第4讲 数据采集与信号调理.pptVIP

除了LabVIEW，也可以选择其他环境. 但LabVIEW相对来说开发更简单 * 此处最好结合演示，如果没有真实硬件可以虚拟一个硬件 * 此处最好结合演示，如果没有真实硬件可以虚拟一个硬件 * 虽然前面演示的是一个很简单的程序，但是我们已经可以看出DAQmx数据采集程序的基本架构 * 为了加快数据读取循环的速度，可以利用生产者/消费者架构把处理内容放在消费者循环中进行 * 两张图分别是采用DAQ助手和使用底层DAQmx VI * 根据信号源是否接地，可以采用不同的接线方式 * * 需要图片 * 通常，麦克风和加速度计都有集成的放大器，在采集之前发大信号 * * 带缓冲的波形生成 生成波形频率取决于下列三个因素 更新率 (每秒多少个更新点) 缓冲区中的数据点 缓冲区中的周期数 信号频率 ＝ 更新率 缓冲区中的数据点 缓冲区中的周期数 × 缓冲区大小 ＝ 1000点 缓冲区中的周期数 ＝ 2 更新率 ＝ 1000 点/秒 则, 信号频率 ＝ 2 Hz 使用采样时钟的连续波形生成 硬件定时 基于时钟的硬件定时 写入生成数据 开始生成任务 与模拟采集不同, 循环在这里起的作用仅仅是不断检查任务状态, 而非不断写入数据 NI ELVIS平台的模拟输出部分 通道数:2 DAC位数: 16 最高更新速率 单通道2.8MS/s 双通道2.0MS/s 最大输出范围 ±10 V, ±5 V 最高驱动电流: ±5 mA 数字I/O 按照电平标准和电流驱动能力分类 TTL LVTTL(低电压) LVDS (利用差分技术) 工业数字I/O (如12V, 24V, 48V等) 需根据电平标准、驱动能力、所需速率等因素选用不同的数字I/O板卡 大多数多功能数据采集卡上的数字I/O通道电平与TTL兼容 课程中所用到的NI ELVIS及NI myDAQ上集成的数字I/O通道也是与TTL兼容 数字术语 位 数据的最小单位， 每一位为1或0 字节 包含8位数据的二进制数 线 端口中的一路独立信号，位表示传输的数 据，线是“位”在硬件上的表示 端口 数字线的集合（通常4或8路） 端口宽度 端口的数字线数目（通常4或8） DAQ助手 / 数字测试面板 通过DAQmx API创建数字虚拟通道 创建一个端口、线或线集合的数字通道 选择如何将数字线编组为一个或多个虚拟通道 影响DAQmx读取VI的配置 线格式 每个通道多条线 读取单采样 线0、2、4 线4、2、0 二进制数的显示 数字输出 软件定时 (Static Digital I/O) 硬件定时 某些DAQ设备支持硬件定时的数字I/O 与带缓冲的模拟输入输出原理相同 采样时钟用于硬件定时的数字I/O (Correlated Digital I/O) NI ELVIS的数字I/O端口Port1/Port2支持硬件定时，Port0只支持软件定时 NI ELVIS上的数字I/O 24 Static DIO (Port 0) 15 PFI (Port 1, Port 2) 支持硬件定时 每通道可设置输入/输出 计数器 两个基本功能 基于输入信号（门和源）的比较，进行计数 基于输入和寄存器值，生成脉冲 许多应用由基本计数演变而来 边沿计数，例如简单边沿计数和时间测量 脉冲宽度、半周期和周期测量 频率测量 单脉冲和脉冲序列生成 位置和速度测量 输出 门 源 计数寄存器 注: 由于课时限制，本课程中主要介绍 脉冲边沿计数、脉冲宽度测量、固定频率连续脉冲串生成 这三种应用，更多计数器的应用可以参考DAQmx帮助及LabVIEW中的范例程序自学 计数器的硬件组成 计数寄存器 保存当前计数值 ELVIS II有两个32位的寄存器 归零前最终计数 ＝ 232 – 1 可设置每次计数寄存器加1或减1（向上计数或向下计数） 源 (Source) 相当于计数时钟 可设置上升沿或下降沿有效 门 (Gate) 相当于使能控制信号 输出 (Output) 用于生成脉冲 Gate Source Output 计数寄存器 最简单的边沿计数 0 1 2 3 0 TC-1 TC 计数器就绪 源 计数 利用DAQ助手实现最简单的边沿计数 利用DAQ助手可以更直观地看到各种基于计数器应用的原理，同时方便地进行相关配置 适合作为参考，鼓励同学们仍然基于DAQmx API实现 自动选择PFI线 选择计数方向： 升值计数 减值计数 选择上升沿或下降沿 脉冲测量 使用已知频率的时基测量未知信号的特性 ELVIS中计数器自带的时基可选80 MHz, 20 MHz及100 kHz 脉冲周期 周期测量 宽度 脉冲宽度测量 源 门 源 输出 计数寄存器 测量信号 时基信号 例：单脉冲宽度测量 理解测量的原理很重要 实际的程序中，