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电子设计自动化 EDA技术与工程应用之LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 目录 1 LabVIEW简介 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 3 总结 1 LabVIEW简介 现代仪器系统已经把计算机与仪器紧密的结合在一起 许多传统仪器正在逐渐被计算机部分地甚至全部取代 虚拟仪器正在成为当今世界流行的一种仪器构成方案 虚拟仪器 就是在通用计算机平台上 用户根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能 实质是将传统仪器硬件和最新计算机软件技术结合起来 实现并扩展传统仪器的功能 1 LabVIEW简介 与传统仪器相比 虚拟仪器在智能化程度 处理能力 性能价格比 可操作性等方面都具有明显的技术优势 软件就是仪器 最本质地刻画了虚拟仪器的特征 目前 图形化编程语言LabVIEW是虚拟仪器领域内使用最为广泛的计算机语言 1 LabVIEW简介 LabVIEW LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWork bench 主要用于仪器控制 数据采集 数据分析等领域 是一种基于图形编程语言 G语言 的开发环境 LabVIEW用图形语言 各种图标 图形符号 连线等 以框图的形式编写程序 使用的都是测试工程师熟悉的术语和图标 如旋钮 开关 波形图等 界面直观形象 因此对于没有丰富编程经验的测试工程师来说LabVIEW无疑是个极好的选择 1 LabVIEW简介 LabVIEW包含丰富的函数库和子程序库 适用于Windows2000 WindowNT Macintosh unix等多种不同的操作系统平台 LabVIEW是一个功能强大的集成开发环境 它完整地集成了与GPIB VXIRS 232 RS 485和内插式数据采集卡等硬件的通讯 LabVIEW具有内置程序库 提供了大量的连接机制 通过DLLS 共享库 OLE等途径实现与外部程序代码或软件系统的连接 1 LabVIEW简介 一个LabVIEW程序包括三个主要部分 前面板 框图程序 图标 接线端口 前面板是LabVIEW的交互式图形化用户界面 用于设置用户输入和显示程序输出 目的是仿真真实仪器的前面板 框图程序则是利用图形语言对前面板上的控制量和指示量进行控制 图标 接线端口用于把LabVIEW程序定义成一个子程序 以便在其它程序中加以调用 使LabVIEW实现了层次化 模块化编程 1 LabVIEW简介 图1 1前面板及程序框图 1 LabVIEW简介 图1 2控件模板和函数模板 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 数据采集是LabVIEW的核心技术之一 数据采集 DAQ DatAAcqusition 系统的基本任务是物理信号的产生和测量 数据采集是借助软件来控制整个DAQ系统的 包括采集原始数据 分析数据以及给出结果等 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 1 数据采集系统的构成 图2 1数据采集系统的构成 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 2 数据采集系统 DAQ 系统结构 图2 2DAQ系统 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 3 DAQ模块位于NIMeasurements DataAcquisition下主要子功能模块有 AnalogInput AnalogOutput DigitalI O CounterAnalogI O图例说明在研究DAQVI之前需要了解如下的几个定义 我们以下图的AIAcquireWaveform vi为例说明 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 图2 3AIAcquireWaveform vi device 设备号 在NIDAQ设置工具中设定 该参数告诉LabVIEW你使用什么卡 samples 表示A D转换 scan 是在多通道采样时 由一个单独的通道得到的样本 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 channel 指定数据样本的物理源 waveform 是由一个通道得到的一组样本 采集若干周期或一定时间 highlimit和lowlimit 对信号的限制 输入信号变化的缺省值是10V到 10V之间 可以人工设置DAQ系统的增益 增益的计算公式为 taskID 一个32位的整数 用来识别指定的加于I O的操作 增益 采集卡输入范围 HighLimit Lowlimit 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 简单AnalogI O简单AnalogI OLabVIEW提供的一组标准的 简单易用的DAQVI AnalogInput AI AnalogOutput AO 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 从左到右 个VI的功能为 从指定通道获得一个样本 从由通道字符串规定的一组通道每通道获得一个样本 这些样本返回到一个样本数组 顺序由通道号决定 按指定的采样率由一个通道得到一个波形 一组覆盖一个周期的样本 这些样本返回到一个wareform数组 从由通道字符串规定的每个通道获得一个波形 这些样本返回到一个波形的 维数组 顺序由通道号和采样周期决定 通道数据的每个点占 列 时间增量由行决定 图2 4简单AI 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 从左到右 个VO的功能为 在指定输出通道设置一个规定电压 在指定输出通道设置一组规定电压 这些电压在输出通道一直保持恒定 直到其自身改变或装置复为位 在指定输出通道产生一个波形 波形的点 以电压为单位 是预先由波形数组提供的 更新速率 Updaterate 规定了两个点之间的时间 与上类似 多波形 每通道一个 可同时发生 每个波形存放在2维数组的1列 图2 5简单AO 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 中级AnalogI O简单AnalogI O的基本局限是执行DAQ任务的冗余 例如 每一次调用AISampleChannel 都必须为特定类型的测量设置硬件 告诉它采样率等 中级AnalogI O的优点是具有更好的功能与灵活性 可以更有效地开发应用 特点包括控制内部采样率 使用外部触发 执行连续外部触发等 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 中级AnalogInput AI 中级AnalogOutput AO 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 AIConfig对指定的通道设置模入操作 包括硬件 计算机内buffer的分配 AIStart启动带缓冲的模入操作 它控制数据采集速率 采集点的数目 及使用任何硬件触发的选择 AIRead 从被AIConfig分配的缓冲读取数据 它能够控制由缓冲读取的点数 读取数据在缓冲中的位置 以及是否返回二进制数或标度的电压数 它的输出是一个 维数组 其中每一列数据对应于通道列表中的一个通道 图2 6中级AI 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 AISingleScan 返回一个扫描数据 它的电压数据输出是由通道列表中的每个通道读出的电压数据 使用这个VI仅与AIConfig有关联 不需要AIStart和AIRead AIClear 清除模入操作 计算机中分配的缓冲 释放所有DAQ卡的资源 例如计数器 输入应用中首先使用的VI总是AIConfig AIConfig会产生一个taskID和Errorcluster 出错信息簇 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 AOConfig对指定的通道设置模出操作 包括硬件 计算机内buffer的分配 AOWrite以电压数据的方式写数据到模出数据缓冲区 它是一个 维数组 其中每列对应通道列表中的一个通道 AOStart启动带缓冲的模出操作 图2 7中级AO 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 AOWait在返回之前一直等待直到波形发生任务完成 它的电压数据输出是由通道列表中的每个通道读出的电压数据 使用这个VI仅与AOConfig有关联 不需要AOStart和AORead AOClear 清除模出操作 计算机中分配的缓冲 释放所有DAQ卡的资源 例如计数器 输出应用时 首先使用的VI总是AOConfig AOConfig会产生一个taskID和Errorcluster 出错信息簇 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 4 应用案例本案例借助LabVIEW软件来控制整个数据采集系统 DAQ DataAcquisition 本案例主要是使用LabVIEW连续采集一个正弦波数据 实时测量正弦波的频率 幅度等 并实时显示采集到的正弦波信号 图2 8为数据采集的程序框图 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 图2 8数据采集的程序框图 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 数据采集的过程第一步 使用AIconfig vi模块设置DAQ设备 包括 设备号 通道选择 缓存大小等 第二步 使用AIstart vi模块设置扫描频率并启动DAQ的数据采集功能 第三步 使用while循环和AIread vi模块从DAQ设备的缓存中读取采集到得数据 第四步 完成数据采集后 使用AIclear vi模块停止DAQ设备的数据采集 并释放缓存 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 数据采集结果启动了DAQ的数据采集功能后 就会不停的对信号进行连续采集 并将采集到的信号放在缓存中 实现了对信号的连续采集 并且不会丢失信号 图2 9是数据采集的结果 可见 采集到的正弦波信号时连续的 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 图2 9数据采集结果 输入控件 显示控件 停止按钮 显示测量结果 2 LabVIEW在数据采集与测量方面的应用 从本案例中可以看出LabVIEW软件的优势 即它不需要复杂的编程 只需要选取相应的模块组成程序即可 操作简单 给工程师减少了很多麻烦 界面简单直