labview2014数据采集 (上)第6讲

② 完全使用DAQmx函数建立任务，实现数据采集 和发生
DAQ助手与DAQmx VI DAQ助手的优点：
① DAQ助手不需要编程，采用交互的方式设置通 道，定时，触发，等等 ② 使用DAQ助手可以缩短开发时间，如在几分钟 内建立一个完整程序
DAQmx VI（API）的优点：
a) DAQmx VI包含DAQ助手所没有的高级功能 b) 提供更大的灵活性，允许开发者定制程序以满 足所需功能 c) 使用DAQmx VI可以更好地控制程序性能
局部变量：打破输入和输出显示控件的读写限制 全局变量：在VI文件之间共享数据 注意并行运行程序段（读写同一数据）间的竞态条件
4. 属性节点，通过编程动态读取/设置前面板控件属性
本讲内容 1. 2. 3. 4. 5. 数据采集基本概念 MAX的使用 DAQ助手 数据采集程序示例（基于DAQ助手） 仿真DAQ设备
发生（Generation）
数据采集示例1——单点采集
打开开关
调节为1.5~10 V 中的一个值
数据采集示例1——单点采集
a)
b)
函数选板，测量I/O->DAQmx-数据采集子选板，添加 “DAQ 助手” Express VI，在对话框里，选择“采集信 号”->―模拟输入”->―电压”；选择模入物理通道ai0， “信号输入范围”设置为0~10V， “采集模式” 选择“1 采样 (按要求)‖（表示立即采集数据） 关闭“DAQ 助手”对话框，在该Express VI图标下方出 现“数据”输出接线端，连接至“仪表”控件
数据采集示例（基于DAQ助手）
1. 2. 3. 4. 单点采集 软件定时的多点采集 采集一段数据（硬件定时） 连续采集数据（硬件定时）
采集（Acquisition）
5. 6. 7. 8. 9.
单点发生 软件定时的多点发生 发生一段数据（硬件定时） 连续发生数据（硬件定时，重复生成） 连续发生数据（硬件定时，非重复生成）
V划分为2的3次方份
110 101 100 011 010 001 0 000 50 100 150 时间（秒） 200
-10.00
左图输入范围是0～10 V，右图输入范围是-10～10 V。 显然，前者充分利用了采集卡可采集的电压范围，采样效果 更好一些
数据采集卡配置
可利用LabVIEW自带的“测量及自动化浏览器” （Measurement & Automation Explorer —MAX） 配置数据采集卡
Dev1表示系统中的第1 个DAQ设备；ai1表示编 号（或索引，从0开始） 为1的模拟输入物理通道
本例中选择物理通道ai0和ai2 （差分接线方式下，每个物 理通道对应两个单端通道）
DAQ助手Express VI的使用
③ 按照需求修改参数设置，之后按下确定按钮，关闭DAQ助 手
参数设置区，可根据 需要进行修改
DAQ助手Express VI的使用
输入范围
2个虚拟通道，分别对应2个物理通道： 电压_0 - ai0 电压_1 - ai2 接线方式
DAQ助手Express VI的使用 “定时设置”选项组的采集模式参数
a) 1 采样（按要求），即采集单点数据（调用 DAQmx读取函数或DAQ助手时立即执行） b) 1 采样（硬件定时），表示在硬件时钟的边沿进 行单点数据的采集 c) N 采样，表示采集一段数据，采样点数在“定 时设置”下的“待读取采样”（=简单缓冲区大小） 中指定；采样频率在“采样率(Hz)‖ 中指定 d) 连续采样，表示进行连续采集，此时“待读取 采样”参数参与决定循环缓冲区大小
利用计算机构建的基于虚拟仪器技术的自动测 试系统，软件十分重要，因为软件决定了系 统/仪器功能
Software is the Instrument 软件就是仪器
开发者编制的测量应用程序
应用软件编程环境LabVIEW, LabWindows/CVI, Measurement Studio
软件
配置软件 Measurement and Automation Explorer (MAX)
信 号 调 理
数 据 采 集
信 号 处 理
仪 器 面 板
数据采集也包括控制部分，即与以上相反的（控制）信号传输路径：
仪器面板 信号发生 数据采集 被控设备
在程序中建立数 DAQ设备工作于信号生成 字化控制信号 模式，将数字化信号输出
虚拟仪器及系统的软件 所需软件包括（从最底层到最顶层）：
① ② ③ ④ 硬件（如数据采集卡）的驱动程序 NI-DAQmx 应用程序编程接口（API）和工具 LabVIEW软件编程环境 开发者根据功能需求所编写的虚拟仪器程序
DAQ助手Express VI的使用
配置完毕的DAQ助 手Express VI
DAQ助手包含数据读取/生 成代码
可直接输出采集数据 （DDT类型——可理解为波形的1维数组）
DAQ助手与DAQmx VI
函数选板，测量I/O->DAQmx - 数据采集 子选板
DAQmx VI
DAQ助手Express VI
虚拟通道的分类
① ② 局部（Local） - 存在于某个程序中，仅对该程序可见 全局（Global） - 保存在MAX中，可被多个任务所使用
通道和任务
NI-DAQmx任务
代表了所要实施的一次信号测量或信号发生的操作。 任务是一个或多个虚拟通道的集合，此外还包含了定时、 触发等属性
任务的分类
① 局部（Local） - 存在于某个程序中，且只供该程序 使用的任务（采用DAQ助手Express VI，或DAQmx函 数在框图上创建） ② 全局（Global） - 独立于某个程序而存在、可被多个 程序所使用的任务（采用MAX创建，且保存在MAX中）
通道和任务
通道
a) 物理通道（Physical channel）：测量和生成模拟和 数字信号的物理接线端或引脚（对差分输入方式， 每个物理通道对应2个单端通道；每个数字端口包 含8根线） b) 虚拟通道（Virtual channel）：物理通道和其他通 道相关属性的集合，具体包括对应的物理通道、虚 拟通道名、信号输入方式（差分/RSE/NRSE等）、 输入范围、缩放比例等
LabVIEW编程及虚拟仪器设计
第6讲——数据采集 （上）
第4讲内容回顾
1. 图形显示
波形图（Graph，新替换旧），波形图表（Chart，新接 续在旧后）， XY图，强度图（用颜色表示第3维数据）
2. Express VI（快速VI）
通过对话框配置参数，输入或输出DDT类型（近似为 波形数组）
3. 局部变量和全局变量
数据采集概念 数据采集 DAQ —— Data Acquisition
测量电学量（电压、电流）和其他物理量（温 度、压力……）的过程。各种非电物理量通常采用 传感器转化为电信号，之后通过A/D转换，转化为 计算机能够处理的数字量（一次转换生成一个采样 点）。通常以一定的时间间隔对随时间连续变化的 信号进行等间隔采样，转化为数字信号
本课程所使用PCI-MIO-16E-4数据采集卡的位数为12， 即12-bit 12-bit和3-bit分辨率的对比（5 kHz的正弦波）
10.00 8.75 7.50 6.25
111 110 101 100 011 010 001 000
0 50 100 150
12-bit的数据采集卡， 将0-10V划分为2的12 次方份
应用程序编程接口(API) 硬件驱动程序
数据采集与模块化仪器
硬件
信号调理
传感器和变换器
现实世界的信号和物理量
本课程使用的实验箱
开关在左
函数发生器和直流电压 源电源总开关
数字 I/O 两路模出
模入
函数发生器 直流电压源 开关
独立运放
采集卡定时
电位器和开关
函数发生器
硬件实现的有 源低通滤波器
测量系统信号的输入方式
10.00将-10~10 111 7.50 5.00 2.50 幅度（V） 0 -2.50 -5.00 -7.50
100 150 时间（秒） 200
数已确定前提下，应尽可能使输入范围刚好容纳被测信号的 变化范围 输入范围-10 ~ 10 V；3bit的采集卡
10.00 8.75 7.50 6.25 5.00 幅度（V） 3.75 2.50 1.25 0 0 111 110 101 100 011 010 001 000 50
DAQmx属性节点（供设置任 务参数，与前面板控件无关）
通常可以使用DAQ助手或者DAQmx VI （API）编写数据采集程序
DAQ助手与DAQmx VI 在LabVIEW中编写数据采集、数据发生 程序的2种方式
① 使用DAQ助手Express VI建立任务，采集和发生 数据（DAQ助手内含采集和发生代码）
输入信号
输入信号
-
Vm -
有关“参考地单端（RSE）”和 “无参考地单端（NRSE）”输入 方式及用途，可参考其他材料
采样率
采样率——每秒（单位时间）采集被测信号的次数
以高采样率采集到的数字信号，能更真实反映原信 号。采样率过低时，采得数字信号与原信号差别很大
采样点
以f采样
被采正弦信号 自身频率为f
DAQmx设备 列表
设备自检
测试设备功能
数据采集卡配置 MAX可实现如下功能：
a) 浏览系统中已安装的数据采集卡，对其进行快速检 测（使用测试面板）和配置；每个采集卡都被分配 一个设备号 b) 创建新的采集通道、任务、接口和比例参数等
在MAX主界面左栏“我的系统”下的子目录：
① 数据邻居 - 存储了有关配置和修改任务、虚拟通道 的信息 ② 设备和接口 - 可配置本地或远程的数据采集卡、串 口及并口等硬件设备 ③ 换算 - 用于标定运算 ④ ……
幅值（V）5.00
3.75 2.50 1.25 0
200
时间（微秒）
3-bit的数据采集卡将0-10V的被测信号划分为2的3次方份。显然，如此采 得的信号与原被测信号相差较远
输入范围
输入范围——由A/D转换器进行数字化的模拟信号 电压变化范围，该范围划分为2n份。在数据采集卡位
输入范围0 ~ 10 V；3bit 的采集卡将0~10 V划分 为2的3次方份
以4f/3采样
以2f采样
采样率
采样定理：采样频率至少是被测信号中最高频率成 分的频率的两倍
带限信号的FT 可使用的采样率 （弧度/s）
Nyquist frequency
Nyquist rate
实际中常取5～10倍
分辨率
分辨率——采集卡能够检测到的被测模拟信号的最 小的电平变化量，由数据采集卡的位数（bit数）决 定。n-bit的采集卡把输入范围划分为2n份。
随时间连续变化的信号（已 经转为电信号，非周期信号）
幅度（V） 幅度（V）
通过采样得到的数字信号
采样点
时间（秒）
时间（秒）
采样周期（倒数为采样率Fs）
数据采集概念 基于数据采集的测试系统简介 确保输入信号满足数据采集卡的需求； 系统组成
放大/衰减/隔离/滤波/激励/线性化……
被 测 对 象
传 感 器
实验中所构建的测量系统，采用差分输入方式
输入信号接在“CH0+‖与“CH0-‖之间，CH0+即实验箱 上的模入端子CH0；CH0-，即模入端子CH8
多路转换开关 /MUX CH0+ CH1+ CH2+ …… CH7+ 多路转换开关 /MUX CH0CH1CH2…… CH7AIGND 仪用放大器 + +
本课程中只使用局部虚拟通道和 DAQmx任务
通道和任务 物理通道、虚拟通道和任务
虚拟通道 电压_0
虚拟通道名 “电压_0‖ ai0(差分接法对应两 个端子CH0和CH8) 输入范围 -5 V~5 V 物理通道
虚拟通道 电压_1
虚拟通道名 “电压_1‖ ai1(差分接法对应两 个端子CH1和CH9) 输入范围 0 V~10 V 物理通道
端子连接方式 差分接法
端子wenku.baidu.com接方式 差分接法
任务的测量类型 模拟输入->电压
定时设置 采样模式/待读取 采样/采样率
触发 开始触发/参考触发
NI-DAQmx任务：我的电压任务（包含两个虚拟通道）
DAQ助手Express VI的使用
路径：函数选板，测量I/O->DAQmx – 数据采集->DAQ 助手
DAQ助手是一个Express VI，在添加到框图窗口时，自动打开 “新建 Express任务…‖对话框，在其中进行功能和参数配置
采集信号：输入
生成信号：输出
① 选择NI-DAQmx任务类型（这里，选择“采集信号”>―模拟输入”->―电压” ），进入下一步
DAQ助手Express VI的使用
② 选择建立虚拟通道所需的物理通道，按住Ctrl或Shift多选； 选中物理通道数=新建任务中的虚拟通道数