实时操作系统LabVIEWRT

ASIPP一种基于虚拟仪器的数据采集系统的实现

报告人：袁中权2011.7.5

ASIPP报告主要内容1.引言2.LABVIEW编程语言和PXI技术3.数据采集系统的结构4.测试结果5.总结

1.1系统要求1.引言

ASIPP根据工程实际需要组建一套采集系统，其技指标需求如下：(1)模拟信号采集通道8个(2)A／D采样频率100k以上；(3)A／D分辨率至少14Bit。

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1.2虚拟仪器虚拟仪器(VirtualInstrument)是20世纪80年代由美国国家仪器公司(nationalinstruments，简称NI公司)最早提出的概念。其基本思想是利用计算机来管理仪器，组织仪器系统，进而逐步代替仪器完成某些功能，最终达到取代传统仪器的目的。虚拟仪器是综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、标准总线技术和软件技术，代表了测量仪器与自动测试系统的发展方向。实现“软件就是仪器”。ASIPP2LABVIEW编程语言和PXl技术2.1LABVIEW语言简介LABVIEW(laboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench)是一种图形化编程语言和开发环境，广泛被工业界、学术界和研究实验室所接受，被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件。使用这种语言编程时，基本上不需要编写程序代码，而是按照程序流程图编程。LABVIEW尽可能利用工程技术人员所熟悉的术语、图标和概念

ASIPP2.2PXl总线技术PXI是PCI在仪器领域的扩展(PCIextensionsforIntrumentation)。它将CompactPCI规范定义的PCI总线技术发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范，从而形成了新的虚拟仪器体系结构。制订PXI规范的目的是为了将台式PC的性价比优势与PCI总线面向仪器领域的必要扩展完美结合起来，形成高性价比的虚拟仪器测试平台。

一个PXI硬件系统由几项组件组成，包含了一个机箱、系统控制器以及数个外设模块。

在本文数据采集系统设计中，由NIPXI1042Q机箱,NIPXI-8110RT控制器和NIPXI7842R构成。

ASIPP3数据采集系统的结构3.1系统硬件8个插槽,支持CompactPCI和PXI模块

,最大系统带宽132MB/s1042Q7842R8路模拟输入,200kHz独立采样率,16位分辨率,±10V，8路模拟输出,1MHz独立更新率,16位分辨率,±10V96条数字线,可配置为速率高达40MHz的输入、输出、计时器或自定义逻辑Virtex-5LX50FPGA,可通过LabVIEWFPGA模块对其编程

8110RT实时操作系统LabVIEWRT，四核CPU，时钟频率2.26GHz，系统的最大吞吐量132MB/s插槽的最大吞吐量132MB/s标准内存2GB

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ASIPP3.2软件设计编程语言Labview和NI公司的硬件产品配合使用很方便，能够快速地构建用户应用程序。程序开发步骤是：首先在个人PC机上设计符合功能的labview程序，然后经编译调试后，下载到PXI控制器和7842R多功能RIO模块。3.2软件设计在labview自带的项目浏览器中，建立两个最主要的程序vi，fpga.vi和host,vi，分别是运行在7842R多功能RIO模块板卡上和系统控制器中。fpga.vi完成A/D采集和D/A输出功能。而host.vi完成数据处理，存储，显示以及设置参数的功能（采样率，采集时间，数据存储位置）

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图1fpga.vi的程序流程图fpga.vi程序流程如图1所示：程序有两个相互独立运行的while循环构成，一个while用于采集数据，并调用了IN_FIFO暂存数据，另一个while用于输出数据，调用了OUT_FIFO读出数据。间隔时间是采样率的倒数，表示相邻2次while循环的间隔。输出时间=采集时间。

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图2host.vi的流程图host.vi的程序也是由一个while循环构成的，值得注意的是，数据处理，数据显示，数据存储是采用了流水线程序结构，加快程序的运行速度。

ASIPP4测试结果用信号发生器为采集系统的通道0（通道0到通道7可以任选，这里选用了通道0）提供10Hz，p-p值2V的正弦波，验证采集系统的功能。示波器的CH1接信号发生器的原始信号，CH2接采集系统的输出端。图3中，可以看到采集输出端的波形和信号发生器的信号波形基本一致。这就说明采集的基本功能已经实现。图4是labview程序前面板的波形显示，这也是labview的一个优点，可以在电脑上方便的查看波形，有良好的界面。

ASIPP图3波形在示波器显示图4波形在前面板显示

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图5采集波形处理图5用于测算整个采集系统的延时，由图中可以看出延时是在几十毫秒级。另外，从图5可以看出采集的输出波形的幅值是原始信号波形的2倍，这是因为增加了波形处理，在幅值增大倍数里设置了参数2倍。文件存储的路径也是可以设置的（在图4里的保存文件路径里），以方便以后再查看采集数据。

ASIPP5总结和扩展本文采用PXI的数据采集系统，体现了虚拟仪器的特点，能够对信号进行存储，处理和现实，在系统稳定性，抗干扰，以及实时性都有长足的优点。此外，Labview自带的强大的处理模块可以对采集进来的信号进一步处理（如进行积分处理，这样也就实现数字积分器），以实现更复杂的某些运算功能。

ASIPP参考文献【1】侯国屏．Labview71编程和虚拟仪器设计．北京：清华大学出版社．2005．【2】杨乐平．虚