LabVIEW编程及虚拟仪器设计(第六讲).ppt

LabVIEW编程及虚拟仪器设计,第六讲：数据采集（上）,字符串控件：字符串输入控件、显示控件；组合框；表格和Express表格；树形。字符串的显示方式：正常显示；代码显示；密码显示；十六进制显示字符串的操作函数：有多种。,上堂课内容小结,一、字符串是ASCII字符的集合。在对基于LabVIEW的虚拟仪器进行控制操作时，控制命令和数据等大多是按字符串格式传送的。,二、文件I/O1.文件I/O函数的功能:打开/新建/替换;读取/写入(多种)；关闭并释放句柄。2.高层和低层文件I/O函数:执行上述3个或仅其中1个基本操作;高、低层I/O函数各有千秋，适于不同应用。3.LabVIEW有六种文件格式：文本文件、二进制文件、数据记录文件、波形文件、测量文件、NI数据交换文件）。,本堂课内容数据采集（上）,一、测试系统简介,DAQ-DataAcquisition,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,信号调理,数据采集与模块化仪器,传感器和变换器,硬件实现的有源低通滤波器,独立运放,电位器和开关,两路模出,开关在左,模入,函数发生器和直流电压源,函数发生器和直流电压源电源开关,函数发生器开关,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。,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）,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510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-MIO-16E-4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08.75V（输入范围是0-10V）;第二个被测信号是07.5V（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”（MeasurementandAutomationExplore-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MeasurementandAutomation设备和接口,二、数据采集任务确立及测量硬件驱动,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,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ExpressVI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MeasurementandAutomation.,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ExpressVI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。,三、DAQmxVI数据采集函数简介,1.DAQmxVI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DAQmxVI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DAQmxVI路径：“函数”选板“测量I/O”DAQmx-数据采集,2.常用DAQmxVI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DAQmxTimingVI（SamlpeClock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。,循环缓冲概念在下堂课将做说明,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