1仪器的工作原理及系统构成-高速数据采集卡

1 仪器的工作原理及系统构成

虚拟示波器是由信号调理器，PCI总线的数据采集卡组成的外部采集系统加上软件构成的分析处理系统组成。被测信号送到信号调理电路，进行隔离、放大、滤波整流后送数据采集卡进行A/D转换，最后由控制软件对测试信号进行数据处理，完成波形显示，参数测量、频谱分析等功能。系统结构如图1显示

图1 系统结构图

2 系统的设计及功能实现

2.1硬件部分

硬件部分主要包括传感器、信号调理电路及数据采集卡。

理电路针对不同的测试对象有不同的选择和设计。数据采集是硬件部分的核心,

它的性能直接影响数据采集的速度和精度。另外,LabVIEW可对NI公司的数据

采集卡进行驱动和配置，可充分利用采集卡的性能。基于此，我选择的数据采集

卡是NI公司生产的。下面主要介绍数据采集卡的性能和安装配置。

2.1.1 PCI—6010数据采集卡的简介

PCI—6010采集卡是基于32位PCI总线的多通道的数据采集设备，具有数

字输入/输出、模拟输入/输出和计数器等功能。它通过SH37F—37M电缆与CB

—37F—LF 输入输出接口面板连接，该接口面板具有37个螺旋状的接口终端。

同时此数据采集卡具有3个完全独立的DMA控制（模拟输入、定时/计数器0、

定时/计数器1）。本卡还具有刻度校准电路系统。由于运行时，时间和温度漂移

会引起一定的模拟输入、输出误差，为了使此误差最小，可以调整设备的校准刻

度。而它的出厂校准信息存储在EEPROM中，不能修改。而修改此信息必须通

过软件来实现。

该数据采集卡具有8个差动模拟输入通道（即16个对地单信号模拟输入通道），电压范围为±5V, ±1V,±0.2V；2个模拟输出通道，电压范围为±5V。同时它还具有6个数字输入通道，4个数字输出通道。数字输入的VIH(Input high voltag

e)的最小值是2.0 V, 最大值是5.25 V，VIL（Input low voltage）的最大值是0.

8 V, 最小值是–0.3 V；数字输出的IOH（Output high current）的最大值是–6 mA ，IOL (Output low current) 的最大值是2 mA。信号通道的最大采样速率是200 kS/s (single channel) ，扫描时最大采样速率是33.3 kS/s (scanning)。

2.1.2 PCI—6010数据采集卡的安装

将NI PCI—6010数据采集卡插到计算机主板的一个插槽中，接好附件。附件包括一个型号为CB—37F—LF的转接板，和一条SH37F—37M电缆。转接板直接与外部信号连接。在完成了NI PCI—6010数据采集卡的硬件连接后，就需要

安装该卡的驱动程序。安装步骤如下：

（1）运行程序→National Instrument DAQ→NI-DAQ Setup。在出现对话框中

单击NEXT按钮。

（2）在出现的Seletct DAQ Devices对话框中选中NI PCI—6010，单击NEXT

按钮。

（3）在后续出现的全部对话框中单击NEXT按钮，即可完成NI PCI—6010数

据采集卡的安装。

（4）重新启动计算机。完成数据采集卡的安装。

2.1.3 PCI—6010数据采集卡的配置

在安装好数据采集卡后就要对其进行系统配置。点击图标Measurement & Automation Explorer,在弹出的Devices and Interface 中进行I/O配置。

(1) 这支采集卡在系统的设备的编号：将参数Device值设为1；

(2) 设置模拟输入AI的属性：将Polarity 值设为-5V~+5V,将Mode属性设

置为Differentioal(差动)；

(3) 设置模拟输出AO的属性：在AO窗口中，将属性设为Bipolar(双极性)。

在完成上述设定之后，单击“确定”按钮。在Systerm窗口中有“Test Resources”按钮，可检验设备是否正确配置。通过后再进行简单的通道配置，即可完成数据采集卡的全部设置。

2.2 软件部分

LabVIEW（laboratory virtual instrument engineering workbench——实验室虚拟仪器工程平台）是美国国家仪器公司（NI公司）推出的一种基于“图形”方式的集成化程序开发环境，是目前国际上唯一的编译型图形化编程语言。它是NI公司开发的面向仪器与测控过程的图形化开发平台，它的概念，是直观的前面板与流程图式的编程方法的结合。本设计中采用LabVIEW7.1。

概括地讲，系统软件总体上包括数据采集、波形显示、参数测量等三大模块，

其流程如图2所示：

图2 软件流程图

2.2.1 数据采集模块的设计

数据采集模块式虚拟示波器软件的核心，主要完成数据采集的控制，数据的读取及数据的转换。数据采集卡通过多路开关、A/D 转换新片和数据缓存的几个部件将多通道的模拟信号转换成数字信号并贮存在其缓存中，而计算机通过LabVIEW中的数据采集VI对数据采集卡中的几个部件的运作进行控制，数据采集卡和计算机之间通过计算机总线含通信，交换数据和控制信息。

一个多通道波形数据采集的过程一般包括以下几个步骤：

(1) 数据采集卡有关的采样参数（采集频率、采集次数、采集通道、数据缓

存的大小）

(2) 采样开始，多路开关对采样通道进行一次扫描，每个通道采样一个点。

（3）A/D 转换。

（4）数字信号存到数据缓存。

（5）重复（2）~（4），直到采集到了所需的采样次数，全部数据顺序存储

到缓存中。

（6）从数据采集卡的缓存中读取数据到计算机的内存中。

其程序代码如图3

：

图3 数据采集部件

2.2.2 波形显示模块

波形显示模块主要包括幅值调整、位移调整和精度调整。波形显示主要用Waveform chart 控件。通过幅值、位移及精度的调整，可方便的放大或延展波

形，便于观察。其代码

如图4：