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《LabVIEW編程及虛擬 儀器設(shè)計》,第六講：數(shù)據(jù)采集（上）,1,字符串控件： 字符串輸入控件、顯示控件 ；組合框；表格 和Express 表格； 樹形。 字符串的顯示方式： 正常顯示； ‘\’ 代碼顯示；密碼顯示； 十六進制顯示 字符串的操作函數(shù)： 有多種。,上 堂 課 內(nèi) 容 小 結(jié),一、字符串 是ASCII字符的集合。在對基于LabVIEW的虛擬儀器進行控制操作時，控制命令和數(shù)據(jù)等大多是按字符串格式傳送的。,2,二、文件I/O 1.文件I/O函數(shù)的功能: 打開/新建/替換;讀取/寫入(多種)；關(guān) 閉并釋放句柄。 2. 高層和低層文件I/O函數(shù): 執(zhí)行上述3個或僅其中1個基本操作;高、 低層I/O函數(shù)各有千秋，適于不同應(yīng)用。 3. LabVIEW有六種文件格式： 文本文件、二進制文件、數(shù)據(jù)記錄文 件、波形文件、測量文件、NI數(shù)據(jù)交換文件）。,3,本堂課內(nèi)容——數(shù)據(jù)采集（上）,一、 測試系統(tǒng)簡介,DAQ ------- Data Acquisition,1. 測試系統(tǒng)組成,4,在基于計算機構(gòu)建的虛擬儀器及自動測試系統(tǒng)中，軟件起著重要作用。具體包括所用到硬件（典型硬件如數(shù)據(jù)采集卡，等等）的驅(qū)動程序（NI-DAQmx；NI-VISA，等）；應(yīng)用程序編程接口; 再上層的，是 LabVIEW 等編程環(huán)境軟件；最后, 還有用戶根據(jù)自己需求所構(gòu)建（編制）的應(yīng)用程序。,虛擬儀器及系統(tǒng)的軟件,5,信號調(diào)理,數(shù)據(jù)采集與模塊化儀器,傳感器和變換器,6,硬件實現(xiàn)的有源低通濾波器,獨立運放,電位器和開關(guān),兩路模出,開關(guān)在左,模入,函數(shù)發(fā)生器和直流電壓源,函數(shù)發(fā)生器和直流電壓源電源開關(guān),函數(shù)發(fā)生器開關(guān),7,2. 信號分類,8,3. 測量系統(tǒng)信號輸入方式,實驗中所構(gòu)建的測量系統(tǒng)，采用如圖所示的差分式輸入方式。,至于測量系統(tǒng)的信號“參考地單端（RSE）”和“無參考地單端（NRSE）” 輸入接線方式及相應(yīng)用途，可參考教材或“幫助”文件，或測量技術(shù)原理有關(guān)的教材等。,具體實現(xiàn)上是：輸入信號接在CH0+和CH0-之間。CH0+，即實驗箱上的模入0通道CH0；CH0-，則是模入8通道CH8。,,,輸入信號,9,4. 采樣率,· 采樣率——每秒（單位時間）采集被測信號的次數(shù)。 · 以較高采樣率采集到的信號樣本，能更真實地反映原信號。 · 采樣率過低，采得的數(shù)字信號看起來其頻率可能與實際頻 率不同，稱為頻率混疊（aliasing） （抗混疊LP）,采樣定理：采樣頻率至少是被測信號中最高頻率成分頻率的兩倍。實際采樣時，常取5～10倍。,10,5. 分辨率,3bit的數(shù)據(jù)采集卡將0~10V的被測信號劃分為2的3次方份。顯然，如此采得的信號已非原被測信號。,16bit的數(shù)據(jù)采集卡將0~10V劃分為2的16次方份（仔細看）。,,,,本教學實驗室所使用PCI-MIO-16E-4數(shù)據(jù)采集卡的位數(shù)為12，即12bit。,數(shù)字化測量儀器能夠檢測到的被測模擬信號的最小電平的變化量，由數(shù)據(jù)采集卡的位數(shù)（bit數(shù)）決定。,11,6. 輸入范圍,3bit的采集卡將0~10V劃分為2的3次方份,測量儀器能夠數(shù)字化地表征被測信號相應(yīng)的電壓信號的大小范圍，由最小值和最大值確定。在數(shù)據(jù)采集卡已確定即其位數(shù)確定前提下，應(yīng)盡可能使輸入范圍剛好容納被測信號的變化范圍。,3bit的采集卡將-10~10V劃 分為2的3次方份,,,輸入范圍-10~10V,輸入范圍0~10V,,,在右側(cè)給出的示例中，第一個被測信號是0－8.75V（輸入范圍是0-10V）;第二個被測信號是0－7.5V（輸入范圍是－10V-+10V）。顯然，前者的采樣效果更好一些。,12,,MAX中的驅(qū)動程序DAQmx,為確立經(jīng)哪個采集通道去采集被測信號這一任務(wù)，要利用LabVIEW的“測量及自動化瀏覽器” （Measurement and Automation Explore --- MAX）對數(shù)據(jù)采集卡進行配置。MAX也稱“數(shù)據(jù)采集卡配置軟件”。對基于計算機構(gòu)建的虛擬儀器測量系統(tǒng)而言，計算機要與儀器硬件打交道，需要相應(yīng)的硬件驅(qū)動程序。在本實驗室虛擬儀器設(shè)計環(huán)境下， “NI-DAQmx設(shè)備”是數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序。 路徑：桌面上Measurement and Automation ? 設(shè)備和接口 ?,二、數(shù)據(jù)采集任務(wù)確立及測量硬件驅(qū)動,13,關(guān)于數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動程序,一般而言，每種、每塊數(shù)據(jù)采集卡均有自己的驅(qū)動程序，它的作用就是去控制數(shù)據(jù)采集卡的硬件操作。 數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動程序由供應(yīng)商提供，用戶一般無需對其編寫原理等做過多了解，而只要能正確使用該驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)采集卡硬件的控制，使其正確地完成了自己希望的數(shù)據(jù)采集操作即可。,14,,MAX的主界面,MAX可實現(xiàn)如下功能：（1）瀏覽系統(tǒng)中接有的數(shù)據(jù)采集卡，并快速檢測、配置數(shù)據(jù)采集卡及相應(yīng)軟件；（2）通過測試面板，驗證和診斷數(shù)據(jù)采集卡工作情況；（3）創(chuàng)建新的采集通道、任務(wù)、接口和比例參數(shù)等。具體地， MAX會給每塊數(shù)據(jù)采集卡分配一個邏輯設(shè)備號，以供LabVIEW調(diào)用時使用。在MAX主界面左欄“我的系統(tǒng)”下有三個子目錄，其中，“數(shù)據(jù)鄰居”存儲了有關(guān)配置和修改任務(wù)、虛擬通道的信息；而通過“設(shè)備和接口”，可配置本地或遠程的數(shù)據(jù)采集卡、串口及并口等硬件設(shè)備；最后的“換算”則用于標定運算。,二、1. 測量及自動化瀏覽器MAX的功能,15,通道 物理通道：連接被測信號的實際端子（對差分輸入方式而言，每個物理通道對應(yīng)2個端子；數(shù)字端口對應(yīng)于8條線）； 虛擬通道：是一組屬性設(shè)置的集合，包含虛擬通道名、對應(yīng)的物理通道、輸入接線方式（差分/RSE/NRSE等）、輸入范圍、縮放比例等。 NI-DAQmx任務(wù)，是一個或多個虛擬通道的集合，此外，它還包含了定時、觸發(fā)等屬性。它代表了所要實施的一次信號測量或信號發(fā)生的操作。 NI-DAQmx任務(wù)分為兩種： 一種是獨立于程序而存在、可以被各個程序所使用的，且可長期保存的任務(wù)（用MAX創(chuàng)建，且保存在MAX中）； 另一種是僅存在于某程序中且只能供該程序使用的所謂臨時任務(wù)（用DAQ助手Express VI或DAQmx函數(shù)在框圖面板上創(chuàng)建）。 d)虛擬通道分為兩種：局部（Local）和全局（Global）虛擬通道。局部虛擬通道僅存在于某個DAQmx定義的任務(wù)中（其生存期長短由任務(wù)決定）；而全局虛擬通道可長期保存在MAX中，且可被多個任務(wù)所使用。,二、2. 用驅(qū)動程序DAQmx配置測量通道和任務(wù),16,數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序DAQmx定義的任務(wù)、虛擬通道與物理通道間的關(guān)系,虛擬通道包含物理通道、輸入范圍、端子配置（差分/RSE/NRSE）和縮放比例等多個屬性；任務(wù)包含一個或多個虛擬通道，且它除包含每個虛擬通道的屬性外，還包含這些虛擬通道共用的采樣和觸發(fā)等屬性（信息）。,17,使用MAX（數(shù)據(jù)采集卡配置軟件）創(chuàng)建一個任務(wù),首先，在MAX界面的“我的系統(tǒng)” - “數(shù)據(jù)鄰居”快捷菜單中選擇“新建…”，打開了新建的“數(shù)據(jù)鄰居”對話框。,用MAX創(chuàng)建任務(wù)的第一步：建立“數(shù)據(jù)鄰居”,路徑：桌面Measurement and Automation － …….,18,在對話框中，選擇“NI-DAQmx 任務(wù)”作為創(chuàng)建任務(wù)的目標，之后，點擊“下一步”，進入下一層對話框。,,用MAX創(chuàng)建任務(wù)的第二步： 在新建的“數(shù)據(jù)鄰居”列表中，選擇建立“NI-DAQmx任務(wù)”。,19,在選擇NI-DAQmx任務(wù)類型方面，每個類型下都有更具體的若干個選項可供選擇。在這里，以選擇 “模擬輸入” 類型下的“電壓”選項為例。選定之后，進入下一步驟。,用MAX創(chuàng)建任務(wù)的第三步：選擇NI-DAQmx任務(wù)類型（這里，選擇“采集信號” ?“模擬輸入” ? “電壓” 作為例子）。,20,,用MAX創(chuàng)建任務(wù)的第四步：選擇建立虛擬通道所需的物理通道,從“支持物理通道”的列表中，選擇本任務(wù)所要使用的物理通道。 Dev1表示本虛擬儀器環(huán)境中的第一塊DAQ卡；ai1表示編號（索引）為1（從0開始）的模擬輸入物理通道?？砂醋trl或Shift鍵選擇多個物理通道；所選擇物理通道數(shù)，應(yīng)等于新建任務(wù)包含的虛擬通道數(shù)。這里，以利用Ctrl鍵選擇ai0和ai2這兩個物理通道為例。選好后，按“下一步”鍵，進入下一步驟。,21,,用MAX創(chuàng)建任務(wù)的第五步：為任務(wù)命名（指定名字）,本例中，為任務(wù)命名時，就默認為“我的電壓任務(wù)”即可。 然后按“完成”鍵，進入下一步驟。,22,完成上述操作后，在“數(shù)據(jù)鄰居”下的“NI-DAQmx任務(wù)”列表中，已出現(xiàn)新建任務(wù)“我的電壓任務(wù)”；同時，該任務(wù)已被選中，故在MAX主界面的右側(cè)窗口中便出現(xiàn)了該任務(wù)的參數(shù)設(shè)置區(qū)。接下來，用戶就應(yīng)根據(jù)自己的實際需要修改由MAX提供的默認的任務(wù)參數(shù)設(shè)置。,,23,虛擬通道列表中，包含名為“電壓_0”和“電壓_1”的兩個虛擬通道，虛擬通道名已被自動指定。在某虛擬通道上打開快捷菜單，可為該虛擬通道改名，或更改其對應(yīng)的物理通道。 （本例中，“電壓_0”對應(yīng)ai0；“電壓_1”對應(yīng)ai2 。）,24,采集模式： 1 采樣 (按要求)，即采集單點數(shù)據(jù)（立即執(zhí)行）； 1 采樣 (硬件定時)，表示在硬件時鐘的邊沿采集單點數(shù)據(jù)； N 采樣，表示采集一段數(shù)據(jù)，采樣點數(shù)和采樣頻率在“定時設(shè)置”下的“待讀取采樣”和“采樣率(Hz)”文本框中指定（本例中為100個點和1000Hz）； 連續(xù)采樣，表示進行連續(xù)采集，此時，“定時設(shè)置”下只有“采樣率 (Hz)”即采樣頻率參數(shù)有效。,25,若對默認的任務(wù)參數(shù)進行了修改，那需要按下右側(cè)窗口中左上角的“保存”按鈕，以保存修改后的任務(wù)參數(shù)設(shè)置。至此，一個NI-DAQmx定義的任務(wù)就建立完畢了。,26,單擊“DAQmx 任務(wù)名”控件或“DAQmx 任務(wù)名”常量右端的向下選項箭頭、打開任務(wù)列表，選擇“我的電壓任務(wù)”項目，就可以使用前邊所創(chuàng)建的任務(wù)了。,在程序中使用MAX建立的任務(wù)，需要借助“DAQmx 任務(wù)名”控件或“DAQmx 任務(wù)名” 常量。到達它們的路徑是：,“控件”選板- “新式”- “I/O”- “DAQmx名稱控件”- “DAQmx 任務(wù)名” “函數(shù)”選板-“測量I/O”-“DAQmx-數(shù)據(jù)采集”- “DAQmx 任務(wù)名”,27,使用DAQ助手建立臨時DAQmx任務(wù),將其放置于框圖面板上，同時會出現(xiàn)其“新建Express任務(wù)…”窗口。在該窗口的右側(cè)欄可進行相應(yīng)的設(shè)置及其修改。,使用DAQ助手建立的任務(wù)只是臨時任務(wù)，沒有名稱，不會保存在MAX中被（這臺計算機中建立的）其他程序使用。 臨時任務(wù)建立后，DAQ助手Express VI出現(xiàn)了名為“數(shù)據(jù)”的輸出端子（對于模擬輸入操作），它可直接向框圖上的程序的其他部分輸出數(shù)據(jù)。,路徑：“函數(shù)”選板 ? “測量I/O” ? “DAQmx – 數(shù)據(jù)采集” ? DAQ 助手,28,使用“DAQmx 創(chuàng)建虛擬通道”亦即“DAQmx 創(chuàng)建通道（AI-電壓-基本）”，通過編程的方法，也可以建立臨時任務(wù)。這個函數(shù)（子VI）的用法，在后面會有介紹。,29,三、DAQmx VI——數(shù)據(jù)采集函數(shù)簡介,1. DAQmx VI的組織方式——多態(tài)VI,多態(tài)性：輸入、輸出端子可以接受不同類型的數(shù)據(jù)。 實際上，多態(tài)VI是具有相同連接器形式的多個VI的集合，包 含在其中的每個VI，都稱為該多態(tài)VI的一個實例。 VI的這種組織方式，將多個功能相似的功能模塊放在一起，可 方便用戶的學習和使用。 通過多態(tài)VI選擇器，可以選擇具體使用多態(tài)VI的某個實例。打開多態(tài)VI選擇器顯示的方法是：在某個DAQmx VI圖標上彈 出 快捷菜單，選擇“顯示項” ? “多態(tài)VI選擇器”（有多態(tài)VI功能的函數(shù)，其默認狀態(tài)下，多態(tài)VI選擇器是打開的）。,,,找到DAQmx VI 路徑： “函數(shù)”選板 ? “測量I/O” ? DAQmx- 數(shù)據(jù)采集,30,2. 常用DAQmx VI 介紹,該函數(shù)功能：用于建立虛擬通道和任務(wù)。圖示為該多態(tài) VI的一個實例，用于測量輸入模擬電壓的值。 “物理通道”輸入端，用于指定物理通道； “分配名稱”輸入端，定義虛擬通道名，如不指定，該參數(shù) 將以物理通道名（如Dev1/ai0等）作為本虛擬通道名； “最大值”、“最小值”，定義所期望的信號的最大值和最 小值（即輸入范圍）； “輸入接線端配置”，定義輸入端子接法（差分等）。,“函數(shù)”選板 ? “測量I/O” ? DAQmx – 數(shù)據(jù)采集,31,用于設(shè)置時間信息。在上圖所示實例（采樣時鐘）中，可以設(shè)置采樣時鐘源、時鐘頻率及采集/生成的樣本數(shù)目。 其中一些輸入端子的含義為： “采樣率”，定義每個通道每秒采集或發(fā)生數(shù)據(jù)的點數(shù)； “采樣模式”，定義采樣模式； “每通道采樣”參數(shù)，用于指定在“采樣模式”參數(shù)選為“有限采樣”時每個通道采集或生成的樣本數(shù)。,路徑： “函數(shù)”選板 ? “測量I/O” ? DAQmx – 數(shù)據(jù)采集,32,“DAQmx 定時” 的“采樣時鐘”實例，它與DAQmx任務(wù)的“定時設(shè)置”選項組具有相同功能：,NI-DAQmx 任務(wù) DAQmx Timing VI（Samlpe Clock實例） 采集模式 = 采樣模式 待讀取采樣 = 每通道采樣 采樣率(Hz) = 采樣率,DAQmx定義的任務(wù)的 “定時設(shè)置”選項組,,33,該函數(shù)的功能：從指定的任務(wù)或虛擬通道讀取樣本；其輸出端“數(shù)據(jù)”返回（提供）讀到的數(shù)據(jù)。 具體情況，決定于讀取數(shù)據(jù)的類型和格式。,多態(tài)VI選擇器上給出了實例名稱，其具體含義如下： DBL表示返回（提供）的是雙精度數(shù)據(jù)；1D表示是一維數(shù)組，沒有該標志表示為標量數(shù)據(jù)。,路徑： “函數(shù)”選板 ? “測量I/O” ? DAQmx – 數(shù)據(jù)采集,34,對于采集多個樣本的“DAQmx 讀取” VI實例（見上圖），其輸入端“每通道采樣數(shù)”參數(shù)指定實際讀取樣本數(shù)目。 NI-DAQmx任務(wù)的“采集模式”參數(shù)設(shè)置為“N 采樣”時，如果“每通道采樣數(shù)” 參數(shù)大于NI-DAQmx任務(wù)的“待讀取采樣”參數(shù)，或“每通道采樣數(shù)”參數(shù)使用默認值，則讀取NI-DAQmx 任務(wù)的“待讀取采樣” 所確定的數(shù)據(jù)點數(shù)，否則，讀取“待讀取采樣” 所確定的樣本數(shù)。 NI-DAQmx任務(wù)的“采集模式”參數(shù)設(shè)置為“連續(xù)采樣”時，其 “待讀取采樣”參數(shù)不起作用。如果上述VI的“每通道采樣數(shù)”不接入數(shù)據(jù)或接入“－1”，則讀取循環(huán)緩沖區(qū)內(nèi)當前的所有有效數(shù)據(jù)；否則，讀取“每通道采樣數(shù)”所確定的樣本數(shù)。,循環(huán)緩沖概念在下堂課將做說明,35,該函數(shù)的功能：向任務(wù)寫入樣本數(shù)據(jù)。它的“自動開始” 參數(shù)指定在沒有用“DAQmx 開始任務(wù)”函數(shù)顯式開始任務(wù)的情況下，是否以隱式方式開始任務(wù)。,路徑： “函數(shù)”選板 ? “測量I/O” ? DAQmx – 數(shù)據(jù)采集,36,該函數(shù)的功能：開始執(zhí)行任務(wù)（顯式任務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換）。 如果“DAQmx 讀取”函數(shù)或“DAQmx 寫入”函數(shù)要多次執(zhí)行，例如處于循環(huán)之中，應(yīng)該使用“DAQmx 開始任務(wù)”函數(shù)，否則任務(wù)執(zhí)行性能會降低，因為任務(wù)將會被不斷地啟動和停止。,路徑： “函數(shù)”選板 ? “測量I/O” ? DAQmx – 數(shù)據(jù)采集,37,該函數(shù)的功能：結(jié)束DAQmx任務(wù)。,路徑：“函數(shù)”選板 ? “測量I/O” ? DAQmx – 數(shù)據(jù)采集,38,該函數(shù)的功能：停止任務(wù)并清除資源。任務(wù)清除后就不能再使用，除非重新建立該任務(wù)。,路徑：“函數(shù)”選板 ? “測量I/O” ? DAQmx – 數(shù)據(jù)采集,39,調(diào)用該函數(shù)，能確保在結(jié)束任務(wù)/清除任務(wù)（“DAQmx 停止任務(wù)”或“DAQmx 清除任務(wù)”）之前，完成所要求的采集或發(fā)生任務(wù)。,路徑：“函數(shù)”選板 ? “測量I/O” ? DAQmx – 數(shù)據(jù)采集,40,練習題2：從數(shù)據(jù)采集試驗箱上采集一5V左右的正弦波和一5V左右的方波電壓信號，并用MAX提供的“測試面板”將它們顯示出來，以驗證該采集任務(wù)被正確地確立并完成。改變數(shù)據(jù)采集模式（采樣率、采樣點數(shù)）等相應(yīng)配置，再重復上述任務(wù)。,練習題1：從實驗臺上提供的數(shù)據(jù)采集試驗箱（數(shù)據(jù)采集卡在其中）采集一個1.5V的直流電壓（接線要補充共地線），并用MAX提供的“測試面板”將該直流電壓顯示出來，以驗證該采集任務(wù)被正確地確立并完成。,第 六 次 練 習,練習題3：經(jīng)路徑“函數(shù)”選板 ?“測量I/O”? DAQmx – 數(shù)據(jù)采集，找到“DAQmx創(chuàng)建虛擬通道”、“DAQmx讀取”、“DAQmx寫入”和“DAQmx定時（采樣時鐘）”四個函數(shù)，打開它們的多態(tài)VI選擇器，結(jié)識它們提供的多種函數(shù)功能。,41,