LabVIEW编程及虚拟仪器设计第六讲ppt课件

LabVIEW编程及虚拟 仪器设计,第六讲：数据采集（上）,1,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。,2,二、文件I/O 1.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）。,3,本堂课内容数据采集（上）,一、 测试系统简介,DAQ - Data Acquisition,1. 测试系统组成,4,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,5,信号调理,数据采集与模块化仪器,传感器和变换器,6,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,7,2. 信号分类,8,3. 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,9,4. 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。,10,5. 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。,11,6. 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。,12,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” （Measurement and Automation Explore - 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Measurement and Automation 设备和接口 ,二、数据采集任务确立及测量硬件驱动,13,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。,14,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,15,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Express VI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,16,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）。,17,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Measurement and Automation .,18,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”。,19,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）。,20,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。,21,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。,22,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。,23,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 。）,24,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。,25,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。,26,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”,27,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Express VI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,28,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。,29,三、DAQmx VI数据采集函数简介,1. DAQmx VI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DAQmx VI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DAQmx VI 路径： “函数”选板 “测量I/O” DAQmx- 数据采集,30,2. 常用DAQmx VI 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,31,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,32,“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 DAQmx Timing VI（Samlpe Clock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,33,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,34,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,35,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,36,该函数的功能：开始执行任务（显式任务状态转换）。 如果“DAQmx 读取”函数或“DAQmx 写入”函数要多次执行，例如处于循环之中，应该使用“DAQmx 开始任务”函数，否则任务执行性能会降低，因为任务将会被不断地启动和停止。,路径： “函数”选板 “测量I/O” DAQmx 数据采集,37,该函数的功能：结束DAQmx任务。,路径：“函数”选板 “测量I/O” DAQmx 数据采集,38,该函数的功能：停止任务并清除资源。任务清除后就不能再使用，除非重新建立该任务。,路径：“函数”选板 “测量I/O” DAQmx 数据采集,39,调用该函数，能确保在结束任务/清除任务（“DAQmx 停止任务”或“DAQmx 清除任务”）之前，完成所要求的采集或发生任务。,路径：“函数”选板 “测量I/O” DAQmx 数据采集,40,练习题2：从数据采集试验箱上采集一5V左右的正弦波和一5V左右的方波电压信号，并用MAX提供的“测试面板”将它们显示出来，以验证该采集任务被正确地确立并完成。改变数据采集模式（采样率、采样点数）等相应配置，再重复上述任务。,练习题1：从实验台上提供的数据采集试验箱（数据采集卡在其中）采集一个1.5V的直流电压（接线要补充共地线），并用MAX提供的“测试面板”将该直流电压显示出来，以验证该采集任务被正确地确立并完成。,第 六 次 练 习,练习题3：经路径“函数”选板 “测量I/O” DAQmx 数据采集，找到“DAQmx创建虚拟通道”、“DAQmx读取”、“DAQmx写入”和“DAQmx定时（采样时钟）”四个函数，打开它们的多态VI选择器，结识它们提供的多种函数功能。,41,