數(shù)據(jù)采集(DAQ)基礎知識_百度文庫

1、數(shù)據(jù)采集(DAQ基礎知識簡介現(xiàn)今,在實驗室研究、測試和測量以及工業(yè)自動化領域中,絕大多數(shù)科研人員和工程師使用配有PCI、PXI/CompactPCI、PCMCIA、USB、IEEE1394、ISA、并行或串行接口的個人電腦(PC采集數(shù)據(jù)。許多應用使用插入式設備采集數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)直接傳送到計算機內存中,而在一些其它應用中數(shù)據(jù)采集硬件和PC分離,通過并行或串行接口和PC相連。從基于PC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中獲取適當?shù)慕Y果取決于圖示一中的各項組成部分:PC傳感器信號調理數(shù)據(jù)采集硬件軟件本文介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各個組成部分,并解釋各個部分最重要的準則。本文也定義了用于基于PC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成部分的許多通用術

2、語。 圖1 典型的基于PC的DAQ系統(tǒng)個人電腦(PC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所使用的計算機會極大地影響連續(xù)采集數(shù)據(jù)的最大速度,而當今的技術已可以使用Pentium和PowerPC級的處理器,它們能結合更高性能的PCI、PXI/CompactPCI和IEEE1394(火線總線以及傳統(tǒng)的ISA總線和USB總線。PCI總線和USB接口是目前絕大多數(shù)臺式計算機的標準設備,而ISA總線已不再經(jīng)常使用。隨著PCMCIA、USB和IEEE 1394的出現(xiàn),為基于桌面PC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了一種更為靈活的總線替代選擇。對于使用RS-232或RS-485串口通信的遠程數(shù)據(jù)采集應用,串口通信的速率常常會使數(shù)據(jù)吞吐量受到限制。

3、在選擇數(shù)據(jù)采集設備和總線方式時,請記住您所選擇的設備和總線所能支持的數(shù)據(jù)傳輸方式。計算機的數(shù)據(jù)傳送能力會極大地影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能。所有PC都具有可編程I/O和中斷傳送方式。目前絕大多數(shù)個人電腦可以使用直接內存訪問(Direct memory access,DMA傳送方式,它使用專門的硬件把數(shù)據(jù)直接傳送到計算機內存,從而提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量。采用這種方式后,處理器不需要控制數(shù)據(jù)的傳送,因此它就可以用來處理更復雜的工作。為了利用DMA或中斷傳送方式,您的數(shù)據(jù)采集設備必須能支持這些傳送類型。例如,PCI、ISA和IEEE1394設備可以支持DMA和中斷傳送方式,而PCMCIA和USB設備只能使

4、用中斷傳送方式。所選用的數(shù)據(jù)傳送方式會影響您數(shù)據(jù)采集設備的數(shù)據(jù)吞吐量。限制采集大量數(shù)據(jù)的因素常常是硬盤,磁盤的訪問時間和硬盤的分區(qū)會極大地降低數(shù)據(jù)采集和存儲到硬盤的最大速率。對于要求采集高頻信號的系統(tǒng),就需要為您的PC選擇高速硬盤,從而保證有連續(xù)(非分區(qū)的硬盤空間來保存數(shù)據(jù)。此外,要用專門的硬盤進行采集并且在把數(shù)據(jù)存儲到磁盤時使用另一個獨立的磁盤運行操作系統(tǒng)。對于要實時處理高頻信號的應用,需要用到32位的高速處理器以及相應的協(xié)處理器或專用的插入式處理器,如數(shù)字信號處理(DSP板卡。然而,對于在一秒內只需采集或換算一兩次數(shù)據(jù)的應用系統(tǒng)而言,使用低端的PC就可以滿足要求。在滿足您短期目標的同時,要

5、根據(jù)投資所能產(chǎn)生的長期回報的最大值來確定選用何種操作系統(tǒng)和計算機平臺。影響您選擇的因素可能包括開發(fā)人員和最終用戶的經(jīng)驗和要求、PC的其它用途(現(xiàn)在和將來、成本的限制以及在您實現(xiàn)系統(tǒng)期間內可使用的各種計算機平臺。傳統(tǒng)平臺包括具有簡單的圖形化用戶界面的Mac OS,以及Windows 9x。此外,Windows NT 4.0和Windows 2000能提供更為穩(wěn)定的32位OS,并且使用起來和Windows 9x類似。Windows 2000是新一代的Windows NT OS,它結合了Windows NT和Windows 9x的優(yōu)勢,這些優(yōu)勢包括固有的即插即用和電源管理功能。傳感器和信號調理傳感器

6、感應物理現(xiàn)象并生成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可測量的電信號。例如,熱電偶、電阻式測溫計(RTD、熱敏電阻器和IC傳感器可以把溫度轉變?yōu)槟M數(shù)字轉化器(analog-to-digital ,ADC可測量的模擬信號。其它例子包括應力計、流速傳感器、壓力傳感器,它們可以相應地測量應力、流速和壓力。在所有這些情況下,傳感器可以生成和它們所檢測的物理量呈比例的電信號。為了適合數(shù)據(jù)采集設備的輸入范圍,由傳感器生成的電信號必須經(jīng)過處理。為了更精確地測量信號,信號調理配件能放大低電壓信號,并對信號進行隔離和濾波。此外,某些傳感器需要有電壓或電流激勵源來生成電壓輸出。圖2顯示了帶有NI SCXI信號調理配件的典型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

7、。 圖2 用于插入式數(shù)據(jù)采集設備的SCXI 信號調理的前端系統(tǒng)信號調理配件可用于各種重要的應用放大功能放大是最為普遍的信號調理功能。例如,需要對熱電偶的信號進行放大以提高分辨率和降低噪聲。為了得到最高的分辨率,要對信號放大以使調理后信號的最大電壓范圍和ADC 的最大輸入范圍相等。又例如,SCXI 有多種信號調理模塊可以放大輸入信號。在臨近傳感器的SCXI 機箱內對低電壓信號進行放大,然后把放大后的高電壓信號傳送到PC ,從而最大限度地降低噪聲對讀數(shù)的影響。隔離功能另一種常見的信號調理應用是為了安全目的把傳感器的信號和計算機相隔離。被監(jiān)測的系統(tǒng)可能產(chǎn)生瞬態(tài)的高壓,如果不使用信號調理, 這種高壓會

8、對計算機造成損害。 使用隔離的另一原因是為了確保插入式數(shù)據(jù)采集設備的讀數(shù)不會受到接地電勢差或共模電壓的影響。當數(shù)據(jù)采集設備輸入和所采集的信號使用不同的參考“地線”,而一旦這兩個參考地線有電勢差,就會帶來麻煩。這種電勢差會產(chǎn)生所謂的接地回路,這樣就將使所采集信號的讀數(shù)不準確;或者如果電勢差太大,它也會對測量系統(tǒng)造成損害。使用隔離式信號調理能消除接地回路并確保信號可以被準確地采集。例如,SCXI-1120和SCXI-1121模塊能提供高達250 Vrms 的共模電壓隔離,SCXI-1122能提供高達450 Vrms 電壓隔離。多路復用功能多路復用是使用單個測量設備來測量多個信號的常用技術。模擬信號

9、的信號調理硬件常對如溫度這樣緩慢變化的信號使用多路復用方式。ADC 采集一個通道后,轉換到另一個通道并進行采集,然后再轉換到下一個通道,如此往復。由于同一個ADC 可以采集多個通道而不是一個通道,每個通道的有效采樣速率和所采樣的通道數(shù)呈反比。例如,1MS/s 的PCI-MIO-16E-1采樣通道為10個,那么每個通道的有效采集速率大約為:1/100 kS/s 10MS s =每通道個通道由于模擬信號的模擬SCXI 模塊采用多路復用技術,一個數(shù)據(jù)采集設備可以測量多達3,072個信號。使用AMUX-64T模擬多路復用器,您可以使用一個設備來測量256個信號。所有內置有多路復用器的數(shù)據(jù)采集設備也具備

10、這一特性。濾波功能濾波器的功能是指在您所測量的信號中濾除不需要的信號。噪聲濾波器用于如溫度這樣直流信號,它可以衰減那些降低測量精度的高頻信號。例如,許多SCXI模塊在使用數(shù)據(jù)采集設備對信號數(shù)字化前使用4 Hz和10 kHz的低通濾波器來濾除噪聲。如振動這樣的交流信號常常需要另一種被稱為抗混頻的濾波器。像噪聲濾波器一樣,抗混頻濾波器也是低通濾波器;然而,它需要有非常陡的截止速率,從而可以濾除信號中所有高于設備輸入波段的頻率。如果這些頻率沒有被濾除,它們將會作為信號錯誤地出現(xiàn)在設備輸入帶寬中。專為測量交流信號而設計的設備NI 455x、NI 445x和NI 447x動態(tài)信號采集(DSA設備,NI6

11、115同步采樣多功能I/O設備,SCXI-1141模塊都有內置的抗混頻濾波器。激勵功能對于某些傳感器信號調理也能提供激勵源。例如,應力計、熱敏電阻器和RTD需要有外部電壓或電流激勵信號。用于這些傳感器的信號調理模塊常用來提供激勵信號。RTD測量常使用電流源來把電阻上的變化量轉化為可測量電壓。應力計是阻值非常低的電阻設備,常用于配有電壓激勵源的惠斯通電橋。SCXI-1121和SCXI-1122有板載的激勵源,可配置為電流或電壓激勵,從而可用于壓力計、熱敏電阻器或RTD。線性化功能另一種常見的信號調理功能是線性化功能。許多傳感器,如熱電偶,對被測量的物理量的響應是非線性的。NI的NI-DAQ、La

12、bVIEW、Measurement Studio和VirtualBench等應用軟件包包含了應用于熱電偶、壓力計和RTD的線性化功能。您需要了解您的信號的特性,用于測量信號的配置以及系統(tǒng)周圍環(huán)境的影響。根據(jù)這些信息,您才可以確定您的DAQ系統(tǒng)是否需要使用信號調理。數(shù)據(jù)采集硬件模擬輸入模擬輸入的基本考慮-在模擬輸入的技術說明中將給出關于數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的精度和功能的信息。基本技術說明適用于大部分數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品,包括通道數(shù)目、采樣速率、分辨率和輸入范圍等方面的信息。通道數(shù)-對于采用單端和差分兩種輸入方式的設備,模擬輸入通道數(shù)可以分為單端輸入通道數(shù)和差分輸入通道數(shù)。在單端輸入中,輸入信號均以共同的地線為基

13、準。這種輸入方法主要應用于輸入信號電壓較高(高于1 V,信號源到模擬輸入硬件的導線較短(低于15 ft,且所有的輸入信號共用一個基準地線。如果信號達不到這些標準,此時應該用差分輸入。對于差分輸入,每一個輸入信號都有自有的基準地線;由于共模噪聲可以被導線所消除,從而減小了噪聲誤差。采樣速率-這一參數(shù)決定了每秒種進行模數(shù)轉換的次數(shù)。一個高采樣速率可以在給定時間下采集更多數(shù)據(jù),因此能更好地反映原始信號。多路復用-多路復用是使用單個模數(shù)轉換器來測量多個信號的一種常用技術。要了解更多關于多路復用的信息,請參看此文的“信號調理”章節(jié)。分辨率-模數(shù)轉換器用來表示模擬信號的位數(shù)即是分辨率。分辨率越高,信號范圍

14、被分割成的區(qū)間數(shù)目越多,因此,能探測到的電壓變量就越小。圖3顯示了一個正弦波和使用一個理想的3位模數(shù)轉換器所獲得相應數(shù)字圖像。一個3位變換器(此器件在實際中很少用到,在此處是為了便于說明可以把模擬范圍分為23,或8個區(qū)間。每一個區(qū)間都由在000至111內的一個二進制碼來表示。很明顯,用數(shù)字來表示原始模擬信號并不是一種很好的方法,這是由于在轉換過程中會丟失信息。然而,當分辨率增加至16位時,模數(shù)轉換器的編碼數(shù)目從8增長至65,536,由此可見,在恰當?shù)卦O計模擬輸入電路其它部分的情況下,您可以對模擬信號進行非常準確的數(shù)字化。 圖3 . 三位分辨率下正弦波的數(shù)字化量程-量程是模數(shù)轉換器可以量化的最小

15、和最大電壓值。NI 公司的多功能數(shù)據(jù)采集設備能對量程范圍進行選擇,可以在不同輸入電壓范圍下進行配置。由于具有這種靈活性,您可以使信號的范圍匹配ADC 的輸入范圍,從而充分利用測量的分辨率。編碼寬度-數(shù)據(jù)采集設備上可用的量程、分辨率和增益決定了最小可探測的電壓變化。此電壓變化代表了數(shù)字值上的最低有效位1(LSB ,也常被稱為編碼寬度。理想的編碼寬度為電壓范圍除以增益和2的分辨率次冪的乘積。例如,NI 的一種16位多功能數(shù)據(jù)采集設備NI 6030E ,它可供選擇的范圍為010V 或-1010V ;可供選擇的增益:1,2,5,10,20,50或100。當電壓范圍為010V ,增益為100時,理想的編

16、碼寬度由以下公式?jīng)Q定:160 1.5V 1002µ1=×模擬輸入的重要因素-盡管前面所提到的數(shù)據(jù)采集設備具有16位分辨率的ADC 和100 kS/s 采樣率這樣的基本指標,但是您可能無法在16個通道上進行全速采樣,或者得不到滿16位的精度。例如,目前市場上的某些帶有16位ADC 的產(chǎn)品所得到的有效數(shù)據(jù)要低于12位。為了確定您所要用的設備是否能滿足您所期待的結果,請仔細審查那些超出產(chǎn)品分辨率的技術指標。評估數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品時,還需要考慮微分非線性度(DNL、相對精度、儀用放大器的穩(wěn)定時間和噪聲等。微分非線性度(DNL 在理想情況下,當您提高一個數(shù)據(jù)采集設備上的電壓值時,模數(shù)轉換器

17、上的數(shù)字編碼也應該線性增加。如果您對一個理想的模數(shù)轉換器測定電壓值與輸出碼的關系,繪出的線應是一條直線。這條理想直線的離差被定義為非線性度。DNL 是指以LSB 為測量單位,和1LSB 理想值的最大離差。一個理想的數(shù)據(jù)采集設備的DNL 值為0,一個好的數(shù)據(jù)采集設備的DNL 值應在±0.5 LSB 以內。對于一個編碼應該有多寬,我們沒有更多的限制。編碼不會比0 LSB 更小,因此,DNL 肯定是小于-1LSB 。一個性能較差的數(shù)據(jù)采集設備可能有一個等于或非常接近零的編碼寬度,這意味著會有一個丟失碼。對一個有丟失碼的數(shù)據(jù)采集設備無論輸入什么電壓,設備都無法將此電壓量化為丟失碼所表示的值。

18、有時DNL指標顯示數(shù)據(jù)采集設備沒有丟失碼,這意味著DNL低于1 LSB,但是沒有上邊界的技術指標。所有NIE系列設備都保證沒有丟失碼,并且其技術說明上清楚地標明DNL的技術指標,因此您就可以知道設備的線性度。如果以上文提到的數(shù)據(jù)采集設備為例,其編碼寬度為1.5 µV,略高于500 µV時會有一個丟失碼,此時,增加電壓至502 µV的情況將不會被探測到。在這個例子中,只有電壓值再增加一個LSB,大于503 µV時,電壓改變值才能被探測到。因此較差的DNL會降低設備的分辨率。相對精度-相對精度是指相對理想數(shù)據(jù)采集的轉換函數(shù)(一條直線,最大離差的LSB測量位數(shù)

19、。數(shù)據(jù)采集設備的相對精度是通過連接一個負的滿量程電壓來確定的,采集電壓,增加電壓值,重復這些步驟直至覆蓋設備的整個輸入范圍。當描繪這些數(shù)字化點時,結果應是如圖4(a所示的一條近似直線。然而,當您從數(shù)字化值中減去理想直線值,可描繪出這些計算結果所得到的點,如圖4(b所示。距零的最大離差值即為設備的相對精度。 (a (b圖4.決定一個數(shù)據(jù)采集設備的相對精度。圖4(a顯示了通過掃描輸入而產(chǎn)生的一條近似的直線。圖4(b 顯示,通過減去理論計算的直線數(shù)值得到的圖形顯示實際上并不是直的。數(shù)據(jù)采集設備的驅動軟件將模數(shù)轉換器輸出的二進制碼值通過乘以一個常數(shù)轉化為電壓值。良好的相對精度對數(shù)據(jù)采集設備很重要,因為

20、它確保了將模數(shù)轉換器輸出的二進制碼值能被準確地轉化為電壓值。獲得良好的相對精度需要正確地設計模數(shù)轉換器和外圍的模擬電路。穩(wěn)定時間穩(wěn)定時間是指放大器、繼電器、或其它電路達到工作穩(wěn)定模式所需要的時間。當您在高增益和高速率下進行多通道采樣時,儀用放大器是最不容易穩(wěn)定下來的。在這種條件下,儀用放大器很難追蹤出現(xiàn)在多路復用器不同通道上的大變化的信號。一般而言,增益越高并且通道的切換時間越短時,儀用放大器越不容易穩(wěn)定。事實上,沒有現(xiàn)成的可編程增益放大器可在2µs時間內、增益為100時,穩(wěn)定地達到12位精度。NI為數(shù)據(jù)采集應用專門開發(fā)了NI-PGIA,所以應用NI-PGIA 的設備在高增益和高采樣

21、速率下具有一致的穩(wěn)定時間。噪聲-在數(shù)據(jù)采集設備的數(shù)字化信號中不希望出現(xiàn)的信號即為噪聲。因為PC是一個有噪聲的數(shù)字化環(huán)境,所以在插入式設備上作采集工作需要經(jīng)驗豐富的模擬電路設計人員在多層數(shù)據(jù)采集設備上精心布線。簡單地把一個模數(shù)轉換器、儀用放大器和總線接口電路布置在一個一層或兩層板上,這樣開發(fā)出的設備會有非常大的噪聲。設計者可以在數(shù)據(jù)采集設備中使用金屬屏蔽來降低噪聲。恰當?shù)钠帘尾粌H用于數(shù)據(jù)采集設備上敏感的模擬部分,而且體現(xiàn)在設備的板層間使用接地層。圖5顯示了當輸入范圍為±10 V,增益為10時的一個直流噪聲。當1 LSB = 31 µV,20 LSB噪聲水平相當于620

22、81;V的噪聲電壓。圖6顯示了兩個數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的直流噪聲曲線,它們使用的是相同的ADC,兩個數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的質量可由這些噪聲曲線來決定噪聲的范圍和分布情況。從圖6a的曲線可以看出,NIAT-MIO-16XE-10,在0處有高的采樣分布,而它在其它碼值上的點數(shù)量極少。這種分布為高斯分布,它是隨機噪聲。從曲線可以得知,峰值噪聲在±3 LSB以內。在圖6b中,此產(chǎn)品是另一家廠商生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集設備,它的噪聲分布很不同。設備生成的噪聲高于20 LSB,出現(xiàn)了許多非期望值的采樣點。 圖5. 當信號通過一個切換40路DC信號的多路復用器輸入儀用放大器時,表現(xiàn)為一個高頻率AC信號 圖6. 盡管采用了相

23、同16位ADC,兩種數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的噪聲曲線還是具有明顯的不同。圖6(a是NI AT-MIO-16XE-10;圖6(b是另一家廠商的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。對于復雜的測量硬件如插入式數(shù)據(jù)采集設備,根據(jù)所使用設備的不同,您所得到的精度有很大的差別。NI一直致力于提供高精度的產(chǎn)品,在許多情況下,這些產(chǎn)品的精度甚至比臺式儀器還要高。在NI產(chǎn)品的技術規(guī)范中有這些精度的說明。同時您要注意那些沒有詳細說明的板卡;所省略的技術指標可能會導致測量的不精確。通過評估更多的模擬輸入技術指標,而不是簡單地參考模數(shù)轉換器的分辨率,您可以確定所選的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品對于您的應用是否具有足夠的精度。模擬輸出經(jīng)常需要模擬輸出電路來為數(shù)據(jù)采集

24、系統(tǒng)提供激勵源。數(shù)模轉換器(DAC的一些技術指標決定了所產(chǎn)生輸出信號的質量-穩(wěn)定時間、轉換速率和輸出分辨率。穩(wěn)定時間穩(wěn)定時間是指輸出達到規(guī)定精度時所需要的時間。穩(wěn)定時間通常由電壓上的滿量程變化來規(guī)定。需要更多關于穩(wěn)定時間的信息,請參考模擬輸入這一章節(jié)。轉換速率轉換速率是指數(shù)模轉換器所產(chǎn)生的輸出信號的最大變化速率。穩(wěn)定時間和轉換速率一起決定模數(shù)轉換器改變輸出信號值的速率。因此,一個數(shù)模轉換器在一個小的穩(wěn)定時間和一個高的轉換速率下可產(chǎn)生高頻率的信號,這是因為輸出信號精確地改變至一個新的電壓值這一過程所需要的時間極短。.關于應用方面的一個例子是音頻信號的產(chǎn)生,它需要上述參數(shù)具有高性能指標。數(shù)模轉換器

25、需要一個高的轉換速率和小的穩(wěn)定時間來產(chǎn)生高頻率信號來覆蓋音頻范圍。與此相對照,另一個應用示例是利用一個電壓信號源來控制一個加熱器,它不需要高速數(shù)/模轉換。這是因為加熱器對電壓值的改變不能很快地響應,沒有必要使用高速數(shù)/模轉換器。輸出分辨率輸出分辨率與輸入分辨率類似;它是產(chǎn)生模擬輸出的數(shù)字碼的位數(shù)。較大的位數(shù)可以縮小輸出電壓增量的量值,因此可以產(chǎn)生更平滑的變化信號。對于要求動態(tài)范圍寬、增量小的模擬輸出應用,需要有高分辨率的電壓輸出。觸發(fā)器許多數(shù)據(jù)采集的應用過程需要基于一個外部事件來起動或停止一個數(shù)據(jù)采集的工作。數(shù)字觸發(fā)使用外部數(shù)字脈沖來同步采集與電壓生成。模擬觸發(fā)主要用于模擬輸入操作,當一個輸入

26、信號達到一個指定模擬電壓值時,根據(jù)相應的變化方向來起動或停止數(shù)據(jù)采集的操作。RTSI總線NI公司為數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品開發(fā)了RTSI總線。RTSI總線使用一種定制的門陣列和一條帶形電纜,能在一塊數(shù)據(jù)采集卡上的多個功能之間或者兩塊甚至多塊數(shù)據(jù)采集卡之間發(fā)送定時和觸發(fā)信號。通過RTSI總線,您可以同步模數(shù)轉換、數(shù)模轉換、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、和計數(shù)器/計時器的操作。例如,通過RTSI總線,兩個輸入板卡可以同時采集數(shù)據(jù),同時第三個設備可以與該采樣率同步的產(chǎn)生波形輸出。數(shù)字I/O (DIODIO接口經(jīng)常在PC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用,它被用來控制過程、產(chǎn)生測試波形、與外圍設備進行通信。在每一種情況下,最重要的參數(shù)有可

27、應用的數(shù)字線的數(shù)目、在這些通路上能接收和提供數(shù)字數(shù)據(jù)的速率、以及通路的驅動能力。如果數(shù)字線被用來控制事件,比如打開或關掉加熱器、電動機或燈,由于上述設備并不能很快地響應,因此通常不采用高速輸入輸出。數(shù)字線的數(shù)量當然應該與需要被控制的過程數(shù)目相匹配。在上述的每一個例子中,需要打開或關掉設備的總電流必須小于設備的有效驅動電流。然而,通過應用恰當?shù)臄?shù)字信號調理配件,您可以使用進/出數(shù)據(jù)采集硬件的低電流TTL信號來監(jiān)測/控制工業(yè)硬件產(chǎn)生的高電壓和電流信號。例如,在打開或關閉一個高閥門時,電壓和電流的值可能達到2A、100VAC的數(shù)量級。因為一個DIO設備的輸出為幾個毫安,電壓為05VDC,所以可以使用

28、如SSR系列、ER-8/16,SC-206x,或 SCXI模塊來開關電源信號,控制閥門。一個常見的DIO應用是傳送計算機和設備之間的數(shù)據(jù),這些設備包括數(shù)據(jù)記錄器、數(shù)據(jù)處理器以及打印機。因為上述設備常以1個字節(jié)(8位來傳送數(shù)據(jù),插入式DIO設備的數(shù)字線常排列為8位一組,許多具有數(shù)字能力的板卡具有帶同步通信功能的握手電路。通道數(shù)、數(shù)據(jù)速率和握手能力都是很重要的技術指標,您需要了解這些指標并且它們要與應用的要求相匹配。定時I/O計數(shù)器/定時器在許多應用中具有很重要的作用,包括對數(shù)字事件產(chǎn)生次數(shù)的計數(shù)、數(shù)字脈沖計時,以及產(chǎn)生方波和脈沖。您通過三個計數(shù)器/計時器信號就可以實現(xiàn)所有上述應用門、輸入源和輸出

29、。門門是指用來使計數(shù)器開始或停止工作的一個數(shù)字輸入信號。輸入源輸入源是一個數(shù)字輸入,它的每次翻轉都導致計數(shù)器的遞增,因而提供計數(shù)器工作的時間基準。輸出在輸出線上輸出數(shù)字方波和脈沖。應用一個計數(shù)器/計時器時最重要的指標是分辨率和時鐘頻率。分辨率是計數(shù)器所應用的位數(shù)。簡單地說,高分辨率意味著計數(shù)器可以計數(shù)的位數(shù)越高。時鐘頻率決定了您可以翻轉數(shù)字輸入源的速度有多快。當頻率越高,計數(shù)器遞增的也越快,因此對于輸入可探測的信號頻率越高,對于輸出則可產(chǎn)生更高頻率的脈沖和方形波。在我們的E系列數(shù)據(jù)采集設備中采用了DAQ-STC計數(shù)器/計時器,其時鐘頻率為20 MHz,共有16個24位計數(shù)器。在NI 660x計

30、數(shù)器/計時器設備中,所用的NI-TIO計數(shù)器/計時器最高時鐘頻率為80 MHz,共有8個32位計數(shù)器。DAQ-STC是NI的一種定制的專用集成電路 (ASIC ,它是為數(shù)據(jù)采集應用專門設計的。與應用在數(shù)據(jù)采集設備上的其他現(xiàn)有計數(shù)器/計時器芯片相比較,DAQ-STC是與眾不同的。例如,DAQ-STC是一個正向/反向的計數(shù)器/計時器,意味著它可以使用附加的外部數(shù)字信號,根據(jù)“高”或“低”電平,來正向計數(shù)或反向計數(shù)。這種類型的計數(shù)器/計時器可用于旋轉或線性編碼器來測量位置。其它的專有功能還有生成緩沖式脈沖系列、對相同的采樣時間進行定時、相關時間戳記、以及采樣速率的瞬間改變。NI-TIO也是一種針對計

31、時應用特定設計的定制的ASIC。它將所有的DAQ-STC計數(shù)器/計時器的功能進行合并,并且還加入了新的特點,如自身編碼器的兼容性、消除反沖過濾器和兩個信號的邊緣分離測量。 圖7.自動潤滑檢測應用(應用了一個SCXI機箱和在Macintosh上運行的LabVIEW軟件軟件使PC和數(shù)據(jù)采集硬件形成了一個完整的數(shù)據(jù)采集、分析和顯示系統(tǒng)。沒有軟件,數(shù)據(jù)采集硬件是毫無用處的或者使用比較差的軟件,數(shù)據(jù)采集硬件也幾乎無法工作。大部分數(shù)據(jù)采集應用實例都使用了驅動軟件。軟件層中的驅動軟件可以直接對數(shù)據(jù)采集硬件的寄存器編程,管理數(shù)據(jù)采集硬件的操作并把它和處理器中斷,DMA和內存這樣的計算機資源結合在一起。驅動軟件

32、隱藏了復雜的硬件底層編程細節(jié),為用戶提供容易理解的接口。例如,以下的代碼片斷顯示了使用C語言的NI-DAQ功能調用,該功能從MIO-16E-10的一個模擬輸入通道讀取電壓并進行換算。 隨著數(shù)據(jù)采集硬件、計算機和軟件復雜程度的增加,好的驅動軟件就顯得尤為重要。合適的驅動軟件可以最佳地結合靈活性和高性能,同時還能極大地降低開發(fā)數(shù)據(jù)采集程序所需的時間。在選擇驅動軟件時,需要考慮以下幾個因素. 可以使用哪些功能? 控制數(shù)據(jù)采集硬件的驅動功能可被分為模擬I/O,數(shù)字I/O和計時I/O.盡管大多數(shù)驅動都具有這些基 本功能,您需要明確驅動不僅僅只是對設備的數(shù)據(jù)進行存取.請確定驅動有以下功能: * 在前臺進行

33、處理時可以在后臺采集數(shù)據(jù) * 使用可編程I/O,中斷和DMA來傳輸數(shù)據(jù) * 把數(shù)據(jù)存入硬盤和從硬盤提取數(shù)據(jù) * 同時執(zhí)行多個功能 * 集成多個數(shù)據(jù)采集設備 * 和信號調理設備無縫地集成 * 數(shù)據(jù)采集驅動的所有這些功能都包含在NI-DAQ中,它可以為用戶節(jié)省大量的時間. 哪些操作系統(tǒng)可以使用驅動? 請確保驅動軟件與您現(xiàn)在和未來打算使用的操作系統(tǒng)兼容.經(jīng)過設計,驅動也應該可以在各種不同 特性和功能的OS上使用.您也可能需要能在多個平臺上移植代碼的靈活性,比如說從Windows PC 到Macintosh.NI-DAQ可用于Windows 2000/NT/ME/9x 和 Mac OS. 由于您對程序無需或者只做少量改動就可以在各