数据采集与仪器驱动
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• 采集事件需要与外部装置同步。
2020年10月16日3时40 分
➢输入信号类型
不同信号的测量对采集系统的要求是不同的。 输入信号的种类：
信号所运载信息很广泛的，比如：状态（state）、 速率(rate)、电平(level)、形状(shape)、频率成 分(frequency content)。根据信号运载信息方式的 不同，可以将信号分为模拟或数字信号。 数字(二进制)信号：开关信号、脉冲信号。 模拟信号：直流、时域、频域信号。
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➢信号连接方式 1、输入信号的参考点：接地信号、浮动信号 接地信号：输入信号的一端直接接地，它的参考点 是系统地（如建筑物的地或大地）；最常见的接地 信号是通过电源插座接入的设备。
浮动信号：输入信号是不连接到建筑物地等绝对参 考点的电压信号，浮动信号源常见的有：电池及其 供电设备、热电偶、变压器等设备。
2020年10月16日3时40 分
模拟时域信号 模拟时域信号的运载信息：电平随时间的变化（波
形形状的特性，如斜度、峰值等），比如心脏跳动信号、 视频信号。
测量时域信号的采集系统包括：
一个A／D转换器： A／D 的分辨率要足够高，保证采 集数据的精度，带宽要足够高，用于高速率采样；
一个采样时钟电路：精确的采样时钟，用于以精确的 时间间隔采样；
2020年10月16日3时40 分
➢数据采集控制系统的组成
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wenku.baidu.com
模拟信号的数字化处理
•数据采集的核心过程就是将连续 的模拟信号转换成离散的数字信号 •采样点太多，会占用大量内存单 元；采样点太少，会使模拟信号的 某些信息被丢失，出现失真现象
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一个触发器： 触发器使测量在恰当的时间开始。
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模拟频域信号
模拟频域信号与时域信号类似，然而，从频域信号 中提取的信息是基于信号的频域内容，而不是波形随 时间变化的特性。比如声音信号、地球物理信号、传 输信号等。
用于测量一个频域信号的系统必须有一个A／D、一 个简单时钟和一个用于精确捕捉波形的触发器。系统 必须有必要的分析功能，用于从信号中提取频域信息。 为了实现这样的数字信号处理，可以使用应用软件或 特殊的DSP硬件来迅速而有效地分析信号。
采集事件的任何方法。 • 软件触发：可以直接用软件，例如使用布尔面板控制
去启动/停止数据采集。 • 硬件触发：让板卡上的电路管理触发器，控制采集事
件的时间分配，有很高的精确度。
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下列情况使用软件触发： • 用户需要对所有采集操作有明确的控制。 • 事件定时不需要非常准确。 • 下列情况使用硬件触发： • 采集事件定时需要非常准确。 • 用户需要削减软件开支。
➢数据采集卡
• 数据采集卡的组成： ① 多路开关：将各路信号轮流切换到放大器的输入端，实现
多参数多路信号的分时采集。 ② 放大器：将前一级多路开关切换进入待采集信号放大(或
衰减)至采样环节的量程范围内。通常实际系统中放大器为 增益可调的放大器，设计者可根据输入信号不同的幅值选择 不同的增益倍数。
③ 采样/保持器：取出待测信号在某一瞬时的值(即实现信号 的时间离散化)，并在A/D转换过程中保持信号不变。如被测
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2、差分测量系统
输入信号的正负极分别接入两个通道，所有输入信号各自有 自己的参考点。
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3、参考地单端测量系统(RSE)
用于测试浮动输入信号。被测信号一端接模拟输入通道，另一 端（信号参考点）与系统地AIGND连接。
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需要注意的两个问题
1、是否使用Buffer？ 2、是否使用外触发启动、停止或同步操作？ 缓冲（Buffers）： 缓冲指的是PC 内存的一个区域（不是数
据采集卡上的FIFO 缓冲），它用来临时存放数据。 使用Buffer I/O的情况： 需要采集或产生许多样本，其速率超过了实际显示、存储到硬件，
信号变化很缓慢可不用采样/保持器。
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： ④ A/D转换器
输入的模拟量转化为数字量输出，并完成信号幅值的量化。 随着电子技术的发展，目前通常将采样/保持器同A/D转换 器集成在一块芯片上。 以上四个部分都处在PC计算机的前向通道，完成对信 号数据的采集、放大及模/数转换任务。
数据采集与仪器驱动
第五章 数据采集与仪器驱动
5.1 数据采集与控制系统构成 5.2 数据采集VI的组织结构 5.3 基于NI的DAQ系统的实现 5.4 非NI的DAQ系统的实现 本章小结
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5.1 数据采集、控制系统的构成
采用基于PC 的数据采集(data acquisition , DAQ) 、控制 系统来完成实验室研究和工业控制中的测控任务的方案配置是: 工控机+数据采集/控制卡+VB/VC/LabView 编程，即： 数据采集/控制卡：完成一般测试仪器的数据采集和控制功能, 工控机系统：完成一般测试仪器的数据分析、计算、显示、输出 等功能。
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1、数字信号
开关信：信号运载的信息与信号的瞬间状态有关。
脉冲信号：信号包括一系列的状态转换，信息就包含在 状态转化发生的数目、转换速率、脉冲宽度。
2、模拟信号
模拟直流信号:静止的或变化非常缓慢的模拟信号。直流 信号最重要的信息是幅度.常见的直流信号有温度、流速、 压力、应变等采集系统在采集模拟直流信号时，需要有 足够的精度以正确测量信号电平，由于直流信号变化缓 慢，用软件计时就够了，不需要使用硬件计时。
或实时分析的速度。 需要连续采集或产生AC 数据（>10 样本／秒），并且要同时分
析或显示某些数据。 采样周期必须准确、均匀地通过数据样本。
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不使用Buffer I/O的情况：
• 数据组小，如每秒只从两个通道之一采集一个数据点。 • 需要缩减存储器的开支。 • 触发（Triggering）：触发涉及初始化、终止或同步
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➢输入信号类型
不同信号的测量对采集系统的要求是不同的。 输入信号的种类：
信号所运载信息很广泛的，比如：状态（state）、 速率(rate)、电平(level)、形状(shape)、频率成 分(frequency content)。根据信号运载信息方式的 不同，可以将信号分为模拟或数字信号。 数字(二进制)信号：开关信号、脉冲信号。 模拟信号：直流、时域、频域信号。
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➢信号连接方式 1、输入信号的参考点：接地信号、浮动信号 接地信号：输入信号的一端直接接地，它的参考点 是系统地（如建筑物的地或大地）；最常见的接地 信号是通过电源插座接入的设备。
浮动信号：输入信号是不连接到建筑物地等绝对参 考点的电压信号，浮动信号源常见的有：电池及其 供电设备、热电偶、变压器等设备。
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模拟时域信号 模拟时域信号的运载信息：电平随时间的变化（波
形形状的特性，如斜度、峰值等），比如心脏跳动信号、 视频信号。
测量时域信号的采集系统包括：
一个A／D转换器： A／D 的分辨率要足够高，保证采 集数据的精度，带宽要足够高，用于高速率采样；
一个采样时钟电路：精确的采样时钟，用于以精确的 时间间隔采样；
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➢数据采集控制系统的组成
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模拟信号的数字化处理
•数据采集的核心过程就是将连续 的模拟信号转换成离散的数字信号 •采样点太多，会占用大量内存单 元；采样点太少，会使模拟信号的 某些信息被丢失，出现失真现象
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一个触发器： 触发器使测量在恰当的时间开始。
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模拟频域信号
模拟频域信号与时域信号类似，然而，从频域信号 中提取的信息是基于信号的频域内容，而不是波形随 时间变化的特性。比如声音信号、地球物理信号、传 输信号等。
用于测量一个频域信号的系统必须有一个A／D、一 个简单时钟和一个用于精确捕捉波形的触发器。系统 必须有必要的分析功能，用于从信号中提取频域信息。 为了实现这样的数字信号处理，可以使用应用软件或 特殊的DSP硬件来迅速而有效地分析信号。
采集事件的任何方法。 • 软件触发：可以直接用软件，例如使用布尔面板控制
去启动/停止数据采集。 • 硬件触发：让板卡上的电路管理触发器，控制采集事
件的时间分配，有很高的精确度。
2020年10月16日3时40 分
下列情况使用软件触发： • 用户需要对所有采集操作有明确的控制。 • 事件定时不需要非常准确。 • 下列情况使用硬件触发： • 采集事件定时需要非常准确。 • 用户需要削减软件开支。
➢数据采集卡
• 数据采集卡的组成： ① 多路开关：将各路信号轮流切换到放大器的输入端，实现
多参数多路信号的分时采集。 ② 放大器：将前一级多路开关切换进入待采集信号放大(或
衰减)至采样环节的量程范围内。通常实际系统中放大器为 增益可调的放大器，设计者可根据输入信号不同的幅值选择 不同的增益倍数。
③ 采样/保持器：取出待测信号在某一瞬时的值(即实现信号 的时间离散化)，并在A/D转换过程中保持信号不变。如被测
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2、差分测量系统
输入信号的正负极分别接入两个通道，所有输入信号各自有 自己的参考点。
2020年10月16日3时40 分
3、参考地单端测量系统(RSE)
用于测试浮动输入信号。被测信号一端接模拟输入通道，另一 端（信号参考点）与系统地AIGND连接。
2020年10月16日3时40 分
需要注意的两个问题
1、是否使用Buffer？ 2、是否使用外触发启动、停止或同步操作？ 缓冲（Buffers）： 缓冲指的是PC 内存的一个区域（不是数
据采集卡上的FIFO 缓冲），它用来临时存放数据。 使用Buffer I/O的情况： 需要采集或产生许多样本，其速率超过了实际显示、存储到硬件，
信号变化很缓慢可不用采样/保持器。
2020年10月16日3时40 分
： ④ A/D转换器
输入的模拟量转化为数字量输出，并完成信号幅值的量化。 随着电子技术的发展，目前通常将采样/保持器同A/D转换 器集成在一块芯片上。 以上四个部分都处在PC计算机的前向通道，完成对信 号数据的采集、放大及模/数转换任务。
数据采集与仪器驱动
第五章 数据采集与仪器驱动
5.1 数据采集与控制系统构成 5.2 数据采集VI的组织结构 5.3 基于NI的DAQ系统的实现 5.4 非NI的DAQ系统的实现 本章小结
2020年10月16日3时40 分
5.1 数据采集、控制系统的构成
采用基于PC 的数据采集(data acquisition , DAQ) 、控制 系统来完成实验室研究和工业控制中的测控任务的方案配置是: 工控机+数据采集/控制卡+VB/VC/LabView 编程，即： 数据采集/控制卡：完成一般测试仪器的数据采集和控制功能, 工控机系统：完成一般测试仪器的数据分析、计算、显示、输出 等功能。
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1、数字信号
开关信：信号运载的信息与信号的瞬间状态有关。
脉冲信号：信号包括一系列的状态转换，信息就包含在 状态转化发生的数目、转换速率、脉冲宽度。
2、模拟信号
模拟直流信号:静止的或变化非常缓慢的模拟信号。直流 信号最重要的信息是幅度.常见的直流信号有温度、流速、 压力、应变等采集系统在采集模拟直流信号时，需要有 足够的精度以正确测量信号电平，由于直流信号变化缓 慢，用软件计时就够了，不需要使用硬件计时。
或实时分析的速度。 需要连续采集或产生AC 数据（>10 样本／秒），并且要同时分
析或显示某些数据。 采样周期必须准确、均匀地通过数据样本。
2020年10月16日3时40 分
不使用Buffer I/O的情况：
• 数据组小，如每秒只从两个通道之一采集一个数据点。 • 需要缩减存储器的开支。 • 触发（Triggering）：触发涉及初始化、终止或同步