LabVIEW编程及虚拟仪器设计第六讲ppt课件.ppt

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 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 3 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 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5 10倍 10 5 分辨率 3bit的数据采集卡将0 10V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0 10V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0 10V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 10 10V划分为2的3次方份 输入范围 10 10V 输入范围0 10V 在右侧给出的示例中 第一个被测信号是0 8 75V 输入范围是0 10V 第二个被测信号是0 7 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 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 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 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MeasurementandAutomation 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 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 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 30 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 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 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