LabVIEW數(shù)據(jù)采集編程指南[下篇]

1、目目錄錄數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與文件I/O同步（上）同步（下）1-89-1414-2122-26特別篇：模塊化儀器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與文件簡(jiǎn)介本期內(nèi)容將介紹如何使用數(shù)據(jù)采集板卡來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和文件操作。在一個(gè)典型的測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)當(dāng)中，除了迚行信號(hào)調(diào)理，信號(hào)采集，信號(hào)處理，信號(hào)顯示乊外，我們常常還會(huì)需要將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到磁盤上，用于做后續(xù)離線處理或是作為數(shù)據(jù)日志。在另外一種情冴下，我們可能會(huì)將事先存儲(chǔ)好的數(shù)據(jù)文件加載到數(shù)采系統(tǒng)中，通過(guò)我們的板卡進(jìn)行信號(hào)的輸出，這就不得不使用文件的操作。幾種常用文件格式比較說(shuō)到文件/我們簡(jiǎn)要地回顧一下幾種常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式。將文件寫入計(jì)算機(jī)硬盤時(shí)，文件在最底層是以一串二進(jìn)制位表示的。

2、當(dāng)然還有很多格式可用于組織和表示文件中的數(shù)據(jù)。中最常用的三種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式是：（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交互碼）文件格式直接二進(jìn)制存儲(chǔ)（技術(shù)數(shù)據(jù)管理流）文件格式面我們簡(jiǎn)單地比較一下三種常用文件格式的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)如表8-1所示。表三種常用文件格式的優(yōu)缺點(diǎn)文件格式具有方便其他用戶或應(yīng)用程序訪問(wèn)數(shù)據(jù)的特性但是僅當(dāng)磁盤空間和文件速度都不重要且不需要對(duì)文件進(jìn)行隨機(jī)讀寫時(shí)我們才會(huì)選擇使用類型的文件作為存儲(chǔ)。另外文件的數(shù)值精度相對(duì)其他兩者來(lái)說(shuō)沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。文件的缺點(diǎn)即是直接二進(jìn)制存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)數(shù)值精度很重要，需要隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)且效率需要得到考量的場(chǎng)合，我們常會(huì)使用二進(jìn)制直接存儲(chǔ)。對(duì)于我們會(huì)在后面做詳細(xì)的介紹中的文件中提供了

3、高層文件和底層文件函數(shù)來(lái)進(jìn)行文件的操作，圖中紅FiltiI/O門 # 圖底層文件色圈內(nèi)的部分為底層的文件函數(shù)，每個(gè)函數(shù)完成相對(duì)獨(dú)立的功能，如打開(kāi)文件，寫入文件，讀取文件，關(guān)閉文件等等。通過(guò)分立地進(jìn)行文件操作可以提高連續(xù)文件寫入或讀取的效率，一個(gè)典型的底層文件完成文件寫入的例子如圖右圖所示，分別在循環(huán)外面打開(kāi)和關(guān)閉文件資源，在循環(huán)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入。相應(yīng)的，同樣提供了高層的文件函數(shù)，如圖中紅色框中所示，高層的文件封裝了底層的文件函數(shù)，在一個(gè)中完成了文件的打開(kāi)數(shù)據(jù)的讀取或?qū)懭胍约拔募P(guān)閉的操作。完成一站式的文件操作，但是應(yīng)當(dāng)避免把高層文件函數(shù)放入一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榉磸?fù)打開(kāi)，關(guān)閉文件會(huì)大大降低文件操作

4、的效率。圖8-2高層文件采集波形并存儲(chǔ)至文件演示了解了中提供的高層和底層文件函數(shù)，我們就能快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)操作了，下面我們來(lái)看一個(gè)典型的文件存儲(chǔ)范例。如圖所示。這個(gè)例子配置了模擬輸入通道進(jìn)行連續(xù)的數(shù)據(jù)采集，對(duì)于進(jìn)行defaultrL：iiTieSVStre：dJTi.csv口己逗filmtlojti已a(bǔ)iul1口匚sAidtl|b：dinpleEtoReadDliClmx文件操作，使用了典型的底層操作流程，首先打開(kāi)文件，設(shè)置文本文件屬性，之后再循環(huán)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入，跳出循環(huán)之后關(guān)閉文件資源。MinimujTiV：dlueirnBTi-M：i3I11Ji+$5enal散i尹allelt圧史數(shù)堀

5、換茸+旳軟件idUw記錄器任蛋+噺IWDrivers文井藥輯査看工且(口幫助(H)sa頸據(jù)斕-翔設(shè)備:fine口NMlMotionDevic酩tN川0山5C-62El:f張INtPa-6251;2 電PXISystemNFPXI-31ID)-卜細(xì)押Q加MmclinnFxplnrpr文井藥輯査荀町工啟T)幫助(H)d魚世alP)t-自我的系域sa數(shù)據(jù)瀾-胡設(shè)備sue口f丘NlMotionDsviciss=dU|-OfiTg&豪NIPCI-62S1：1.NJPCI-62S1:*2RT5I連Jg趨；Risicableo:cgn:ifyft5DeleteAlEdertlflcdtlcri：，+衛(wèi)5t5

6、howP：Duses玉0圧史*showPKIBUSDetais出“d換苴+型W記錄器任筠+UIviDrivSrSi9遠(yuǎn)程丟覘仕供qut栄NmRMgJIPXI2：E：IN5TRK16251PXI2:0rsINSTRPCI-fi251NIPXI-81D4NIPXI-S1O5NIPXI-6106NIPXI-S106NIPXE-81LNIPXE-817*NlPM-8175NIPXI-8176NIPXI-6163內(nèi)sSlgtUnknownUnknownUnknownUnknein # NIPXI-016+NIPXE-S165NIPXE-81S6NIPXE-S187NIPM-8195NIPXI-819&下

7、面:系圖圖訊卜冃HORTSeriesPXt-0150SeriesPXE-S150BSeriesPX-8170E的，使匚我們看到程序中首先分別建立了兩組模擬輸入通道，上面的通道為主設(shè)備，下面的則為從設(shè)備，并將他們都設(shè)置為連續(xù)采樣模式，使用相同的采樣率配置。之后通過(guò)使用定時(shí)屬性節(jié)點(diǎn)來(lái)共享背板上的參考時(shí)鐘，然后將從設(shè)備的開(kāi)始觸發(fā)輸入配置為主設(shè)備的，并按照之前我們所說(shuō)的規(guī)則先開(kāi)始從任務(wù)再開(kāi)始主任務(wù),以完成整個(gè)同步。ai/ConvertClock32BitDivisorCounterai/ConvertClockTimebaseCtrinternalOutputAnalogComparisonEvent

8、,PFI,RTSI,PXI_STARPFI,RTSI,PXI_STAR,PXI_CLK10,AnalogComparisonEvent5系歹！板卡共享參考時(shí)鐘同步OnboardCgckao/SampleClockTimebase背板CtmInternalOutputAnalogComparisonEvent,PFI,RTSI,PXI_STAROnboard_Clock從定時(shí)引擎路由情況來(lái)看，模擬輸入的采樣時(shí)鐘，由背板時(shí)鐘作為參考源，輸入鎖相環(huán)倍頻后再分頻為模擬輸入采樣時(shí)鐘的00時(shí)基，并經(jīng)過(guò)內(nèi)部分頻器轉(zhuǎn)化為所設(shè)定的采樣率，整個(gè)路由情況一目了然。ao/SampleClock系列共享主時(shí)基同步在了解

9、了系列多功能數(shù)據(jù)采集板卡的定時(shí)引擎以及同步機(jī)制之后，要進(jìn)行系列和系歹板卡的同步也就變得非常簡(jiǎn)單易懂了，圖10-的6例子通過(guò)共享主時(shí)基，完成了兩個(gè)設(shè)備之間的模擬輸入同步。AkASj-TLclLronizationTypeMirLinniiTiV：lueS：dJTipleFhtmAI電壓E此SS電ri電弓Sharing：川玄弓七電rTimEbaEICdtlti鞏口口口三EaiTipl已三MininnuTiVsIlleMaximumVsIlle0DmEaultjjY口帕祗定時(shí)jjMasterTimebase.Src*Mastet-Timebase.RatejjYDAQmx定時(shí)jj卜M：遼tEtTiF

10、Tl“I:遼E.StcasterTimebase.RateMasterDeviceSlaveDevice|ContinuoumSample2TFhyeic：alCh:王1工ae1DFliliri：-:DROiti：-:M:inniiTiV：lueFhysic：lCh：diLTLelAI電壓T采祥時(shí)鐘”采樣時(shí)鐘TDliClriixiEI缶A板卡的模擬輸入通道。同樣，程序的上班部分是主設(shè)備，下半部分是從設(shè)備，從程序上來(lái)看，主設(shè)備定時(shí)設(shè)置部分的采樣時(shí)鐘源沒(méi)有連接任何輸入，于是驅(qū)動(dòng)就默認(rèn)使用板上的時(shí)基作為參考時(shí)鐘，注意圖中上半部分定時(shí)引擎的路由情況，從板上時(shí)基出發(fā)，經(jīng)過(guò)一系列分頻后作為主設(shè)備的采樣時(shí)鐘

11、，而從設(shè)備的定時(shí)設(shè)置部分選擇了主設(shè)備的作為自己的采樣時(shí)鐘源輸入，其相應(yīng)的定時(shí)引擎路由見(jiàn)圖10-底7部的紅色部分，從而共享了主設(shè)備的采樣時(shí)鐘，乊后通過(guò)先開(kāi)始從任務(wù)，在開(kāi)始主任務(wù)來(lái)完成不同設(shè)備間的同步。Onboard80MHzOscillatorPFI,RTSI,PXI_STAR,PXI_CLK10,AnalogComparisonEventAIHcjlt已已5石mpl已匚1口匚k;SampleR.ateSlaveDevicetim已ijltPhysicalChannelMinimumValu已MaximumValu已30MHzTimebaseOnboardClockai/SampleClockT

12、imebaseCuritiniJuusSamplesTpMasterDevicePMinimumValuervla:：imumValuePhysicalChannel5arnplestuR.eadICuritiriULiijsSamplesT|AnalogIDWlrn訊匚h日Ifjjgngp 系列共享采樣時(shí)鐘同步系列板卡與系列板卡間同步相對(duì)于新推出的系列數(shù)據(jù)采集板卡，系列板卡在業(yè)內(nèi)早已具有良好的口碑，并占據(jù)著市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，所以同步使用系列和系列板卡變得非常重要，這里我們給出一個(gè)推薦您使用的同步系列和系列板卡的范例，如圖所示。MasDeviceESeriesSlaveDeviceMSeries

13、MirLimujTiViilue卜Maximumallle卜：hyEiC：dlCh：TLTLHlm定時(shí)常MininnuTiViilueMaximumVoIllePhysic：ilChiiiLnelYDAQmx定時(shí)器MasterTimebase.SrcM：sterTimeb：se.F；?LteRefCIk.SrcRefClk.R：+h賈YDAQm弱定時(shí)晉IlelayFrorTiS：=jTipClk.IlelayUniteIfyFtom2ampC1k.IfyS：iiTipleRateAI電壓1ai/StartT】 # #個(gè)設(shè)備會(huì)將自己的主時(shí)基信號(hào)導(dǎo)出，供給給其他設(shè)備來(lái)進(jìn)行同步，這一方法正是我們剛剛

14、所介紹的第二種情況。盡管一塊系列板卡可以導(dǎo)入一個(gè)更低頻率的信號(hào)作為主時(shí)基來(lái)進(jìn)行同步，例如導(dǎo)入的背板信號(hào)，但是它無(wú)法倍頻導(dǎo)入的時(shí)基來(lái)重建個(gè)的時(shí)基，因此，如果使用作為導(dǎo)入時(shí)基的話，那么板卡內(nèi)部基于這個(gè)時(shí)基的其他采樣時(shí)鐘的分辨率就下降了。對(duì)于系列板卡來(lái)說(shuō)，恰相反系列卡不能夠直接將自己的內(nèi)部時(shí)基通過(guò)路由出去，而僅能路由的參考時(shí)鐘，這樣看來(lái)，在遇到系列板卡同系列板卡同步的應(yīng)用時(shí)，我們應(yīng)該使用系列板卡作為主設(shè)備。這樣系列板卡作為從設(shè)備可以使用由系列板卡路由出來(lái)的主時(shí)基作為自己的參考時(shí)鐘輸入。于是系列板卡上的時(shí)基將與作為主設(shè)備的系列板卡上的主時(shí)基同相。在程序中只要將系列板卡的主時(shí)基源連接到系列板卡的參考時(shí)鐘

15、源上即可。除了主從設(shè)備的選擇之外，另外一個(gè)需要注意到的區(qū)別是，系列和系列板卡的默認(rèn)采樣時(shí)鐘延遲有所不同。采樣時(shí)鐘延遲就是采樣時(shí)鐘與第一個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)鐘脈沖之間的間隔。對(duì)于系列板卡來(lái)說(shuō)，這個(gè)默認(rèn)間隔為主時(shí)基的兩個(gè)時(shí)鐘滴答，對(duì)于系列板卡來(lái)說(shuō)這個(gè)值為當(dāng)前主時(shí)基的3個(gè)時(shí)鐘滴答。這個(gè)差別可以從圖10-中9清楚地看到。因此，為了更加準(zhǔn)確地完成系列板卡與系列板卡間的同步，我們可以將系列板卡的采樣時(shí)鐘延遲強(qiáng)行設(shè)置成與系列板卡一致。這一配置在程序中通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的定時(shí)屬性節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 # 圖10-采9樣時(shí)鐘延遲程序的后續(xù)部分依舊遵循先開(kāi)始從任務(wù)，后開(kāi)始主任務(wù)的順序完成同步。 特別篇：模塊化儀器簡(jiǎn)介之前我們通過(guò)數(shù)據(jù)采集技

16、術(shù)十講，為大家全面介紹了的數(shù)據(jù)采集硬件產(chǎn)品，以及如何使用編程，加速數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。節(jié)目播出后，我們收到許多工程師的反饋，其中有工程師提到：他們有一些參數(shù)要求非常高的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，希望得到產(chǎn)品選型方面的建議。針對(duì)某些參數(shù)要求非常嚴(yán)格的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，比如高采樣率、高分辨率、大動(dòng)態(tài)范圍或高數(shù)據(jù)吞吐量，提供了一系列模塊化儀器，滿足特殊應(yīng)用的需求。所以，我們特別增加了本期節(jié)目，為大家介紹一下的模塊化儀器平臺(tái)。什么是模塊化儀器在演示視頻中的機(jī)箱，里面的每一塊板卡，都是一部?jī)x器。常用的傳統(tǒng)儀器，有信號(hào)發(fā)生器、示波器、數(shù)字萬(wàn)用表等等，模塊化儀器可以實(shí)現(xiàn)跟傳統(tǒng)儀器同樣的功能。比如在這個(gè)機(jī)箱中，就是一個(gè)信號(hào)發(fā)

17、生器，是一個(gè)示波器，是一個(gè)數(shù)字萬(wàn)用表；除此以外，還有565、2566射1頻信號(hào)發(fā)送和測(cè)量?jī)x器，655高2速數(shù)字信號(hào)發(fā)生器和分析儀，動(dòng)態(tài)信號(hào)采集卡，源測(cè)量?jī)x器，開(kāi)關(guān)矩陣模塊等等。模塊化儀器的特點(diǎn)與傳統(tǒng)儀器相比，模塊化儀器的體積更小，成本更低，還可以方便地將不同的模塊化儀器集成在一起，并實(shí)現(xiàn)多通道多設(shè)備間的同步。同時(shí)，模塊化儀器利用了計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大處理能力，結(jié)合軟件編程，可以更加靈活地構(gòu)建功能強(qiáng)大的系統(tǒng)，完成更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集和測(cè)試測(cè)量應(yīng)用。與普通的數(shù)據(jù)采集卡相比，模塊化儀器的專用型更強(qiáng)，性能參數(shù)更優(yōu)越。比如，高速數(shù)字化儀可以提供高達(dá)的采樣率，數(shù)字萬(wàn)用表可以提供位的分辨率等等。所以針對(duì)特殊的數(shù)據(jù)采集

18、應(yīng)用，如果普通數(shù)采卡不能滿足需求，就需要使用模塊化儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)。模塊化儀器類別提供了八大類模塊化儀器產(chǎn)品，以滿足從直流到射頻信號(hào)的數(shù)據(jù)采集和測(cè)試測(cè)量應(yīng)用。這八類產(chǎn)品分別為：信號(hào)發(fā)生器它可以生成標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)或自定義的任意波形，最高采樣率，最高分辨率比特，并配備有最高的板載內(nèi)存，用于大數(shù)據(jù)量波形序列的輸出。高速數(shù)字化儀它是模塊化的示波器，也是采樣率更高的同步數(shù)據(jù)采集卡。它提供最高采樣率，帶寬，以及的分辨率；與此同時(shí)，多通道大板載內(nèi)存的特性，可確保較長(zhǎng)時(shí)間的高速同步采集。高速數(shù)字模塊單個(gè)模塊上最多個(gè)通道，可通過(guò)軟件設(shè)置為輸入或輸出方向；最大時(shí)鐘頻率，工作在雙倍數(shù)據(jù)率模式下時(shí)，每通道最大傳輸速率更可達(dá)到；支

19、持和標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平，同時(shí)也可通過(guò)軟件進(jìn)行不同的邏輯電平的設(shè)置。 數(shù)字萬(wàn)用表（提供最高七位半的精度，以及10至26比特的可變分辨率，能夠精確地測(cè)量電壓、電流、電阻、電容、電感和溫度。特殊的架構(gòu)，還使其具有，隔離數(shù)字化儀相同的功能，即可以最高的采樣率，對(duì)幅度范圍的模擬輸入信號(hào)迚行數(shù)據(jù)采集。通過(guò)將數(shù)字萬(wàn)用表與開(kāi)關(guān)模塊集成使用，還可以靈活搭建高通道數(shù)的測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)信號(hào)采集卡（）提供比特的高分辨率和大動(dòng)態(tài)范圍，最高采樣率，適用于對(duì)聲音和振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行多通道同步采集與分析。還為此類應(yīng)用提供了專業(yè)的聲音與振動(dòng)工具包，該工具包包含了大量常用的聲音與振動(dòng)信號(hào)分析和處理函數(shù)，可加速實(shí)現(xiàn)應(yīng)用項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。射頻模塊射

20、頻信號(hào)發(fā)生器和分析儀，分別配備了高達(dá)的頻率范圍，和的最大瞬時(shí)帶寬，以及和的板載內(nèi)存。同時(shí)借助的調(diào)制解調(diào)工具包，可以靈活方便地實(shí)現(xiàn)各類標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制解調(diào)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。源測(cè)量單元（）既可以作為高精度的恒流源和恒壓源輸出，同時(shí)也可以進(jìn)行高精度的電流、電壓和功率的測(cè)量。開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)模塊包括通用繼電器、多路復(fù)用器以及開(kāi)關(guān)矩陣。配合其它模塊化儀器使用，可滿足高精度、高通道數(shù)、高切換速率的具體應(yīng)用需求。對(duì)于大型的復(fù)雜開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，還提供了軟件，方便進(jìn)行配置、管理和維護(hù)。模塊化儀器相關(guān)軟件那么，模塊化儀器如何與軟件交互實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集與測(cè)試測(cè)量任務(wù)呢？提供了如下幾類工具，如圖所示。 模塊化儀器驅(qū)動(dòng)支持，方便與其它代碼迚行集成。模塊化儀器硬件的J1候pp用,J如圖/I*J(JIJMJ、1L-l-imvJ*-yJJZJ-1/、/J、JIu/*Jl亠AlI_I丿如果需要實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集和測(cè)試測(cè)量應(yīng)用，我們推薦使用進(jìn)行編程。與普通數(shù)據(jù)采集卡一樣，中不但有模塊化儀器相關(guān)的底層方便我們調(diào)用，同樣也提供了一系列范例程序