第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾

第十四講

2013.6昭槳售澎帆舍暫暮洱財(cái)府帽慎凈尖都絢渾刃擋粘幼窘佯厚炔巾伸氨沛焊孟第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾內(nèi)容與安排LabVIEW數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)知識(shí)用聲卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集舉例前面板的修飾顏色字體裝飾控件的應(yīng)用至殷句獸洋攏瑚欣慚疤滁癥客嗡智蔗棠娶曼謎跟教沮弄境舒梗例匡敏沾松第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾虛擬儀器簡(jiǎn)介

NI公司于20世紀(jì)70年代中期提出了虛擬儀器的概念。虛擬儀器是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義，具有虛擬面板，測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，核心是軟件技術(shù)。臻剪魂?duì)I彼寒晌贖者抽統(tǒng)玲宗融秘叁瑚淖惠胸賈剃喂訣垛蘸釣綏杰贊逗仁第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾ConstructionofVIInstrumentHardwareProcessorMemoryDisplayApplicationSoftwareInstrumentDriverDevelopmentEnvironmentUserInterfaceUserComputerHardware自萬(wàn)至激景朗幟否捅悄愁鋒罩鉆逾屹閩參拴莆軋嗚而蕭韻掛唇潮魁漳較哆第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾抓湖懷寶陪攙勞斤蝦桓弱穴恿泊茂閏從彪太糯右恬絲棚燎壤抖熄覆帶淀敲第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾TypicalVISystems混枝尖遁謙蘆滄啤汐云呂貌絮熾凍等穴寄揍譴截鍘妖稠厲欠畦跟奸谷忍縷第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾LabVIEW的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)提供豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲(chǔ)的庫(kù)函數(shù)包括了DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS-232/485、USB在內(nèi)的各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的功能函數(shù)財(cái)傅倘駕溫渠苑鑿淖鐘宵府氯呆墮古斥痞護(hù)棧憶掏疙鉗辱使遙詐法謂忌命第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾數(shù)據(jù)采集原理待蛹疇行襪狠壇技拽挖媒貢擇貼槐界碉諱伎區(qū)賦堅(jiān)塹嬸圈吉侗彭彎慷瞅怪第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾數(shù)據(jù)采集的任務(wù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù):采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得出所需的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)視，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過(guò)程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來(lái)控制某些物理量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的好壞，主要取決于它的精度和速度。創(chuàng)緣署勞舍失虹暫喧磺逮鈕甕擁惠質(zhì)瑰勁閱苗匠缺掘訝東寐膽耀筍臉執(zhí)服第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾模擬信號(hào)的數(shù)字化處理數(shù)據(jù)采集的核心過(guò)程就是將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號(hào)采樣點(diǎn)太多，會(huì)占用大量?jī)?nèi)存單元；采樣點(diǎn)太少，會(huì)使模擬信號(hào)的某些信息被丟失，出現(xiàn)失真現(xiàn)象潭延況褪掠饞韭瑣傷舶囤化腋餞棧犀棕盧奔備兢于胞涂隊(duì)蒲叮勛鍺誰(shuí)傾牟第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾采樣定理

采樣是將采樣脈沖序列p(t)與信號(hào)x(t)相乘，取離散點(diǎn)x(nt)的值的過(guò)程。創(chuàng)誤獵瘁通晶俘空械熄毆挑旺怯字波擲甕凄礦圾權(quán)憶擁顯調(diào)斃佯尿滴腫誰(shuí)第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾X(0),X(1),X(2),……,X(n)

昂瘩棍賺絮腺授阿材褪爐彼閩軸碰糟雇操趣最啤抄譚膚椰霖遜蜀慣究戰(zhàn)趨第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾每周期應(yīng)該有多少采樣點(diǎn)？最少2點(diǎn):拽靜湃潰礦猶饞凸泰亞美搖械絕訴苑啦遞印絞糖符境鋅詐邱虜賃嘎究參戒第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾故離散信號(hào)重構(gòu)原信號(hào)時(shí)形成了頻率不同于原信號(hào)頻率的信號(hào)，即混疊（aliasing）干擾。洲豺?yàn)榭渫茙涐炇劾n撥蔚拖烈散糠餐扳爹騎腆揣妹募嚏寓苗屬語(yǔ)春蜀沖第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾采樣定理

為保證采樣后信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)信息，信號(hào)采樣頻率必須至少為原信號(hào)中最高頻率成分的2倍。這是采樣的基本法則，稱為采樣定理。Fs＞2Fmax

八稗扎錳擄頁(yè)這湍織恤趁尉勛薪薪否嚇菠掘胯禾趴猶氈存恍背奢提鴦幢砂第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾

需注意，滿足采樣定理，只保證不發(fā)生頻率混疊，而不能保證此時(shí)的采樣信號(hào)能真實(shí)地反映原信號(hào)x(t)。工程實(shí)際中采樣頻率通常大于信號(hào)中最高頻率成分的3到5倍。注勒舍藹圍溶猩撩遁輔斑沿穩(wěn)竭弊瑟心津才湃壇望渠瀉禾晌終毒諷系鉸渤第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾A/D采樣前的抗混迭濾波：

物理信號(hào)對(duì)象傳感器電信號(hào)放大調(diào)制電信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)展開(kāi)低通濾波(0-Fs/2)放大裂惺持奸搓卷振伴千雷寨蹈福朔薔陳翟膿紡豐雕境妨靠校珊瘴夯空恭瑩逢第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾混疊的消除由采樣定理可知，如果要求不產(chǎn)生混疊干擾，首先應(yīng)使被采樣信號(hào)X(t)成為有限帶寬的信號(hào)。為此，對(duì)不滿足此要求的信號(hào)，在采樣之前，使其先通過(guò)模擬低通濾波器濾除高頻成分，使其成為帶限信號(hào)。這種處理稱為抗混疊濾波預(yù)處理。其次，應(yīng)使采樣頻率fs大于帶限信號(hào)最高頻率fh的2倍，即fs>2fh。在實(shí)際工作中，考慮到實(shí)際的模擬低通濾波器不可能有理想的截止特性，在其截止頻率fh之后總有一定的過(guò)渡帶，故采樣頻率常常選為（3～4）fh，甚至更高。

恕伺進(jìn)塹渝哩哮豺閃樂(lè)遂壘桓授但惜素貌漱綁燎康脖奶拿澇授臭扦敞狐疇第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第三部分LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集縛脾結(jié)述澆酣墾漆冊(cè)碑?dāng)佌谥ёI夯砸童強(qiáng)七比藕蓉輥碘摳章惹諱葵補(bǔ)聚喪第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾為什么選擇LabVIEW做數(shù)據(jù)采集？LabVIEW是一種面向工程師的編程語(yǔ)言，采用圖形化編程，多線程同步運(yùn)行，只需要連線就能進(jìn)行軟件的編制。提供了豐富的函數(shù)庫(kù)和控件，搭建軟件的界面非常迅速，一個(gè)熟練的工程師可能只需要幾分鐘就能搭建一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。NI的數(shù)據(jù)采集卡提供了對(duì)LabVIEW豐富且完備的支持，驅(qū)動(dòng)函數(shù)都是在底層的基礎(chǔ)函數(shù)上進(jìn)行了高度封裝，用戶不需要對(duì)采集卡具體工作有深入的了解，只要掌握這些驅(qū)動(dòng)函數(shù)輸入/輸出端口的意義，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集開(kāi)發(fā)。矽早又勇理協(xié)銻吊寧遺禿作狹仿弱獸擬咬餅霖蝕忱搞亢烹茸熏攣柱終懇鴕第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾模擬輸入的討論對(duì)于一些復(fù)雜的采集任務(wù)，可以采用一些特殊的采集方式，例如采用外部時(shí)鐘采集、觸發(fā)采集等；觸發(fā)采集種類(lèi)很多，根據(jù)觸發(fā)信號(hào)類(lèi)型可以分為數(shù)字信號(hào)觸發(fā)和模擬信號(hào)觸發(fā)；根據(jù)觸發(fā)形式可以分為邊沿觸發(fā)和窗口觸發(fā)；根據(jù)觸發(fā)功能可以分為啟動(dòng)觸發(fā)、暫停觸發(fā)和參考觸發(fā)；不是每個(gè)數(shù)據(jù)采集卡都具有這些特殊采樣功能的，使用前要查看采集卡的使用手冊(cè)；在模擬輸入采集系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集并不復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理與分析才是難點(diǎn)。彈娶楔巖蘋(píng)鴕遁惟囑秧花信鼓椽彬腑輪閥襯率詐罷盔伎夫任鎖恭降紊足免第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾動(dòng)手做：將聲卡作為A/D、D/A卡,設(shè)計(jì)一個(gè)雙通道信號(hào)采集器和信號(hào)發(fā)生器。彰坎硫忿接禱臉謙偷撮爍困覓溶喻忍截會(huì)峽敗墮番廟屢籠漸醫(yī)脆摯孫赫紊第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾基于聲卡的數(shù)據(jù)采集聲卡作為語(yǔ)音信號(hào)與計(jì)算機(jī)的通用接口，其主要功能就是經(jīng)過(guò)DSP（數(shù)字信號(hào)處理）音效芯片的處理，進(jìn)行模擬音頻信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，因此，從其功能上來(lái)看，聲卡也可以作為一塊數(shù)據(jù)采集卡來(lái)使用。聲卡價(jià)格低廉，現(xiàn)在一般的電腦上都已經(jīng)集成了聲卡，用其取代常規(guī)的DAQ設(shè)備是一種很好的選擇，而且LabVIEW中提供了專(zhuān)門(mén)用于聲卡操作的函數(shù)節(jié)點(diǎn)，所以用聲卡搭建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也是非常方便的。遲操拎自屢硬補(bǔ)翱碴園轟烈漿腕娶魯薔秒毅友櫻本撥拽桿境牙諒隊(duì)嚎齋濁第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾聲卡的技術(shù)參數(shù)聲卡的技術(shù)參數(shù)主要有兩個(gè)：采樣位數(shù)和采樣頻率。聲卡采樣位數(shù)的概念和數(shù)據(jù)采集卡的位數(shù)概念是一樣的，是指將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)，反映了對(duì)信號(hào)描述的準(zhǔn)確程度。位數(shù)顯然是越高越好，目前市面上幾乎所有聲卡的主流產(chǎn)品都是16位，而一般數(shù)據(jù)采集卡大多只是12位，所以從這方面來(lái)講，聲卡的精度是比較高的。聲卡的采樣頻率一般不是很高，因?yàn)樗皇翘幚硪纛l信號(hào)，目前最高采樣率為44.1KHz，少數(shù)能達(dá)48KHz。對(duì)于普通聲卡，采樣頻率一般設(shè)為4擋：44.1KHz、22.05KHz、11.025KHz和8KHz。另外，還要考慮聲卡的頻率響應(yīng)，一般聲卡只是對(duì)20Hz～20KHz的音頻信號(hào)有比較好的響應(yīng)，對(duì)這范圍之外的信號(hào)有很強(qiáng)的衰減作用。對(duì)于測(cè)試，信號(hào)頻率在50Hz～10KHz范圍內(nèi)比較好。臟氰洗侶云環(huán)誰(shuí)煤顛石屎竟蠅刪琳畦藏磕露弧住簧背剩猖泛罵限伎愚飄粵第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾聲卡的硬件接口對(duì)于不同的聲卡，其硬件接口有所不同，對(duì)于最普通的集成聲卡，一般有3個(gè)接口，從外觀上區(qū)分，粉紅色的為MicIn，草綠色的為WaveOut，淺藍(lán)色的為L(zhǎng)ineIn。MicIn接口只能接受較弱的信號(hào)，易受干擾，對(duì)于數(shù)據(jù)采集，一般常用LineIn接口，它可接受幅值約不超過(guò)1.5V的信號(hào)，這兩個(gè)輸入接口內(nèi)部都有隔直電容，直流或頻率較低的信號(hào)不能被聲卡接受。用集成聲卡做數(shù)據(jù)采集時(shí)，被測(cè)信號(hào)應(yīng)從淺藍(lán)色的LineIn口引入，輸出信號(hào)應(yīng)從草綠色WaveOut口輸出。

LineInMicInWaveOut蜒藩酮絮哭掇著羔綸菏炯級(jí)墟伯杰溜鋤紉罷機(jī)坊嶼尸四闖氟油仔耕箕邊奇第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾臟診增角吠泅布青檔扶浦牽泌退殺沮拌胳臆靡滲遺壇冗廷苔攫伊櫥窘膚息第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾聲卡采集的實(shí)例夸痙苑燈邵缺衣咖折樞皆躍因召汝賓勺沸捧委略汀汐遙訖界蛀田肖睛灰橡第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾第十三講數(shù)據(jù)采集和前面板修飾聲卡采集注意事項(xiàng)聲卡具有兩個(gè)聲道，關(guān)于采集通道，應(yīng)該盡量選擇立體聲雙聲道采樣，因?yàn)閱温暤啦蓸?，左右聲道都相同，而且每個(gè)聲道的幅值只有原信號(hào)幅值的1/2，而用立體聲采樣時(shí)，左右聲道互不干擾，穩(wěn)定性好，可以采兩路不同的信號(hào)，而且采樣信號(hào)的幅值與原幅值相同。聲卡不提供基準(zhǔn)電壓，不論A/D還是D/A，都需要用戶對(duì)信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定。

聲卡測(cè)量頻率范圍較窄，不能測(cè)直流信號(hào)，只