基于DAQmx的模擬電壓生成與采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)樣本

基于DAQmx模仿電壓生成與采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)在Labview中，迅速ExpressVI和底層DAQmxVI都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。迅速VI簡樸、以便、易用，在實(shí)現(xiàn)功能相對(duì)單一數(shù)據(jù)采集任務(wù)時(shí)經(jīng)常選用；然而，底層VI卻可以靈活地實(shí)現(xiàn)功能比較復(fù)雜數(shù)據(jù)采集任務(wù)。此外，底層VI執(zhí)行效率高于迅速VI。因而，在實(shí)際應(yīng)用中，選取使用底層VI?；谶@一思想，本設(shè)計(jì)選用底層VI，借助于NIUSB6009數(shù)據(jù)采集卡以及數(shù)據(jù)采集卡配備軟件MAX（Measurement&AutomationExplorer），在Labview中生成并采集電壓模仿信號(hào)。一、總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)前面板虛擬界面如圖1所示。圖1系統(tǒng)前面板1、前面板功能闡明與用法（1）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能系統(tǒng)運(yùn)營狀態(tài)下，選取好通道，配備相應(yīng)參數(shù)后，按下綠色“啟動(dòng)”按鈕，生成電壓波形和采集到電壓波形分別在各自波形圖表中顯示出來，生成電壓頻率由數(shù)值顯示控件顯示，批示燈由紅變綠，表達(dá)數(shù)據(jù)生成與采集程序正在運(yùn)營。按下紅色“停止”按鈕，波形圖表所顯示數(shù)據(jù)定格，批示燈由綠變紅，表達(dá)數(shù)據(jù)生成與采集程序停止運(yùn)營。再次按下“啟動(dòng)”（或“停止”）按鈕，數(shù)據(jù)生成與采集程序繼續(xù)（或停止）運(yùn)營。按下藍(lán)色“退出系統(tǒng)”按鈕，整個(gè)程序停止運(yùn)營，“啟動(dòng)”和“停止”不再具備啟停功能。（2）界面用法第一步，運(yùn)營程序。第二步，配備參數(shù)。一方面，選取生成電壓輸出通道以及采集電壓輸入通道。由于采用了NIUSB6009數(shù)據(jù)采集卡，在MAX中創(chuàng)立了相應(yīng)任務(wù)，這里選用USB-6009/ao0和USB-6009/ai0通道。然后，配備輸出電壓最大和最小伏值、輸出速率與每周期點(diǎn)數(shù)。NIUSB6009模仿電壓輸出伏值是0-5V，最大最小伏值設(shè)立時(shí)要在這個(gè)范疇中進(jìn)行；輸出速率配備是ms數(shù)，數(shù)值越大，輸出波形變化越緩慢；每周期點(diǎn)數(shù)越多，生成波形越平滑，越接近正弦波。最后配備通道采樣數(shù)。USB6009支持采樣數(shù)為1-1024，超限系統(tǒng)會(huì)以對(duì)話框形式報(bào)錯(cuò)，并指出因素。第三步，操作按鈕。按下“啟動(dòng)”按鈕，如若配備參數(shù)對(duì)的，波形圖表顯示波形，數(shù)值顯示控件顯示顯示輸出頻率。按下“停止”按鈕，同步停止數(shù)據(jù)生成與采集。再次按下“啟動(dòng)”按鈕，繼續(xù)生成和采集數(shù)據(jù)。按下“退出系統(tǒng)”按鈕，整個(gè)程序終結(jié)運(yùn)營。補(bǔ)充闡明，如若在運(yùn)營狀態(tài)下修改程序，需要再次“啟動(dòng)”后，方能實(shí)現(xiàn)新配備參數(shù)下數(shù)據(jù)生成與采集；而“啟動(dòng)”按鈕在“停止”按鈕按下，即“停止”狀態(tài)下才生效。因此，在啟動(dòng)狀態(tài)下調(diào)節(jié)參數(shù)配備，需要先轉(zhuǎn)換到停止?fàn)顟B(tài)，配備好后，重新轉(zhuǎn)換到啟動(dòng)狀態(tài)。此外，也可以在運(yùn)營程序之前，一方面完畢參數(shù)配備。2、程序框圖總體架構(gòu)本系統(tǒng)程序框圖如圖2所示。圖2系統(tǒng)程序框圖（1）構(gòu)造關(guān)系系統(tǒng)主體模塊是模仿電壓生成模塊和模仿電壓采集模塊（這兩個(gè)模塊將在背面詳細(xì)闡明），主體模塊程序由條件構(gòu)造觸發(fā)，觸發(fā)條件是“啟動(dòng)”按鈕按下。為了保證條件構(gòu)造循環(huán)掃描，在條件構(gòu)造之外使用while循環(huán)構(gòu)造。該循環(huán)跳出條件是，“停止”按鈕按下。同步，“退出系統(tǒng)”按鈕按下也可以終結(jié)本循環(huán)。由于“退出系統(tǒng)”屬性節(jié)點(diǎn)（值變化）與“停止”按鈕狀態(tài)做“或”運(yùn)算后成果賦給該循環(huán)終結(jié)條件。由于布爾輸入控件使用了屬性節(jié)點(diǎn)，其機(jī)械動(dòng)作只兼容前三種，按下后無法自動(dòng)跳回。這就規(guī)定系統(tǒng)在運(yùn)營上述循環(huán)程序之前，對(duì)這些布爾輸入控件恢復(fù)默認(rèn)值。此外，系統(tǒng)運(yùn)營狀態(tài)批示燈在主體程序運(yùn)營之前，也應(yīng)保持關(guān)閉顯示狀態(tài)。因此在這里引入順序構(gòu)造，在主體程序執(zhí)行之前，使用這些控件調(diào)用節(jié)點(diǎn)，將其所有恢復(fù)默認(rèn)值。為了在“退出系統(tǒng)”按鈕按下之前，“啟動(dòng)”、“停止”按鈕可以無限次實(shí)現(xiàn)啟停操作，在順序構(gòu)造之外，再次使用while循環(huán)，以“退出系統(tǒng)”按鈕作為終結(jié)條件。（2）主體模塊主體模塊由三某些構(gòu)成，分別是系統(tǒng)運(yùn)營狀態(tài)批示、模仿電壓生成和模仿電壓采集。后兩個(gè)某些在后文詳細(xì)闡明，這里僅對(duì)“系統(tǒng)運(yùn)營狀態(tài)批示”某些進(jìn)行闡明?！跋到y(tǒng)運(yùn)營狀態(tài)批示”在虛擬界面上顯示為一種批示燈兩種顏色變化：綠色表達(dá)“啟動(dòng)”，紅色表達(dá)“停止”。如圖3所示。（a）啟動(dòng)狀態(tài)（b）停止?fàn)顟B(tài)圖3運(yùn)營狀態(tài)批示控件在前面板中兩種顏色變化該某些程序框圖由條件循環(huán)中布爾顯示控件與順序構(gòu)造第一幀中調(diào)用節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。如圖4所示，當(dāng)“運(yùn)營”按鈕按下時(shí)，條件構(gòu)造“真”狀態(tài)下程序（主體程序）開始運(yùn)營，“系統(tǒng)運(yùn)營狀態(tài)”批示燈VI被賦真值，使界面中批示燈控件顯現(xiàn)綠色；當(dāng)“停止”按鈕按下時(shí)，包括上述條件構(gòu)造while循環(huán)停止運(yùn)營，本次順序執(zhí)行結(jié)束，然而，在最外層while循環(huán)持續(xù)執(zhí)行下，順序構(gòu)造再次運(yùn)營，第一幀中“系統(tǒng)運(yùn)營狀態(tài)”恢復(fù)默認(rèn)值調(diào)用節(jié)點(diǎn)將批示燈關(guān)閉。（a）條件構(gòu)造中賦真值布爾顯示控件（b）順序構(gòu)造第一幀中布爾顯示控件調(diào)用節(jié)點(diǎn)圖4運(yùn)營狀態(tài)批示程序框圖中詳細(xì)實(shí)現(xiàn)辦法二、主體程序設(shè)計(jì)闡明1、模仿電壓生成模仿電壓生成某些程序框圖如圖5所示。圖5模仿電壓生成某些程序框圖模仿電壓生成某些程序由DAQmx通道創(chuàng)立VI、DAQmx開始任務(wù)VI、DAQmx寫入VI、DAQmx清除任務(wù)VI和簡易錯(cuò)誤解決器VI構(gòu)成。DAQmx通道選取VI選取模仿電壓輸出模式。DAQmx寫入VI選取“模仿”、“單通道”、“單采樣”、“DBL”。對(duì)簡易錯(cuò)誤解決器VI創(chuàng)立“對(duì)話框類型”常量，在其下拉菜單中選取“OKmessage+warnings”。DAQmx寫入VI是這個(gè)某些核心，圖6所示，為該VI圖標(biāo)及其在模仿DBL1通道1采樣模式下接線端子。任務(wù)/通道輸入端與DAQmx開始任務(wù)VI任務(wù)輸出端相連。數(shù)據(jù)端送予數(shù)學(xué)運(yùn)算生成正弦波形。整個(gè)寫入過程放在一種while循環(huán)中，實(shí)現(xiàn)波形持續(xù)生成與向通道不斷寫入。該循環(huán)停止條件是，“停止”或“退出系統(tǒng)”按鈕按下，或者通道寫入出錯(cuò)，三種狀況其中之一發(fā)生。圖6DAQmx寫入（模仿DBL1通道1采樣）當(dāng)停止循環(huán)寫入之后，使用DAQmx清除任務(wù)VI清除通道中寫入數(shù)據(jù)。使用該VI，在清除之前，VI將停止該任務(wù)，并在必要狀況下釋放任務(wù)保存資源。如在寫入過程中出錯(cuò)，簡樸錯(cuò)誤解決器VI將以對(duì)話框形式顯示有錯(cuò)誤發(fā)生。由于設(shè)立對(duì)話框類型為OKmessagewithwarnings，則顯示具有警告和擬定按鈕對(duì)話框。確認(rèn)該對(duì)話框后，該VI將控制返回至主VI。2、模仿電壓采集模仿電壓采集某些程序框圖如圖7所示。圖7模仿電壓采集某些程序框圖模仿電壓采集某些程序由DAQmx通道創(chuàng)立VI、DAQmx開始任務(wù)VI、DAQmx讀取VI、DAQmx停止任務(wù)VI和簡易錯(cuò)誤解決器VI構(gòu)成。DAQmx通道選取VI選取模仿電壓輸入模式。DAQmx讀取VI選取“模仿”、“多通道”、“多采樣”、“1D波形”。對(duì)簡易錯(cuò)誤解決器VI創(chuàng)立“對(duì)話框類型”常量，在其下拉菜單中選取“OKmessage+warnings”。DAQmx讀取VI是這個(gè)某些核心，圖8所示，為該VI圖標(biāo)及其在模仿1D波形N通道N采樣模式下接線端子。任務(wù)/通道輸入端與DAQmx開始任務(wù)VI任務(wù)輸出端相連。在每通道采樣數(shù)端創(chuàng)立輸入控件，這樣，在前面板就可以配備其采樣數(shù)值。讀取數(shù)據(jù)由波形圖表顯示在前面板中，在數(shù)據(jù)端創(chuàng)立標(biāo)簽為“采集電壓波形”波形圖表。整個(gè)讀取過程放在一種while循環(huán)中，實(shí)現(xiàn)通道數(shù)據(jù)持續(xù)讀取。該循環(huán)停止條件是，“停止”或“退出系統(tǒng)”按鈕按下，或者通道讀取出錯(cuò)，三種狀況其中之一發(fā)生。圖8DAQmx讀?。７?D波形N通道N采樣）當(dāng)停止循環(huán)讀取之后，使用DAQmx停止任務(wù)VI終結(jié)任務(wù)，使其返回DAQmx開始任務(wù)VI尚未運(yùn)營。如在讀取過程中出錯(cuò)，簡樸錯(cuò)誤解決器VI將以對(duì)話框形式顯示有錯(cuò)誤發(fā)生。由于設(shè)立對(duì)話框類型為OKmessagewithwarnings，則顯示具有警告和擬定按鈕對(duì)話框。確認(rèn)該對(duì)話框后，該VI將控制返回至主VI。三、USB6009及MAX與LabVIEW配合使用基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集硬件、驅(qū)動(dòng)程序顧客接口和DAQVI構(gòu)成。硬件驅(qū)動(dòng)程序是應(yīng)用軟件對(duì)硬件編程接口，包括對(duì)硬件操作命令，并完畢與硬件之間數(shù)據(jù)傳遞；在Measurement&AutomationExplorer中，顧客可以對(duì)硬件進(jìn)行必要設(shè)立和測(cè)試。LabVIEW中數(shù)據(jù)采集VI按照Measurement&AutomationExplorer中設(shè)立采集數(shù)據(jù)。它們構(gòu)造關(guān)系如圖9所示。數(shù)據(jù)采集硬件數(shù)據(jù)采集硬件硬件驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序顧客接口Measurement&AutomationExplorerLabVIEW開發(fā)環(huán)境數(shù)據(jù)采集VI圖9基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)MAX創(chuàng)立任務(wù)在計(jì)算機(jī)上接入U(xiǎn)SB6009數(shù)據(jù)采集卡，打開MAX軟件，創(chuàng)立模仿電壓輸出任務(wù)，即模仿電壓生成任務(wù)，如圖10。(a)新建任務(wù)（b）選取通道圖10使用MAX創(chuàng)立模仿電壓輸出任務(wù)在MAX中創(chuàng)立任務(wù)后，要對(duì)任務(wù)進(jìn)行配備。設(shè)立最大伏值為5，最小伏值為0；接線端配備采用RSE模式（參照單端模式），即以系統(tǒng)地作為參照進(jìn)行測(cè)量；生成模式選用1采樣（按規(guī)定）。詳細(xì)配備如圖11所示。圖11USB6009模仿電壓輸出任務(wù)參數(shù)配備本次設(shè)計(jì)中，還需要?jiǎng)?chuàng)立模仿電壓輸入任務(wù)，即模仿電壓采集任務(wù)。其配備與輸出任務(wù)類似，這里不再驁述。USB6009數(shù)據(jù)采集卡硬件連線本設(shè)計(jì)選用數(shù)據(jù)采集硬件是NIUSB6009數(shù)據(jù)采集卡。使用USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連。使用導(dǎo)線將AI0于AO0連接起來。如圖12。圖12USB6009數(shù)據(jù)采集卡硬件接線3、LabVIEW通道選取由于數(shù)據(jù)采集卡硬件接線是將AI0與AO0相連，因此在MAX中選取任務(wù)物理通道時(shí)，要涉及ao0與ai0，而在LabVIEW前面板中生成及采集通道選取輸入控件下拉菜單中，分別選取USB-6009/ao0和USB-6009/ai0，這樣，才干將程序生成模仿電壓波形送給輸出通道ao0，而又通過輸入通道ai0將模仿電壓值采集回來，通過波形圖表在界面中顯示出來。這里對(duì)DAQmx通道創(chuàng)立VI進(jìn)行詳細(xì)闡明。圖13所示為DAQmx通道創(chuàng)立VI圖標(biāo)和及其在AI電壓或AO電壓模式下接線端子。圖13DAQmx創(chuàng)立通道（AI-電壓-基本）/（AO-電壓-基本）在讀取某些，在DAQmx創(chuàng)立通道VI“物理通道”端子創(chuàng)立輸入控件，在界面中對(duì)通道進(jìn)行選取，只有選取與實(shí)際硬件接線及MAX任務(wù)配備相一致通道，才干實(shí)現(xiàn)指定通道數(shù)據(jù)讀取。再寫入某些，該VI除了需要選取通道外，還需要進(jìn)行，電壓伏值上下限設(shè)立。因此分別在“最大值”、“最小值”端子創(chuàng)立數(shù)值輸入控件。四、總結(jié)1、設(shè)計(jì)收獲通過本次設(shè)計(jì)，初步掌握了應(yīng)用DAQmxVI進(jìn)行數(shù)據(jù)采集編程辦法，數(shù)據(jù)采集硬件接線注意事項(xiàng)以及MAX軟件任務(wù)創(chuàng)立與參數(shù)配備環(huán)節(jié)；相對(duì)進(jìn)一步理解了數(shù)據(jù)采集原理；切身體會(huì)了LabVIEW在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，和在虛擬儀器設(shè)