(fā)軟件，作為虛擬儀器的開發(fā)軟件，LabVIEWLabVIEW的特點(diǎn)如下：的特點(diǎn)如下：具有圖形化的編程方式，設(shè)計(jì)者無需編寫任何具有圖形化的編程方式，設(shè)計(jì)者無需編寫任何文本格式的代碼，

6、是真正的工程師語言。文本格式的代碼，是真正的工程師語言。提供豐富的數(shù)據(jù)采集，分析及存儲(chǔ)的庫函數(shù)。提供豐富的數(shù)據(jù)采集，分析及存儲(chǔ)的庫函數(shù)。提供傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)試手段，如設(shè)置斷點(diǎn)，單步提供傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)試手段，如設(shè)置斷點(diǎn)，單步運(yùn)行，同時(shí)提供獨(dú)具特色的執(zhí)行工具，使程序動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)提供獨(dú)具特色的執(zhí)行工具，使程序動(dòng)畫式進(jìn)行，利于設(shè)計(jì)者觀察到程序運(yùn)行的細(xì)節(jié)，畫式進(jìn)行，利于設(shè)計(jì)者觀察到程序運(yùn)行的細(xì)節(jié)，使程序的調(diào)試和開發(fā)更為便捷。使程序的調(diào)試和開發(fā)更為便捷。囊括了囊括了PCI,GPIB,PXI,VXI,RS-232/485,USBPCI,GPIB,PXI,VXI,RS-232/485,USB等各等各種儀器通信總線標(biāo)

7、準(zhǔn)的所有功能函數(shù)，使得不懂種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù)，使得不懂得總線標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者也能驅(qū)動(dòng)不同總線標(biāo)準(zhǔn)接口得總線標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者也能驅(qū)動(dòng)不同總線標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備與儀器。設(shè)備與儀器。提供大量與外部代碼或軟件進(jìn)行連接的機(jī)制，提供大量與外部代碼或軟件進(jìn)行連接的機(jī)制，如如DLLDLL（動(dòng)態(tài)鏈接庫），（動(dòng)態(tài)鏈接庫），DDEDDE（共享庫），（共享庫），ActivexActivex等。等。具有強(qiáng)大的具有強(qiáng)大的InternetInternet功能，支持常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)功能，支持常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，方便網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程測(cè)控儀器開發(fā)。議，方便網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程測(cè)控儀器開發(fā)。 在測(cè)試和測(cè)量方面，在測(cè)試和測(cè)量方面，LabVIEWLabVIE

8、W已經(jīng)變成了一種已經(jīng)變成了一種工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)工具；在過程控制和工廠自動(dòng)化工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)工具；在過程控制和工廠自動(dòng)化應(yīng)用方面，應(yīng)用方面，LabVIEWLabVIEW軟件非常適用于過程監(jiān)測(cè)和控軟件非常適用于過程監(jiān)測(cè)和控制；而在研究和分析方面，制；而在研究和分析方面，LabVIEWLabVIEW軟件有力的軟軟件有力的軟件分析庫提供了幾乎所有經(jīng)典的信號(hào)處理函數(shù)和件分析庫提供了幾乎所有經(jīng)典的信號(hào)處理函數(shù)和大量現(xiàn)代的高級(jí)信號(hào)的分析。大量現(xiàn)代的高級(jí)信號(hào)的分析。 它內(nèi)具信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，它內(nèi)具信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，集開發(fā)、調(diào)試、運(yùn)行于一體集開發(fā)、調(diào)試、運(yùn)行于一體 ，而且，而且Lab

9、VIEWLabVIEW虛擬虛擬儀器程序儀器程序(Virtual Instrument(Virtual Instrument，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱VI)VI)可以非可以非常容易的與各種數(shù)據(jù)采集硬件、以太網(wǎng)系統(tǒng)無縫常容易的與各種數(shù)據(jù)采集硬件、以太網(wǎng)系統(tǒng)無縫集成，與各種主流的現(xiàn)場(chǎng)總線通信以及與大多數(shù)集成，與各種主流的現(xiàn)場(chǎng)總線通信以及與大多數(shù)通用數(shù)據(jù)庫鏈接。通用數(shù)據(jù)庫鏈接。 “軟件就是儀器軟件就是儀器”反映了其虛擬儀器技術(shù)的本反映了其虛擬儀器技術(shù)的本質(zhì)特征。用質(zhì)特征。用LabVIEWLabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器可脫離設(shè)計(jì)的虛擬儀器可脫離LabVIEWLabVIEW開發(fā)環(huán)境，用戶最終看見的是和實(shí)際硬件開發(fā)環(huán)境，用

10、戶最終看見的是和實(shí)際硬件儀器相似的操作界面。如今虛擬儀器已是現(xiàn)代檢儀器相似的操作界面。如今虛擬儀器已是現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)中非常重要的一部分。測(cè)系統(tǒng)中非常重要的一部分。12.2 12.2 LabVIEWLabVIEW虛擬儀器的創(chuàng)建方法虛擬儀器的創(chuàng)建方法 LabVIEWLabVIEW與虛擬儀器有著緊密聯(lián)系，在與虛擬儀器有著緊密聯(lián)系，在LabVIEWLabVIEW中開發(fā)的程序都被稱為中開發(fā)的程序都被稱為VIVI（虛擬儀器），（虛擬儀器），其擴(kuò)展名默認(rèn)為其擴(kuò)展名默認(rèn)為vivi。所有的。所有的VIVI都包括前面板都包括前面板（Front panelFront panel）、框圖（）、框圖（Block diag

11、ramBlock diagram）以及）以及圖標(biāo)和連接器窗格（圖標(biāo)和連接器窗格（Icon and connector paneIcon and connector pane）三部分。三部分。 LabVIEWLabVIEW提供了三個(gè)模板來編輯虛擬儀器：工提供了三個(gè)模板來編輯虛擬儀器：工具模板（具模板（Tools PalettesTools Palettes）、控制模板）、控制模板（Controls PalettesControls Palettes）、功能模板）、功能模板（Functions PalettesFunctions Palettes）。）。 具體創(chuàng)建一個(gè)具體創(chuàng)建一個(gè)VIVI的步驟如下

12、：的步驟如下：從開始菜單中運(yùn)行已安裝的從開始菜單中運(yùn)行已安裝的“National National Instruments Instruments LabviewLabview 8.2” 8.2”，在計(jì)算機(jī)屏幕上將，在計(jì)算機(jī)屏幕上將出現(xiàn)如圖出現(xiàn)如圖12-112-1所示的所示的Getting StartedGetting Started窗口。窗口。 圖圖12-112-1為為 Getting Started窗口窗口 在在Getting StartedGetting Started窗口左邊的窗口左邊的FilesFiles控件里，控件里，樹形控件用于選擇新建文檔類型。樹形控件用于選擇新建文檔類型。Bl

13、ank VIBlank VI用于用于建立一個(gè)新程序；建立一個(gè)新程序；VI from TemplateVI from Template按類型列出按類型列出LabVIEWLabVIEW系統(tǒng)提供的程序模板，用戶可以以這些模系統(tǒng)提供的程序模板，用戶可以以這些模板為基礎(chǔ)，建立自己的程序。當(dāng)選中一個(gè)模板板為基礎(chǔ)，建立自己的程序。當(dāng)選中一個(gè)模板VIVI時(shí)，時(shí)，F(xiàn)ro-Fro-ntnt panel preview panel preview和和Block diagram Block diagram previewpreview子窗口給出其前面板和框圖預(yù)覽。建立一子窗口給出其前面板和框圖預(yù)覽。建立一個(gè)新的個(gè)新的

14、LabVIEWLabVIEW程序，框圖面板和前面板分別如圖程序，框圖面板和前面板分別如圖12-212-2（a a）和（）和（b b）所示。）所示。圖圖12-212-2（a a）框圖面板及函數(shù)模板）框圖面板及函數(shù)模板圖圖12-212-2（b b）前面板及控件模板）前面板及控件模板在前面板上放置設(shè)計(jì)要求的儀器圖形。前面板在前面板上放置設(shè)計(jì)要求的儀器圖形。前面板上有交互式的輸入和輸出兩類圖形，分別稱為上有交互式的輸入和輸出兩類圖形，分別稱為Contr-olContr-ol（控制器）和（控制器）和IndicatorIndicator（指示器）。（指示器）。ControlControl包括開關(guān)、旋鈕、按

15、鈕和其他各種輸入設(shè)包括開關(guān)、旋鈕、按鈕和其他各種輸入設(shè)備；備；Indic-Indic-atorator包括圖形（包括圖形（GraphGraph和和ChartChart）、）、LEDLED和其他顯示輸出對(duì)象。和其他顯示輸出對(duì)象。在框圖窗口中放置編程需要的功能函數(shù)模塊，在框圖窗口中放置編程需要的功能函數(shù)模塊，并根據(jù)編程要求連接前面板控件、指示器在框圖并根據(jù)編程要求連接前面板控件、指示器在框圖窗口中的相應(yīng)圖標(biāo)和功能函數(shù)模塊圖標(biāo)。在框圖窗口中的相應(yīng)圖標(biāo)和功能函數(shù)模塊圖標(biāo)。在框圖中對(duì)中對(duì)VIVI編程的主要工作就是從前面板上的輸入控編程的主要工作就是從前面板上的輸入控件獲得件獲得 用戶輸入信息，然后進(jìn)行計(jì)

16、算和處理，最后在用戶輸入信息，然后進(jìn)行計(jì)算和處理，最后在輸出控件中把處理結(jié)果反饋給用戶?？驁D上的編輸出控件中把處理結(jié)果反饋給用戶?？驁D上的編程元素除了包括于前面板上的程元素除了包括于前面板上的ControlControl和和IndicatorIndicator對(duì)應(yīng)的連線端子（對(duì)應(yīng)的連線端子（TerminalTerminal）外，還有）外，還有函數(shù)、子函數(shù)、子VIVI、常量、結(jié)構(gòu)和連線等。、常量、結(jié)構(gòu)和連線等。當(dāng)框圖程序編譯通過后，在前面板調(diào)節(jié)各控件當(dāng)框圖程序編譯通過后，在前面板調(diào)節(jié)各控件與指示器位置，并使界面美化。圖與指示器位置，并使界面美化。圖12-312-3為控制模為控制模板下板下Mo-M

17、o-derndernDecorationsDecorations子模板。該模板提供制子模板。該模板提供制作美觀界面的裝飾元素。同時(shí)可點(diǎn)右鍵打開前面作美觀界面的裝飾元素。同時(shí)可點(diǎn)右鍵打開前面板各模塊的屬性，修改顏色及其他設(shè)置。板各模塊的屬性，修改顏色及其他設(shè)置。圖圖12-3 修飾子模塊修飾子模塊 定義圖標(biāo)與連接器完成子程序流程框圖的編程定義圖標(biāo)與連接器完成子程序流程框圖的編程后，需要定義連接器，以便在子后，需要定義連接器，以便在子VIVI調(diào)用時(shí)方便連調(diào)用時(shí)方便連接端口。圖標(biāo)和連接器指定了數(shù)據(jù)流入流出接端口。圖標(biāo)和連接器指定了數(shù)據(jù)流入流出VIVI的的路徑。路徑。VIVI是分層次和模塊化的，可將作為

18、頂層程是分層次和模塊化的，可將作為頂層程序，也可將其作為其他程序的子程序。圖標(biāo)是子序，也可將其作為其他程序的子程序。圖標(biāo)是子VIVI在程序圖上的圖形化表示，而連接器定義了子在程序圖上的圖形化表示，而連接器定義了子VIVI和主調(diào)程序之間的參數(shù)形式和接口。和主調(diào)程序之間的參數(shù)形式和接口。 VIVI圖標(biāo)的修改可通過雙擊圖標(biāo)，在圖圖標(biāo)的修改可通過雙擊圖標(biāo)，在圖12-412-4的的編輯窗口下自定義圖標(biāo)。編輯窗口下自定義圖標(biāo)。圖圖12-4 12-4 圖標(biāo)編輯圖標(biāo)編輯 定義連接器是用鼠標(biāo)右鍵單擊前面板窗口中定義連接器是用鼠標(biāo)右鍵單擊前面板窗口中的圖標(biāo)窗格，在圖的圖標(biāo)窗格，在圖12-512-5快捷菜單中選擇快

19、捷菜單中選擇Show Show ConnectorConnector，連接器窗格會(huì)取代前面板窗口右上角，連接器窗格會(huì)取代前面板窗口右上角的圖標(biāo)，如圖的圖標(biāo)，如圖12-612-6所示。所示。圖圖12-5 12-5 定義連接器下拉菜單圖定義連接器下拉菜單圖 圖圖12-6 12-6 連接器窗格圖連接器窗格圖 在第一次打開一個(gè)在第一次打開一個(gè)VIVI連接器窗格時(shí)，連接器窗格時(shí)，LabVIEWLabVIEW將自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前前面板上控制器和指示器的個(gè)數(shù)將自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前前面板上控制器和指示器的個(gè)數(shù)和選擇一個(gè)合適的連接器模式，自動(dòng)選擇的連接和選擇一個(gè)合適的連接器模式，自動(dòng)選擇的連接器模式中表示連接端子的格子數(shù)目數(shù)

20、不小于控制器模式中表示連接端子的格子數(shù)目數(shù)不小于控制器和指示器的總數(shù)目。當(dāng)然，也可以根據(jù)器和指示器的總數(shù)目。當(dāng)然，也可以根據(jù)LabVIEW8.2LabVIEW8.2自帶的一些模型（自帶的一些模型（patternspatterns）手動(dòng)增）手動(dòng)增加連接的端子，在右上角右鍵點(diǎn)擊連接器，在彈加連接的端子，在右上角右鍵點(diǎn)擊連接器，在彈出的窗口中即可選擇模型。出的窗口中即可選擇模型。 接下來是建立前面板上的控件和連接器窗口接下來是建立前面板上的控件和連接器窗口的端子關(guān)聯(lián)。若把鼠標(biāo)指針放在連接器的某個(gè)未的端子關(guān)聯(lián)。若把鼠標(biāo)指針放在連接器的某個(gè)未連接的端子（白色）上，則鼠標(biāo)指針自動(dòng)變換為連接的端子（白色）上

21、，則鼠標(biāo)指針自動(dòng)變換為連接工具樣式。單擊選中端子，端子變?yōu)楹谏?。連接工具樣式。單擊選中端子，端子變?yōu)楹谏?。然后單擊前面板的控件，控件周圍出現(xiàn)的虛線框然后單擊前面板的控件，控件周圍出現(xiàn)的虛線框表示控件處于選中狀態(tài)，同時(shí)連接器端子變?yōu)檫x表示控件處于選中狀態(tài)，同時(shí)連接器端子變?yōu)檫x中數(shù)據(jù)類型對(duì)應(yīng)的顏色，表示關(guān)聯(lián)過程完成，如中數(shù)據(jù)類型對(duì)應(yīng)的顏色，表示關(guān)聯(lián)過程完成，如圖圖12-712-7。圖圖12-7 12-7 連接器和顯示器件關(guān)聯(lián)連接器和顯示器件關(guān)聯(lián) 如果白色連接器的端子沒有變?yōu)樗P(guān)聯(lián)控件如果白色連接器的端子沒有變?yōu)樗P(guān)聯(lián)控件數(shù)據(jù)類型對(duì)應(yīng)的顏色，則表明關(guān)聯(lián)失敗，可重復(fù)數(shù)據(jù)類型對(duì)應(yīng)的顏色，則表明關(guān)聯(lián)失敗，

22、可重復(fù)以上過程，直至關(guān)聯(lián)成功。如果關(guān)聯(lián)了錯(cuò)誤的控以上過程，直至關(guān)聯(lián)成功。如果關(guān)聯(lián)了錯(cuò)誤的控件，可以在連接器端子上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇斷件，可以在連接器端子上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇斷開連接，然后重新指定。一般習(xí)慣把控制器連接開連接，然后重新指定。一般習(xí)慣把控制器連接到連接器窗口左邊的端子上，把指示器連接到連到連接器窗口左邊的端子上，把指示器連接到連接器窗口有邊的端子上。接器窗口有邊的端子上。12.3 12.3 數(shù)據(jù)采集與虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與虛擬儀器12.3.1 12.3.1 數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)1 1）數(shù)據(jù)采樣原理）數(shù)據(jù)采樣原理 當(dāng)虛擬儀器的實(shí)際輸入是由硬件電路輸出的當(dāng)虛擬儀器的實(shí)際輸入是由硬件電路

23、輸出的模擬或數(shù)字信號(hào)，我們需要數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行信號(hào)模擬或數(shù)字信號(hào)，我們需要數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行信號(hào)的獲取，對(duì)于某些信號(hào)，還需在的獲取，對(duì)于某些信號(hào)，還需在LabVIEWLabVIEW中編程實(shí)中編程實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波、去噪等處理，下面將逐步介紹這現(xiàn)信號(hào)的濾波、去噪等處理，下面將逐步介紹這些內(nèi)容。些內(nèi)容。 假設(shè)現(xiàn)在對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)假設(shè)現(xiàn)在對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)x(tx(t) ) 每隔每隔tt時(shí)間時(shí)間采樣一次。時(shí)間間隔采樣一次。時(shí)間間隔tt被稱為采樣間隔或者采樣被稱為采樣間隔或者采樣周期。它的倒數(shù)周期。它的倒數(shù)1/t 1/t 被稱為采樣頻率，單位是被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù)采樣數(shù)/ /每秒。每秒。t=0, t=0, t

24、t ,2t ,3t ,2t ,3t 等等，等等，x(tx(t) )的數(shù)值就被稱為采樣值。所有的數(shù)值就被稱為采樣值。所有x(0),x(t),x(2t )x(0),x(t),x(2t )都是采樣值。這樣信號(hào)都是采樣值。這樣信號(hào)x(tx(t) )可以用一組分散的采樣值來表示。圖可以用一組分散的采樣值來表示。圖12-812-8顯示了顯示了一個(gè)模擬信號(hào)和它采樣后的采樣值。采樣間隔是一個(gè)模擬信號(hào)和它采樣后的采樣值。采樣間隔是tt，注意，采樣點(diǎn)在時(shí)域上是分散的。，注意，采樣點(diǎn)在時(shí)域上是分散的。圖圖12-8 12-8 模擬信號(hào)和采樣顯示模擬信號(hào)和采樣顯示 如果對(duì)信號(hào)如果對(duì)信號(hào)x(tx(t) )采集采集N N個(gè)

25、采樣點(diǎn)，那么個(gè)采樣點(diǎn)，那么x(tx(t) )就就可以用下面這個(gè)數(shù)列表示：可以用下面這個(gè)數(shù)列表示： 這個(gè)數(shù)列被稱為信號(hào)這個(gè)數(shù)列被稱為信號(hào)x(tx(t) )的數(shù)字化顯示或者的數(shù)字化顯示或者采樣顯示。注意這個(gè)數(shù)列中僅僅用下標(biāo)變量編制采樣顯示。注意這個(gè)數(shù)列中僅僅用下標(biāo)變量編制索引，而不含有任何關(guān)于采樣率（或索引，而不含有任何關(guān)于采樣率（或tt）的信息。）的信息。所以如果只知道該信號(hào)的采樣值，并不能知道它所以如果只知道該信號(hào)的采樣值，并不能知道它的采樣率，缺少了時(shí)間尺度，也不可能知道信號(hào)的采樣率，缺少了時(shí)間尺度，也不可能知道信號(hào)x(tx(t) )的頻率。的頻率。Xx(0),x(1),x(2),.,x(N

26、 1) 根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號(hào)頻根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍。反過來說，如果給定了采樣頻率，那率的兩倍。反過來說，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號(hào)而不發(fā)生畸變的最大頻率叫么能夠正確顯示信號(hào)而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做奈奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。如果信做奈奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。如果信號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號(hào)將號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號(hào)將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。圖在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。圖12-912-9顯示了顯示了一個(gè)信號(hào)分別用合適的采樣率和過低的采樣率進(jìn)一個(gè)信號(hào)分別用合適的采樣率和過低的采樣率進(jìn)行采

27、樣的結(jié)果。行采樣的結(jié)果。 采樣率過低的結(jié)果是還原的信號(hào)的頻率看上采樣率過低的結(jié)果是還原的信號(hào)的頻率看上去與原始信號(hào)不同。這種信號(hào)畸變叫做混疊去與原始信號(hào)不同。這種信號(hào)畸變叫做混疊（aliasalias）。出現(xiàn)的混頻偏差（）。出現(xiàn)的混頻偏差（alias frequencyalias frequency）是輸入信號(hào)的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差是輸入信號(hào)的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對(duì)值。的絕對(duì)值。12-912-9（a a）足夠的采樣率下的采樣結(jié)果）足夠的采樣率下的采樣結(jié)果12-912-9（b b）過低采樣率下的采樣結(jié)果）過低采樣率下的采樣結(jié)果 圖圖12-10給出了一個(gè)例子。假設(shè)采樣頻率給

28、出了一個(gè)例子。假設(shè)采樣頻率 fs 是是100HZ,信號(hào)中含有信號(hào)中含有25 、70、160、和、和 510 Hz的成分。的成分。圖圖12-10 12-10 說明混疊的例子說明混疊的例子 采樣的結(jié)果將會(huì)是低于奈奎斯特頻率采樣的結(jié)果將會(huì)是低于奈奎斯特頻率（fs/2=50 Hzfs/2=50 Hz）的信號(hào)可以被正確采樣。而頻率）的信號(hào)可以被正確采樣。而頻率高于高于50H50HZ Z的信號(hào)成分采樣時(shí)會(huì)發(fā)生畸變，分別產(chǎn)生的信號(hào)成分采樣時(shí)會(huì)發(fā)生畸變，分別產(chǎn)生了了3030、4040和和10 Hz10 Hz的畸變頻率的畸變頻率F F2 2、F F3 3和和F F4 4。計(jì)算混。計(jì)算混頻偏差的公式是：頻偏差的公

29、式是： 混頻偏差混頻偏差| |采樣頻率的最近整數(shù)倍采樣頻率的最近整數(shù)倍- -輸入頻率輸入頻率| |例如：例如： 混頻偏差混頻偏差 F F2 2 = |100 70| = 30 Hz= |100 70| = 30 Hz 混頻偏差混頻偏差F F3 3 = |2 = |2100 160| = 40 Hz100 160| = 40 Hz 混頻偏差混頻偏差F F4 4 = |5 = |5100 510| = 10 Hz100 510| = 10 Hz 為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號(hào)被采為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號(hào)被采集（集（A/DA/D）之前，經(jīng)過一個(gè)低通濾波器，將信號(hào)中）之前，經(jīng)過一個(gè)低通濾

30、波器，將信號(hào)中高于奈奎斯特頻率的信號(hào)成分濾去。在圖高于奈奎斯特頻率的信號(hào)成分濾去。在圖12-1012-10的的例子中，這個(gè)濾波器的截止頻率自然是例子中，這個(gè)濾波器的截止頻率自然是25H25HZ Z。這個(gè)。這個(gè)濾波器稱為抗混疊濾波器。濾波器稱為抗混疊濾波器。采樣頻率應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)采樣頻率應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)置呢？也許你可能會(huì)首先考慮用采集卡支持的最置呢？也許你可能會(huì)首先考慮用采集卡支持的最大頻率。但是，較長(zhǎng)時(shí)間使用很高的采樣率可能大頻率。但是，較長(zhǎng)時(shí)間使用很高的采樣率可能會(huì)導(dǎo)致沒有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)太慢。會(huì)導(dǎo)致沒有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)太慢。理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號(hào)最高頻率成分理論上設(shè)置采樣

31、頻率為被采集信號(hào)最高頻率成分的倍就夠了，實(shí)際上工程中選用的倍就夠了，實(shí)際上工程中選用1515倍，有倍，有時(shí)為了較好地還原波形，甚至更高一些。時(shí)為了較好地還原波形，甚至更高一些。 通常，信號(hào)采集后都要去做適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理，通常，信號(hào)采集后都要去做適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理，例如例如FFTFFT等。這里對(duì)樣本數(shù)又有一個(gè)要求，一般不等。這里對(duì)樣本數(shù)又有一個(gè)要求，一般不能只提供一個(gè)信號(hào)周期的數(shù)據(jù)樣本，希望有能只提供一個(gè)信號(hào)周期的數(shù)據(jù)樣本，希望有5 51010個(gè)周期，甚至更多的樣本。并且希望所提供的樣個(gè)周期，甚至更多的樣本。并且希望所提供的樣本總數(shù)是整周期個(gè)數(shù)的。這里又發(fā)生一個(gè)困難，本總數(shù)是整周期個(gè)數(shù)的。這里又發(fā)生一

32、個(gè)困難，有時(shí)我們并不知道，或不確切知道被采信號(hào)的頻有時(shí)我們并不知道，或不確切知道被采信號(hào)的頻率，因此不但采樣率不一定是信號(hào)頻率的整倍數(shù)，率，因此不但采樣率不一定是信號(hào)頻率的整倍數(shù)，也不能保證提供整周期數(shù)的樣本。我們所有的僅也不能保證提供整周期數(shù)的樣本。我們所有的僅僅是一個(gè)時(shí)間序列的離散的函數(shù)僅是一個(gè)時(shí)間序列的離散的函數(shù)x(nx(n) )和采樣頻率。和采樣頻率。這是我們測(cè)量與分析的唯一依據(jù)。這是我們測(cè)量與分析的唯一依據(jù)。2 2）采集卡基礎(chǔ)）采集卡基礎(chǔ) 板卡上和內(nèi)存中的板卡上和內(nèi)存中的BufferBuffer是數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的是數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的中間環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集卡采集到的信號(hào)在中間環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集卡采集

33、到的信號(hào)在PCPC機(jī)中用機(jī)中用LabVIEWLabVIEW軟件作各種處理，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。軟件作各種處理，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。圖圖12-11 12-11 數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu) NI PCI 6013/6014 NI PCI 6013/6014 器件是器件是PCI PCI 的高性能、多的高性能、多功能模擬、數(shù)字及定時(shí)功能模擬、數(shù)字及定時(shí)I/O I/O 器件。器件。NI 6014NI 6014有有1616個(gè)個(gè)1616位模擬輸入通道位模擬輸入通道 (AI)(AI)、2 2個(gè)個(gè)1616位的模擬輸出通位的模擬輸出通道道(AO)(AO)，和，和8 8個(gè)數(shù)字個(gè)數(shù)字I/O (DIO)I/O (DIO)口。

34、口。NI 6013 NI 6013 與與NI NI 60146014是基本一樣，但是基本一樣，但60136013沒有模擬輸出通道。沒有模擬輸出通道。NI NI 6013/6014 6013/6014 使用使用NI NI 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)定時(shí)控制器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)定時(shí)控制器(DAQ-STC) (DAQ-STC) 滿足與時(shí)間相關(guān)的函數(shù)的要求。滿足與時(shí)間相關(guān)的函數(shù)的要求。 DAQ-DAQ-STC STC 包含包含3 3個(gè)定時(shí)組，用以控制個(gè)定時(shí)組，用以控制AIAI、AOAO和多態(tài)計(jì)數(shù)和多態(tài)計(jì)數(shù)器器/ /定時(shí)器函數(shù)。這些組總計(jì)包含定時(shí)器函數(shù)。這些組總計(jì)包含7 7個(gè)個(gè)2424位和位和3 3個(gè)個(gè)1616位的計(jì)數(shù)器和

35、一個(gè)最大時(shí)間分辨率為位的計(jì)數(shù)器和一個(gè)最大時(shí)間分辨率為50 ns50 ns的定時(shí)的定時(shí)器。器。DAQ-STC DAQ-STC 使得諸如緩沖脈沖發(fā)生器、等時(shí)采使得諸如緩沖脈沖發(fā)生器、等時(shí)采樣和無縫隙采樣率轉(zhuǎn)換的應(yīng)用成為可能。樣和無縫隙采樣率轉(zhuǎn)換的應(yīng)用成為可能。 當(dāng)設(shè)計(jì)當(dāng)設(shè)計(jì)NI DAQ NI DAQ 硬件時(shí)，無論在硬件時(shí)，無論在NINI應(yīng)用開發(fā)環(huán)應(yīng)用開發(fā)環(huán)境境 (ADE)(ADE)或其它或其它ADEsADEs開發(fā)環(huán)境中，都使用開發(fā)環(huán)境中，都使用 NI-DAQNI-DAQ。工作于工作于NI 6013/6014NI 6013/6014的的NI-DAQNI-DAQ有一個(gè)豐富的函數(shù)有一個(gè)豐富的函數(shù)庫，此函

36、數(shù)庫可從庫，此函數(shù)庫可從ADEADE調(diào)用。這些函數(shù)允許你使用調(diào)用。這些函數(shù)允許你使用NI 6013/6014NI 6013/6014的所用特性。的所用特性。 NI-DAQ NI-DAQ 可實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的交互操作，諸如計(jì)可實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的交互操作，諸如計(jì)算機(jī)和算機(jī)和DAQDAQ硬件之間的設(shè)計(jì)中斷。硬件之間的設(shè)計(jì)中斷。NI-DAQ NI-DAQ 在不同在不同版本的軟件界面保持一致，這使得當(dāng)改變版本時(shí)，版本的軟件界面保持一致，這使得當(dāng)改變版本時(shí)，可對(duì)其進(jìn)行最少的改動(dòng)，即可使用。可對(duì)其進(jìn)行最少的改動(dòng)，即可使用。12.3.2 12.3.2 模擬輸入信號(hào)源類型模擬輸入信號(hào)源類型 當(dāng)進(jìn)行信號(hào)連接時(shí)，設(shè)計(jì)者必須

37、首先確定信當(dāng)進(jìn)行信號(hào)連接時(shí)，設(shè)計(jì)者必須首先確定信號(hào)源是浮動(dòng)信號(hào)，還是接地信號(hào)。接下來的部分號(hào)源是浮動(dòng)信號(hào)，還是接地信號(hào)。接下來的部分將對(duì)這兩種信號(hào)進(jìn)行描述。將對(duì)這兩種信號(hào)進(jìn)行描述。1) 1) 浮動(dòng)信號(hào)源浮動(dòng)信號(hào)源 浮動(dòng)信號(hào)源不以任何形式與建筑物地相連接，浮動(dòng)信號(hào)源不以任何形式與建筑物地相連接，但是，它有一個(gè)孤立的地參考點(diǎn)。浮動(dòng)信號(hào)源常但是，它有一個(gè)孤立的地參考點(diǎn)。浮動(dòng)信號(hào)源常見的例子有變壓器的輸出、熱電偶的輸出、電池見的例子有變壓器的輸出、熱電偶的輸出、電池器件的輸出、光隔離器的輸出及隔離放大器的輸器件的輸出、光隔離器的輸出及隔離放大器的輸出等等出等等。 有孤立輸出端的設(shè)備或器件就可認(rèn)為是浮動(dòng)

38、有孤立輸出端的設(shè)備或器件就可認(rèn)為是浮動(dòng)信號(hào)源。設(shè)計(jì)者必須將輸出端的參考地與信號(hào)源。設(shè)計(jì)者必須將輸出端的參考地與NI NI 6013/6014 6013/6014 模擬地端相連接，用以為信號(hào)建立局模擬地端相連接，用以為信號(hào)建立局部或電路板的參考地。否則，測(cè)量的輸入信號(hào)將部或電路板的參考地。否則，測(cè)量的輸入信號(hào)將隨著電源的浮動(dòng)而漂移出正常模式下的輸入范圍。隨著電源的浮動(dòng)而漂移出正常模式下的輸入范圍。2) 2) 接地信號(hào)源接地信號(hào)源 接地信號(hào)源即電源以某種方式連接到建筑物接地信號(hào)源即電源以某種方式連接到建筑物地，非孤立輸出端的設(shè)備或器件（已連接到電源地，非孤立輸出端的設(shè)備或器件（已連接到電源系統(tǒng)）就

39、可認(rèn)為是接地信號(hào)源。連接到同一個(gè)接系統(tǒng)）就可認(rèn)為是接地信號(hào)源。連接到同一個(gè)接地系統(tǒng)地兩個(gè)設(shè)備之間的地電勢(shì)通常在地系統(tǒng)地兩個(gè)設(shè)備之間的地電勢(shì)通常在1 1100 mV100 mV，但是，如果電源分配電路未恰當(dāng)?shù)倪B接，則這一但是，如果電源分配電路未恰當(dāng)?shù)倪B接，則這一地電勢(shì)的值會(huì)更大。如果接地信號(hào)源被錯(cuò)誤的測(cè)地電勢(shì)的值會(huì)更大。如果接地信號(hào)源被錯(cuò)誤的測(cè)量，這一差值會(huì)作為測(cè)量誤差出現(xiàn)。接地信號(hào)源量，這一差值會(huì)作為測(cè)量誤差出現(xiàn)。接地信號(hào)源的連接說明，用以消除來自測(cè)量信號(hào)的地電勢(shì)的的連接說明，用以消除來自測(cè)量信號(hào)的地電勢(shì)的差值。差值。12.3.3 12.3.3 模擬輸入模擬輸入/ /輸出信號(hào)的連接輸出信號(hào)的連

40、接1 1）模擬輸入信號(hào)的連接）模擬輸入信號(hào)的連接 接下來的部分將對(duì)信號(hào)單端測(cè)量、差分測(cè)量接下來的部分將對(duì)信號(hào)單端測(cè)量、差分測(cè)量的使用進(jìn)行闡述，并對(duì)浮動(dòng)信號(hào)源的測(cè)量和接地的使用進(jìn)行闡述，并對(duì)浮動(dòng)信號(hào)源的測(cè)量和接地信號(hào)源的測(cè)量給出如下建議。表信號(hào)源的測(cè)量給出如下建議。表12-1 12-1 總結(jié)了兩種總結(jié)了兩種信號(hào)源類型的推薦輸入連接方式。圖中信號(hào)源類型的推薦輸入連接方式。圖中AIGNTAIGNT為模為模擬接地端，擬接地端，AISENSEAISENSE為模擬輸入?yún)⒖级?。為模擬輸入?yún)⒖级?。表?2-1 12-1 信號(hào)的連接方信號(hào)的連接方式式輸入輸入輸入輸入浮動(dòng)信號(hào)源（不連接到建筑物地）浮動(dòng)信號(hào)源（不連

41、接到建筑物地） 例子：例子：未接地的熱電偶未接地的熱電偶孤立輸入的信號(hào)孤立輸入的信號(hào)電池器件電池器件 接地信號(hào)源接地信號(hào)源 例子：例子：非獨(dú)立輸出的插拔非獨(dú)立輸出的插拔設(shè)備設(shè)備 注：接下表信號(hào)的連接方式注：接下表信號(hào)的連接方式差分差分方式方式(DIFF)(DIFF)參考地參考地單端單端（RSERSE） 非參考非參考單端方單端方式式(NRS(NRSE E) ) 注意：注意：NI6013/6014NI6013/6014只有只有DIFFDIFF和和NRSENRSE兩種模擬兩種模擬輸入模式。可依據(jù)對(duì)輸入模式。可依據(jù)對(duì)NI6013/6014NI6013/6014的不同配置模式，的不同配置模式，如如NRS

42、ENRSE或或DIFF DIFF 模式，用不同的方式使用模式，用不同的方式使用NI6013/6014NI6013/6014內(nèi)部放大器。內(nèi)部放大器。 注意：在單端模式下，注意：在單端模式下，AIGND AIGND 不連接到不連接到PGIAPGIA（P-P-rogrammablerogrammable Gain Instrumentation Gain Instrumentation AmplifierAmplifier）的負(fù)的輸入端，除非在有外部接線將）的負(fù)的輸入端，除非在有外部接線將其連接到其連接到AISEN-SEAISEN-SE端。端。差分連接差分連接 所謂差分連接即信號(hào)有其自己的參考信號(hào)或

43、所謂差分連接即信號(hào)有其自己的參考信號(hào)或信號(hào)返回路徑。在信號(hào)返回路徑。在DIFFDIFF模式下，模式下，AIAI通道是成對(duì)的，通道是成對(duì)的，即即ACHACH i 作為信號(hào)輸入端，而作為信號(hào)輸入端，而ACHACH+8作為信號(hào)作為信號(hào)參考端。例如，參考端。例如，ACH0ACH0與與ACH8ACH8為一對(duì)差分信號(hào)，為一對(duì)差分信號(hào)，ACH1ACH1與與ACH9ACH9為一對(duì)差分信號(hào)，依次類推。輸入信為一對(duì)差分信號(hào)，依次類推。輸入信號(hào)連接到上表圖中儀用放大的正極，參考信號(hào)或號(hào)連接到上表圖中儀用放大的正極，參考信號(hào)或回路信號(hào)連接到應(yīng)用放大的負(fù)極?；芈沸盘?hào)連接到應(yīng)用放大的負(fù)極。 當(dāng)配置某一通道為當(dāng)配置某一通道

44、為DIFFDIFF模式后，每一個(gè)信號(hào)模式后，每一個(gè)信號(hào)使用多路復(fù)用器的兩個(gè)輸入端使用多路復(fù)用器的兩個(gè)輸入端一端接信號(hào)，另一端接信號(hào)，另一端接參考信號(hào)。一端接參考信號(hào)。 因此，當(dāng)每一個(gè)通達(dá)配置為差因此，當(dāng)每一個(gè)通達(dá)配置為差分方式，則有分方式，則有8 8路路AI AI 通道是可用的。差分信號(hào)連通道是可用的。差分信號(hào)連接降低了噪聲的影響，增加了共模抑制比。在以接降低了噪聲的影響，增加了共模抑制比。在以下情形下，應(yīng)使用下情形下，應(yīng)使用DIFFDIFF輸入連接方式：輸入連接方式：輸入信號(hào)為低電平輸入信號(hào)為低電平( (小于小于1 V)1 V)；將信號(hào)連接到器件的導(dǎo)線長(zhǎng)度大于將信號(hào)連接到器件的導(dǎo)線長(zhǎng)度大于3

45、 m (10 ft)3 m (10 ft)；輸入信號(hào)要求使用獨(dú)立的參考地或獨(dú)立的返回信號(hào)；輸入信號(hào)要求使用獨(dú)立的參考地或獨(dú)立的返回信號(hào)；信號(hào)導(dǎo)線處于有噪聲的環(huán)境。信號(hào)導(dǎo)線處于有噪聲的環(huán)境。圖圖12-12 12-12 參考地信號(hào)的差分輸入連接參考地信號(hào)的差分輸入連接圖圖12-1212-12與與12-1312-13出示了如何將各種信號(hào)連接到配置為出示了如何將各種信號(hào)連接到配置為DIFFDIFF輸入模輸入模式的器件的通道上。在圖式的器件的通道上。在圖12-1212-12的連接方式下，采集卡內(nèi)的連接方式下，采集卡內(nèi)PGIAPGIA可抑可抑制信號(hào)的共模噪聲和不同信號(hào)源和器件地之間的地電勢(shì)，如圖中所制信號(hào)

46、的共模噪聲和不同信號(hào)源和器件地之間的地電勢(shì)，如圖中所示的示的UcmUcm。圖圖12-13 12-13 浮動(dòng)信號(hào)的差分輸入連接浮動(dòng)信號(hào)的差分輸入連接 圖圖12-1312-13出示了浮動(dòng)信號(hào)源導(dǎo)線中兩個(gè)平行連接到電路的偏差出示了浮動(dòng)信號(hào)源導(dǎo)線中兩個(gè)平行連接到電路的偏差電阻。如果不使用這一電阻，電源不可能保持在電阻。如果不使用這一電阻，電源不可能保持在PGIAPGIA的共模信號(hào)范的共模信號(hào)范圍內(nèi)，儀用放大逐漸趨于飽和，從而產(chǎn)生不正確的輸出結(jié)果。圍內(nèi)，儀用放大逐漸趨于飽和，從而產(chǎn)生不正確的輸出結(jié)果。 接入電源必須參考接入電源必須參考AIGNDAIGND。最簡(jiǎn)單的方法為：。最簡(jiǎn)單的方法為：將信號(hào)的正極連

47、接到將信號(hào)的正極連接到PGIAPGIA的正極輸入端，將信號(hào)的正極輸入端，將信號(hào)的負(fù)極連接到的負(fù)極連接到AIGNDAIGND，同時(shí)連接到，同時(shí)連接到PGIAPGIA的負(fù)極輸入的負(fù)極輸入端，而無須增加任何電阻。這種連接方式適用于端，而無須增加任何電阻。這種連接方式適用于低電源阻抗（小于低電源阻抗（小于100100）的）的DC-DC-耦合電源。耦合電源。 然而，對(duì)于較大電源阻抗的狀況，這種連接然而，對(duì)于較大電源阻抗的狀況，這種連接方式使得差分信號(hào)路徑出現(xiàn)明顯的不平衡。正極方式使得差分信號(hào)路徑出現(xiàn)明顯的不平衡。正極線上的靜電噪聲與負(fù)極線上的靜電噪聲不發(fā)生耦線上的靜電噪聲與負(fù)極線上的靜電噪聲不發(fā)生耦合，

48、因?yàn)樗鼈兌急贿B接到地。因此，噪聲是以差合，因?yàn)樗鼈兌急贿B接到地。因此，噪聲是以差分模式出現(xiàn)的，而不是以共模方式出現(xiàn)，并且分模式出現(xiàn)的，而不是以共模方式出現(xiàn)，并且PGIAPGIA不對(duì)其進(jìn)行抑制。在這種狀況下，不直接連不對(duì)其進(jìn)行抑制。在這種狀況下，不直接連接負(fù)極線到接負(fù)極線到AIGNDAIGND，而是通過電阻（大約為電源阻，而是通過電阻（大約為電源阻抗的抗的100100倍）連接到倍）連接到AIGNDAIGND。這一電阻使得信號(hào)通。這一電阻使得信號(hào)通路基本平衡，路基本平衡， 因此，當(dāng)同樣大小的噪聲連接到線因此，當(dāng)同樣大小的噪聲連接到線路中時(shí)，將會(huì)有更好的抗靜電耦合噪聲作用。同路中時(shí)，將會(huì)有更好的抗靜

49、電耦合噪聲作用。同時(shí)，這一結(jié)構(gòu)不會(huì)使電源負(fù)載過大時(shí)，這一結(jié)構(gòu)不會(huì)使電源負(fù)載過大( (除了會(huì)引起除了會(huì)引起PGIAPGIA的高輸入阻抗的高輸入阻抗) )。 通過在正極輸入端和通過在正極輸入端和AIGNDAIGND之間連接相同阻值之間連接相同阻值的電阻，可使得信號(hào)通路完全的平衡，如圖的電阻，可使得信號(hào)通路完全的平衡，如圖12-1312-13所示。這種完全的平衡結(jié)構(gòu)提供較好的抗噪聲性所示。這種完全的平衡結(jié)構(gòu)提供較好的抗噪聲性能，但是，由于兩個(gè)電阻的串聯(lián)，增加了電源負(fù)能，但是，由于兩個(gè)電阻的串聯(lián)，增加了電源負(fù)載。如果，例如，電源阻抗為載。如果，例如，電源阻抗為2 k2 k，則兩個(gè)電阻，則兩個(gè)電阻中都為

50、中都為100 k100 k，則電阻使電源的負(fù)載增加，則電阻使電源的負(fù)載增加200 k200 k，并產(chǎn)生并產(chǎn)生1%1%增益誤差。增益誤差。 PGIAPGIA的兩個(gè)輸入端要求與地之間有一條的兩個(gè)輸入端要求與地之間有一條DCDC通通道，用以使道，用以使PGIAPGIA正常工作。如果電源為正常工作。如果電源為AC AC coupled (coupled (電容耦合電容耦合) )，則，則PGIAPGIA需要在正極輸入端需要在正極輸入端和和AIGND AIGND 之間連接一個(gè)電阻。如果電源為低阻抗之間連接一個(gè)電阻。如果電源為低阻抗型，則需選擇一個(gè)電阻，此電阻不能太大，以免型，則需選擇一個(gè)電阻，此電阻不能太

51、大，以免增加電源負(fù)荷，同時(shí)也不能太小，以免產(chǎn)生明顯增加電源負(fù)荷，同時(shí)也不能太小，以免產(chǎn)生明顯的輸入偏移電壓，從而導(dǎo)致產(chǎn)生輸入偏差電流的輸入偏移電壓，從而導(dǎo)致產(chǎn)生輸入偏差電流( (通通常為常為100 k100 k到到1 M)1 M)。在這樣的狀況下，可直接將。在這樣的狀況下，可直接將負(fù)極輸入端與負(fù)極輸入端與AIGNDAIGND連接起來。如果電源具有高輸連接起來。如果電源具有高輸出阻抗特性，則應(yīng)該按照以前的方法，在正極輸出阻抗特性，則應(yīng)該按照以前的方法，在正極輸入端和負(fù)極輸入端使用阻值相同的電阻來平衡信入端和負(fù)極輸入端使用阻值相同的電阻來平衡信號(hào)通路。同時(shí)應(yīng)該意識(shí)到存在來自電源負(fù)載的增號(hào)通路。同時(shí)

52、應(yīng)該意識(shí)到存在來自電源負(fù)載的增益誤差。益誤差。單端連接單端連接 單端連接即采集卡的模擬輸入信號(hào)參考公共單端連接即采集卡的模擬輸入信號(hào)參考公共地（與其它輸入信號(hào)共享一個(gè)地）地（與其它輸入信號(hào)共享一個(gè)地）, ,單端又可分為單端又可分為RSERSE和和NRSENRSE兩種模式。輸入信號(hào)連接到放大器的正兩種模式。輸入信號(hào)連接到放大器的正極，公共地使用極，公共地使用AISENSEAISENSE連接到放大器的負(fù)極。當(dāng)連接到放大器的負(fù)極。當(dāng)每一通道都被配置為單端輸入方式，則共有每一通道都被配置為單端輸入方式，則共有1616路路通道可用。符合以下情形的信號(hào)，可使用單端輸通道可用。符合以下情形的信號(hào)，可使用單端

53、輸入連接方式：入連接方式：輸入為高電平輸入為高電平( (高于高于1 V)1 V)；連接信號(hào)到器件的導(dǎo)線長(zhǎng)度小于連接信號(hào)到器件的導(dǎo)線長(zhǎng)度小于3 m (10 ft)3 m (10 ft)；輸入信號(hào)可與其它信號(hào)共享一個(gè)公共參考地。輸入信號(hào)可與其它信號(hào)共享一個(gè)公共參考地。 NRSENRSE模式是模式是NI 6013/6014NI 6013/6014器件支持的唯一的器件支持的唯一的一種信號(hào)單端連接方式。對(duì)于浮動(dòng)信號(hào)源和接地一種信號(hào)單端連接方式。對(duì)于浮動(dòng)信號(hào)源和接地信號(hào)源，信號(hào)源，AISENSEAISENSE的連接方式不同。的連接方式不同。 對(duì)于浮動(dòng)信對(duì)于浮動(dòng)信號(hào)源，號(hào)源，AISENSE AISENSE

54、直接連接到直接連接到AIGNDAIGND，并且，并且NI NI 6013/6014 6013/6014 為外部信號(hào)提供參考接地點(diǎn)。對(duì)于接為外部信號(hào)提供參考接地點(diǎn)。對(duì)于接地信號(hào)源，地信號(hào)源，AISENSEAISENSE被連接到外部信號(hào)參考接地點(diǎn)，被連接到外部信號(hào)參考接地點(diǎn)，用于預(yù)防電流回流和測(cè)量誤差。用于預(yù)防電流回流和測(cè)量誤差。 在單端結(jié)構(gòu)下，信號(hào)接線當(dāng)中存在比差分結(jié)在單端結(jié)構(gòu)下，信號(hào)接線當(dāng)中存在比差分結(jié)構(gòu)中更多的靜電耦合噪聲和磁耦合噪聲。耦合是構(gòu)中更多的靜電耦合噪聲和磁耦合噪聲。耦合是由于信號(hào)通路中的差值引起。磁耦合噪聲與兩個(gè)由于信號(hào)通路中的差值引起。磁耦合噪聲與兩個(gè)信號(hào)導(dǎo)線間的距離成比例。靜

55、電耦合噪聲是兩導(dǎo)信號(hào)導(dǎo)線間的距離成比例。靜電耦合噪聲是兩導(dǎo)線之間電位差的函數(shù)。線之間電位差的函數(shù)。 圖圖12-1412-14所示為如何連接一個(gè)浮動(dòng)信號(hào)源到采所示為如何連接一個(gè)浮動(dòng)信號(hào)源到采集卡，通道配置為集卡，通道配置為NRSENRSE輸入模式的情況。輸入模式的情況。 圖圖12-14 12-14 非參考或浮動(dòng)信號(hào)的單端連接非參考或浮動(dòng)信號(hào)的單端連接 當(dāng)測(cè)量一個(gè)單端結(jié)構(gòu)的接地信號(hào)源時(shí)，必須當(dāng)測(cè)量一個(gè)單端結(jié)構(gòu)的接地信號(hào)源時(shí)，必須將采集卡配置為將采集卡配置為NRSE NRSE 輸入模式。然后將信號(hào)連接輸入模式。然后將信號(hào)連接到放大器的正極輸入端，并將信號(hào)的局部參考地到放大器的正極輸入端，并將信號(hào)的局

56、部參考地連接到放大器的負(fù)極輸入端。因此，信號(hào)接地點(diǎn)連接到放大器的負(fù)極輸入端。因此，信號(hào)接地點(diǎn)應(yīng)連接到應(yīng)連接到AISENSEAISENSE引腳。器件地與信號(hào)地之間的容引腳。器件地與信號(hào)地之間的容差在放大器正極輸入端和負(fù)極輸入端以共模信號(hào)差在放大器正極輸入端和負(fù)極輸入端以共模信號(hào)的形式出現(xiàn)，并且這一差值被放大器所抑制。如的形式出現(xiàn)，并且這一差值被放大器所抑制。如果在這種情形下，將果在這種情形下，將AISENSEAISENSE連接到連接到AIGNDAIGND，則地，則地電勢(shì)的容差在標(biāo)準(zhǔn)電壓中以誤差出現(xiàn)。電勢(shì)的容差在標(biāo)準(zhǔn)電壓中以誤差出現(xiàn)。 圖圖12-1512-15為如何連接一個(gè)接地信號(hào)源到為如何連接一

57、個(gè)接地信號(hào)源到NI6013/6014NI6013/6014上的配置為上的配置為NRSE NRSE 模式的通道上。模式的通道上。 圖圖12-15 12-15 參考地信號(hào)的單端連接參考地信號(hào)的單端連接 圖圖12-1212-12和和12-1512-15出示了與出示了與NI6013/6014NI6013/6014參考同參考同一個(gè)接地點(diǎn)的信號(hào)源的連接。在這些情形下，一個(gè)接地點(diǎn)的信號(hào)源的連接。在這些情形下，PGIAPGIA可抑制任何由信號(hào)源和器件之間接地容差引可抑制任何由信號(hào)源和器件之間接地容差引起的電壓。此外，在差分輸入連接方式下，起的電壓。此外，在差分輸入連接方式下，PGIAPGIA可抑制由連接信號(hào)源

58、和器件之間的導(dǎo)線引起的共可抑制由連接信號(hào)源和器件之間的導(dǎo)線引起的共模噪聲。模噪聲。PGIAPGIA也可抑制也可抑制Vin+Vin+和和Vin (Vin (輸入信號(hào)輸入信號(hào)) )與與AIGNDAIGND之間的壓差在之間的壓差在11 V11 V內(nèi)的共模信號(hào)。內(nèi)的共模信號(hào)。2 2）模擬輸出信號(hào)的連接）模擬輸出信號(hào)的連接 NI6014NI6014有模擬信號(hào)輸出端。圖有模擬信號(hào)輸出端。圖12-1612-16是如何連接是如何連接AOAO信信號(hào)到號(hào)到NI 6014NI 6014。圖中。圖中DAC0OUT DAC0OUT 是是AO channel 0AO channel 0的電壓輸出的電壓輸出信號(hào)端。信號(hào)端。

59、DAC1OUTDAC1OUT是是AO channel 1AO channel 1的電壓輸出信號(hào)端。的電壓輸出信號(hào)端。AOGND AOGND 是是AOAO兩個(gè)通道及外部參考信號(hào)的接地參考端。兩個(gè)通道及外部參考信號(hào)的接地參考端。圖圖12-16 12-16 模擬輸出連接模擬輸出連接12.3.4 12.3.4 數(shù)字輸入數(shù)字輸入/ /輸出信號(hào)的連接輸出信號(hào)的連接 DIO DIO組成了組成了DIODIO端口，端口，DGNDDGND為為DIODIO端口的端口的接地參考信號(hào)?？蓪?duì)所有的數(shù)字信號(hào)線進(jìn)行獨(dú)立接地參考信號(hào)?？蓪?duì)所有的數(shù)字信號(hào)線進(jìn)行獨(dú)立編程，確定其輸入和輸出屬性。圖編程，確定其輸入和輸出屬性。圖12-

60、1712-17為將為將DIO DIO 配置為數(shù)字輸入端口，將配置為數(shù)字輸入端口，將DIODIO配配置為數(shù)字輸出端口的示例。數(shù)字輸入的應(yīng)用包括置為數(shù)字輸出端口的示例。數(shù)字輸入的應(yīng)用包括接收接收TTLTTL信號(hào)和檢測(cè)外部器件的狀態(tài)，諸如圖信號(hào)和檢測(cè)外部器件的狀態(tài)，諸如圖12-12-1717所示的開關(guān)的狀態(tài)。數(shù)字輸出的應(yīng)用包括發(fā)送所示的開關(guān)的狀態(tài)。數(shù)字輸出的應(yīng)用包括發(fā)送TTLTTL信號(hào)和驅(qū)動(dòng)外部器件，如圖信號(hào)和驅(qū)動(dòng)外部器件，如圖12-1712-17所示的驅(qū)動(dòng)所示的驅(qū)動(dòng)LEDLED。圖圖12-17 DIO12-17 DIO信號(hào)的連接應(yīng)用信號(hào)的連接應(yīng)用1 1）電源連接）電源連接 I/O I/O 連接器上