1、機械與電氣工程學(xué)院 (C) 2008第第9章章 測試系統(tǒng)設(shè)計測試系統(tǒng)設(shè)計 l數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)知識 l采集模擬信號 l輸出模擬信號 l信號調(diào)理l數(shù)字信號輸入輸出l計數(shù)器輸入輸出 概述概述在計算機廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重在計算機廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計算機與外部物理要性是十分顯著的。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。世界連接的橋梁。測試系統(tǒng)硬件部分包括測試系統(tǒng)硬件部分包括模擬輸入輸出模擬輸入輸出和和數(shù)數(shù)字輸入輸出字輸入輸出。通過通過數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集DAQ。9-1 數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)知識l9-1-1 數(shù)據(jù)采集過程數(shù)據(jù)采集過程基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)典型硬件基于虛

2、擬儀器的測試系統(tǒng)典型硬件結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：被測對象信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡虛 擬 儀 器面 板數(shù)據(jù)處理9-1 數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)知識l9-1-1 數(shù)據(jù)采集過程數(shù)據(jù)采集過程（1）模擬信號）模擬信號x(t)。（2）脈沖采樣信號。每）脈沖采樣信號。每隔隔Ts一個脈沖，即一個脈沖，即采樣采樣間隔或采樣周期間隔或采樣周期為為Ts。它的倒數(shù)它的倒數(shù)1/Ts稱為稱為采樣采樣頻率頻率。（3）用脈沖序列對模）用脈沖序列對模擬信號進行采樣的結(jié)擬信號進行采樣的結(jié)果果x(n)。n0，Ts，2Ts，3Ts等等，等等，x(n)成為在時域離散成為在時域離散的的采樣值采樣值。（4）對采樣值進行量化，）對采樣值進行量化，得到取值

3、離散的數(shù)字信得到取值離散的數(shù)字信號。號。（5）編碼）編碼9-1-1 數(shù)據(jù)采集過程數(shù)據(jù)采集過程l根據(jù)信號的特征和測試目的，模擬信號可以分為根據(jù)信號的特征和測試目的，模擬信號可以分為3類：類：u1. 對于隨時間緩慢變化的信號對于隨時間緩慢變化的信號，如容器的液位、對象，如容器的液位、對象的溫度等，通常叫做直流信號。對直流信號一般只需的溫度等，通常叫做直流信號。對直流信號一般只需要比較慢的采樣頻率。要比較慢的采樣頻率。u2. 對于隨時間變化較快的信號對于隨時間變化較快的信號，如果需要了解它的波，如果需要了解它的波形，則把它作為一個形，則把它作為一個時域信號時域信號來處理。這時候需要比來處理。這時候需

4、要比較高的采樣頻率。較高的采樣頻率。u3. 對于隨時間變化較快的信號對于隨時間變化較快的信號，如果需要了解它的頻，如果需要了解它的頻率成分，則把它作為一個率成分，則把它作為一個頻域信號頻域信號來處理。要得到準(zhǔn)來處理。要得到準(zhǔn)確的頻率信息，采樣率必須大于信號最高頻率成分的確的頻率信息，采樣率必須大于信號最高頻率成分的兩倍。兩倍。9-1-1 數(shù)據(jù)采集過程數(shù)據(jù)采集過程根據(jù)采樣定理，根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號頻最低采樣頻率必須是信號頻率的兩倍率的兩倍。反過來說，如果給定了采樣頻率，那么反過來說，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號而不發(fā)生畸變的最大頻率能夠正確顯示信號而不發(fā)生畸變的最大頻

5、率叫做叫做奈奎斯特奈奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。頻率，它是采樣頻率的一半。例如，音頻信號的頻率一般達(dá)到例如，音頻信號的頻率一般達(dá)到20KHz，因此其采樣頻率一般需要因此其采樣頻率一般需要40KHz。 如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號將在直流和奈奎斯特頻率之間的成分，信號將在直流和奈奎斯特頻率之間畸變?；?。9-1-1 數(shù)據(jù)采集過程數(shù)據(jù)采集過程圖示顯示了一個信號分別用合適的采樣率和過低圖示顯示了一個信號分別用合適的采樣率和過低的采樣率進行采樣的結(jié)果。的采樣率進行采樣的結(jié)果。 9-1-1 數(shù)據(jù)采集過程數(shù)據(jù)采集過程 采樣頻率應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)置呢？采樣頻率

6、應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)置呢？ 也許你可能會首先考慮用采集卡也許你可能會首先考慮用采集卡支持的最大頻率。但是，較長時間使支持的最大頻率。但是，較長時間使用很高的采樣率可能會導(dǎo)致沒有足夠用很高的采樣率可能會導(dǎo)致沒有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲數(shù)據(jù)太慢。的內(nèi)存或者硬盤存儲數(shù)據(jù)太慢。理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號最高頻率成分的最高頻率成分的倍倍就夠了，實際上就夠了，實際上工程中選用倍工程中選用倍，有時為了較，有時為了較好地還原波形，甚至更高一些。好地還原波形，甚至更高一些。9-1-2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器采用箱式儀器進行測量和記錄9-1-2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備1、

7、插卡式的數(shù)據(jù)采集設(shè)備、插卡式的數(shù)據(jù)采集設(shè)備9-1-2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備1、插卡式的數(shù)據(jù)采集設(shè)備、插卡式的數(shù)據(jù)采集設(shè)備9-1-2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)NI-DAQ 與與 LabVIEW 軟件軟件PCMCIA DAQCardSCC 信號調(diào)理模塊信號調(diào)理模塊傳感器傳感器屏蔽電纜屏蔽電纜9-1-2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備2、分布式數(shù)據(jù)采集設(shè)備（分布、分布式數(shù)據(jù)采集設(shè)備（分布IO）FieldPointCompact FieldPoint 9-1-2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備NNNNNNNNNNNNNAnalog and Discrete I/O工業(yè)總線工

8、業(yè)總線24 V power24 V powerControl PanelFlowPressure Alarm ConditionsSTOPTemperature9-1-2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備3、VXI與與PXI設(shè)備設(shè)備VXI9-1-2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備3、VXI與與PXI設(shè)備設(shè)備PXI9-1-2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備3、VXI與與PXI設(shè)備設(shè)備PXI9-1-2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備4、GPIB或串口設(shè)備或串口設(shè)備9-1-2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備l2. 數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要指標(biāo)數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要指標(biāo) （1） 采樣率采樣率 (2) 分辨率分辨率 (3)其它主要指標(biāo)其它主要指標(biāo)模

9、擬輸入設(shè)備分辨率對于表達(dá)原始信號的影響模擬輸入設(shè)備分辨率對于表達(dá)原始信號的影響 9-1-2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備l2. 數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要指標(biāo)數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要指標(biāo) 模擬輸入設(shè)備量程范圍設(shè)置對于分辨率的影響模擬輸入設(shè)備量程范圍設(shè)置對于分辨率的影響 9-1-3 被測試信號的連接方式被測試信號的連接方式l1. 信號的參考點信號的參考點（1）接地信號）接地信號 （2）浮動信號）浮動信號9-1-3 被測試信號的連接方式被測試信號的連接方式l2. 信號的連接方式信號的連接方式 u 差分差分測試系統(tǒng)測試系統(tǒng) DIFF9-1-3 被測試信號的連接方式被測試信號的連接方式l2. 信號的連接方式信號的連接方式u

10、參考單端參考單端測試系統(tǒng)測試系統(tǒng) RSE9-1-3 被測試信號的連接方式被測試信號的連接方式l2. 信號的連接方式信號的連接方式u非參考單端非參考單端測試系統(tǒng)測試系統(tǒng) NRSE9-1-4 基于基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)l基于基于 DAQmx的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 9-1-5 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試l1. 測試與自動化資源管理器測試與自動化資源管理器 MAXMeasurement & Automation Explorer訪問計算機當(dāng)中訪問計算機當(dāng)中NI的各種軟硬件的各種軟硬件資源的一個接口。資源的一個接

11、口。 9-1-5 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試l1. 測試與自動化資源管理器測試與自動化資源管理器u在本機系統(tǒng)在本機系統(tǒng)My System項下可以完成以下任務(wù)項下可以完成以下任務(wù)l創(chuàng)建新的通道、任務(wù)等。創(chuàng)建新的通道、任務(wù)等。l查看連接到系統(tǒng)的設(shè)備和儀器。查看連接到系統(tǒng)的設(shè)備和儀器。l對對NI硬件進行安裝與設(shè)置。硬件進行安裝與設(shè)置。l執(zhí)行硬件測試。執(zhí)行硬件測試。u在遠(yuǎn)程系統(tǒng)在遠(yuǎn)程系統(tǒng)Remote System項下可以完成以下任務(wù)項下可以完成以下任務(wù)l查看連接到局域網(wǎng)上的系統(tǒng)和設(shè)備；查看連接到局域網(wǎng)上的系統(tǒng)和設(shè)備；l創(chuàng)建新的遠(yuǎn)程系統(tǒng)；創(chuàng)建新的遠(yuǎn)程系統(tǒng)；l設(shè)置遠(yuǎn)程系統(tǒng)設(shè)置遠(yuǎn)程系統(tǒng)

12、IP地址；地址；l下載軟件到遠(yuǎn)程系統(tǒng)；下載軟件到遠(yuǎn)程系統(tǒng)；l設(shè)置遠(yuǎn)程系統(tǒng)屬性。設(shè)置遠(yuǎn)程系統(tǒng)屬性。9-1-5 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試l1. 測試與自動化資源管理器測試與自動化資源管理器添加設(shè)備對話框添加設(shè)備對話框 9-1-5 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試l2. 設(shè)備設(shè)置與測試設(shè)備設(shè)置與測試u設(shè)備設(shè)置與測試快捷菜單設(shè)備設(shè)置與測試快捷菜單lReset Device：設(shè)備復(fù)位。重新取得設(shè)備訪：設(shè)備復(fù)位。重新取得設(shè)備訪問權(quán)限。問權(quán)限。lSelf-Test：設(shè)備自測試，彈出一個對話框，：設(shè)備自測試，彈出一個對話框，報告設(shè)備是否通過測試。程序中采集數(shù)據(jù)報告設(shè)備是

13、否通過測試。程序中采集數(shù)據(jù)VI出錯時應(yīng)首先考慮使用上一項和該項。出錯時應(yīng)首先考慮使用上一項和該項。lRename：設(shè)備改名。設(shè)備名即圖：設(shè)備改名。設(shè)備名即圖9-9中引號中引號內(nèi)的部分，程序中通過這個名稱訪問設(shè)備。內(nèi)的部分，程序中通過這個名稱訪問設(shè)備。lDelete：刪除設(shè)備。：刪除設(shè)備。lProperties：屬性設(shè)置。：屬性設(shè)置。lDevice Pinouts：彈出端口說明文檔：彈出端口說明文檔lTest Panels：打開測試面板。：打開測試面板。9-1-5 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試l2. 設(shè)備設(shè)置與測試設(shè)備設(shè)置與測試u設(shè)備屬性設(shè)置設(shè)備屬性設(shè)置lRTSI Confi

14、guration (實時實時系統(tǒng)集成總線設(shè)置系統(tǒng)集成總線設(shè)置)：此項對此項對PCI-6229不需不需要設(shè)置；要設(shè)置；lAccessory(附件附件)：選擇選擇CB-68LP接線端接線端子板；子板；lPower-up States(上電狀態(tài)上電狀態(tài))：設(shè)置數(shù)字線上電后是設(shè)置數(shù)字線上電后是高電平、低電平或三高電平、低電平或三態(tài)。態(tài)。9-1-5 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試l2. 設(shè)備設(shè)置與測試設(shè)備設(shè)置與測試u設(shè)備設(shè)備I/OI/O定義定義9-1-5 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試l2. 設(shè)備設(shè)置與測試設(shè)備設(shè)置與測試uDAQmxDAQmx模擬輸出和輸入測試面板模擬

15、輸出和輸入測試面板9-2 采集模擬信號采集模擬信號l采集模擬信號采集模擬信號是測試系統(tǒng)中最普遍、最是測試系統(tǒng)中最普遍、最典型的任務(wù)。在介紹如何完成模擬輸入典型的任務(wù)。在介紹如何完成模擬輸入任務(wù)之前必須介紹一些關(guān)于創(chuàng)建數(shù)據(jù)采任務(wù)之前必須介紹一些關(guān)于創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序的一般方法，這些也是各種集應(yīng)用程序的一般方法，這些也是各種數(shù)據(jù)采集任務(wù)共同的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集任務(wù)共同的基礎(chǔ)。9-2-1 模擬輸入基本概念模擬輸入基本概念l1. 數(shù)據(jù)采集的通道數(shù)據(jù)采集的通道LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有物理通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有物理通道Physical Channel和虛擬通道和虛擬通道Virtual Channel

16、。u物理通道是被測試的信號或生成的信號實際物理通道是被測試的信號或生成的信號實際進出計算機的路徑。進出計算機的路徑。u虛擬通道是一系列設(shè)置的集合，包括通道名、虛擬通道是一系列設(shè)置的集合，包括通道名、對應(yīng)的物理通道、信號連接方式、測試類型對應(yīng)的物理通道、信號連接方式、測試類型和比例等。和比例等。9-2-1 模擬輸入基本概念模擬輸入基本概念l2. 常用的基本術(shù)語常用的基本術(shù)語u采樣率采樣率 sample rate每秒從各通道采集每秒從各通道采集數(shù)據(jù)的次數(shù)。它等于單個通道的采樣率。數(shù)據(jù)的次數(shù)。它等于單個通道的采樣率。 u采樣數(shù)采樣數(shù) number of samples數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集函數(shù)被調(diào)用一次，

17、從一個通道采集的數(shù)據(jù)點函數(shù)被調(diào)用一次，從一個通道采集的數(shù)據(jù)點數(shù)。數(shù)。 u掃描掃描 scan對數(shù)據(jù)采集函數(shù)通道參數(shù)中對數(shù)據(jù)采集函數(shù)通道參數(shù)中所有通道的一次采集或讀數(shù)。所有通道的一次采集或讀數(shù)。9-2-1 模擬輸入基本概念模擬輸入基本概念l3. 數(shù)據(jù)組織數(shù)據(jù)組織u波形采樣數(shù)據(jù)波形采樣數(shù)據(jù) u二維標(biāo)量數(shù)組二維標(biāo)量數(shù)組 9-2-1 模擬輸入基本概念模擬輸入基本概念l4. 數(shù)據(jù)縮放數(shù)據(jù)縮放u比例是比例是DAQ軟件對某一個虛擬通道的數(shù)據(jù)進軟件對某一個虛擬通道的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，以便于程序中應(yīng)用這些數(shù)據(jù)，例行預(yù)處理，以便于程序中應(yīng)用這些數(shù)據(jù)，例如線性比例公式如線性比例公式y(tǒng)=mx+b，對輸入數(shù)據(jù)，對輸入數(shù)據(jù)x

18、進行進行線性處理后，將數(shù)據(jù)線性處理后，將數(shù)據(jù)y傳送給傳送給LabVIEW程序。程序。u在在MAX中有一個中有一個“比例比例”項項Scale，在，在Scale項上擊右鍵彈出菜單選項上擊右鍵彈出菜單選Create New，彈出創(chuàng)建比例向?qū)?，可以選擇建立彈出創(chuàng)建比例向?qū)?，可以選擇建立DAQmx比例。比例。9-2-2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序l1. 數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用u數(shù)據(jù)采集助手?jǐn)?shù)據(jù)采集助手DAQ Assistant是是LabVIEW中中一個重要工具，它是一個設(shè)置測試任務(wù)、通一個重要工具，它是一個設(shè)置測試任務(wù)、通道與比例的圖形接口。道與比例的圖形接口。u在在DAQmx數(shù)據(jù)采

19、集系統(tǒng)中，測試任務(wù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，測試任務(wù)Task是是NI - DAQ的一個重要概念，它是一系列信的一個重要概念，它是一系列信息的集合，包括一個或多個通道以及定時、息的集合，包括一個或多個通道以及定時、觸發(fā)等屬性。它也是數(shù)據(jù)采集助手與數(shù)據(jù)采觸發(fā)等屬性。它也是數(shù)據(jù)采集助手與數(shù)據(jù)采集程序之間聯(lián)系的紐帶。集程序之間聯(lián)系的紐帶。 9-2-2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序l1. 數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用新建新建DAQmx測試任務(wù)向?qū)y試任務(wù)向?qū)?9-2-2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序l1. 數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用為任務(wù)選擇測試類為任務(wù)選擇測試類型型9-2-2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)

20、采集程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序l1. 數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用模擬輸入任務(wù)細(xì)分模擬輸入任務(wù)細(xì)分9-2-2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序l1. 數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用選擇物理通道選擇物理通道9-2-2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序l1. 數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用命名數(shù)據(jù)采集任務(wù)命名數(shù)據(jù)采集任務(wù) 9-2-2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序l1. 數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集助手對話數(shù)據(jù)采集助手對話框框 9-2-2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序l1. 數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集助手的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集助手?jǐn)?shù)據(jù)采集助手Express VI u數(shù)據(jù)

21、采集助手?jǐn)?shù)據(jù)采集助手Express VI產(chǎn)生的任務(wù)只能在調(diào)用它的產(chǎn)生的任務(wù)只能在調(diào)用它的程序中使用，如果把它轉(zhuǎn)換為一個任務(wù)常數(shù)，就可以程序中使用，如果把它轉(zhuǎn)換為一個任務(wù)常數(shù)，就可以存儲在存儲在MAX中，供其它程序使用。轉(zhuǎn)換步驟：中，供其它程序使用。轉(zhuǎn)換步驟：l1）在數(shù)據(jù)采集助手）在數(shù)據(jù)采集助手Express VI圖標(biāo)上彈出快捷菜單，選擇圖標(biāo)上彈出快捷菜單，選擇Convert to NI DAQmx Task；l2）數(shù)據(jù)采集助手啟動，這時可以對任務(wù)進行必要的修改；）數(shù)據(jù)采集助手啟動，這時可以對任務(wù)進行必要的修改；l3）點擊）點擊OK按鈕，按鈕，Express VI轉(zhuǎn)換為任務(wù)常數(shù)。轉(zhuǎn)換為任務(wù)常數(shù)。

22、9-2-2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序l2. 圖形代碼的生成圖形代碼的生成u1）通過任務(wù)生成程序代碼）通過任務(wù)生成程序代碼DAQmx任務(wù)名任務(wù)名9-2-2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序l2. 圖形代碼的生成圖形代碼的生成u1）通過任務(wù)生成程序代碼）通過任務(wù)生成程序代碼生成示例程序圖形代生成示例程序圖形代碼碼9-2-2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序l2. 圖形代碼的生成圖形代碼的生成u1）通過任務(wù)生成程序代碼）通過任務(wù)生成程序代碼生成配置程序圖形代生成配置程序圖形代碼碼 9-2-2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序l2. 圖形代碼的生成圖形代碼的生成u2）將數(shù)據(jù)采集助手）將數(shù)據(jù)采集

23、助手Express VI轉(zhuǎn)換為程序圖形代轉(zhuǎn)換為程序圖形代碼碼l通過任務(wù)常數(shù)轉(zhuǎn)換通過任務(wù)常數(shù)轉(zhuǎn)換 按照前面介紹的辦法將數(shù)據(jù)采集助手按照前面介紹的辦法將數(shù)據(jù)采集助手Express VI轉(zhuǎn)換為任轉(zhuǎn)換為任 務(wù)常數(shù)；然后按這一節(jié)前面介紹的辦法生務(wù)常數(shù)；然后按這一節(jié)前面介紹的辦法生成程序代碼。成程序代碼。l通過打開通過打開VI前面板轉(zhuǎn)換前面板轉(zhuǎn)換 在數(shù)據(jù)采集助手彈出快捷菜單上選擇在數(shù)據(jù)采集助手彈出快捷菜單上選擇“打開前面打開前面板板”，將，將Express VI轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)VI，也就得到了程序，也就得到了程序代碼。這是包括配置任務(wù)與執(zhí)行任務(wù)的全部圖形代碼。代碼。這是包括配置任務(wù)與執(zhí)行任務(wù)的全部圖形

24、代碼。 9-2-3 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集VIl1. DAQmx Create Tasku創(chuàng)建一個創(chuàng)建一個DAQmx數(shù)據(jù)采集任務(wù)。這個數(shù)據(jù)采集任務(wù)。這個VI在在“測量測量I/ODAQmx Data AcquisitionDAQmx Advanced Task Options”函數(shù)子函數(shù)子選板中。選板中。l2. DAQmx Create Virtual Channelu新建虛擬通道新建虛擬通道VI。這是。這是DAQmx數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用非常普遍的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用非常普遍的一個一個VI，在，在“測量測量I/ODAQmx Data Acquisition”函數(shù)子選板函數(shù)子選板頂層。這是一個多態(tài)頂層。這是

25、一個多態(tài)VI，它有許多子，它有許多子VI，每個子，每個子VI可以創(chuàng)建一種可以創(chuàng)建一種類型的虛擬通道，并將其加入到一個數(shù)據(jù)采集任務(wù)中。類型的虛擬通道，并將其加入到一個數(shù)據(jù)采集任務(wù)中。l 3. DAQmx TiminguDAQmx定時定時VI。這個。這個VI在在“測量測量I/ODAQmx Data Acquisition”函數(shù)子選板頂層，也是一個多態(tài)函數(shù)子選板頂層，也是一個多態(tài)VI，它可以設(shè)置采，它可以設(shè)置采樣數(shù)、采樣率，并在必要時設(shè)置緩沖區(qū)。樣數(shù)、采樣率，并在必要時設(shè)置緩沖區(qū)。9-2-3 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集VIl4. DAQmx Start Tasku啟動啟動DAQmx任務(wù)任務(wù)VI。在。在“測量測

26、量I/ODAQmx Data Acquisition”函數(shù)子選板頂層。若不使用此函數(shù)子選板頂層。若不使用此VI，當(dāng)，當(dāng)DAQmx Read VI執(zhí)行時，數(shù)據(jù)采集任務(wù)自動啟動。執(zhí)行時，數(shù)據(jù)采集任務(wù)自動啟動。l5. DAQmx ReaduDAQmx讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)VI。在。在“測量測量I/ODAQmx Data Acquisition”函數(shù)子選板頂層，它由指定的任務(wù)或通道讀取采集的數(shù)據(jù)。這函數(shù)子選板頂層，它由指定的任務(wù)或通道讀取采集的數(shù)據(jù)。這是一個多態(tài)是一個多態(tài)VI，根據(jù)數(shù)據(jù)采集的類型、讀取數(shù)據(jù)的數(shù)量和要求，根據(jù)數(shù)據(jù)采集的類型、讀取數(shù)據(jù)的數(shù)量和要求返回數(shù)據(jù)的類型，有許多子返回數(shù)據(jù)的類型，有許多子VI可

27、以選擇?？梢赃x擇。l6. DAQmx Stop Tasku停止任務(wù)停止任務(wù)VI。這個。這個VI在在“測量測量I/ODAQmx Data Acquisition” VI子選板頂層，它停止一個任務(wù)，并把它恢復(fù)到執(zhí)行前的狀態(tài)。子選板頂層，它停止一個任務(wù)，并把它恢復(fù)到執(zhí)行前的狀態(tài)。它的參數(shù)與它的參數(shù)與DAQmx Start TaskVI相同。相同。9-2-4 測量直流電壓信號測量直流電壓信號l直流電壓信號是變化緩慢的信號，一般測量直流電壓信號每次只需要采集一點數(shù)據(jù)，也可以采集多點數(shù)據(jù)再取其平均值，以減小測量誤差。根據(jù)被監(jiān)測對象的數(shù)量又可以采用單通道采樣或多通道采樣。9-2-5 波形采集波形采集l1.

28、采集有限數(shù)量的數(shù)據(jù)9-2-5 波形采集波形采集l2. 連續(xù)采集數(shù)據(jù)9-2-6 頻率測量頻率測量l頻率混疊u采樣率的1/2被稱為賴奎斯特頻率，高于賴奎斯特頻率的信號會在直流和賴奎斯特頻率之間產(chǎn)生混疊。u混疊頻率是與信號頻率最接近的整數(shù)倍采樣率減去信號頻率，再取絕對值。u工程上為了防止混疊常在信號采集前用硬件進行濾波，去除賴奎斯特頻率以上的信號成分，稱為抗混濾波。NI有些數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品也有這種功能。9-2-6 頻率測量頻率測量l頻率混疊示例9-2-6 頻率測量頻率測量l頻率測量程序 9-3 輸出模擬信號輸出模擬信號l9-3-1 模擬輸出概述u1. 輸出直流信號 當(dāng)輸出信號的電平高低比輸出值的變化率更

29、重要時，需要產(chǎn)生的是一個穩(wěn)定的直流信號。 u2. 輸出隨時間快速變化的信號 把數(shù)據(jù)采集設(shè)備當(dāng)一個信號發(fā)生器使用時，就需要輸出隨時間快速變化的信號，我們把這種情況叫做波形輸出。 u3. 模擬輸出的信號連接 使用不同的數(shù)據(jù)采集卡和接線端子，輸出信號有不同的連接方法。 9-3-2 輸出直流信號輸出直流信號9-3-3 輸出波形信號輸出波形信號l1. 有限數(shù)量波形數(shù)據(jù)輸出9-3-3 輸出波形信號輸出波形信號l2. 連續(xù)波形數(shù)據(jù)輸出9-3-3 輸出波形信號輸出波形信號l3. 輸出頻率可調(diào)的波形信號9-4 信號調(diào)理信號調(diào)理l來自傳感器的電信號一般還不能用數(shù)據(jù)采集設(shè)備來測量，最主要的問題是它們大多數(shù)輸出電壓非

30、常小，且極易受噪聲影響，而有些信號又有可能存在很高的尖峰值。因此在將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字量之前需要先進行放大、濾波或隔離等預(yù)處理，這項工作叫做信號調(diào)理。 9-4-1 信號調(diào)理概述信號調(diào)理概述l1. 信號調(diào)理的類型 傳感器把溫度、壓力、位移、聲、光等物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，不同的傳感器和不同的信號決定了信號調(diào)理裝置的形式。 傳感器或信號傳感器或信號信號調(diào)理類型信號調(diào)理類型熱電偶放大和冷端補償熱電阻電流激勵應(yīng)變片電壓激勵、組橋位移電位計電壓激勵壓電晶體傳感器電荷放大共模電壓或高電壓隔離帶高頻噪聲的信號低通濾波9-4-1 信號調(diào)理概述信號調(diào)理概述l1. 信號調(diào)理的類型放大 放大是一種最常用的信號調(diào)理。對電信

31、號進行放大的好處是它可以改進信號模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度并可以減少噪聲。為了得到盡可能高的精度，應(yīng)該將信號放大到它的幅值等于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的最大輸入范圍。 9-4-1 信號調(diào)理概述信號調(diào)理概述l1. 信號調(diào)理的類型隔離 當(dāng)被檢測的信號含有高電壓峰值時，它可能損壞計算機或傷害操作者。在這種情況下出于安全考慮就需要將計算機與傳感器隔離。進行隔離的另一個原因是確保數(shù)據(jù)采集設(shè)備的測量不受地勢差的影響。當(dāng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備與信號不是參考同一點地勢點的話，就可能發(fā)生對地環(huán)流，影響測量的精確性；如果信號地和數(shù)據(jù)采集設(shè)備地的勢差很大的話，甚至可能損壞測試系統(tǒng)。使用信號調(diào)理器的隔離模塊可以減小對地環(huán)流，確保信號測試精確。9-4-1

32、 信號調(diào)理概述信號調(diào)理概述l1. 信號調(diào)理的類型濾波 信號調(diào)理系統(tǒng)可以從被測試信號中濾除掉不需要的成分或噪聲。對類似于溫度這樣緩慢變化的信號常常需要使用低通濾波器，減少信號的高頻成分，提高模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度。使用低通濾波器可以濾除截止頻率以上的所有信號頻率成分。許多信號調(diào)理裝置都有4Hz的低通濾波器，它很適于從低頻采樣的信號中濾除50 Hz交流噪聲。9-4-1 信號調(diào)理概述信號調(diào)理概述l1. 信號調(diào)理的類型傳感器激勵 應(yīng)變片、熱電阻等許多傳感器都需要外部電壓或電流的激勵來進行物理現(xiàn)象測試。許多信號調(diào)理設(shè)備都可以對傳感器提供必要的激勵。9-4-1 信號調(diào)理概述信號調(diào)理概述l2. 常用的信號調(diào)理設(shè)備形

33、式u信號調(diào)理器(SCXISignal Conditioning eXtensions for Instrumentation) 9-4-1 信號調(diào)理概述信號調(diào)理概述l2. 常用的信號調(diào)理設(shè)備形式u信號調(diào)理附件9-4-1 信號調(diào)理概述信號調(diào)理概述l2. 常用的信號調(diào)理設(shè)備形式u便攜式信號調(diào)理模塊（SCC）9-4-1 信號調(diào)理概述信號調(diào)理概述l2. 常用的信號調(diào)理設(shè)備形式u信號調(diào)理模塊（5B系列） 9-4-1 信號調(diào)理概述信號調(diào)理概述l2. 常用的信號調(diào)理設(shè)備形式u分布式信號采集系統(tǒng) 9-4-1 信號調(diào)理概述信號調(diào)理概述l3. 信號調(diào)理器與數(shù)據(jù)采集卡的通信u信號調(diào)理器做前端信號調(diào)理系統(tǒng)時，它向數(shù)據(jù)

34、采集設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)有兩種基本的操作模式：多路復(fù)用模式和并行模式。u采用多路復(fù)用模式時信號調(diào)理設(shè)備的所有輸入通道都被復(fù)合到一個通道輸出。在缺省情況下，以差分方式輸出到數(shù)據(jù)采集設(shè)備的0通道。u當(dāng)模擬輸入模塊運行在并行模式下時，模塊直接把它每個通道的信號傳送到與它相連的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的一個單獨的模擬輸入通道。9-4-2 信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置l1. 信號調(diào)理器設(shè)置u1) 添加信號調(diào)理器 9-4-2 信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置l1. 信號調(diào)理器設(shè)置u2) DAQmx新建信號調(diào)理器機箱 9-4-2 信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置l1. 信號調(diào)理器設(shè)置u3

35、) DAQmx信號調(diào)理模塊設(shè)置 9-4-2 信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置l1. 信號調(diào)理器設(shè)置u4) DAQmx信號調(diào)理機箱設(shè)置 9-4-2 信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置l2. Field Point設(shè)置u1) 新建 FieldPoint通用資源 9-4-2 信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置l2. Field Point設(shè)置u2) MAX中的FieldPoint內(nèi)容 9-4-2 信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置l2. Field Point設(shè)置u3) MAX中FP-TC-120設(shè)置 9-4-2 信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置

36、l2. Field Point設(shè)置u4) 設(shè)置FieldPoint數(shù)據(jù)項 9-4-2 信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置信號調(diào)理設(shè)備安裝與設(shè)置l2. Field Point設(shè)置u5) FieldPoint數(shù)據(jù)項測試 9-4-3 應(yīng)變測量應(yīng)變測量l應(yīng)變片是粘貼在受力物體上很薄的導(dǎo)體，它將被測對象的變形轉(zhuǎn)換為電阻值變化。用應(yīng)變片測量金屬材料的應(yīng)變時，它的電阻變化率一般只有千分之幾，電壓往往是微伏級的，因此應(yīng)變測量常采用惠斯登電橋電路。 a）半橋單臂測量電路 （b）半橋雙臂測量電路 （c）全橋測量電路 9-4-3 應(yīng)變測量應(yīng)變測量l1. 創(chuàng)建應(yīng)變測試任務(wù)應(yīng)變測量數(shù)據(jù)采集助手設(shè)置 9-4-3 應(yīng)變測量應(yīng)變測量 1

37、. 創(chuàng)建應(yīng)變測試任務(wù)應(yīng)變測量校準(zhǔn)向?qū)?9-4-3 應(yīng)變測量應(yīng)變測量 1. 創(chuàng)建應(yīng)變測試任務(wù)應(yīng)變測量校準(zhǔn)窗口 9-4-3 應(yīng)變測量應(yīng)變測量l2. 生成應(yīng)變測量程序代碼 9-4-3 應(yīng)變測量應(yīng)變測量l2. 生成應(yīng)變測量程序代碼應(yīng)變測量任務(wù)設(shè)置 9-4-4 溫度測量溫度測量l1. 熱電阻u（1）用熱電阻測量溫度的原理 熱電阻的原理是利用材料的電阻值隨溫度變化來測試溫度。對熱電阻施加恒定電流，根據(jù)歐姆定律，其輸出電壓將隨電阻變化。因此測量電壓即可得到溫度變化。9-4-4 溫度測量溫度測量l1. 熱電阻u（2）創(chuàng)建溫度測試任務(wù)9-4-4 溫度測量溫度測量l1. 熱電阻u（3）生成溫度測量程序代碼9-4-

38、4 溫度測量溫度測量l2. 熱電偶u（1）熱電偶簡介 熱電偶是由兩種不同的導(dǎo)體A和B兩端相連組成的閉合回路。如果兩端溫度T和T0不相等,將產(chǎn)生溫差電動勢，推動回路內(nèi)有電流流過。組成該回路的A、B兩導(dǎo)體稱為熱電極,由A,B導(dǎo)體組成的回路稱為熱電偶。9-4-4 溫度測量溫度測量l2. 熱電偶u（2）FielPoint Express VI設(shè)置面板9-4-4 溫度測量溫度測量l2. 熱電偶u（3） FieldPointExpress VI程序框圖9-4-4 溫度測量溫度測量l2. 熱電偶u（4）使用FieldPoint測量溫度程序框圖9-5 數(shù)字信號輸入輸出數(shù)字信號輸入輸出l數(shù)字信號輸入輸出和計數(shù)器

39、都是對二進制數(shù)據(jù)進行的操作，也是工程實踐中經(jīng)常遇到的數(shù)據(jù)采集內(nèi)容。9-5-1 數(shù)字信號輸入輸出概述數(shù)字信號輸入輸出概述l1. 數(shù)字信號的概念 數(shù)字輸入輸出接口通常用于與外圍設(shè)備的通訊和產(chǎn)生某些測試信號。例如在過程控制中與受控對象傳遞狀態(tài)信息，進行測試系統(tǒng)報警等。數(shù)字信號只有開（ON）關(guān)（OFF）兩種狀態(tài)。數(shù)字信號有開關(guān)量和脈沖序列兩種。 l2. 數(shù)字端口與數(shù)字線 數(shù)字輸入輸出系統(tǒng)的重要組成部分是數(shù)字端口“port”與數(shù)字線“l(fā)ine”。數(shù)字線是數(shù)據(jù)采集卡中單獨連接一個數(shù)字信號的物理端子。一個數(shù)字線承載的數(shù)據(jù)叫做位“bit”，它的二進制值是“0”或“1”。9-5-1 數(shù)字信號輸入輸出概述數(shù)字信號

40、輸入輸出概述l2. 數(shù)字端口與數(shù)字線9-5-1 數(shù)字信號輸入輸出概述數(shù)字信號輸入輸出概述l3. 數(shù)字信號輸入輸出設(shè)備 NI公司有專門的數(shù)字輸入輸出板卡和信號調(diào)理設(shè)備，但是許多多功能數(shù)據(jù)采集卡也具備不同的數(shù)字輸入輸出功能。l4. 數(shù)字信號輸入輸出方式 數(shù)字通訊有立即方式和握手方式兩種方式。立即方式數(shù)字輸入輸出就是調(diào)用一個數(shù)字輸入輸出 VI馬上讀寫數(shù)據(jù)；握手方式數(shù)字輸入輸出在傳遞每個數(shù)據(jù)時都要進行請求和應(yīng)答。9-5-2 立即方式數(shù)字輸入輸出立即方式數(shù)字輸入輸出lDAQmx數(shù)字線輸出數(shù)據(jù)采集助手9-5-2 立即方式數(shù)字輸入輸出立即方式數(shù)字輸入輸出l DAQmx數(shù)字線立即輸出程序框圖9-5-3 握手方式數(shù)字輸入輸出握手方式數(shù)字輸入輸出l DAQmx握手方式數(shù)字輸入示例程序框圖9-6 計數(shù)