7-数据采集上演示教学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,虚拟仪器,七：数据采集（上）,本堂课内容,数据采集（上）,一、测试系统简介,DAQ -,D,ata,A,c,q,uisition,被,测,对,象,传,感,器,信,号,调,理,数,据,采,集,信,号,处,理,仪,器,面,板,1.,测试系统组成,在基于计算机构建的虚拟仪器及自动测试系统中，软件起着重要作用。具体包括所用到,硬件（典型硬件如数据采集卡，等等）的驱动程序（,NI-DAQmx,；,NI-VISA,，等）；应用程序编程接口,;,再上层的，是,LabVIEW,等编程环境软件；最后,还有用户根据自己需求所构建（编制）的应用程序。,虚拟仪器及系统的软件,用户编制的测量应用程序,应用软件编程环境,LabVIEW,LabWindows/CVI,Measurement Studio,配置软件,Measurement and Automation Explorer(MAX),应用程序编程接口,(API),硬件驱动程序,NI-DAQmx,现实世界的信号和物理量,信号调理,数据采集与模块化仪器,传感器和变换器,万用表,开关在左,可调电源,示波器,函数发生器,模出,模入,直流电压源,函数发生器,数字输入输出,计数器/时钟，用户可编程I/O,直流电源,数字万用表,可调,电源,示波器,用户可编程I/O,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,+,-,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，或测量技术原理有关的教材等。,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,。,输入信号,4.,采样率,采样率,每秒（单位时间）采集被测信号的次数。,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,）,被采信号频率为,f,s,以,f,s,采样,以,2f,s,采样,以,4f,s,/3,采样,采样定理：,采样频率至少是被测信号中最高频率成分频率的两倍。实际采样时，常取,5,10,倍。,5.,分辨率,3bit,的数据采集卡将,010V,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。,16bit,的数据采集卡将,010V,划分为,2,的,16,次方份（仔细看）。,本教学实验室所使用,PCI-6251,数据采集卡的位数为,12,，即,12bit,。,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。,6.,输入范围,3bit,的采集卡将,010V,划分为,2,的,3,次方份,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。,3bit,的采集卡将,-1010V,划,分为,2,的,3,次方份,输入范围,-1010V,输入范围,010V,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，前者的采样效果更好一些。,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,。,路径：桌面上,Measurement and Automation,设备和接口,二、数据采集任务确立及测量硬件驱动,6251,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。,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。,二、,1.,测量及自动化浏览器,MAX,的功能,6251,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。,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。,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。,二、,2.,用驱动程序,DAQmx,配置测量通道和任务,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,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MAX（数据采集卡配置软件）创建一个任务,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,创建任务的第一步,：建立“数据邻居”,路径：桌面,Measurement and Automation,.,在对话框中，选择“,NI-DAQmx,任务”作为创建任务的目标，之后，点击“下一步”，进入下一层对话框。,用,MAX,创建任务的第二步,：,在新建的“数据邻居”列表中，选择建立“,NI-DAQmx,任务”。,在选择,NI-DAQmx,任务类型方面，每个类型下都有更具体的若干个选项可供选择。在这里，以选择“模拟输入”类型下的“电压”选项为例。选定之后，进入下一步骤。,用,MAX,创建任务的第三步,：选择,NI-DAQmx,任务类型（这里，选择“采集信号”,“模拟输入”,“电压”作为例子）。,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。,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。,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：,1,采样,(,按要求,),，即采集单点数据,（立即执行）；,1,采样,(,硬件定时,),，表示,在硬件时钟的边沿采集单点数据；,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)”,文本框中指定（本例中为,100,个点和,1000Hz,）；,连续采样，表示进行连续采集，此时，“定时设置”下只有“采样率,(Hz)”,即采样频率参数有效。,若对默认的任务参数进行了修改，那需要按下右侧窗口中左上角的“保存”按钮，以保存修改后的任务参数设置。至此，一个,NI-DAQmx,定义的任务就建立完毕了。,单击,“,DAQmx,任务名”控件,或,“,DAQmx,任务名”常量,右端的向下选项箭头、打开任务列表，选择“我的电压任务”项目，就可以使用前边所创建的任务了。,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”,使用,DAQ,助手建立,临时,DAQmx,任务,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。,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：“函数”选板,“测量,I/O”,“DAQmx,数据采集”,DAQ,助手,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。,硬件：将可变电压打到手动,Manual(,调小一点，不要超过,10V),，,Supply+,和,ACH0+,连接，,Ground,和,ACH0-,连接。观察指针变化,例,7.1,通过,Assistant,进行,AI,单点采集,例,7.2,通过,DAQmx,进行电压输出,硬件：将,DAC0,电压输入至万用表的,Voltage HI,，,Voltage Lo,接地,例,7.3,用仪器驱动模板函数写数字口,硬件：将,DO,口和,LED,口连接，观察,LED,指示灯的变化,例,7.4,采用,DAQmx,基本函数的虚拟频率分析仪,硬件：将,ACH1+,和,FUNC_OUT,连，,将,ACH1-,和,GROUND,连，,鼠标点击键到“内部”，在界面上修改参数观察；把波形幅度调到小于,5 V,，将,DAC0,和,LED0,连，改变波形及其频率，,观察,LED,指示灯的变化；,鼠标点击键到“外部“，函数发生器打到手动，改变波形，观察波形图中变化，,例,7.4,采用,DAQmx,基本函数的事件计数器,硬件：将,CRT0_SOURCE,和,FUNC_OUT,连，,函数发生器打到手动，波形打到方波，观察面板中计数变化。,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,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）。,找到,DAQmx VI,路径：“函数”选板,“测量,I/O”,DAQmx-,数据采集,2.常用DAQmx VI 介绍,该函数功能：,用于建立虚拟通道和任务。图示为该多态,VI,的一个实例，用于测量输入模拟电压的值。,“物理通道”输入端，用于指定物理通道；,“分配名称”输入端，定义虚拟通道名，如不指定，该参数,将以物理通道名（如,Dev1/ai0,等）作为本虚拟通道名；,“最大值”、“最小值”，定义所期望的信号的最大值和最,小值（即输入范围）；,“输入接线端配置”，定义输入端子接法（差分等）。,“函数”选板,“测量,I/O”,DAQmx,数据采集,用于设置时间信息。,在上图所示实例（采样时钟）中，可以设置采样时钟源、时钟频率及采集,/,生成的样本数目。,其中一些输入端子的含义为,：,“采样率”，定义每个通道每秒采集或发生数据的点数；,“采样模式”，定义采样模式；,“每通道采样”参数，用于指定在“采样模式”参数选为“有限采样”时每个通道采集或生成的样本数。,路径：“函数”选板,“测量,I/O”,DAQmx,数据采集,“,DAQmx,定时”的“采样时钟”实例，它,与,DAQmx,任务的“定时设置”选项组,具有相同功能：,NI-DAQmx,任务,DAQmx Timing VI,（,Samlpe Clock,实例）,采集模式,=,采样模式,待读取采样,=,每通道采样,采样率,(Hz)=,采样率,DAQmx,定义的任务的“定时设置”选项组,该函数的功能,：从指定的任务或虚拟通道读取样本；其输出端“数据”返回（提供）读到的数据。,具体情况，决定于读取数据的类型和格式。,多态,VI,选择器上给出了实例名称，其具体含义如下：,DBL,表示返回（提供）的是双精度数据；,1D,表示是一维数组，没有该标志表示为标量数据。,路径：“函数”选板,“测量,I/O”,DAQmx,数据采集,对于,采集多个样本,的“,DAQmx,读取”,VI,实例（见上图），其输入端“每通道采样数”参数指定实际读取样本数目。,NI-DAQmx,任务,的“采集模式”参数设置为“,N,采样”时，如果“每通道采样数”参数大于,NI-DAQmx,任务的“待读取采样”参数，或“每通道采样数”参数使用默认值，则读取,NI-DAQmx,任务的“待读取采样”所确定的数据点数，否则，读取“待读取采样”所确定的样本数。,NI-DAQmx,任务,的“采集模式”参数设置为“连续采样”时，其“待读取采样”参数不起作用。如果上述,VI,的“每通道采样数”不接入数据或接入“,1”,，则读取,循环缓冲区,内当前的所有有效数据；否则，读取“每通道采样数”所确定的样本数。,循环缓冲概念在“数据采集下,.ppt”,中说明,该函数的功能,：向任务写入样本数据。它的“自动开始”参数指定在没有用“,DAQmx,开始任务”函数显式开始任务的情况下，是否以隐式方式开始任务。,路径：“函数”选板,“测量,I/O”,DAQmx,数据采集,该函数的功能,：开始执行任务（显式任务状态转换）。,如果“,DAQmx,读取”函数或“,DAQmx,写入”函数要多次执行，例如处于循环之中，应该使用“,DAQmx,开始任务”函数，否则任务执行性能会降低，因为任务将会被不断地启动和停止。,路径：“函数”选板,“测量,I/O”,DAQmx,数据采集,该函数的功能：结束,DAQmx,任务。,路径：“函数”选板,“测量,I/O”,DAQmx,数据采集,该函数的功能,：停止任务并清除资源。任务清除后就不能再使用，除非重新建立该任务。,路径：“函数”选板,“测量,I/O”,DAQmx,数据采集,调用该函数，能确保在结束任务,/,清除任务（“,DAQmx,停止任务”或“,DAQmx,清除任务”）之前，完成所要求的采集或发生任务。,路径：“函数”选板,“测量,I/O”,DAQmx,数据采集,练习题,2,：从实验台上采集一,5V,左右的正弦波和一,5V,左右的方波电压信号，并用,MAX,提供的“测试面板”将它们显示出来，以验证该采集任务被正确地确立并完成。改变数据采集模式（采样率、采样点数）等相应配置，再重复上述任务。,练习题,1,：,从实验台上采集一个,5V,的直流电压，并用,MAX,提供的“测试面板”将该直流电压显示出来，以验证该采集任务被正确地确立并完成。,练 习,练习题,3,：经路径“函数”选板,“测量,I/O”,DAQmx,数据采集，找到“,DAQmx,创建虚拟通道”、“,DAQmx,读取”、“,DAQmx,写入”和“,DAQmx,定时（采样时钟）”四个函数，打开它们的多态,VI,选择器，认识识它们提供的多种函数功能。,