LabVIEW编程及虚拟仪器设计( 第六讲：数据采集(上))

· 以较高采样率采集到的信号样本，能更真实地反映原信号。
· 采样率过低，采得的数字信号看起来其频率可能与实际频
率不同，称为频率混叠（aliasing）
（抗混叠LP）
以fs采样
被采信号频 率为fs
以2fs采样
以4fs/3采样
5. 分辨率
数字化测量仪器能够检测到的被测模拟信号的最小电平的变 化量，由数据采集卡的位数（bit数）决定。
二、数据采集任务确立及测量硬件驱动
DAQmx 设备列表
进行设备 自检
打开测试 面板
MAX中的驱动程序DAQmx
为确立经哪个采集通道去采集被测信号这一任务，要利用LabVIEW的“测量及 自动化浏览器” （Measurement and Automation Explore --- MAX）对数据 采集卡进行配置。MAX也称“数据采集卡配置软件”。对基于计算机构建的虚拟仪 器测量系统而言，计算机要与仪器硬件打交道，需要相应的硬件驱动程序。在本实验 室虚拟仪器设计环境下， “NI-DAQmx设备”是数据采集卡驱动程序。
DAQ设备模拟输 入物理通道列表
用MAX创建任务的第四步：选择建立虚拟通道所需的物理通道 从“支持物理通道”的列表中，选择本任务所要使用的物
理通道。 Dev1表示本虚拟仪器环境中的第一块DAQ卡；ai1表示编
号（索引）为1（从0开始）的模拟输入物理通道。可按住Ctrl 或Shift键选择多个物理通道；所选择物理通道数，应等于新建 任务包含的虚拟通道数。这里，以利用Ctrl键选择ai0和ai2这两 个物理通道为例。选好后，按“下一步”键，进入下一步骤。
二、1. 测量及自动化浏览器MAX的功能
DAQmx 设备列表
进行设备 自检
打开测试 面板
MAX的主界面
MAX可实现如下功能：（1）浏览系统中接有的数据采集卡，并快速检测、配 置数据采集卡及相应软件；（2）通过测试面板，验证和诊断数据采集卡工作 情况；（3）创建新的采集通道、任务、接口和比例参数等。具体地， MAX会 给每块数据采集卡分配一个逻辑设备号，以供LabVIEW调用时使用。在MAX主界 面左栏“我的系统”下有三个子目录，其中，“数据邻居”存储了有关配置和 修改任务、虚拟通道的信息；而通过“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；最后的“换算”则用于标定运算。
将其放置于框图面板上，同时会出现其“新建Express任务…”窗口。 在该窗口的右侧栏可进行相应的设置及其修改。
可以直接 输出数据
使用DAQ助手建立的任务只是临时任务，没有名称，不会保存在MAX中被 （这台计算机中建立的）其他程序使用。
临时任务建立后，DAQ助手Express VI出现了名为“数据”的输出端子（对 于模拟输入操作），它可直接向框图上的程序的其他部分输出数据。
路径：桌面上Measurement and Automation 设备和接口
关于数据采集卡的驱动程序
• 一般而言，每种、每块数据采集卡均有自 己的驱动程序，它的作用就是去控制数据 采集卡的硬件操作。
• 数据采集卡的驱动程序由供应商提供，用 户一般无需对其编写原理等做过多了解， 而只要能正确使用该驱动程序实现对数据 采集卡硬件的控制，使其正确地完成了自 己希望的数据采集操作即可。
用MAX创建任务的第五步：为任务命名（指定名字）
本例中，为任务命名时，就默认为“我的电压任务”即 可。 然后按“完成”键，进入下一步骤。
完成上述操作后，在“数据邻居”下的“NI-DAQmx任务”列表中，已出现新建 任务“我的电压任务”；同时，该任务已被选中，故在MAX主界面的右侧窗口中便出 现了该任务的参数设置区。接下来，用户就应根据自己的实际需要修改由MAX提供的 默认的任务参数设置。
数据采集卡驱动程序DAQmx定义的任务、虚拟通道与物理通道间的关系
虚拟通道 电压_0
虚拟通道名 “电压 _ 0”
端子连接方式 差分接法
物理通道ai0
差分接法对应两个 端子CH 0和CH 8
输入范围 -5V~5V
自定义缩放比例
虚拟通道 电压_1
虚拟通道名 “电压 _1 ”
端子连接方式 差分接法
物理通道ai1
本教学实验室所使用PCIMIO-16E-4数据采集卡的位数为 12，即12bit。
16bit的数据采集 卡将0~10V划分为2 的16次方份（仔细 看）。
3bit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，如此采得的信号已非原被测信号。
6. 输入范围
测量仪器能够数字化地表征被测信 号相应的电压信号的大小范围，由最小 值和最大值确定。在数据采集卡已确定 即其位数确定前提下，应尽可能使输入 范围刚好容纳被测信号的变化范围。
二、2. 用驱动程序DAQmx配置测量通道和任务
a) 通道 ✓ 物理通道：连接被测信号的实际端子（对差分输入方式而言，
每个物理通道对应2个端子；数字端口对应于8条线）； ✓ 虚拟通道：是一组属性设置的集合，包含虚拟通道名、对应的
物理通道、输入接线方式（差分/RSE/NRSE等）、输入范围、 缩放比例等。 b) NI-DAQmx任务，是一个或多个虚拟通道的集合，此外，它还 包含了定时、触发等属性。它代表了所要实施的一次信号测量 或信号发生的操作。 c) NI-DAQmx任务分为两种： ✓ 一种是独立于程序而存在、可以被各个程序所使用的，且可长 期保存的任务（用MAX创建，且保存在MAX中）； ✓ 另一种是仅存在于某程序中且只能供该程序使用的所谓临时任 务（用DAQ助手Express VI或DAQmx函数在框图面板上创建）。 d)虚拟通道分为两种：局部（Local）和全局（Global）虚拟通 道。局部虚拟通道仅存在于某个DAQmx定义的任务中（其生存 期长短由任务决定）；而全局虚拟通道可长期保存在MAX中， 且可被多个任务所使用。
在程序中使用MAX建立的任务，需要借助“DAQmx 任务名”控 件或“DAQmx 任务名” 常量。到达它们的路径是：
“控件”选板-> “新式”-> “I/O”-> “DAQmx名称控件”-> “DAQmx 任务名”
“函数”选板->“测量I/O”->“DAQmx-数据采集”-> “DAQmx 任务名”
虚拟通道列表中，包含名为“电压_0”和“电压_1”的两个虚拟通道，虚拟通道名 已被自动指定。在某虚拟通道上打开快捷菜单，可为该虚拟通道改名，或更改其对应的 物理通道。 （本例中，“电压_0”对应ai0；“电压_1”对应ai2 。）
采集模式： a) 1 采样 (按要求)，即采集单点数据（立即执行）； b) 1 采样 (硬件定时)，表示在硬件时钟的边沿采集单点数据； c) N 采样，表示采集一段数据，采样点数和采样频率在“定时设置”下的“待读取采样”和“采样率(Hz)”
差分接法对应两个 端子CH 1和CH 9
输入范围 0V~10V
自定义缩放比例
NI-DAQmx任务 我的电压任务
（包含两个虚拟通道 ）
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
任务的测量类型 ：模拟输入->电压
虚拟通道包含物理通道、输入范围、端子配置（差分/RSE/NRSE）和缩放比 例等多个属性；任务包含一个或多个虚拟通道，且它除包含每个虚拟通道的属 性外，还包含这些虚拟通道共用的采样和触发等属性（信息）。
使用“DAQmx 创建虚拟通道”亦即 “DAQmx 创建通道（AI-电压-基本）”，通过编 程的方法，也可以建立临时任务。这个函数（子VI） 的用法，在后面会有介绍。
三、DAQmx VI——数据采集函数简介
1. DAQmx VI的组织方式——多态VI
多态性：输入、输出端子可以接受不同类型的数据。 ✓ 实际上，多态VI是具有相同连接器形式的多个VI的集合，包
现实世界的信号和物理量
模入
开关在左
两路模出
函数发生器开关
独立运放
硬件实现的有 源低通滤波器
函数发生器和直流电压源
函数发生器和直流电 源电源开关
电位器和开关
2. 信号分类
3. 测量系统信号输入方式
实验中所构建的测量系统，采用
如图所示的差分式输入方式。+
输入信号

具体实现上是：输入信号接 在CH0+和CH0-之间。CH0+，即实 验箱上的模入0通道CH0；CH0-， 则是模入8通道CH8。
含在其中的每个VI，都称为该多态VI的一个实例。 ✓ VI的这种组织方式，将多个功能相似的功能模块放在一起，可
方便用户的学习和使用。
通过多态VI选择器，可以选择具体使用多态VI的某个实例。打开多态VI
选择器显示的方法是：在某个DAQmx VI图标上弹 出 快捷菜单，选择“显示项” “多态VI选择器”（有多态VI功能的函数，其默认状态下，多态VI选择器是打开的）。
• 使用MAX（数据采集卡配置软件）创建一个任务
路径：桌面Measurement and Automation －> …….
用MAX创建任务的第一步：建立“数据邻居” 首先，在MAX界面的“我的系统” -> “数据邻居”快捷菜单 中选择“新建…”，打开了新建的“数据邻居”对话框。
用MAX创建任务的第二步：
3bit的采集卡将0~10V 划分为2的3次方份
输入范围0~10V 输入范围-10~10V
在右侧给出的示例中，第一个被测
信号是0－8.75V（输入范围是0-10V）;第
二个被测信号是0－7.5V（输入范围是－
10V-+10V）。显然，前者的采样效果更 3bit的采集卡将-10~10V划
好一些。
分为2的3次方份
输入信号
至于测量系统的信号“参考地 单端（RSE）”和“无参考地单端 （NRSE）” 输入接线方式及相应用 途，可参考教材或“帮助”文件，