LABVIEW编程基础第8章数据采集

信号
直流信号
0.85s
电平
t
模拟信号 时域信号
形状
t
数字信号
频域信号
开
开关信号
脉冲信号 1 0
f 频率 状态
关t
t 速率
.
5
8.1.3 信号接地与测量
1．信号源的基准配置
信号源有两种类型：基准的和非基准的。基准信号源通常称为接地信号，而非 基准信号源则称为未接地信号或浮动信号。
接地信号源
Us
Us 未接地信号源
.
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在MAX中配置任务方法
I. 在MAX界面接口和设备右侧窗口上面的“创建任务…”快捷菜单选项来实现，单 击该菜单选项，弹出“新建NI-DAQmx任务…”对话框。
II. 选择“模拟输入”»“电压”， 对话框将切换为“物理通道”选 择界面，在界面上选择一个信号 输入的物理通道，如“ai0”，表 明要采集从ai0输入的模拟信号， 选定后单击“下一步”进入任务 名定义界面，在界面中对应文本 输入框中输入要指定的任务名称 ，如默认“我的电压任务”，单 击“完成”则完成一个模拟输入 电压测量任务的创建。
（1）提供了DAQ助手，无需编程就可进行测量任务，并能生成对应的NI-DAQmx代码 ，易于学习；
（2）采集速度更快； （3）提供的仿真设备无需连接实际的硬件就可进行应用程序的测试和修改； （4）API更为简洁直观； （5）支持更多的LabVIEW功能，可使用属性节点和波形数据类型。 （6）对LabVIEW Real-Time模块提供更多支持且速度更快。
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V. 任务配置其他方法
① 通过“DAQ助手”创建和配置任务。 ② 在应用编程中创建及配置任务，如通过前面板控件对象“DAQmx任务名”和
程序框图常量“DAQmx任务名”的右键快捷菜单“新建NI-DAQmx任务 ”»“MAX…”选项，也可以创建并在MAX中保存NI-DAQmx任务。
4．其他配置操作
VI名称
VI 说 明
DAQmx创建虚拟 通道
创建一个或多个虚拟通道，并将其添加至任务。
DAQmx读取
读取用户指定的任务或虚拟通道中的采样，可以返回DBL或波形格 式的数据。
DAQmx写入
在用户指定的任务或虚拟通道中写入数据，可以写入DBL或波形格 式的数据。
DAQmx结束前等 等待测量或生成操作完成。该VI用于在任务结束前确保完成指定操
自然界中的物理量大多是在时间、幅值上连续变化的模拟量，而信息处理多是以 数字信号的形式由计算机来完成。所以将模拟信号变为数字信号是实现信息处理的必 要过程，该过程的第一步就是对模拟信号进行采样。对模拟信号采样的基本原则是奈 奎斯特采样定理：
若连续信号x(t)是有限带宽的，其频谱的
最高频率为fc，对x(t)采样时，若保证采样频 充分采样
DAQ助手
使用图形界面创建、编辑、运行任务。
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LabVIEW中的多态VI概念
多态VI是LabVIEW中VI的一种组织方式，多态性是指VI的输入、输出端子可 以接受不同类型的数据。多态VI实际上是具有相同连接器形式的多个VI的集合， 包含在其中的每个VI都称为该多态VI的一个实例。这种VI组织方式将多个功能相 似的功能模块放在一起，方便用户的学习和使用。在多态VI中可以通过“多态选择 器”，可以选择具体使用多态VI的哪个实例。
一个典型的数据采集系统，包括传感器、信号调理、数据采集卡、PC机和软件。
数据采集卡
传感器 软件
信号调理
PC机
➢ 传感器：感应被测对象的状态变化，并将其转化成可测量的电信号。
➢ 信号调理：联系传感器与数据采集设备的桥梁，主要包括放大、、滤波、隔离、 激励、线性化等。
➢ 数据采集卡：实现数据采集功能的计算机扩展卡。一个典型的数据采集卡的功能 有模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器/计时器等。通常来说数据采集卡都有 自己的驱动程序。
数据采集卡附件 将PCI-6251数据采集卡插到计算机主板上的一个空闲PCI插槽中，接好附件并完 成驱动程序NI-DAQ或NI-DAQmx的安装（最新版的NI-DAQmx可从NI网站上下载， 本书采用的为NI-DAQmx 9.0）即完成安装工作。
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8.2.2 数据采集卡的测试及配置
在安装NI-DAQ或LabVIEW软件时，系统会自动安装Measurement & Automation Explorer的软件，简称MAX，该软件用于管理和配置硬件设备。运行MAX，在弹出的 窗口左侧“配置”管理树中展开“我的系统”»“设备和接口”，如果前面数据采集卡 的安装无误，则在“设备和接口”节点下将出现“NI PCI-6521”的节点。
选中“NI PCI-6521”节点 ，窗口右侧将列出数据采集卡 的一些属性，如序列号、内存 范围等属性信息，同时通过该 节点右键菜单或右侧窗口上部 的快捷菜单按钮还可以进行数 据采集卡的自检、测试、重启 设备、创建任务、配置TEDS、 设备引脚定义浏览、自校准等 操作。
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1．采集卡的自检及重启
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目录
CONTENTS
数据采集基础 DAQ设备的安装与测试
NI-DAQmx简介
DAQmx数据采集应用编程实例
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8.3 NI-DAQmx简介
8.3.1 传统的NI-DAQ与NI-DAQmx
NI-DAQ驱动软件是一个用途广泛的库，该软件提供了多种函数及VI，可从 LabVIEW中直接调用，从而实现对测量设备的编程。
通过单击“自检”可以执行设备自检操作，通过单击“重启设备”则可以实现设 备的重启从而将设备重置为默认状态。自检及重启设备通过将弹出“成功”提示对话 框。 2．采集卡测试
利用“测试面板…”快捷菜单按钮打开测试 面板窗口，在该窗口中可以对采集卡进行测试从 而检验设备是否运行正常，在该窗口中，可以对 采集卡的模拟输入、模拟输出、数字I/O和计数 器I/O进行测试，
DAQmx创建虚拟通道多态VI的多态实例选 择
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8.3.4 DAQ助手的使用
DAQ助手是一个向导式的Express VI，它拥有一个交互式的图形界面，根据提 供的向导就能一步一步配置任务、通道、信号自定义换算等，并且能自动生成 LabVIEW代码而无需编程。
CH0+ CH1+ CH2+
. . .
CH7+
CH0CH1CH2-
. . .
CH7-
AIGND
MUX MUX
仪器放大器
+
-
+
Um
-
.
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（2）参考地单端测量系统
MUX
CH0
(RSE)
CH1
一个RSE测量系统，也叫做接地测量
CH2
.
系统，被测信号一端接模拟输入通道，另
. .
一端接系统地AIGND。
CH15
（2）虚拟通道
虚拟通道是一个由名称、物理通道、I/O端口连接方式、测量或产生信号类型以及 标定信息等组成的设置集合。在NI-DAQmx中，每个测量任务都必须配置虚拟通道，虚 拟通道被整合到每一次具体的测量中。
（3）任务
任务是带有定时、触发或其他属性的一个或多个虚拟通道的集合，是NI-DAQmx 中一个重要的概念。一个任务表示用户想做的一次测量或一次信号发生。用户可以设 置和保存一个任务里的所有配置信息，并在应用程序中使用这个任务。在NI-DAQmx 中，用户可以将虚拟通道作为任务的一部分（此时虚拟通道为局部通道）或独立于任 务（此时虚拟通道为全局通道）来配置。
待
作。
DAQmx定时 配置要获取或生成的采样数，并创建所需的缓冲区。
DAQmx触发 配置任务的触发类型。
DAQmx开始任务 使任务处于运行状态，开始测量或生成。
DAQmx停止任务 停止任务。
DAQmx清除任务
在清除之前，VI将停止该任务，并在必要情况下释放任务保留的资 源。清除任务后，将无法使用任务的资源。必须重新创建任务。
.
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III. 在MAX主窗口左侧配置树的“数据邻居” 中选定创建好的任务节点，在右侧窗口 中合理配置各种参数后，单击“运行”按钮，则输入信号采集结果显示在窗口右 侧上部的图表中。在窗口的下侧单击“连线图”选项页，将弹出信号输入连线方 式。
IV. 利用“保存”按钮可以对任务进行保存，保存后可以在其它应用程序中使用。
传统NI-DAQ(Legacy)是NI-DAQ 6.9x的升级版，其VI、函数和工作方式都和NIDAQ 6.9x相同。传统NI-DAQ(Legacy)可以和NI-DAQmx在同一台计算机上使用，但不 能在Windows Vista上使用传统NI-DAQ(Legacy)。
NI-DAQmx是最新的NI-DAQ驱动程序，带有控制测量设备所需的最新VI、函数 和开发工具。与早版本的NI-DAQ相比，NI-DAQmx的优点在于：
➢ 软件：使PC机和数据采集卡形成了一个完整的数据采集、分析和显示系统。
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目录
CONTENTS
数据采集基础
DAQ设备的安装与测试
NI-DAQmx简介 DAQmx数据采集应用编程实例
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8.2 DAQ设备的安装与测试
8.2.1 数据采集卡的安装
NI PCI-6251是一款高速M系列多功 能DAQ板卡。提供16路单端/8路差分模 拟输入通道，分辨率为16bit，单通道数 据采样速率为1.25MS/s，多通道为 1MS/s；提供2路16位模拟输出，刷新率 为2.8MS/s；提供24条数字I/O线和2个32 位计数器。共有68个接线端子。
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2．测量系统
根据信号接入方式的不同，测量系统可以分为差分测量系统（DEF）、参考地 单端测量系统（RSE）、无参考地单端测量系统（NRSE）3种类型。
（1）差分测量系统
在差分测量系统中，信号两个输入端分别连接数据采集设备的两个模拟通道输 入端。具有仪器放大器的数据采集卡设备可配置成差分测量系统。
接地信号源的电压信号以系统的地线作为参考点，如大地或建筑物。通过电源插 座插入建筑物的设备，如信号发生器和供电设备，都是接地信号源最常见的实例。
未接地信号源的信号（如电压）没有相应的诸如大地或建筑物这样的绝对参考点 。一些常见的未接地信号的实例包括电池组、电池供电源、热电偶、变压器、隔离放 大器和那些输出信号明显不接地的各种仪器。
通过MAX还可以实现配置TEDS、设备引脚定义浏览、自校准等操作。 单击“配置TEDS…”菜单按钮打开配置TEDS窗口，实现在NI-DAQmx设备上 添加或删除TEDS兼容的传感器的功能。 单击“设备引脚”菜单按钮打开数据采集卡（NI PCI-6251）端口说明文档，从 文档中可以得到数据采集卡的端口定义。 单击“自校准”菜单按钮可以实现设备的自校准操作。
右图给出了模拟输入测试的情况，测试输入 信号采用差分方式从端口68、34输入，频率10Hz ，幅度峰-峰值为1V的正弦信号，从测试面板显 示信息表明该设备工作正常。
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几个有关采集的基本概念
3．采集卡的任务配置
（1）物理通道
物理通道是采集和产生信号的接线端或管脚。支持NI-DAQmx的设备上的每个物 理通道具有唯一的名称。
率fs≥2 fc ，那么即可由采样后的数字信号
x(nTs)恢复出x(t) 。如果采样频率fs<2fc ，则
信号采样点
伪信号
通过采样后的数字信号无法还原原来的信号 欠采样
，称为欠采样。一般情况下，在采样时， fs
至少为fc的2.5倍，工程上，一般为6-8倍。
.
4
8.1.2 输入信号类型
根据信号运载信息的方式不同，可将信号分为模拟信号和数字信号。模拟信号有 直流、时域、频域信号，而数字（二进制）信号分为开关信号和脉冲信号两种。
AIGND

（3）无参考地单端测量系统
MUX
(NR在SEN)RSE测量系统中，信号的一端接
CH0+ CH1+
CH2+
模拟输入通道，另一端接一个公用参考端
. .
，但这个参考端电压相对于测量系统的地
.
CH15+
来说是不断变化的。
AISENSE
.
仪器放大器
+
-
+
Um
-
仪器放大器
+
-
+
Um
-
AIGND
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8.1.4 数据采集系统构成
第8章 数据采集
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目录
CONTENTS
数据采集基础 DAQ设备的安装与测试 NI-DAQmx简介 DAQmx数据采集应用编程实例
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目录
CONTENTS
数据采集基础
DAQ设备的安装与测试 NI-DAQmx简介 DAQmx数据采集应用编程实例
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8.1 数据采集基础
8.1.1 奈奎斯特采样定理
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8.3.2 NI-DAQmx数据采集控件
8.3.3 NI-DAQmx 数据采集VI
主要提供通过前面板对 DAQmx任务名、DAQmx全 局通道、DAQmx物理通道、 DAQmx接线端、DAQmx换 算名、DAQmx设备名、 DAQmx开关等的输入功能。
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NI-DAQmx重要VI列表及功能说 明