第八章 数据采集(新)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
虚拟仪器技术
第八章 数据采集
虚拟仪器技术
第八章 数据采集
数据采集系统的组成： DAQ系统的基本任务是物理信号的产生或测量。 要使计算机系统能够测量物理信号，必须要使
用传感器把物理信号转换成电信号（电压或者电流信 号）。
有时不能把被测信号直接连接到DAQ卡，而必须 使用信号调理辅助电路，先将信号进行一定的处理。
总之，数据采集是借助软件来控制整个DAQ系统， 包括采集原始数据、分析数据、给出结果等。
虚拟仪器技术
第八章 数据采集
两个大问题： 硬件---信号调理卡、数据采集卡等 软件---LabVIEW 中数据采集的实现
虚拟仪器技术
第八章 数据采集
数据采集系统结构 ：
虚拟仪器技术
第一个问题：系统组成：
信号放大、衰 减；滤波； 隔 离； 多路复用 和扩展； 整流； 热电偶补偿； 激励； 线性化； 同步采样等
4
8237 DMA
ISA / PCI Expansion Slot
DAQ card
74244
Adress
Data
1
DAC
2
ADC
Decoder 74244
3
DIO
4
Control
CNT
虚拟仪器技术
PC Base数据采集系统功能
❖ A/D转换（模拟量/数字量转换） ❖ D/A转换（数字量/模拟量转换） ❖ DIO（数字量输入/输出） ❖ Timer/Counter（定时器/计数器）
信号
直流信号
模拟量
时域信号
频域信号
on
10-
信息
off
状态
t
速率
t
0.985
幅值
t
形状
t
频率
f
虚拟仪器技术
0.985
t
t
f
❖模 拟
信 号
电压信号
温度 压力 流量
时域信号
雷达回波 血压变化 汽车点火波形
频域信号
振动 语音 声呐
应力
对采集卡的要求
DC精度
分辨率 采样频率 精度 触发
分辨率 采样频率 精度 触发
信号调理
❖ 从传感器得到的信号大多要经过调理才能 进入数据采集设备。
❖ 信号调理方法包括：
放大 隔离 滤波 激励 线性化 数字信号调理
虚拟仪器技术
测量系统的连接方式
❖ ⑴接地信号和浮动信号 接地信号，就是将信号的一端与系统地连接起来 ； 浮动信号，一个不与任何地（如大地或建筑物的地） 连接的电压信号，浮动信号的每个端口都与系统地 独立.
❖ ⑵测量系统分类(P180) 差分测量系统 参考地单端测量系统(RSE) 无参考地单端测量系统(NRSE)
虚拟仪器技术
差分测量系统
虚拟仪器技术
参考地单端测量系统
虚拟仪器技术
无参考地单端测量系统
虚拟仪器技术
根据实际情况，选择合适的测量系统
测量系统 接地信号
浮动信号
DEF
*
*
RSE
**
NRSE *
虚拟仪器技术
A/D基本信息：
❖ A/D：模拟量—数字量转换
▪ 把外部电压信号转成计算机能够识别的数字信号
▪ 采样频率 Max Sampling Rate (S/s), Sampling Frequency
(Hz)
▪ 精度(Resolution)：8bit 12bit 14bit 16bit
▪ 输入范围(Input Range)(增益)：
虚拟仪器技术
一.信号调理及硬件选用（测试系统 配置）
①信号调理卡的功能选择 ②确实定验台信/桌号面配调置理板便卡携式的配置配置方法 机架堆叠配置
将内插式数据 采集卡与外部 仪器系统的优 点结合
移动灵活
应用于高速高 精度的ຫໍສະໝຸດ Baidu试场 合
③信号调理模块应尽量独立于计算机硬件结构和
软件结构
④最后还应注意通信方式和可扩展性的选择
channels——指定数据样本的物理源
high limit——被测信号的最高电平
number of samples/ch——每通道要采集的样本数，缺省值是1000
waveforms——A/D转换后的输出，是一个二维的waveform数组
虚拟仪器技术
DAQ访问模块
Analog Input VI Organization
▪ 同步采样(Simultaneous analog input)
▪ 轮询采样(Multiplex analog input)
▪ 突发模式采样(Burst mode)
▪ 触发模式(Trigger mode)
▪ 隔离(Isolation)
▪ FIFO
虚拟仪器技术
3.信号：
❖ 信号的分类：
数字量
开/关信号 脉冲队列
虚拟仪器技术
❖ 信号的频率
▪ 代表信号变化快慢的物理量 ▪ 任何一种信号都可以转换成一组正弦波的迭加 ▪ 不同的信号频率不同：
• 语音：<4kHz • 音乐：<20kHz • 超声：20kHz~xxMHz • FM收音机：MHz • 雷达：xGHz •…
虚拟仪器技术
❖ 采样频率
▪ 采样周期的倒数 ▪ 表示采样快慢的物理量 ▪ 多少时间采一个点/每秒采样多少个点
虚拟仪器技术
4. 多通道数据采集 ▪ 同步采样 • 采用多个A/D芯片，不同通道采用同一时钟 • 保证不同通道的采样时间相同（信号同步） ▪ 轮询采样 • 只采用一个A/D芯片，通过多路转换开关实现不同通道的切换 • 通道转换时间 • 可以通过外加采样/保持电路保证采样的同步 ▪ 突发模式采样 • 用通道时钟控制通道间的时间间隔 • 用另一个扫描时钟控制两次扫描过程之间的间隔 • BSSH
虚拟仪器技术
二：数据采集卡选用
① 数据分辨率和精度； ② 最高采样速度； ③ 通道数； ④ 数据总线接口类型； ⑤ 是否有隔离； ⑥ 板卡本身是否带有处理器； ⑦ 是否有标定功能； ⑧ 支持的软件驱动程序及其软件平台； ⑨ 输入电压的最大范围、输入增益的种类、是否
有模拟输出、输入触发的类型等。 虚拟仪器技术
*
虚拟仪器技术
1.数据采集基本原理
❖ 一个典型的数据采集系统：
1101…
1101…
采样/量化
模拟输入
数字信号
模拟重建
处理
数字输入
数字输出
模拟输出
虚拟仪器技术
2.PC Base DAQ系统架构
1 PC System
Address Latch
Data Buffer
2
I/O Read/Write
3
8259 Interrupt
虚拟仪器技术
第二个问题：LabVIEW 中数据采集的实现
❖ DAQ访问模块（驱动） ❖ 数据采集模块的分类 ❖ 数据采集模块的使用
虚拟仪器技术
一、数据采集模块的分类
简易模入VIs 中级模入VIs 高级模入VIs 通用模入VIs
虚拟仪器技术
device——设备号
low limit——被测信号的最低电平
第八章 数据采集
虚拟仪器技术
第八章 数据采集
数据采集系统的组成： DAQ系统的基本任务是物理信号的产生或测量。 要使计算机系统能够测量物理信号，必须要使
用传感器把物理信号转换成电信号（电压或者电流信 号）。
有时不能把被测信号直接连接到DAQ卡，而必须 使用信号调理辅助电路，先将信号进行一定的处理。
总之，数据采集是借助软件来控制整个DAQ系统， 包括采集原始数据、分析数据、给出结果等。
虚拟仪器技术
第八章 数据采集
两个大问题： 硬件---信号调理卡、数据采集卡等 软件---LabVIEW 中数据采集的实现
虚拟仪器技术
第八章 数据采集
数据采集系统结构 ：
虚拟仪器技术
第一个问题：系统组成：
信号放大、衰 减；滤波； 隔 离； 多路复用 和扩展； 整流； 热电偶补偿； 激励； 线性化； 同步采样等
4
8237 DMA
ISA / PCI Expansion Slot
DAQ card
74244
Adress
Data
1
DAC
2
ADC
Decoder 74244
3
DIO
4
Control
CNT
虚拟仪器技术
PC Base数据采集系统功能
❖ A/D转换（模拟量/数字量转换） ❖ D/A转换（数字量/模拟量转换） ❖ DIO（数字量输入/输出） ❖ Timer/Counter（定时器/计数器）
信号
直流信号
模拟量
时域信号
频域信号
on
10-
信息
off
状态
t
速率
t
0.985
幅值
t
形状
t
频率
f
虚拟仪器技术
0.985
t
t
f
❖模 拟
信 号
电压信号
温度 压力 流量
时域信号
雷达回波 血压变化 汽车点火波形
频域信号
振动 语音 声呐
应力
对采集卡的要求
DC精度
分辨率 采样频率 精度 触发
分辨率 采样频率 精度 触发
信号调理
❖ 从传感器得到的信号大多要经过调理才能 进入数据采集设备。
❖ 信号调理方法包括：
放大 隔离 滤波 激励 线性化 数字信号调理
虚拟仪器技术
测量系统的连接方式
❖ ⑴接地信号和浮动信号 接地信号，就是将信号的一端与系统地连接起来 ； 浮动信号，一个不与任何地（如大地或建筑物的地） 连接的电压信号，浮动信号的每个端口都与系统地 独立.
❖ ⑵测量系统分类(P180) 差分测量系统 参考地单端测量系统(RSE) 无参考地单端测量系统(NRSE)
虚拟仪器技术
差分测量系统
虚拟仪器技术
参考地单端测量系统
虚拟仪器技术
无参考地单端测量系统
虚拟仪器技术
根据实际情况，选择合适的测量系统
测量系统 接地信号
浮动信号
DEF
*
*
RSE
**
NRSE *
虚拟仪器技术
A/D基本信息：
❖ A/D：模拟量—数字量转换
▪ 把外部电压信号转成计算机能够识别的数字信号
▪ 采样频率 Max Sampling Rate (S/s), Sampling Frequency
(Hz)
▪ 精度(Resolution)：8bit 12bit 14bit 16bit
▪ 输入范围(Input Range)(增益)：
虚拟仪器技术
一.信号调理及硬件选用（测试系统 配置）
①信号调理卡的功能选择 ②确实定验台信/桌号面配调置理板便卡携式的配置配置方法 机架堆叠配置
将内插式数据 采集卡与外部 仪器系统的优 点结合
移动灵活
应用于高速高 精度的ຫໍສະໝຸດ Baidu试场 合
③信号调理模块应尽量独立于计算机硬件结构和
软件结构
④最后还应注意通信方式和可扩展性的选择
channels——指定数据样本的物理源
high limit——被测信号的最高电平
number of samples/ch——每通道要采集的样本数，缺省值是1000
waveforms——A/D转换后的输出，是一个二维的waveform数组
虚拟仪器技术
DAQ访问模块
Analog Input VI Organization
▪ 同步采样(Simultaneous analog input)
▪ 轮询采样(Multiplex analog input)
▪ 突发模式采样(Burst mode)
▪ 触发模式(Trigger mode)
▪ 隔离(Isolation)
▪ FIFO
虚拟仪器技术
3.信号：
❖ 信号的分类：
数字量
开/关信号 脉冲队列
虚拟仪器技术
❖ 信号的频率
▪ 代表信号变化快慢的物理量 ▪ 任何一种信号都可以转换成一组正弦波的迭加 ▪ 不同的信号频率不同：
• 语音：<4kHz • 音乐：<20kHz • 超声：20kHz~xxMHz • FM收音机：MHz • 雷达：xGHz •…
虚拟仪器技术
❖ 采样频率
▪ 采样周期的倒数 ▪ 表示采样快慢的物理量 ▪ 多少时间采一个点/每秒采样多少个点
虚拟仪器技术
4. 多通道数据采集 ▪ 同步采样 • 采用多个A/D芯片，不同通道采用同一时钟 • 保证不同通道的采样时间相同（信号同步） ▪ 轮询采样 • 只采用一个A/D芯片，通过多路转换开关实现不同通道的切换 • 通道转换时间 • 可以通过外加采样/保持电路保证采样的同步 ▪ 突发模式采样 • 用通道时钟控制通道间的时间间隔 • 用另一个扫描时钟控制两次扫描过程之间的间隔 • BSSH
虚拟仪器技术
二：数据采集卡选用
① 数据分辨率和精度； ② 最高采样速度； ③ 通道数； ④ 数据总线接口类型； ⑤ 是否有隔离； ⑥ 板卡本身是否带有处理器； ⑦ 是否有标定功能； ⑧ 支持的软件驱动程序及其软件平台； ⑨ 输入电压的最大范围、输入增益的种类、是否
有模拟输出、输入触发的类型等。 虚拟仪器技术
*
虚拟仪器技术
1.数据采集基本原理
❖ 一个典型的数据采集系统：
1101…
1101…
采样/量化
模拟输入
数字信号
模拟重建
处理
数字输入
数字输出
模拟输出
虚拟仪器技术
2.PC Base DAQ系统架构
1 PC System
Address Latch
Data Buffer
2
I/O Read/Write
3
8259 Interrupt
虚拟仪器技术
第二个问题：LabVIEW 中数据采集的实现
❖ DAQ访问模块（驱动） ❖ 数据采集模块的分类 ❖ 数据采集模块的使用
虚拟仪器技术
一、数据采集模块的分类
简易模入VIs 中级模入VIs 高级模入VIs 通用模入VIs
虚拟仪器技术
device——设备号
low limit——被测信号的最低电平