實時操作系統(tǒng)LabVIEWRT

ASIPP一種基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)

報告人：袁中權(quán)2011.7.5

ASIPP報告主要內(nèi)容1.引言2.LABVIEW編程語言和PXI技術(shù)3.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4.測試結(jié)果5.總結(jié)

1.1系統(tǒng)要求1.引言

ASIPP根據(jù)工程實際需要組建一套采集系統(tǒng)，其技指標(biāo)需求如下：(1)模擬信號采集通道8個(2)A／D采樣頻率100k以上；(3)A／D分辨率至少14Bit。

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1.2虛擬儀器虛擬儀器(VirtualInstrument)是20世紀80年代由美國國家儀器公司(nationalinstruments，簡稱NI公司)最早提出的概念。其基本思想是利用計算機來管理儀器，組織儀器系統(tǒng)，進而逐步代替儀器完成某些功能，最終達到取代傳統(tǒng)儀器的目的。虛擬儀器是綜合運用了計算機技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、標(biāo)準總線技術(shù)和軟件技術(shù)，代表了測量儀器與自動測試系統(tǒng)的發(fā)展方向。實現(xiàn)“軟件就是儀器”。ASIPP2LABVIEW編程語言和PXl技術(shù)2.1LABVIEW語言簡介LABVIEW(laboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench)是一種圖形化編程語言和開發(fā)環(huán)境，廣泛被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，被公認為是標(biāo)準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。使用這種語言編程時，基本上不需要編寫程序代碼，而是按照程序流程圖編程。LABVIEW盡可能利用工程技術(shù)人員所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念

ASIPP2.2PXl總線技術(shù)PXI是PCI在儀器領(lǐng)域的擴展(PCIextensionsforIntrumentation)。它將CompactPCI規(guī)范定義的PCI總線技術(shù)發(fā)展成適合于試驗、測量與數(shù)據(jù)采集場合應(yīng)用的機械、電氣和軟件規(guī)范，從而形成了新的虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)。制訂PXI規(guī)范的目的是為了將臺式PC的性價比優(yōu)勢與PCI總線面向儀器領(lǐng)域的必要擴展完美結(jié)合起來，形成高性價比的虛擬儀器測試平臺。

一個PXI硬件系統(tǒng)由幾項組件組成，包含了一個機箱、系統(tǒng)控制器以及數(shù)個外設(shè)模塊。

在本文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計中，由NIPXI1042Q機箱,NIPXI-8110RT控制器和NIPXI7842R構(gòu)成。

ASIPP3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3.1系統(tǒng)硬件8個插槽,支持CompactPCI和PXI模塊

,最大系統(tǒng)帶寬132MB/s1042Q7842R8路模擬輸入,200kHz獨立采樣率,16位分辨率,±10V，8路模擬輸出,1MHz獨立更新率,16位分辨率,±10V96條數(shù)字線,可配置為速率高達40MHz的輸入、輸出、計時器或自定義邏輯Virtex-5LX50FPGA,可通過LabVIEWFPGA模塊對其編程

8110RT實時操作系統(tǒng)LabVIEWRT，四核CPU，時鐘頻率2.26GHz，系統(tǒng)的最大吞吐量132MB/s插槽的最大吞吐量132MB/s標(biāo)準內(nèi)存2GB

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ASIPP3.2軟件設(shè)計編程語言Labview和NI公司的硬件產(chǎn)品配合使用很方便，能夠快速地構(gòu)建用戶應(yīng)用程序。程序開發(fā)步驟是：首先在個人PC機上設(shè)計符合功能的labview程序，然后經(jīng)編譯調(diào)試后，下載到PXI控制器和7842R多功能RIO模塊。3.2軟件設(shè)計在labview自帶的項目瀏覽器中，建立兩個最主要的程序vi，fpga.vi和host,vi，分別是運行在7842R多功能RIO模塊板卡上和系統(tǒng)控制器中。fpga.vi完成A/D采集和D/A輸出功能。而host.vi完成數(shù)據(jù)處理，存儲，顯示以及設(shè)置參數(shù)的功能（采樣率，采集時間，數(shù)據(jù)存儲位置）

ASIPP圖1fpga.vi的程序流程圖fpga.vi程序流程如圖1所示：程序有兩個相互獨立運行的while循環(huán)構(gòu)成，一個while用于采集數(shù)據(jù)，并調(diào)用了IN_FIFO暫存數(shù)據(jù)，另一個while用于輸出數(shù)據(jù)，調(diào)用了OUT_FIFO讀出數(shù)據(jù)。間隔時間是采樣率的倒數(shù)，表示相鄰2次while循環(huán)的間隔。輸出時間=采集時間。

ASIPP圖2host.vi的流程圖host.vi的程序也是由一個while循環(huán)構(gòu)成的，值得注意的是，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)存儲是采用了流水線程序結(jié)構(gòu)，加快程序的運行速度。

ASIPP4測試結(jié)果用信號發(fā)生器為采集系統(tǒng)的通道0（通道0到通道7可以任選，這里選用了通道0）提供10Hz，p-p值2V的正弦波，驗證采集系統(tǒng)的功能。示波器的CH1接信號發(fā)生器的原始信號，CH2接采集系統(tǒng)的輸出端。圖3中，可以看到采集輸出端的波形和信號發(fā)生器的信號波形基本一致。這就說明采集的基本功能已經(jīng)實現(xiàn)。圖4是labview程序前面板的波形顯示，這也是labview的一個優(yōu)點，可以在電腦上方便的查看波形，有良好的界面。

ASIPP圖3波形在示波器顯示圖4波形在前面板顯示

ASIPP圖5采集波形處理圖5用于測算整個采集系統(tǒng)的延時，由圖中可以看出延時是在幾十毫秒級。另外，從圖5可以看出采集的輸出波形的幅值是原始信號波形的2倍，這是因為增加了波形處理，在幅值增大倍數(shù)里設(shè)置了參數(shù)2倍。文件存儲的路徑也是可以設(shè)置的（在圖4里的保存文件路徑里），以方便以后再查看采集數(shù)據(jù)。

ASIPP5總結(jié)和擴展本文采用PXI的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，體現(xiàn)了虛擬儀器的特點，能夠?qū)π盘栠M行存儲，處理和現(xiàn)實，在系統(tǒng)穩(wěn)定性，抗干擾，以及實時性都有長足的優(yōu)點。此外，Labview自帶的強大的處理模塊可以對采集進來的信號進一步處理（如進行積分處理，這樣也就實現(xiàn)數(shù)字積分器），以實現(xiàn)更復(fù)雜的某些運算功能。

ASIPP參考文獻【1】侯國屏．Labview71編程和虛擬儀器設(shè)計．北京：清華大學(xué)出版社．2005．【2】楊樂平．虛擬