數(shù)據(jù)采集專題 LabVIEW入門操作

1、 計算機數(shù)據(jù)采集和分析技術(shù)概述計算機數(shù)據(jù)采集和分析技術(shù)概述 1 計計算機數(shù)數(shù)據(jù)采集與與分析概概述 基本概念基本概念 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成 數(shù)據(jù)采集的主要性能指標(biāo)數(shù)據(jù)采集的主要性能指標(biāo) 1.1基本概念基本概念 1：信息：信息 信息既不是物質(zhì)，也不是能量，信息就是信息信息既不是物質(zhì)，也不是能量，信息就是信息 。 信息被認(rèn)為是客觀物質(zhì)世界的靈魂，因為信息反映了信息被認(rèn)為是客觀物質(zhì)世界的靈魂，因為信息反映了事物的運動狀態(tài)和運動方式。從這個廣義的信息概念出發(fā)，事物的運動狀態(tài)和運動方式。從這個廣義的信息概念出發(fā)，引入不同的約束條件，就可以得到不同的具體的定義。引入不同的約束條件，就可以得到

2、不同的具體的定義。 例如，信息可以具體為消息、情報和知識等。例如，信息可以具體為消息、情報和知識等。2： 信號信號 信號是含有能量的物質(zhì)，具有可測性信號是含有能量的物質(zhì)，具有可測性 。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，會把想要獲取的信息轉(zhuǎn)換為信號，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，會把想要獲取的信息轉(zhuǎn)換為信號，因此直接采集處理的是信號，而不是信息。信號與信息不因此直接采集處理的是信號，而不是信息。信號與信息不能混為一談。信號只是信息的某種形式。實際的信息中往能混為一談。信號只是信息的某種形式。實際的信息中往往包含著多種信息的成分，其中不關(guān)心的成分統(tǒng)稱為噪聲往包含著多種信息的成分，其中不關(guān)心的成分統(tǒng)稱為噪聲或冗余信息。在一個

3、具體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)里里面，可能要或冗余信息。在一個具體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)里里面，可能要付出較大的代價來設(shè)法去除各種噪聲，從而獲得所要求的付出較大的代價來設(shè)法去除各種噪聲，從而獲得所要求的信息。信息。 數(shù)據(jù)采集（數(shù)據(jù)采集（Data Acquisition）就是將要獲）就是將要獲取的信息通過傳感器轉(zhuǎn)換為信號，并經(jīng)過信號調(diào)理、取的信息通過傳感器轉(zhuǎn)換為信號，并經(jīng)過信號調(diào)理、采樣、量化、編碼和傳輸?shù)炔襟E，最后送到計算機系采樣、量化、編碼和傳輸?shù)炔襟E，最后送到計算機系統(tǒng)中進(jìn)行處理、分析、存儲和顯示。統(tǒng)中進(jìn)行處理、分析、存儲和顯示。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計算機與外部世界之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計算機與外部世界之間聯(lián)系

4、的橋梁，是獲取信息的重要途徑。橋梁，是獲取信息的重要途徑。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)追求的主要目標(biāo)有兩個：精度和速度。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)追求的主要目標(biāo)有兩個：精度和速度。 4：系統(tǒng)系統(tǒng) 系統(tǒng)（系統(tǒng)（System）是指由若干相互作用和相互依賴的事）是指由若干相互作用和相互依賴的事物組合而成的具有特定功能的整體。一個系統(tǒng)，對于給定的輸物組合而成的具有特定功能的整體。一個系統(tǒng)，對于給定的輸入（激勵），將會有一個既定的輸出（響應(yīng)）。入（激勵），將會有一個既定的輸出（響應(yīng)）。 SheffieldSheffield 計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件基本組成如下圖。計算機計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件基本組成如下圖。計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般

5、有傳感器、前置放大器、濾波器、多路模數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般有傳感器、前置放大器、濾波器、多路模擬開關(guān)、采樣擬開關(guān)、采樣/保持（保持（S/H）器、模）器、模/數(shù)數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器和計轉(zhuǎn)換器和計算機系統(tǒng)組成。算機系統(tǒng)組成。1.3 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)1 系統(tǒng)分辨率系統(tǒng)分辨率 系統(tǒng)分辨率是指數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分辨的系統(tǒng)分辨率是指數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分辨的輸入信號的最小變化量。通?？梢允褂萌缦螺斎胄盘柕淖钚∽兓?。通常可以使用如下幾種方法表示系統(tǒng)分辨率：幾種方法表示系統(tǒng)分辨率：2 系統(tǒng)的精度系統(tǒng)的精度 系統(tǒng)精度是指當(dāng)系統(tǒng)工作在額定采集速率下，系統(tǒng)精度是指當(dāng)系統(tǒng)工作在額定采集速率下，整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所能達(dá)到的轉(zhuǎn)

6、換精度。整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的精度是系統(tǒng)精度的極限值。換器的精度是系統(tǒng)精度的極限值。 3 采集速率采集速率 采集速率又稱系統(tǒng)通過速率或吞吐率，是指采集速率又稱系統(tǒng)通過速率或吞吐率，是指在滿足系統(tǒng)精度指標(biāo)的前提下，系統(tǒng)對輸入模擬在滿足系統(tǒng)精度指標(biāo)的前提下，系統(tǒng)對輸入模擬信號在單位時間內(nèi)所能完成的采集次數(shù)，或者說信號在單位時間內(nèi)所能完成的采集次數(shù)，或者說是系統(tǒng)每個通道、每秒鐘可采集的有效數(shù)據(jù)的數(shù)是系統(tǒng)每個通道、每秒鐘可采集的有效數(shù)據(jù)的數(shù)量。量。4 動態(tài)范圍動態(tài)范圍 動態(tài)范圍是指某個確定的物理量的變化范圍。動態(tài)范圍是指某個確定的物理量的變化范圍。信號的動態(tài)范圍是指信號的

7、最大幅值和最小幅值信號的動態(tài)范圍是指信號的最大幅值和最小幅值之比的分貝數(shù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍通常定之比的分貝數(shù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍通常定義為所允許輸入的最大幅值與最小幅值之比的分義為所允許輸入的最大幅值與最小幅值之比的分貝數(shù)，即式（貝數(shù)，即式（1-1）。）。2數(shù)數(shù)據(jù)采集硬件電電路 傳感器的選用傳感器的選用 運用前置放大器的依據(jù)運用前置放大器的依據(jù) 信號調(diào)理中的常用放大器信號調(diào)理中的常用放大器 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 2.1 傳感器的選用傳感器的選用 在都能滿足測量范圍、精度、速度、使用條件在都能滿足測量范圍、精度、速度、使用條件等情況下，應(yīng)側(cè)重考慮成本低、相配電路是否簡單等情況下，應(yīng)側(cè)重考

8、慮成本低、相配電路是否簡單等因素進(jìn)行取舍，盡可能選擇性價比高的傳感器。等因素進(jìn)行取舍，盡可能選擇性價比高的傳感器。下面介紹幾種傳感器：下面介紹幾種傳感器： 為了與為了與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入要求相適應(yīng)，傳感器廠家轉(zhuǎn)換器的輸入要求相適應(yīng)，傳感器廠家開始設(shè)計、制造一些專門與開始設(shè)計、制造一些專門與A/D轉(zhuǎn)換器相配套的大信號輸轉(zhuǎn)換器相配套的大信號輸出傳感器。通常是把放大電路與傳感器做成一體，使傳感出傳感器。通常是把放大電路與傳感器做成一體，使傳感器能直接輸出器能直接輸出05V、010V或或420mA的信號。信號的信號。信號輸入通道中應(yīng)盡可能多選用大信號傳感器或變送器。這樣輸入通道中應(yīng)盡可能多選用大信號傳

9、感器或變送器。這樣可以省去小信號放大環(huán)節(jié)，如圖可以省去小信號放大環(huán)節(jié)，如圖2.1。 運用前置放大器的依據(jù)運用前置放大器的依據(jù) 把電路輸出端測得的噪聲有效值把電路輸出端測得的噪聲有效值VON折算到該電路折算到該電路的輸入端即除以該電路的增益的輸入端即除以該電路的增益K K，得到的電平值稱為，得到的電平值稱為該電路的等效輸入噪聲該電路的等效輸入噪聲VIN 即：即： 圖圖2.2中前置放大器的增益為中前置放大器的增益為K0，本身的等效，本身的等效輸入噪聲為輸入噪聲為VIN0。由于前置放大器的噪聲與后級。由于前置放大器的噪聲與后級電路的噪聲是互不相關(guān)的隨機噪聲，因此，圖電路的噪聲是互不相關(guān)的隨機噪聲，因

10、此，圖2.2電路的總輸出噪聲電路的總輸出噪聲VON為：為： 由式（由式（2-4）可知，為使小信號不被）可知，為使小信號不被電路噪聲所淹沒，在電路前端加入的電路電路噪聲所淹沒，在電路前端加入的電路必須是放大器，即必須是放大器，即K01，而且必須是低，而且必須是低噪聲的，即該放大器本身的等效輸入噪聲噪聲的，即該放大器本身的等效輸入噪聲必須比其后級電路的等效輸入噪聲低。因必須比其后級電路的等效輸入噪聲低。因此調(diào)理電路前端電路必須是低噪聲前置放此調(diào)理電路前端電路必須是低噪聲前置放大器。大器。圖（a）所示調(diào)理電路的等效輸入噪聲為：圖（b）所示調(diào)理電路的等效輸入噪聲為： 對比式（對比式（2-5）和式（）和

11、式（2-6）可見，由于）可見，由于K1，所以所以 這就是說，調(diào)理電路中放大器設(shè)置在濾波器這就是說，調(diào)理電路中放大器設(shè)置在濾波器前面有利于減小電路的等效輸入噪聲。由于電路前面有利于減小電路的等效輸入噪聲。由于電路的等效輸入噪聲決定了電路所能輸入的最小信號的等效輸入噪聲決定了電路所能輸入的最小信號電平。因此減小電路的等效輸入噪聲實質(zhì)上就是電平。因此減小電路的等效輸入噪聲實質(zhì)上就是提高了電路接受弱信號的能力。提高了電路接受弱信號的能力。2.3 信號調(diào)號調(diào)理中的常用放大器目前使用較多的放大器有：儀用放大器、隔離放大器和程控增益放大器等。1 1 在實際的設(shè)計過程中，可根據(jù)模擬信號調(diào)理通在實際的設(shè)計過程中

12、，可根據(jù)模擬信號調(diào)理通道的設(shè)計要求，結(jié)合儀用放大器的主要性能指道的設(shè)計要求，結(jié)合儀用放大器的主要性能指標(biāo)確定具體的放大電路。性能指標(biāo)如下：標(biāo)確定具體的放大電路。性能指標(biāo)如下： 非線性度，溫漂，建立時間，恢復(fù)時間，電源非線性度，溫漂，建立時間，恢復(fù)時間，電源引起的失調(diào)，引起的失調(diào)， 共模抑制比等。共模抑制比等。2 2 程控增益放大器程控增益放大器 由程序控制增益的放大器，稱為程控放大由程序控制增益的放大器，稱為程控放大器。它一般由放大器、控制接口和可變反器。它一般由放大器、控制接口和可變反饋電阻網(wǎng)絡(luò)組成。饋電阻網(wǎng)絡(luò)組成。 一般來說，隔離放大器是一種將輸入、輸出一般來說，隔離放大器是一種將輸入、輸

13、出和電源在電流和電阻上進(jìn)行隔離，使之沒有直接和電源在電流和電阻上進(jìn)行隔離，使之沒有直接耦合的測量放大器。耦合的測量放大器。 目前隔離放大器中采用的耦合方式有三種：目前隔離放大器中采用的耦合方式有三種：光耦合、變壓器耦合和電容耦合。光耦合、變壓器耦合和電容耦合。 3 3 隔離放大器隔離放大器2.4 A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換的常用方法有：逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換、計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換、串/并型A/D轉(zhuǎn)換等。A/DA/D轉(zhuǎn)換器常用的以下幾項技術(shù)指標(biāo)來評價其轉(zhuǎn)換器常用的以下幾項技術(shù)指標(biāo)來評價其質(zhì)量水平：質(zhì)量水平：1.1.分辨率：分辨率：ADCADC所能分辨的輸入模擬量最小變化量。所能分辨

14、的輸入模擬量最小變化量。2.2.轉(zhuǎn)換時間：轉(zhuǎn)換時間：A/DA/D轉(zhuǎn)換器完成一次所轉(zhuǎn)換所需要的時間轉(zhuǎn)換器完成一次所轉(zhuǎn)換所需要的時間3.3.精度精度 絕對精度：定義為對應(yīng)于產(chǎn)生一個給定的輸出絕對精度：定義為對應(yīng)于產(chǎn)生一個給定的輸出數(shù)字碼，理想模擬輸入電壓與實際模擬輸入電壓的數(shù)字碼，理想模擬輸入電壓與實際模擬輸入電壓的差值。差值。 相對精度：定義為在整個轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，任一數(shù)相對精度：定義為在整個轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，任一數(shù)字輸出碼所對應(yīng)的模擬輸入實際值與理想值之差與字輸出碼所對應(yīng)的模擬輸入實際值與理想值之差與模擬滿量程之比。模擬滿量程之比。3數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計考慮的因素系統(tǒng)設(shè)計考慮的因素 A/D

15、轉(zhuǎn)換器的選擇要點轉(zhuǎn)換器的選擇要點 采樣保持器的選擇采樣保持器的選擇 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實例數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實例 3.1 系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)設(shè)計考慮慮的因素 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計要根據(jù)測試對象及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計要根據(jù)測試對象及系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，主要考慮下列因素：系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，主要考慮下列因素：1 1 輸入信號的特性輸入信號的特性2 2 對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的要求（采集速率，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的要求（采集速率，系統(tǒng)的分辨率，系統(tǒng)的精度等）系統(tǒng)的分辨率，系統(tǒng)的精度等）3 3 接口特性接口特性【接口特性包括采樣數(shù)據(jù)的輸出接口特性包括采樣數(shù)據(jù)的輸出形式（是并行還是串行輸出）、數(shù)據(jù)的編形式（是并行還是串行輸出）、數(shù)據(jù)的編碼格

16、式、與什么數(shù)據(jù)總線相接等。碼格式、與什么數(shù)據(jù)總線相接等?！?.2 A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的選擇選擇要點 A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集電路的核心部件，正確選用轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集電路的核心部件，正確選用A/D轉(zhuǎn)換器是提高數(shù)據(jù)采集電路性能價格比的關(guān)鍵，轉(zhuǎn)換器是提高數(shù)據(jù)采集電路性能價格比的關(guān)鍵，以下幾點應(yīng)著重考慮。以下幾點應(yīng)著重考慮。 A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)不僅決定采集電路所能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)不僅決定采集電路所能轉(zhuǎn)換的模擬電壓動態(tài)范圍，也在很大程度上影響換的模擬電壓動態(tài)范圍，也在很大程度上影響采集電路的轉(zhuǎn)換精度。因此，應(yīng)根據(jù)對采集電采集電路的轉(zhuǎn)換精度。因此，應(yīng)根據(jù)對采集電路轉(zhuǎn)換范圍與轉(zhuǎn)換精度兩方面要求選擇路轉(zhuǎn)換范圍與轉(zhuǎn)換

17、精度兩方面要求選擇A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。換器的位數(shù)。 模擬輸入電壓最大值和最小值分別為模擬輸入電壓最大值和最小值分別為Vi.max和和Vi.min 動態(tài)范圍如下式：動態(tài)范圍如下式：若已知被測模擬電壓動態(tài)范圍為若已知被測模擬電壓動態(tài)范圍為L1，則可以，則可以按下式確定按下式確定A/D位數(shù)位數(shù)m，即，即 由于由于MUX、S/H、A/D組成的數(shù)據(jù)采集電路的總誤組成的數(shù)據(jù)采集電路的總誤差是這三個組成部分的分項誤差的綜合值，則選擇元器件差是這三個組成部分的分項誤差的綜合值，則選擇元器件精度的一般規(guī)則是：每個元器件的精度指標(biāo)優(yōu)于系統(tǒng)精度精度的一般規(guī)則是：每個元器件的精度指標(biāo)優(yōu)于系統(tǒng)精度的的10倍左右。倍左

18、右。 例如，要構(gòu)成一個誤差為0.1%的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所用的A/D、S/H和MUX組件的線性誤差應(yīng)小于0.01%。A/D的量化誤差也應(yīng)小于0.01%，A/D量化誤差為1/2LSB，即滿度值的1/2m+1，因此可根據(jù)系統(tǒng)精度指 標(biāo) ， 按 下 式 估 算 所 需 A / D 的 位 數(shù) m ， 即 ： 若若A/D轉(zhuǎn)換器在一個采樣周期轉(zhuǎn)換器在一個采樣周期TS內(nèi)依次完成內(nèi)依次完成N路模擬信號采樣值的路模擬信號采樣值的A/D轉(zhuǎn)換，則轉(zhuǎn)換，則TS=NTA/D，采，采樣頻率樣頻率fs=1Ts 。 根據(jù)計算機接口特征，考慮如何選擇根據(jù)計算機接口特征，考慮如何選擇A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的輸出狀態(tài)。（并行器的輸出狀態(tài)。

19、（并行OR串行輸出，二進(jìn)制碼串行輸出，二進(jìn)制碼OR BCD碼，以及與碼，以及與TTL、CMOS及及ECL電路的電路的兼容性等）兼容性等）3.3 S/H采樣樣保持器的選擇選擇當(dāng)發(fā)出采樣指令即控制信號由當(dāng)發(fā)出采樣指令即控制信號由“保持保持”電平跳變?yōu)殡娖教優(yōu)椤安蓸硬蓸印彪娖街?，采樣電平之后，采?保保持的輸出電壓持的輸出電壓V0從原來的保持值過渡到跟蹤輸入從原來的保持值過渡到跟蹤輸入信號信號Vi值（在確定的精度范圍內(nèi)）所需的時間稱值（在確定的精度范圍內(nèi)）所需的時間稱捕捉時間捕捉時間tAC。 從發(fā)出保持指令即控制信號從從發(fā)出保持指令即控制信號從“采樣采樣”電平跳變?yōu)殡娖教優(yōu)椤氨３直３帧彪娖介_始

20、到模擬開關(guān)電平開始到模擬開關(guān)完全斷開所經(jīng)歷的時間稱為孔徑時間完全斷開所經(jīng)歷的時間稱為孔徑時間tAP，3.4 設(shè)計實設(shè)計實例4 基于LABVIEW實現(xiàn)數(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 LabVIEW概述概述 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 采樣定理采樣定理 實例實例 LabVIEW入門操作入門操作 4.1 LABVIEW概概述 虛擬儀器是以計算機為核心，根據(jù)用戶對儀器的設(shè)計定義，虛擬儀器是以計算機為核心，根據(jù)用戶對儀器的設(shè)計定義，用軟件實現(xiàn)虛擬控制面板設(shè)計和測試功能的一種計算機儀器系用軟件實現(xiàn)虛擬控制面板設(shè)計和測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。從實質(zhì)上講，統(tǒng)。從實質(zhì)上講，VI利用硬件系統(tǒng)利用硬件系統(tǒng)(I/O接口設(shè)備接口設(shè)備

21、)完成信號的采完成信號的采集、測量與調(diào)理，利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的集、測量與調(diào)理，利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理，利用計算機的顯示器模擬傳統(tǒng)儀器的控制運算、分析和處理，利用計算機的顯示器模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式輸出檢測結(jié)果，完成所需的測試功能。面板，以多種形式輸出檢測結(jié)果，完成所需的測試功能。 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是實驗室虛擬儀器工作平臺的簡稱，它提供了一種是實驗室虛擬儀器工作平臺的簡稱，它提供了一種圖形化的編程語言稱為圖形化的編程語言稱為G語言。

22、語言。LabVIEW具有如下特點：具有如下特點：1 1 圖形化編程圖形化編程2 2 模塊化設(shè)計模塊化設(shè)計3 3 高效率高效率4 4 開放性開放性4.3 數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分，主要由傳感器、信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分，主要由傳感器、信號調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和計算機四部分組成。調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和計算機四部分組成?？偩€方式?jīng)Q定了計算機的數(shù)據(jù)傳送能力和連總線方式?jīng)Q定了計算機的數(shù)據(jù)傳送能力和連續(xù)采集數(shù)據(jù)的最大速度，最常見的是續(xù)采集數(shù)據(jù)的最大速度，最常見的是PCI總線、總線、PXI/CompactPCI總線、總線、USB總線、串口或并口、總線、串口或并口、IEEE1394(火線火

23、線)總線以及總線以及ISA總線?？偩€。采集大量甚至海量數(shù)據(jù)時需要考慮計算機的硬盤容量采集大量甚至海量數(shù)據(jù)時需要考慮計算機的硬盤容量和讀寫速度。需要實時處理高頻信號或需要承擔(dān)大型計算和讀寫速度。需要實時處理高頻信號或需要承擔(dān)大型計算任務(wù)時，就需要使用任務(wù)時，就需要使用32位的高速處理器及協(xié)處理器，或者位的高速處理器及協(xié)處理器，或者專用的數(shù)子信號處理器（專用的數(shù)子信號處理器（DSP）。）。 根據(jù)應(yīng)用層次的不同，基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的根據(jù)應(yīng)用層次的不同，基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件部分一般可由驅(qū)動程序、應(yīng)用程序編程接口和虛擬儀器軟件部分一般可由驅(qū)動程序、應(yīng)用程序編程接口和虛擬儀器開發(fā)工具三

24、部分組成。開發(fā)工具三部分組成。 虛擬儀器開發(fā)工具如虛擬儀器開發(fā)工具如LabVIEW，LabWindows/CVI 等，作為頂層軟件開發(fā)平臺，可提供強大而靈活的等，作為頂層軟件開發(fā)平臺，可提供強大而靈活的開發(fā)功能，方便用戶快速搭建數(shù)據(jù)采集和測量應(yīng)用開發(fā)功能，方便用戶快速搭建數(shù)據(jù)采集和測量應(yīng)用程序。程序。4.4 采樣樣定理 在一般的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中，常見的信號按照可分在一般的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中，常見的信號按照可分為模擬信號和數(shù)字信號兩大類，模擬信號是指幅值為模擬信號和數(shù)字信號兩大類，模擬信號是指幅值可取連續(xù)值的信號，而數(shù)字信號的幅值只能取離散可取連續(xù)值的信號，而數(shù)字信號的幅值只能取離散值，即規(guī)定的某些值

25、，一般僅為高電平或低電平。值，即規(guī)定的某些值，一般僅為高電平或低電平?？蓪?shù)字信號和模擬信號繼續(xù)劃分為：可將數(shù)字信號和模擬信號繼續(xù)劃分為：數(shù)字信號：開關(guān)信號（數(shù)字信號：開關(guān)信號（On-Off），連續(xù)脈沖信號），連續(xù)脈沖信號（Pulse Train）模擬信號：直流信號（模擬信號：直流信號（DC），時域信號（），時域信號（Time Domain）頻域信號（）頻域信號（Frequency Domain） 數(shù)據(jù)采集的主要功能之一是將外部模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集的主要功能之一是將外部模擬信號轉(zhuǎn)換為離散信號傳遞到計算機中去，這一過程被稱為采樣。離散信號傳遞到計算機中去，這一過程被稱為采樣。采樣過程中，確定合

26、適的采樣頻率（每秒采集所得到采樣過程中，確定合適的采樣頻率（每秒采集所得到的數(shù)據(jù)個數(shù)）至關(guān)重要。的數(shù)據(jù)個數(shù)）至關(guān)重要。指出： 采樣頻率必須至少是原始信號中所包含最高頻率的采樣頻率必須至少是原始信號中所包含最高頻率的兩倍時，所得到的采樣信號才能包含原始信號所有頻兩倍時，所得到的采樣信號才能包含原始信號所有頻率分量的全部信息，否則從采樣信號恢復(fù)原始信號時率分量的全部信息，否則從采樣信號恢復(fù)原始信號時將發(fā)生畸變。將發(fā)生畸變。 理論上只要采樣頻率到達(dá)信號所包含最高頻率的理論上只要采樣頻率到達(dá)信號所包含最高頻率的2倍以上就倍以上就可以避免混疊，但是工程應(yīng)用上往往要留出一些裕量，一般可以避免混疊，但是工程

27、應(yīng)用上往往要留出一些裕量，一般取取510倍，如果對信號處理效果有更高的要求，甚至還需要倍，如果對信號處理效果有更高的要求，甚至還需要取得更高。取得更高。4.5 實實例4.5.1 數(shù)數(shù)據(jù)采集卡USB2812數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡USB2812是一種基于是一種基于USB總線的，總線的，可直接和計算機的可直接和計算機的USB接口相連，構(gòu)成實驗室、產(chǎn)接口相連，構(gòu)成實驗室、產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、波形分析和處品質(zhì)量檢測中心等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、波形分析和處理系統(tǒng)，也可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)。理系統(tǒng)，也可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)。 1. AD模擬量輸出功能模擬量輸出功能 2. DA模擬量輸出功能

28、模擬量輸出功能 3. DI數(shù)字量輸入功能數(shù)字量輸入功能 4. DO數(shù)字量輸出功能數(shù)字量輸出功能 5. CNT定時定時/計算器功能計算器功能4.5.2 信號輸號輸入連連接方式 單端輸入是指單端輸入是指使用單個通路實現(xiàn)使用單個通路實現(xiàn)某個信號的輸入，某個信號的輸入，同時多個信號的參同時多個信號的參考地共用一個接地考地共用一個接地點。此方式主要應(yīng)點。此方式主要應(yīng)用于干擾不大，通用于干擾不大，通道數(shù)相對較多的場道數(shù)相對較多的場合。合。2.雙雙端輸輸入 雙端輸入是指雙端輸入是指使用正負(fù)兩個通路實現(xiàn)使用正負(fù)兩個通路實現(xiàn)某個信號的輸入，該輸某個信號的輸入，該輸入方式也叫差分輸入。入方式也叫差分輸入。此方式主

29、要應(yīng)用于干擾此方式主要應(yīng)用于干擾較大，通道數(shù)相對較少較大，通道數(shù)相對較少的場合。的場合。 USB2812USB2812可根據(jù)右圖可根據(jù)右圖連接成模擬電壓雙端輸連接成模擬電壓雙端輸入方式，可以有效抑制入方式，可以有效抑制共模干擾信號，提高采共模干擾信號，提高采集精度。集精度。4.5.3 軟軟件編編程知識識 5V量程：量程：Volt(mV)=(10000.00/8192)*(ADBuffer0&0 x1FFF)-5000.00 05V量程：量程：Volt(mV)=(10000.00/8192)*(ADBuffer0&0 x1FFF) AD AD在采樣過程中，組內(nèi)各通道以內(nèi)時鐘的采在采樣過程中，組內(nèi)各通道以內(nèi)時鐘的采樣頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，每兩組之間有一定的等待時樣頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，每兩組之間有一定的等待時間，這段時間就叫組間間隔間，這段時間就叫組間間隔( (GroupIntervalGroupInterval) )。組內(nèi)采樣頻率越高，組間間隔越長，信號的相組內(nèi)采樣頻率越高，組間間隔越長，信號的