《虚拟仪器技术基础》配套教学课件

虚拟仪器技术基础课程背景虚拟仪器技术最早于上世纪90年代由美国国家仪器（NationalInstruments）公司提出概念主要思想是利用模块化硬件，结合软件完成各种测试、测量和自动化应用使测控领域充分利用计算机技术发展,带来仪器技术的革新应用领域随着计算机、软件、以及电子技术的快速发展，虚拟仪器技术的应用早已突破最初的仪器控制和数据采集的范畴不仅可用于构建大型的自动化测试系统，还常常用于控制系统、嵌入式设计等应用包括电子电气、射频与通信、装备自动化、汽车、国防、航空航天、能源电力、生物医电、土木工程、环境工程等等虚拟仪器技术的内涵与外延各种硬件模块图形化编程环境或基于文本语言的开发环境自动化测试自动控制课程学习内容与目标虚拟仪器技术的基本概念、工作原理、关键技术和实际应用，全面了解测控技术领域前沿的技术发展与应用通过LabVIEW软件编程练习和结合硬件的数据采集实验，掌握图形化编程方式(G语言)与虚拟仪器平台的基本操作，培养实际动手能力通过分组课程设计

(Project)

建立起系统设计的概念，同时培养创新能力、独立思考与解决实际问题的能力课时安排周时课程内容方式1-2周虚拟仪器技术背景与基本概念课堂讲授3-8周LabVIEW程序设计与数据采集基本概念课堂讲授LabVIEW编程与数据采集练习实验室/课后作业9-16周虚拟仪器技术的应用与最新发展课堂讲授课程设计分组自主完成作业、实验、课程设计使用软件LabVIEW学生版(选课学生免费发放)需提交有清楚注释的LabVIEW源程序文件(.vi文件)使用硬件实验室基于NIELVIS多功能实验平台课后练习及课程设计基于NImyDAQ数据采集平台考核方式LabVIEW程序设计作业(30%)硬件数据采集实验(30%)课程设计(40%)参考资源参考书虚拟仪器设计基础教程LabVIEW2009中文版虚拟仪器从入门到精通网络参考资源GSD(LabVIEW图形化设计中文门户网站)(NI公司官方网站)第一讲

虚拟仪器的技术背景与基本概念背景:伴随摩尔定律的技术飞速发展晶体管数量每18个月提高1倍≈处理器性能每18个月提高1倍性能提升体积减小成本降低仪器技术与系统的发展趋势伴随着半导体技术、处理器技术、计算机总线技术、网络技术、软件技术等快速发展，仪器与测控系统出现了如下的一些发展趋势:

数字化

自动化

综合化

模块化

标准化

虚拟化

智能化

网络化1.数字化模拟量转换成数字量并进行处理，具有精确度高、稳定度高，速度快，便于数字处理计算和远传等特点ADCDAC处理器接口存储器数字化摩尔效应驱动ADC的革新数字化半导体的摩尔效应ADC类型：积分型ADC压频变换型ADCΣ-ΔADC逐次逼近型ADCADC向高速、低功耗、高分辨率等方向演进……数据采集硬件价格的降低16-BitADC价格12-BitADC价格NI数据采集硬件价格(折算成单通道价格)NIM系列数据采集卡GraphSource:NationalInstruments&aLeadingADCSupplierNIE系列数据采集卡以NI公司的数据采集板卡为例，性价比随时间不断提高数字化2.自动化程序控制代替手动操作，提高效率，减轻操作者劳动强度.自动化程度愈高，速度愈快自动化3.综合化利用一台多功能仪器代替多台单功能仪器系统，提高灵活性和可靠性，并降低成本，减小体积例如:相同的通用射频硬件结合不同软件程序实现多种无线协议测试以及射频参数测试等功能综合化WLANGSM/EDGEGPSWCDMAWiMAXZigBee4.模块化插卡或模块代替传统台式仪器，在系统应用时节省系统重复资源，减少体积和重量模块化促进模块化仪器发展的更多半导体技术内存芯片PCIe桥接芯片处理器FPGADSP电源管理模块化摩尔定律促使仪器体积的减小模块化16.8”7.0”21.9”5.1”4.0”8.5”总线的概念总线的概念目的:实现不同的仪器(分立仪器或模块化仪器)与计算机处理器之间的连接(传递控制命令与测量数据)接口控制器接口功能部分接口功能部分接口功能部分12n……总线模块化模块化仪器架构的出现软件共享的电源定时控制可编程的用户界面测量硬件开放总线PC处理器,OS模块化仪器系统模块2模块4模块3模块5模块6固件电源定时控制固定的用户界面测量子系统内部总线专用处理器,OS传统台式系统模块1便于保持已有投资同时便于利用最新半导体及PC技术模块化模块化仪器架构的出现软件共享的电源定时控制可编程的用户界面测量硬件开放总线PC处理器,OS模块化仪器系统模块2模块4模块3模块5模块6模块1运用最新的CPU及内存技术易于系统升级最新的总线技术通过模块化架构加载更高精度时钟借助最新的ADC,ASIC,DSP,定时芯片…更高效稳定的电源管理模块化便于保持已有投资同时便于利用最新半导体及PC技术5.标准化利用标准总线使仪器互联成系统或配备总线接口的仪器，相对独立仪器可减少系统集成时间，提高响应性和简便性.并行总线适合于本地/集中，串行总线适合远程/分布测试目前常见的仪器总线标准外部总线:多用于连接分立式仪器,包括Serial(如RS-232),GPIB,LAN/LXI,USB等内部总线:多用于连接模块化仪器,包括PCI/PCI

Express,CompactPCI,PXI/PXIExpress等标准化主流仪器总线技术的发展历程传统仪器出现基于PC技术的仪器

(ISA,PCI,CompactPCI…)VXIPXILXIGPIB19701980199020002010计算机技术的发展定时与同步标准化GPIB专为测试仪器设计的总线广泛的行业应用最大程度适用于仪器设备鲁棒性和可靠性30余年来的兼容性适用于:自动化现有的设备混合系统特别要求专用仪器的系统标准化488.2最高带宽:1.8Mbytes/sHS488最高带宽:8Mbytes/s带宽分布:共享传输延迟典型值:几十μsSerial每次在串行线上传送1bit数据适用于数据率低、传输距离较长的场合大多数PC都有串口，不需要额外的接口板卡RS-232/422/485标准化USB在PC上的通用性低成本接口即插即用适用于便携式台式应用低成本系统标准化带宽:60Mbytes/s(USB2.0)带宽分布:所有端口共享传输延迟典型值:>100μsPCI/CompactPCI/PCIExpress最佳的带宽和延迟在PC上的通用性为系统带来较低的成本适用于:高性能系统数据量要求大的系统集成数种仪器标准化PCI带宽:132Mbytes/sPCI带宽分布:共享PCIExpress带宽(x8):2Gbytes/sPCIExpress带宽分布:每插槽专用传输延迟:<1μs,最好VME/VXI较早的军用/航空系统内部总线专用仪器设备适用于:维护现有的ATE系统构架标准化VXI最高带宽:40Mbytes/s带宽分布:共享传输延迟:<1μsPXI标准化PXI带宽:132Mbytes/sPXI带宽分布:共享传输延迟:<1μs,最好继承PCI技术的优势增加同步和触发总线针对尖端应用的可靠性和坚固性设计适用于:高性能系统数据量要求大的系统集成数种仪器PXIExpressPXIExpress带宽(x8):2Gbytes/sPXIExpress带宽分布:每插槽专用传输延迟:<1μs,最好将PCIe技术引入PXI进一步提高带宽扩展了同步和触发功能增加100MHz差分时钟和差分式触发软件与PCI/PXI完全兼容混合插槽设计兼容PXI设备LAN/LXI在PC上的通用性远程功能低成本接口LXI为独立的LAN仪器增加可选的触发功能需要为1588和有线的触发总线同步配备专用硬件适用于:分布式系统远程监控标准化100BASE-T最高带宽:12.5Mbytes/s(快速以太网)1000BASE-T最高带宽:125Mbytes/s(Gigabit以太网)带宽分布:网络间共享传输延迟典型值:>1ms6.虚拟化基于通用硬件平台，充分利用软件定义的仪器设备，例如用软件实现的软面板代替传统的仪器操作面板.提高硬资源重用性和结构灵活性，降低成本、功耗、故障率等虚拟化回顾:传统仪器系统FrostandSullivan2006WorldSyntheticInstrumentationTestEquipmentReport

固定的硬件配置由仪器厂商定义好的测量功能固定的用户界面部分仪器可连接PC,基于通信包的形式将结果传给PC虚拟化对比:新一代的仪器系统虚拟化FrostandSullivan2006WorldSyntheticInstrumentationTestEquipmentReport

用户可自定义测量功能自定义用户界面模块化硬件与基于PC的控制器连接(多通过高速内部总线)实时数据传输软件在新一代仪器系统中的重要作用对系统中的模块化仪器/分立仪器进行配置(通过驱动程序完成)对通过总线获取的原始数据进行信号处理等计算操作用户界面、数据存储等PC处理器软件模块化仪器/分立仪器信号总线原始数据用户自定义功能配置虚拟化“虚拟仪器”的概念1986年由NI公司提出，它是基于通用硬件平台，充分利用软件定义的仪器.软件通过平台实现仪器功能，用户可以通过友好的图形界面与仪器进行交互作用狭义的虚拟仪器概念主要是在测量与测试系统的范畴内,通过软件定义通用硬件的功能,从而实现不同的自定义功能广义的虚拟仪器概念可进一步扩展到自动控制等领域，只要是通过软件定义模块化硬件功能,从而满足自定义应用需求的系统,都可以看作虚拟仪器技术的应用虚拟化常用的虚拟仪器系统开发语言标准CC++,C#,VB.net等LabVIEW图形化编程语言(有时亦称G语言)

一般的模块化仪器或分立台式仪器通常会提供满足以上几种语言调用需求的驱动程序,或至少会提供LabVIEW及C语言下的驱动.这样,虚拟仪器系统的开发人员就可以选择自己习惯的编程语言开发自定义的系统虚拟化7.智能化利用单或多处理器实现学习、识别、推理等功能，以使设备充分模拟人的智力能力,特别适合故障诊断、识别等应用人工智能智能化8.网络化利用通信线路和设备将仪器连接成较大的复杂系统，共享资源，提高速率、灵活性,适合于远程分布测试、维修、校准、培训等应用网络化虚拟仪器技术充分体现了这些趋势虚拟仪器技术网络化数字化智能化模块化标准化综合化自动化虚拟化虚拟仪器技术在各工程领域的广泛应用结构健康监测节能减排自然环境监测混合信号测试水质处理风能发电电能质量检测楼宇资源监控核能工程通信工程虚拟现实生物医电太阳能电池板机器人开发…视频上海世博会中的绿色监测系统欧洲粒子对撞机的控制系统无人驾驶汽车千里之行始于足下本课程学习掌握重点虚拟仪器技术的相关基本概念LabVIEW程序设计基础模块化的数据采集设备的基本操作及小型系统开发学习目标若将来从事相关研究或大型系统开发工作,可灵活运用这些基本知识和技能,举一反三培养系统级设计的概念,提高通过集成创新解决实际问题的能力声明本课件供《虚拟仪器技术》、《自动测试技术》等相关课程教师授课使用与参考.教师可根据课程需要和实际情况在此课件基础上增删内容本课件版权属NI(中国)公司所有，供中国大陆地区高校教师无偿使用或在课程中引用，但使用或引用之前请联系NI(中国)公司高校市场部获得免费使用授权(联系方式zheng.xu@)本课件不得用于公开出版或其他商业用途.如需在公开出版物中引用其中部分内容,请与NI(中国)公司高校市场部联系获得授权第二讲

以软件定义的模块化仪器系统回顾:仪器系统的技术发展真空管技术晶体管技术(集成电路)以软件为中心的自定义系统192019652010以软件为中心的发展趋势PC处理器软件模块化仪器/分立仪器信号总线原始数据用户自定义功能配置软件是(合成仪器)测试系统的核心…，软件的任务就是去定义和控制硬件…——

Frost&Sullivan2006全球合成仪器测试设备报告模块化I/O架构可替换、升级、自定义PC处理器软件模块化I/O信号总线原始数据用户自定义功能配置虚拟仪器——软件定义的模块化硬件架构是英国国防部未来测试系统核心的必备技术——

MarcusRansom上校,英国国防部以软件定义的模块化仪器系统数据总线与定时同步模块化I/O模块化I/O模块化I/O模块化I/O模块化I/O…软件采集模拟/数字信号传输原始数据;控制模块化仪器I/O之间的定时与同步自定义数据处理、分析、显示、共享等以软件定义的模块化仪器系统数据总线与定时同步模块化I/O模块化I/O模块化I/O模块化I/O模块化I/O…软件通常是现成的模块化硬件，可直接从厂商购买；也可自行开发特殊模块紧密集成不同的硬件模块通过软件开发所要实现的自定义系统功能使系统级的设计和自定义成为可能以软件定义的模块化仪器系统数据总线与定时同步模块化I/O模块化I/O模块化I/O模块化I/O模块化I/O…软件模块化硬件架构使系统升级和维护成本更低，也更易于进行扩展选择标准化的总线技术可以确保不同厂商模块之间的互操作性，并且保证系统所采用的技术体系具有长生命周期可通过软件开发随时增添更多功能使系统具有更好的长期可维护性以软件定义的模块化仪器系统数据总线与定时同步模块化I/O模块化I/O模块化I/O模块化I/O模块化I/O…软件模块化架构便于在短时间内集成最新技术基于PC的标准总线技术随着PC技术的演进而不断增强性能，同时可以保持后向兼容通过高效的软件开发工具可以显著降低利用最新技术的复杂度便于利用最新技术以基于PXI总线的模块化系统为例模块化架构可以根据需要选择合适的I/O模块，并且便于系统维护和升级集成高速数据传输总线及定时同步总线的机箱背板集成高性能CPU的系统控制器可运行各种软件程序；可通过编程自定义系统功能PXI:PCIeXtensionforInstrumentationPXI机箱背板8条TTL传输线组成的触发总线,允许系统中任意模块都可产生触发信号数据总线由第2槽(定时槽位)发出的星型触发总线,通过等长度路由设计到达其他各槽,使各槽位之间触发信号偏差小于1ns

机箱背板上集成了一个10MHz的专用系统参考时钟，为各槽位提供精确的定时参考信号控制器槽位PXI模块与机箱背板的连接PXI和CompactPCI的J1接口是一样的,主要是PCI数据总线PXI增加了J2接口部分，主要是PXI所特有的定时和同步触发总线PXI模块化仪器不断提升的性能指标传统台式仪器分辨率(Bits)28262422201816141210841101001K10K100K1M10M100M1G10G100G采样率(S/s)620042010200520111997NIPXI-40717½-digitFlexDMM业界最快、最精确的数字万用表NIPXI-5922,24-bit,15MS/s业界最高分辨率数字化仪AgilentN6030A,15-bit,1.25GS/s业界最高更新速率的PXIAWGNIPXIe-51868-bit,12.5GS/s业界最高性能PXI数字化仪PhaseMatrixPXI-142026.5GHz业界最高频PXI下变频器众多主流仪器厂商的支持PXI系统联盟(PXISA)成立于1998年,目前有70多家会员厂商基于PXI平台的模块种类模拟输入/输出数字输入/输出计数器/定时器带有FPGA的可重配置I/O机器视觉运动控制信号调理温度/应变/压力/加速度LVDT/RVDT...示波器/数字化仪函数发生器/任意波形发生器动态信号分析仪高速数字I/O数字万用表/LCR表开关射频信号发生器矢量信号发生器矢量信号分析仪矢量网络分析仪可编程电源/源测量单元...总线接口以太网,USB,1394SATA,ATA/IDE,SCSIGPIBCAN/LIN/FlexRayDeviceNetRS-232,RS-485VXI/VME边界扫描/JTAGMIL-STD-1553,ARINCPCMCIA/CardBusProfibus...其他IRIG-B,GPS,1588同步磁盘阵列接口反射内存光纤传感器接口故障注入模块电源仿真器HDMI解码...用于自动化测试与控制的模块化I/OPXI的广泛应用数据采集、自动化测试、控制…实验室自动化验证测试生产线测试应用工业现场控制现场数据采集系统通过PXI等模块化仪器平台集成最新技术Gen2/Gen3PCIExpressVirtualizationCloudComputingFPGAMulticoreDataConverter……MorePXI具体将在《虚拟仪器技术的最新发展》专题深入介绍结合高效的软件工具可进一步降低使用这些新技术的复杂度进一步发展:集成PCIExpress技术将PCIExpress总线融合到PXI中,形成PXIExpress

(PXIe)进一步显著扩展传输总线带宽基于差分串行的PCIExpress总线，实现高达2GB/s每槽专属带宽硬件接口仍可兼容大部分原有PXI模块软件完全兼容PXIExpress的超高带宽对于射频/宽带中频、图像采集、高速并行数字I/O等应用具有重要意义具体将在《虚拟仪器技术的最新发展》专题深入介绍对于模块化平台的软件编程模块化平台的软件层次软件如PCI/PXI/USB等测试管理软件测控系统开发软件环境驱动软件处理总线平台模块化I/O各种模块化仪器如NI-DAQmx等如LabVIEW等如TestStand等模块化硬件驱动驱动的重要性：“承上启下，连接软硬”一般由模块化仪器厂商提供提供若干API(应用程序接口)，可供应用开发环境软件调用通常提供C/C++、LabVIEW及VB下的API接口，供使用相关开发语言的开发者调用功能性同样的硬件通过不同的驱动软件可“暴露”不同程度的开放功能给用户好的驱动应该尽可能使用户能访问到较多的硬件功能，具有更高灵活性易用性除了提供应用程序接口外，好的驱动程序还应提供硬件诊断、调试、维护管理等功能，从而进一步方便开发者的使用多种总线和平台共存许多实际的测控系统内都存在多种仪器总线由历史发展和特殊的具体应用所决定GPIB:分立仪器的常用接口;特殊用途的仪器

VXI:较早的模块化平台,需要继续维护现有系统USB:即插即用PXI

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CompactPCI最高带宽;最低延时集成的同步功能集成多种总线接口Ethernet/LAN/LXI:分布式/远程系统常见总线的带宽和延时比较PCI/PXI(Express)具有最佳的传输带宽和延时特性，因此最适合作为混合总线系统的核心(不会成为数据传输的瓶颈)支持多种总线的混合总线系统混合总线测控系统举例软件通过软件整合混合总线应用，降低复杂性PXI选择具有高吞吐量、低延时的PXI作为混合测试系统的核心445.5mmx177mmx434.8mm1个嵌入式PC1个定时控制设备1个100MS/s,14-bit的数字化仪(2通道)1个7½位的DMM1个100M高速数字I/O2个100MS/s,16-bit的任意波形发生器(共4通道)1个大电流通用继电器开关1个500MHz多路复用器矩阵1个Ultra2SCSI接口1个1MS/s,12-bit模拟输出(8通道)1个GPIB控制器和千兆以太网接口2个声音和振动分析设备(共16通道)1个6.6GHz

RF下变频器1个IF数字化仪1个空槽用于扩展基于GPIB/USB/LXI/串行总线以及用于VXI的MXI总线整合其他仪器平台(通过PXI控制器上的接口及其他专用接口模块连接)问题在实际的混合总线测控系统中，除了基于PXI、PCI、VXI等平台的模块化仪器之外，还往往需要对基于其他总线的台式仪器进行控制和通信总线从硬件上保障了通信的进行，软件方面如何实施？仪器控制(InstrumentControl)仪器控制基于PC技术的控制器通过仪器总线连接分立仪器，对分立仪器参数进行配置和控制，并获取分立仪器的测量数据的过程基于PC技术的控制器:如个人电脑、服务器、PXI控制器等仪器总线:GPIB、串口、USB、LAN等涉及的关键技术总线技术(总线的电气连接定义)软件驱动概念说明其实通过PCI/PXI/VXI等总线对模块化仪器进行控制和数据操作也属于仪器控制，而且软件层次也是类似的，只不过往往这些模块化仪器已提供完善的驱动，使开发者不必关心底层的仪器控制和通信技术仪器控制的软件层次仪器驱动程序VISA接口硬件驱动如488.2驱动、串口驱动等对不同接口的抽象层针对特定仪器，如Agilent34401A驱动开发软件环境如LabVIEW等软件开发环境其实可以直接通过各种接口硬件驱动来与分立仪器通信，但是VISA可以使该过程简化；而如果针对某一特定仪器已经有了专用的仪器驱动程序，则可进一步简化仪器控制的过程都属于驱动层VISA虚拟仪器软件架构(VirtualInstrumentSoftwareArchitecture)可通过高层次的API调用底层驱动可以控制基于GPIB、串口、USB、VXI以及其他总线的仪器，针对不同的仪器选择所调用的底层驱动（如串口驱动或GPIB驱动），使上层用户不必关心，简化了仪器控制VISAVirtualInstrumentSystemArchitectureSerialGPIBUSBVXISCPI——与仪器“交谈”时的“语言”GPIB、串口等接口总线和接口驱动、VISA等软件层建立了通信链路相当于电话线具体“通话”时传递信息的语言——SCPIStandardCommandsforProgrammableInstruments本质上就是一些命令字符集，由一些主流仪器厂商在1990年定义，可查询具体仪器手册查询所支持的控制字符一些SCPI命令举例*IDN? 查询设备ID号*RST 设备reset*TST? 自检MEAS? 读取测量结果仪器驱动程序针对某一特定仪器提供的一组API函数，可供应用开发者直接在应用开发软件环境中调用用户不需要通过SCPI与仪器打交道，也不需要学习底层硬件接口编程控制甚至不需要学习VISA编程使用更加直观，进一步简化了仪器控制操作模块化仪器厂商对模块化仪器所提供的驱动API也属于仪器驱动程序可以访问/idnet，免费获取9,000多种不同厂商的仪器驱动程序IVI——InterchangeableVirtualInstrumentation也是一种仪器驱动软件层技术：“可互换虚拟仪器”仍然基于VISA技术，由国际组织制定规范将具有相似功能的仪器归为一类抽象出其特征，进而开发出针对这一类仪器的驱动针对具体仪器的仪器驱动程序:针对某一仪器,如HP34401AIVI驱动:针对某一类仪器,如数字万用表,示波器…优缺点更加灵活安装、配置、修改相对较复杂混合总线的虚拟仪器系统架构总结测试系统管理软件测控系统开发软件环境模块化仪器驱动内部仪器总线模块化仪器分立式仪器总线分立式仪器现成仪器驱动IVI或VISA+底层接口驱动本课程对应学习重点测试系统管理软件测控系统开发软件环境模块化仪器驱动内部仪器总线模块化仪器分立式仪器总线分立式仪器现成仪器驱动IVI或VISA+底层接口驱动本课程使用基于USB总线的NIELVIS/myDAQ，虽然是外部总线，不过可看做基于USB总线的模块化仪器，在编程使用方面，与基于其他总线的模块化仪器是完全一样的主要使用DAQmx驱动使用方法与模块化仪器驱动基本一样不作为学习重点，今后工作中如有需要可自学，较容易贯通以LabVIEW学习为主，是课程重点仅要求有所了解系统开发软件环境常见的开发环境NILabVIEW直观的图形化开发编程环境，有时LabVIEW语言也叫G语言内置丰富的测控相关控件和处理函数本课程学习的主要语言应用开发环境LabVIEW提供大量现成的符合测控系统风格的前面板控件，简化界面设计与数据表达直观的数据流编程方式，符合工程思维方式，并且无需学习文本编程语法规则，容易上手LabVIEW与硬件的无缝连接模块化仪器通过VISA进行仪器控制通过Plug&Play仪器驱动进行仪器控制通过IVI控制仪器LabVIEW与硬件的无缝连接(续)PersonalComputersPXISystemsCompactRIOCustomDesignSingle-BoardRIOLabVIEW``Real-TimeLabVIEWDesktopLabVIEWFPGALabVIEWMPU/MCU代码可发布到不同的执行对象，包括嵌入式控制器、FPGA等LabVIEW集成的诸多功能基于配置的助手工具简化开发多种模块和工具包加速应用开发内置超过1,000种信号处理与分析函数近10种射频与无线协议工具包机器视觉、运动控制报表生成,数据库连接更多…针对多核处理器的优化大型项目开发软件配置管理源代码控制应用开发环境（续）其他常见的一些开发环境NILabWindows/CVI基于标准C的虚拟仪器开发环境同样集成了测控相关的控件和函数，相比单纯的C/C++开发环境可简化开发过程MicrosoftVisualStudio支持VB.net、C#等基于.NET的开发语言进一步结合NIMeasurementStudio可简化测控系统的开发测试系统管理软件系统管理软件提供了测试系统的软件框架，并且将共用的一些功能抽象出来提供现成的功能，从而简化测试系统软件框架的搭建，并确保软件架构的稳健性；此外，一些系统管理软件还可以对测试序列进行并行优化，从而优化硬件资源的使用效率系统管理软件测试序列引擎处理模型操作员界面测试组件1测试程序测试参数测试结果报告测试开发软件编写的具体测试程序（可能由不同开发环境编写而成）驱动I/O测试组件2测试程序驱动I/O测试组件3测试程序驱动I/O总结与后续学习基于LabVIEW进行虚拟仪器系统开发今天课堂重点介绍了基于PXI总线的模块化仪器以及分立式仪器的控制等内容；由于教学条件限制，后续虚拟仪器实验及练习所使用的硬件平台主要是基于USB总线的NIELVIS和NImyDAQ操作使用和软件编程基本是一样的，如今后实际工作中应用基于PCI/PXI或其他总线的硬件设备，应能够很快上手课后准备:安装LabVIEW学生版软件,建议结合参考书熟悉LabVIEW的编程开发环境声明本课件供《虚拟仪器技术》、《自动测试技术》等相关课程教师授课使用与参考.教师可根据课程需要和实际情况在此课件基础上增删内容本课件版权属NI(中国)公司所有，供中国大陆地区高校教师无偿使用或在课程中引用，但使用或引用之前请联系NI(中国)公司高校市场部获得免费使用授权(联系方式zheng.xu@)本课件不得用于公开出版或其他商业用途.如需在公开出版物中引用其中部分内容,请与NI(中国)公司高校市场部联系获得授权第三讲

LabVIEW开发环境及程序设计基础LabVIEW的出现1986年诞生，革命性地简化了仪器控制的复杂度针对测量应用的界面控件符合工程思维方式的数据流编程LabVIEW的出现推动了测试技术的发展从手工测试迈向自动化测试使仪器和PC得以有效连接有效降低了仪器控制的复杂程度从此以后，软件在测控系统中发挥的作用越来越大LabVIEW的发展功能不断增加，效率不断提升不断融合各种最新的技术发展，简化工程师在测控系统中利用新技术的复杂度200520062003199820001993199719901986LabVIEW1.0MacintoshLabVIEW2.0编译语言程序LabVIEW3.0多平台LabVIEW4.0专业化开发LabVIEW6i网络技术LabVIEW5.0实时技术LabVIEW7ExpressPDA和FPGALabVIEW8.2020周年纪念版简体中文版LabVIEW8分布式智能2008LabVIEW8.6多核、FPGA、无线2009LabVIEW2009更高效率，机器人2010LabVIEW2010FPGA云编译LabVIEW的本质是什么?首先是一种编程语言只不过是图形化的而已是一种针对工程师和科学家所设计的开发环境内置许多简化编程复杂度的功能和函数LabVIEW作为编程语言的优势DataflowC/HDLCodeTextualMathSimulationStatechartPersonalComputersPXISystemsCompactRIOCustomDesignSingle-BoardRIOLabVIEW``Real-TimeLabVIEWDesktopLabVIEWFPGALabVIEWMPU/MCU支持连接各种硬件，而且支持发布到多种Target基于数据流的自然思维方式，但同时也支持调用文本语言的代码一个简单而典型的LabVIEW应用采集分析表达第4讲数据采集与信号调理第5讲LabVIEW中的信号处理第3讲LabVIEW开发环境及程序设计基础第6讲LabVIEW程序设计进阶LabVIEW基本开发环境介绍VI——LabVIEW程序文件的基本单位VI(VirtualInstruments的缩写)由三部分组成前面板、程序框图(后面板)、图标/连线板前面板相当于界面每个VI都有前面板输入控件Control,相当于输入显示控件Indicator,相当于输出控件选板程序框图图形化的程序代码决定程序运行行为可能包含元素终端子VI函数常数结构连线函数选板程序框图中的连线通过颜色、类型、粗细来表示不同的数据类型不同数据类型之间的连线会产生错误Ctrl+B可清楚所有错误连线LabVIEW8.6之后具有整理连线功能Scalar1DArray2DArrayDBLNumeric IntegerNumeric String前面板和程序框图的工具栏LabVIEW程序的基本调试查看编译错误单步执行布置探针设置断点工具选板一般LabVIEW会自动选择当前工具连线、拖拽、文字…利用工具选板可以强制选择工具着色、设置断点…LabVIEW程序设计基础数据流原则1:只有当一个节点(函数或子VI)的所有输入端的数据全部准备好才会执行原则2:一个节点(函数或子VI)只有执行完成后才会向后输出数据理解数据流哪个节点先执行?A)加法B)减法C)随机数D)除法E)正弦理解数据流(没有固定答案)哪个节点先执行?A)加法–可能B)减法–不可能C)随机数–可能D)除法–可能E)正弦–不可能一个简单的VI：采集、分析、表达LabVIEW中的“采集”ExpressVIDAQAssistantExpressVI数据采集助手InstrumentI/OAssistantExpressVI仪器I/O助手(用于仪器控制)SimulateSignalExpressVIReadfromMeasurementFileExpressVI106LabVIEW中的“分析”ExpressVIAmplitudeandLevelMeasurementsExpressVI幅值和电平StatisticsExpressVI统计SpectralMeasurementsExpressVI频谱测量ToneMeasurementsExpressVI单频测量FilterExpressVI滤波器…数据“表达”显示控件波形图、波形图标、XY图…ExpressVIWritetoMeasurementFileExpressVI…其他功能函数数据库、网络通信…基本数据类型1数值型整型有些数据类型的本质也是整形，如枚举型浮点型可以更改数据表达方式决定其占用的存储字节数及数值表达方式强制数据类型转换通常，函数返回占用字节数较多的数据类型为提高程序执行效率,尽量避免自动强制转换强制转换点基本数据类型2布尔型注意:前面板对应的布尔控件有六种机械动作可选可通过范例区别六种机械动作的不同基本数据类型3字符串前面板控件可现实不同的显示方式Normal,‘\’Codes,Password以及Hex字符串操作函数选板基本数据类型4枚举型本质上也可以认为是整型，不过取值范围有限常与条件结构共同使用某枚举型变量的配置对话框枚举型变量作为条件结构的分支选择依据条件结构可以有多个分支，可以设置默认分支类似于文本语言的case或if…elseif…else结构分支选择端分支标签条件结构的输入和输出通道输入通道可以只传递到某些分支但各个分支的输出通道必须赋值动态数据类型主要是与ExpressVI结合使用的如果与普通VI或函数共同使用，需要先进行类型转换如果连接至数值、波形、或布尔型终端（输入控件或显示控件），可自动转换数组LabVIEW中的数组可以是1维的，也可以是多维的每一维元素从0开始索引数组元素当前显示的第一个元素所对应的索引数组在LabVIEW的前面板/程序框图中创建数组在程序中对数组进行操作簇类似与C语言中的结构体簇创建簇需注意元素顺序LabVIEW中的循环结构While循环For循环隧道寄存器For循环的条件终止While循环LabVIEWWhileLoop Flowchart PseudoCodeRepeat(code);UntilConditionmet;End;While循环返回执行次数(从0开始)终止条件(也可以是继续条件)隧道(Tunnel)For循环LabVIEWForLoop Flowchart PseudoCodeN=100;i=0;Untili=N: Repeat(code;i=i+1);End;For循环可增加条件终止端While循环和For循环的比较ForLoop按照约定的次数执行(除非增加了条件终止端)可以一次也不执行默认情况下，隧道输出的是一个数组(需要禁用索引才能输出值)WhileLoop循环终止执行由终止条件决定至少会执行一次默认情况下，隧道输出的是一个值(需要开启索引才能输出数组)使用数组作为索引输入可不定义循环次数，循环次数自动设置为数组大小例:利用For循环自动索引对数组赋值一维数组二维数组移位寄存器通过右键菜单可以对循环添加移位寄存器可以“记住”上一次循环执行后的数据右边的移位寄存器记录的是循环当此执行后的数据左边的移位寄存器记录的是循环上次执行后的数据移位寄存器的初始化程序框图首次执行再次执行有初始化Output=5Output=5无初始化Output=4Output=8移位寄存器的堆栈可以“记住”前若干次循环的数据延时为何需要延时?控制循环执行的频率使处理器有资源处理其他任务(如界面刷新等)LabVIEW中常用的软件定时VI注意:软件定时的精度通常为1ms左右波形图表、波形图、XY图子VI当程序中有些部分的内聚度较高时，可利用子VI使主程序结构更清晰简洁（类似于文本语言的子函数）创建并调用子VI方法一:定义子VI图标和连线板连线板决定了子VI的参数输入与输出通过图标或函数选板调用子VI创建并调用子VI方法二:在主程序中直接圈出一块程序，通过右键菜单直接创建子VI程序架构程序架构的重要性好的程序架构可以简化编程和调试的复杂度便于增加、扩展程序功能代码更清晰，增强程序的可读性就像盖房子，规划和框架设计非常重要常用的一种LabVIEW程序架构:状态机典型用途界面响应:在程序运行的不同阶段响应不同的用户输入状态控制:控制测控系统在各种不同状态下的行为和状态转移状态机的代码形式由While循环和条件结构组成状态由枚举型变量确定每个状态都会转移到其他状态或本状态While循环条件结构移位寄存器例:默认状态及单一状态转移例:根据情况选择转移状态调试你的LabVIEW代码找出编译错误高亮执行探针设置断点LabVIEW帮助Ctrl+HLabVIEW范例查找器网络学习资源GSDNIDeveloperZone启发:一些LabVIEW软件小游戏演示俗话说“师傅领进门修行在个人”，程序设计的学习尤其如此.希望大家利用好参考书和网络学习资源，学习借鉴.但最重要的是多动手尝试，从而深刻领悟图形化编程之道作业(准备一个题目,利用目前所掌握的编程技术完成)课后推荐自学内容:文件操作声明本课件供《虚拟仪器技术》、《自动测试技术》等相关课程教师授课使用与参考.教师可根据课程需要和实际情况在此课件基础上增删内容本课件版权属NI(中国)公司所有，供中国大陆地区高校教师无偿使用或在课程中引用，但使用或引用之前请联系NI(中国)公司高校市场部获得免费使用授权(联系方式zheng.xu@)本课件不得用于公开出版或其他商业用途.如需在公开出版物中引用其中部分内容,请与NI(中国)公司高校市场部联系获得授权说明此讲内容较多，可分两至三次讲授，或与下一讲合并一共使用两至三次（4-6学时）第四讲

数据采集与信号调理数据采集的概念及应用数据采集(DataAcquisition,简称DAQ)自动从布置于工厂、实验室、或现场的传感器、仪器、设备等收集获取数据的过程狭义的数据采集主要是模拟输入(AI)，其目的是为了测量某种电信号或物理信号，如电压、电流、温度、压力、加速度、声强等广义的数据采集还包括模拟输出、数字I/O等例如,目前市面上的多功能数据采集设备通常包括模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器/定时器等功能，如NI的M系列多功能DAQ卡现在一些传感器/变送器已经集成了A/D转换功能，直接通过数字接口读取数据，从而不需要模拟输入采集数据采集的应用十分广泛，几乎涵盖所有工程专业和科学研究方向电子、电气、机械、车辆工程、海洋工程、环境、化工、生物医学、土木工程、能源电力、高能物理…数据采集系统概述信号调理传感器/信号数据采集硬件I/O数据采集软件总线传感器将物理现象转换为可以测量的电信号信号物理现象传感器常见的部分传感器物理量传感器温度热电偶RTD热电阻热敏电阻应变、压力应变片压电转换器声音麦克风振动加速度计位置与位移电位器线性电压差动变换器光编码器流量双头流量计旋转流量计pH值酸度计电极光真空管光感应器传感器任意类型信号连接直接连接或通过接线端DAQ设备PCI/PXIPCIe/PXIeUSBEthernetPCWindowsLinuxMac典型的数据采集系统硬件架构数据采集硬件可以将PC变为一个自动化系统部分常用的数据采集设备类型实验室、工业环境使用基于PCI/PXI接口往往需要外接端子和线缆便携式/远距离USB，Ethernet接口教学实验与学生练习如ELVIS、myDAQ除了数据采集硬件电路之外还集成了其他一些功能，如数字万用表、可编程电源等举例:基于PXI平台的数据采集PXI控制器及机箱(可大致理解为PC)接线端（前面凸出部分）信号调理与数据采集（接线端后面）举例:用于教学实验的NIELVIS一种集成了12种仪器的教学实验设备安装NI-ELVIS驱动后可通过ELVIS软面板实现这些功能同时也可看做是一种基于USB总线的多功能数据采集设备用于学习虚拟仪器（尤其是数据采集）的相关编程技术USB总线（注意:不是前面所说的传输电缆）接线端+传输线缆+数据采集设备PC数据采集设备的构成数据传输总线同步总线DAQCircuitry时钟/定时电路板载FIFO信号路由内部校准电路前端电路模拟输入/模拟输出/数字IO/计数器注意:模拟输入可能通过复用器共用一个ADC，模拟输出通常是每通道专用DAC选择数据采集设备时的考虑因素通道数总线带宽是否足够数据传输速度的需求最高采样率根据乃奎斯特定律，采样率应为最高频率分量的两倍以上，实际上最好能做到5-10倍分辨率够用就好，不一定越高越好输入范围对于动态信号，还应关注动态范围如麦克风/加速度计等信号的采集分辨率并不完全反映精度影响精度的因素ADC和放大器件的偏移和增益误差等噪声等因素举例某16位ADC的采集卡，选择±2V输入范围理论上，最低位所反映的电压量为板卡手册查得的精度为±410μV2–(-2)216=61μV数据采集软件LabVIEW开发环境NI-DAQmxVINI-DAQmx驱动软件(*.DLL)DAQ设备配置与诊断工具:

Measurement&AutomationExplorer(MAX)以LabVIEW作为开发环境为例软件准备驱动程序NI的数据采集设备采用统一的驱动NI-DAQmx

(NI-ELVIS驱动已包含NI-DAQmx，因此可只安装NI-ELVIS)更换设备时相同的程序几乎无需修改开发环境本课程采用NILabVIEW亦可采用其他开发环境或一些无需编程的配置环境(如NISignalExpress)安装顺序:先安装开发环境再安装设备驱动程序(即先LabVIEW再NI-DAQmx)NI数据采集软件方面的一些术语NI-DAQmx驱动层软件可以检测到数据采集硬件在LabVIEW中安装NI-DAQmx函数Measurement&AutomationExplorer简称MAX，随NI-DAQmx或任何其他NI驱动软件安装配置或检测数据采集硬件DAQAssistant(DAQ助手)用于开发数据采集应用的ExpressVI，基于配置DAQmxAPI一系列用于数据采集应用开发的API函数在MAX中配置并检测数据采集硬件数据采集助手两种调用方式在MAX中的“数据邻居”中创建任务通过LabVIEW中的ExpressVI基于配置，无需编程在LabVIEW中可自动转化为调用NI-DAQmx底层APIVI的程序，可自定义修改模拟输入(AnalogInput)数据采集一词狭义即指模拟输入即通过A/D转换将模拟信号采样为数字信号，从而可被计算机设备进一步处理常用于实现传感器信号的采集以及电信号的采集一个最简单的模拟输入电压采集程序单点电压采集分别用DAQ助手和DAQmx底层VI实现软件定时DAQmx数据采集程序的基本架构配置任务采集数据清除任务创建任务开始任务模拟采集(AI)硬件架构共用放大器和ADC成本较低如NIM系列多功能数据采集卡及部分X系列多功能数采卡，以及NIELVIS每通道独立放大器及ADC成本较高如NIS系列数采卡、CompactDAQ数据采集平台、及部分X系列数采卡MUXADCAMPChannel0Channeln多路复用采样架构同步采样架构AMPADCAMPChannel0ChannelnADC输入范围仪器放大器为了尽量用满ADC位数，模拟采集通道配有仪器放大器通过合理设置输入最大值和最小值参数，可以使DAQ设备自动配置最合适的仪器放大器增益，从而尽量用满ADC位数AMPADC采样术语(针对硬件定时)采样率单一通道每秒采样

点数采样时钟速率等于采样率AI转换时钟直接产生A/D转换的时钟通道之间会有延时同步采样架构相对多路复用采样架构来说，可认为通道之间的转换时钟是同步的AIConvertClock012301230123SampleClock硬件定时的采集需要通过Buffer有限点采集(Finite)和连续采集(Continuous)总线(如PCI/USB)RAMADE(Application)MemoryPC缓存输入速率数据板载FIFO转移速率ASICLabVIEWPC缓存必须够大(至少需超过一次传递的数据量)连续采集中,如果要使两处缓存一直不溢出,必须保证总线的数据转移速率大于数据的输入速率，同时程序必须尽快读取PC缓存中的数据有限点数据采集的LabVIEW程序读取多个采样采样率设置采样点数设置连续数据采集的LabVIEW程序驱动会根据采样率设置自动选择合适的RAMBuffer大小程序每次从PCRAM读取的采样数采样率设置采样率缓存0-100S/s1kS100-10,000S/s10kS10,000–1,000,000S/s100kS>1,000,000S/s1MS理解连续数据采集时PCBuffer通过总线来自于采集设备的数据1PCBufferLabVIEW程序从PCBuffer读取数据进入LabVIEWBuffer2PCBufferLabVIEWBuffer3PCBufferLabVIEWBufferPCBufferLabVIEWBuffer4连续采集时可能的数据传输异常RAMPCBufferADE(Application)Memory输入速率DATA板载FIFO总线传输速率ASIC板载内存Overflow解决办法:提高总线带宽选择板载FIFO较大的板卡降低采样速率(如果允许)PC内存Overwrite解决办法:增加程序循环读取速度(不要在采集循环里放太多处理工作)选用更快的CPU增大PCRAM，并通过编程指定更大的Buffer降低采样速率(如果允许)触发(Trigger)触发的概念每个动作需要一个“激励”或“原因”动作:比如开始采集信号后产生波形输出触发的分类开始触发、参考触发、停止触发（按动作结果来分）模拟触发、数字触发（依照触发“激励”信号来分）不同的设备不一定支持所有触发方式，可参阅相关手册开始触发时钟开始采集停止采集12345LabVIEW中对触发的编程在任务种增加DAQmxTrigger.vi并作相应配置数据采集中的接地问题测量系统信号源+VS-VM接地信号源+_Vs+_Vs浮地信号源接线方式1：差分(Differential)可以抑制共模电压和共模噪声VMACH+ACH-+_仪器放大器+_+_AISENSEAIGND测量系统VS接线方式2：参考单端（RSE）测量基于对地参考不能抑制共模噪声VMACH+ACH-+_仪器放大器+_VS+AISENSEAIGND_测量系统接线方式3：非参考单端(NRSE)测量基于对AISENSE端的参考但是多个通道测量时，AISENSE是共用的不能抑制共模电压VSVMACH+ACH-+_仪器放大器+_+_AISENSEAIGND测量系统对于接地信号源的测量RSENRSEDifferential最好+抑制共模电压–可用通道数减少一半不推荐–两个地之间的电压Vg会产生接地回路,所产生的电流有可能损坏设备可以+所有的通道都可以使用–不能抑制共模电压+_Vs对于浮地信号源的测量+_VsRSENRSEDifferential最好+抑制共模电压–可用通道数减少一半–需要偏置电阻好+所有的通道都可以使用+不需要偏置电阻–不能抑制共模电压可以+所有的通道都可以使用–需要偏置电阻–不能抑制共模电压AISENSE偏置电阻浮地信号源采用差分或NRSE方式时需要通过偏置电阻为偏置电流提供入地通道推荐值10kand100k信号源测量系统+-R1R2仪器放大器会产生偏置电流+-AIGND信号调理为了正确（或更精确地）测量某些传感器的输出或信号，有时需要信号调理不同的传感器需要不同的信号调理信号调理传感器/信号数据采集硬件I/O数据采集软件总线信号调理设备外置式如NISCXI需要再连接数据采集设备与数据采集设备相结合如NICompactDAQ平台以及基于PXIExpress的SCExpress等模块中已经集成了数据采集（A/D转换）功能在软件方面，使用同样的DAQmx驱动正确配置系统和参数之后，用户编程时只需关心数据采集部分针对电压信号测量的信号调理放大针对小信号，为了尽可能用满ADC位数，提高信噪比（SNR）衰减针对大信号，为了使测量信号范围在模拟输入通道范围之内隔离通过电磁、光耦等方式使测量信号源与测量仪器没有直接电路相连可以抑制共模信号、解决接地回路问题、并保护仪器滤波减小噪声、滤除干扰频率这里指的是前端硬件滤波，不同于后端数字滤波或软件滤波LabVIEW中的电压信号调理设置与普通的数据采集程序基本无异只需配置并选择相应的信号调理设备通道，并正确设置电压范围以便驱动自动设定合适的增益温度信号测量中的信号调理常见的温度传感器热电偶RTD热电阻热敏电阻热电偶RTD热敏电阻温度范围-267°Cto2316°C-260°Cto850°C-100°Cto500°C精确度一般最好一般线性度好最好一般灵敏度一般好最好热电偶测量原理两种不同的金属结合在一起由于塞贝克效应，不同金属结合部会产生随温度变化的电压差J1:“热”端,THJJ2&J3:“冷”端,TCJ到DAQ设备J-型热电偶热电偶测量原理在测量范围内，热电偶两端电压与热端温度成正比但是需要信号调理，以补偿冷端产生的电压差V(mV)TempDiff(F)20060010001400180022002600300034006050403020100EJKR热电偶测量热电偶信号调理模块自动冷端补偿功能:许多热电偶信号调理模块带有直接读取传感器，可以自动读取冷端补偿温度，并自动对热电偶测量结果进行补偿计算热点偶模块通常还集成了滤波、放大、隔离等信号调理功能LabVIEW程序程序中只需在创建通道时做相应设置RTD与热敏电阻被动式的温度测量传感器需要来自外部源的电流或电压激励利用金属或金属氧化物的电阻与温度有关的原理测量时有不同的接线方式:2-线、3-线、4-线除了激励之外对RTD与热敏电阻的信号调理还包括滤波和放大应变应变是物体受到外力时产生的形变量应变()以长度的微小变化定义，如下图所示应变测量原理应变片的Z字形结构有形变时，电阻变化应变计因子(GF):电阻变化比例与长度变化比例（应变）的比值关键是电阻的精确测量应变测量电路惠斯通电桥测量电阻的微小变化如果所有电阻阻值相等，电压读数值为0如果有一个或多个电阻阻值改变，将返回电压读数应变测量电路应变片接入惠斯通电桥的接法有1/4桥、半桥、全桥等不同方法具体参见/devzone/cda/tut/p/id/10636

及相关资料应变测量中的信号调理桥接电路及激励负载端电压采样失调清零分流校准放大/滤波例:半桥I型接法负载端电压采样如电桥电路远离信号调理器和激励源，连接激励源和电桥的导线上的电压降可能导致误差通过负载端电压采样补偿此误差失调清零确保无应变时读数为零，偏移量清零本质上为偏置校准可在硬件或软件中完成，补偿内在的电桥失衡硬件失调清零校准中使用粗调和细调电位器分流校准目的验证应变计测量系统的输出与已知的机械输入或应变的比较过程将已知阻值的电阻引入电路中，并将应变测量值与期望值比较，在后续读数中加入修正因子分流电阻与某个电桥电阻并联开关关闭（程序控制）时，启用分流电路应变测量LabVIEW程序举例配置电桥信息和应变计信息可选进行失调清零和分流校准负载、压力和扭矩测量负载（称重）使用一组应变计测量结构的形变，该形变与力成比例压力传感器使用固定在隔板的应变计测量隔板的形变，该形变与压力成比例扭矩传感器使用附加在扭杆的应变计测量扭杆的剪应力，该剪应力与扭矩成比例声音与振动测量典型应用噪声、振动与舒适度检测（NVH）例:用麦克风阵列进行噪声源定位声学测试例:音箱声音品质测试机器故障监测与诊断例:旋转机械的故障诊断传感器声压传感器（麦克风）：测量升压加速度传感器：根据压电理论测量加速度声音与振动测量中的信号调理及程序信号调理电流激励（IEPE激励）AC耦合可消除DC偏置针对不同信号范围的灵活增益设置声音与振动信号的动态范围较大低通滤波器消除噪声和防止混叠采集程序与普通输入采集程序几乎无差别只需对信号调理选项做相应配置（如AC/DC耦合、IEPE电流激励设置等）NIELVIS平台的模拟数据采集部分模拟输入通道已直接通过插板引出相关端子，不需要外置端子盒支持差分输入、参考单端输入、非参考单端输入差分输入通道一共8路（相当于16路单端输入）复用ADC结构数据采集功能没有集成信号调理可在面包板上自行搭建简单的信号调理电路普通模拟电压信号不需要额外的信号调理NIELVIS平台的模拟数据采集部分通道数8路差分或16路单端ADC位数16采样率单通道最高1.25MS/s多通道1MS/s(所有通道合计)输入范围±10V,±5V,±2V,±1V,±0.5V,±0.2V,±0.1V模拟输出大多数多功能DAQ设备的每个模拟输出通道有一个DAC(同步更新)与模拟输入的同步采集类似DAC通道0通道1DAC通道0通道1输出操作的数据传输输出频率ASICPCI总线RAMPC缓冲区应用程序内存板载FIFO传输速率LabVIEW数据软件定时的模拟输出软件定时速率决定于操作系统或程序（在生成循环中添加延时）硬件定时设备上的时钟控制定时，比软件定时更快更精确带缓冲的波形生成生成波形频率取决于下列三个因素更新率(每秒多少个更新点)缓冲区中的数据点缓冲区中的周期数信号频率＝更新率缓冲区中的数据点缓冲区中的周期数×缓冲区大小＝1000点缓冲区中的周期数＝2更新率＝1000点/秒则,信号频率＝2Hz使用采样时钟的连续波形生成硬件定时基于时钟的硬件定时写入生成数据开始生成任务与模拟采集不同,循环在这里起的作用仅仅是不断检查任务状态,而非不断写入数据NIELVIS平台的模拟输出部分通道数:2DAC位数:16最高更新速率单通道2.8MS/s双通道2.0MS/s最大输出范围±10V,±5V最高驱动电流:±5mA数字I/O按照电平标准和电流驱动能力分类TTLLVTTL(低电压)LVDS(利用差分技术)工业数字I/O(如12V,24V,48V等)

需根据电平标准、驱动能力、所需速率等因素选用不同的数字I/O板卡大多数多功能数据采集卡上的数字I/O通道电平与TTL兼容课程中所用到的NIELVIS及NImyDAQ上集成的数字I/O通道也是与TTL兼容数字术语位

数据的最小单位，每一位为1或0字节

包含8位数据的二进制数线

端口中的一路独立信号，位表示传输的数

据，线是“位”在硬件上的表示端口

数字线的集合（通常4或8路）端口宽度

端口的数字线数目（通常4或8）DAQ助手/数字测试面板通过DAQmxAPI创建数字虚拟通道创建一个端口、线或线集合的数字通道选择如何将数字线编组为一个或多个虚拟通道影响DAQmx读取VI的配置线格式每个通道多条线读取单采样线0、2、4线4、2、0二进制数的显示数字输出软件定时(StaticDigitalI/O)硬件定时某些DAQ设备支持硬件定时的数字I/O与带缓冲的模拟输入输出原理相同采样时钟用于硬件定时的数字I/O(CorrelatedDigitalI/O)NIELVIS的数字I/O端口Port1/Port2支持硬件定时，Port0只支持软件定时NIELVIS上的数字I/O24StaticDIO(Port0)15PFI(Port1,Port2)支持硬件定时每通道可设置输入/输出计数器两个基本功能基于输入信号（门和源）的比较，进行计数基于输入和寄存器值，生成脉冲许多应用由基本计数演变而来边沿计数，例如简单边沿计数和时间测量脉冲宽度、半周期和周期测量频率测量单脉冲和脉冲序列生成位置和速度测量输出门源计数寄存器注:由于课时限制，本课程中主要介绍脉冲边沿计数、脉冲宽度测量、固定频率连续脉冲串生成这三种应用，更多计数器的应用可以参考DAQmx帮助及LabVIEW中的范例程序自学计数器的硬件组成计数寄存器保存当前计数值ELVISII有两个32位的寄存器归零前最终计数＝232–1可设置每次计数寄存器加1或减1（向上计数