labview试验指导书2012版本.docVIP

实验一 虚拟仪器技术的构成与程序设计 一、实验目的 1、掌握基于虚拟仪器技术的测试系统组成及信号分析方法 2、掌握LabVIEW的数据采集编程方法，熟悉LabVIEW程序设计、调试的基本方法。 二、实验设备 Labview2011软件、NI USB-6009数据采集卡、普通计算机、，实验用可调直流电源，导线若干。 三、实验原理 Labview的数据采集(Data Acquisition)程序库包括了许多NI公司数据采集(DAQ)卡的驱动控制程序。通常，一块卡可以完成多种功能—模/数转换，数/模转换，数字量输入/输出，以及计数器/定时器操作等。用户在使用之前必须DAQ卡的硬件进行配置。这些控制程序用到了许多低层的DAQ驱动程序。本项实验内容需要一块安装好的DAQ卡以及LabVIEW开发系统 3.1 数据采集系统的组成 图1-1 插入式数据采集系统示意图 当采用DAQ卡测量模拟信号时，必须考虑下列因素：输入模式(单端输入或者差分输入)、分辨率、输入范围、采样速率，精度和噪声等。 单端输入以一个共同接地点为参考点。这种方式适用于输入信号为高电平(大于一伏)，信号源与采集端之间的距离较短(小于5米)，并且所有输入信号有一个公共接地端。如果不能满足上述条件，则需要使用差分输入。差分输入方式下，每个输入可以有不同的接地参考点。并且，由于消除了共模噪声的误差，所以差分输入的精度较高。 输入范围是指ADC能够量化处理的最大、最小输入电压值。DAQ卡提供了可选择的输入范围，它与分辨率、增益等配合，以获得最佳的测量精度。 分辨率是模/数转换所使用的数字位数。分辩率越高，输入信号的细分程度就越高，能够识别的信号变化量就越小。图1-2表示的是一个正弦波信号，以及用三位模/数转换所获得的数字结果。三位模/数转换把输入范围细分为23或者就8份。二进制数从000到111分别代表每一份。显然，此时数字信号不能很好地表示原始信号，因为分辩率不够高，许多变化在模/数转换过程中丢失了。然而，如果把分辩率增加为16位，模/数转换的细分数值就可以从8增加到216即65536，它就可以相当准确地表示原始信号。 图1-2 分辨率对信号采集的影响示意图 图1-3 增益对信号采集的影响示意图 增益表示输入信号被处理前放大或缩小的倍数。给信号设置一个增益值，你就可以实际减小信号的输入范围，使模数转换能尽量地细分输入信号。例如，当使用一个3位模数转换，输入信号范围为0到10伏，图3显示了给信号设置增益值的效果。当增益=1时，模/数转换只能在5伏范围内细分成4份，而当增益=2时，就可以细分成8份，精度大大地提高了。但是必须注意，此时实际允许的输入信号范围为0到5伏。一但超过5伏，当乘以增益2以后，输入到模/数转换的数值就会大于允许值10伏。 总之，输入范围，分辩率以及增益决定了输入信号可识别的最小模拟变化量。此最小模拟变化量对应于数字量的最小位上的0，1变化，通常叫做转换宽度(Code width)。其算式为：输入范围/(增益*2^分辩率)。 例如，一个12位的DAQ卡，输入范围为0到10伏，增益为1，则可检测到2.4mV的电压变化。而当输入范围为-10到10伏(20伏)，可检测的电压变化量则为4.8mV。 采样率决定了模/数变换的速率。采样率高，则在一定时间内采样点就多，对信号的数字表达就越精确。采样率必须保证一定的数值，如果太低，则精确度就很差。图4表示了采样率对精度的影响。 A采样频率足够 B 采样频率不够引起波形畸变 图1-4 采样率对信号采集精度的影响示意图 根据耐奎斯特采样理论，你的采样频率必须是信号最高频率的两倍。例如，音频信号的频率一般达到20KHz，因此其采样频率一般需要40KHz。 平均化。噪声将会引起输入信号畸变。噪声可以是计算机外部的或者内部的。要抑制外部噪声误差，可以使用适当的信号调理电路，也可以增加采样信号点数，再取这些信号的平均值以抑制噪声误差，这样误差可以减小到乘以下面的系数： 例如，如果以100个点来平均，则噪声误差将减小1/10。 3.2 数据采集程序的调用方法 本次实验用到的数据采集硬件是可以方便与电脑连接的USB-6009多功能数据采集卡。它包含8路模拟输入通道(14位分辨率，48 kS/s) ；2路模拟输出通道(12位分辨率，150 S/s)；12条数字I/O线和1条32分辨率计数器。其外观和引脚接线图如图1-5所示： 图1-5 USB-6009多功能数据采集卡引脚接线定义 LabVIEW的DAQ程序包括模拟输入、模拟输出、计数器操作、或者数字输入、输出等。我们下面主要介绍LabVIEW中的“数据采集助手”快速VI编写数据采集程序。 LabVIEW提供了一系列快速VI，又称Express VI。它们的作用是简单、方便，无需使用