基于DAQmx的模擬電壓生成與采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔良心出品

1、基于DAQm的模擬電壓生成與采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)在Labview中,快速Express VI和底層DAQmx VI都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集. 快速VI簡單、 方便、易用,在實(shí)現(xiàn)功能相對(duì)單一的數(shù)據(jù)采集任務(wù)時(shí)經(jīng)常選用；然而,底層VI卻可以靈活地實(shí)現(xiàn)功能比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集任務(wù).另外,底層 VI的執(zhí)行效率高于快速 VI.因此,在實(shí) 際應(yīng)用中,選擇使用底層 VI.基于這一思想,本設(shè)計(jì)選用底層 VI,借助于NI USB6009數(shù) 據(jù)采集卡以及數(shù)據(jù)采集卡配置軟件 MAX ( Measurement&Automation Explorer ),在Labview 中生成并采集電壓模擬信號(hào).,、總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)前面板

2、的虛擬界面如圖 1所示.1、前面板功能說明與使用方法(1)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下,選擇好通道,配置相應(yīng)參數(shù)后,按下綠色“啟動(dòng)按鈕,生成的電壓波形和采集到的電壓波形分別在各自的波形圖表中顯示出來,生成電壓頻率由數(shù)值顯示控件顯示,指示燈由紅變綠,表示數(shù)據(jù)生成與采集程序正在運(yùn)行.按下紅色“停止按鈕,波形 圖表所顯示的數(shù)據(jù)定格,指示燈由綠變紅,表示數(shù)據(jù)生成與采集程序停止運(yùn)行.再次按下“啟動(dòng)(或“停止)按鈕,數(shù)據(jù)生成與采集程序繼續(xù)(或停止)運(yùn)行.按下藍(lán)色“退出系統(tǒng) 按鈕,整個(gè)程序停止運(yùn)行,“啟動(dòng)和“停止不再具有啟停功能.(2)界面的使用方法第一步,運(yùn)行程序.第二步,配置參數(shù).首先,選擇生成電壓的輸

3、出通道以及采集電壓的輸入通道.由于采用了NI USB6009數(shù)據(jù)采集卡,在 MAX中創(chuàng)立了相應(yīng)任務(wù),這里選用USB-6009/ao0和USB-6009/ai0通道.然后,配置輸出電壓最大和最小伏值、輸出速率與每周期點(diǎn)數(shù). NI USB6009模擬電壓 的輸出伏值是0-5V,最大最小伏值設(shè)置時(shí)要在這個(gè)范圍中進(jìn)行；輸出速率配置的是ms數(shù),數(shù)值越大,輸出波形變化越緩慢；每周期點(diǎn)數(shù)越多,生成的波形越平滑,越接近正弦波.最后配置通道采樣數(shù).USB6009支持的采樣數(shù)為1-1024,超限系統(tǒng)會(huì)以對(duì)話框的形式報(bào)錯(cuò),并指出原因.第三步,操作按鈕.按下“啟動(dòng)按鈕,如假設(shè)配置參數(shù)正確,波形圖表顯示波形,數(shù)值顯示控

4、件顯示顯示輸 出頻率.按下“停止按鈕,同時(shí)停止數(shù)據(jù)的生成與采集.再次按下“啟動(dòng)按鈕,繼續(xù)生成和采集數(shù)據(jù).按下“退出系統(tǒng)按鈕,整個(gè)程序終止運(yùn)行.補(bǔ)充說明,如假設(shè)在運(yùn)行狀態(tài)下修改程序,需要再次“啟動(dòng)后,方能實(shí)現(xiàn)新配置參數(shù)下 數(shù)據(jù)的生成與采集；而“啟動(dòng)按鈕在“停止按鈕按下,即“停止?fàn)顟B(tài)下才生效.所以, 在啟動(dòng)狀態(tài)下調(diào)整參數(shù)配置,需要先轉(zhuǎn)換到停止?fàn)顟B(tài),配置好后,重新轉(zhuǎn)換到啟動(dòng)狀態(tài).另外,也可以在運(yùn)行程序之前,首先完成參數(shù)的配置.2、程序框圖的總體架構(gòu)本系統(tǒng)程序框圖如圖 2所示.日(1)結(jié)構(gòu)關(guān)系系統(tǒng)的主體模塊是模擬電壓生成模塊和模擬電壓采集模塊(這兩個(gè)模塊將在后面詳細(xì)說明),主體模塊程序由條件結(jié)構(gòu)觸發(fā),

5、觸發(fā)條件是“啟動(dòng)按鈕按下.為了保證條件結(jié)構(gòu)的循環(huán)掃描,在條件結(jié)構(gòu)之外使用while循環(huán)結(jié)構(gòu).該循環(huán)的跳出條件是,“停止按鈕按下.同時(shí),“退出系統(tǒng)按鈕按下也可以終止本循環(huán).由于“退出系統(tǒng)的屬性節(jié)點(diǎn)(值改變)與“停止按鈕的狀態(tài)做“或運(yùn)算后的結(jié)果賦給該循環(huán)終止條件.由于布爾輸入控件使用了屬性節(jié)點(diǎn),其機(jī)械動(dòng)作只兼容前三種,按下后無法自動(dòng)跳回.這就要求系統(tǒng)在運(yùn)行上述循環(huán)程序之前, 對(duì)這些布爾輸入控件恢復(fù)默認(rèn)值. 另外,系統(tǒng)運(yùn)行 狀態(tài)指示燈在主體程序運(yùn)行之前, 也應(yīng)保持關(guān)閉的顯示狀態(tài). 所以在這里引入順序結(jié)構(gòu), 在 主體程序執(zhí)行之前,使用這些控件的調(diào)用節(jié)點(diǎn),將其全部恢復(fù)默認(rèn)值.為了在“退出系統(tǒng)按鈕按下之前

6、,“啟動(dòng)、“停止按鈕能夠無限次實(shí)現(xiàn)啟停操作,在順序結(jié)構(gòu)之外,再次使用 while循環(huán),以“退出系統(tǒng)按鈕作為終止條件.(2)主體模塊主體模塊由三局部組成,分別是系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)指示、模擬電壓生成和模擬電壓采集.后兩個(gè)局部在后文具體說明,這里僅對(duì)“系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)指示局部進(jìn)行說明.“系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)指示在虛擬界面上顯示為一個(gè)指示燈的兩種顏色變化：綠色表示“啟(b)停止?fàn)顟B(tài)動(dòng),紅色表示“停止.如圖3所示.(a)啟動(dòng)狀態(tài)圖3運(yùn)行狀態(tài)指示控件在前面板中的兩種顏色變化該局部的程序框圖由條件循環(huán)中的布爾顯示控件與順序結(jié)構(gòu)第一幀中的調(diào)用節(jié)點(diǎn)構(gòu)成.如圖4所示,當(dāng)“運(yùn)行按鈕按下時(shí),條件結(jié)構(gòu)“真狀態(tài)下的程序(主體程序)開始運(yùn)行

7、,“系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)指示燈 VI被賦真值,使界面中的指示燈控件顯現(xiàn)綠色；當(dāng)“停止按鈕按下時(shí),包含上述條件結(jié)構(gòu)的while循環(huán)停止運(yùn)行,本次順序執(zhí)行結(jié)束,然而,在最外層while循環(huán)的連續(xù)執(zhí)行下,順序結(jié)構(gòu)再次運(yùn)行,第一幀中的“系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的恢復(fù)默認(rèn)值 調(diào)用節(jié)點(diǎn)將指示燈關(guān)閉.系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài) 03-卜里I系統(tǒng)運(yùn)行狀意Keini t Tc Default(a)條件結(jié)構(gòu)中賦真值的布爾顯示控件(b)順序結(jié)構(gòu)第一幀中布爾顯示控件的調(diào)用節(jié)點(diǎn)圖4運(yùn)行狀態(tài)指示程序框圖中的具體實(shí)現(xiàn)方法:、主體程序設(shè)計(jì)說明1、模擬電壓生成模擬電壓生成局部白程序框圖如圖5所示.輸出通道選擇RH輸出富HnG kllODOl -1F.5畫每周朗

8、點(diǎn)期 恒MfJI I生成電壓頻率1也生成電壓祓密.dTIOE Fiessage口的短DliQnx退出累好-1 日二|S> -S>-!模獅肌. L通要朱g將E：|見心|圖5模擬電壓生成局部程序框圖模擬電壓生成局部的程序由DAQmx通道創(chuàng)立 VI、DAQmx開始任務(wù) VI、DAQmx寫入VI、DAQmx去除任務(wù)VI和簡易錯(cuò)誤處理器 VI組成.DAQmx通道選擇VI選擇模擬電壓 輸出模式.DAQmx寫入VI選擇“模擬、“單通道、“單采樣、“DBL.對(duì)簡易錯(cuò)誤處理 器VI創(chuàng)立“對(duì)話框類型“常量,在其下拉菜單中選擇" OK message + warnings".DAQm

9、x寫入VI是這個(gè)局部的核心, 圖6所示,為該VI的圖標(biāo)及其在模擬 DBL1通道 1采樣模式下的接線端子.任務(wù) /通道輸入端與 DAQmx開始任務(wù)VI的任務(wù)輸出端相連.數(shù) 據(jù)端送予數(shù)學(xué)運(yùn)算生成的正弦波形.整個(gè)寫入過程放在一個(gè)while循環(huán)中,實(shí)現(xiàn)波形的連續(xù)生成與向通道不斷寫入.該循環(huán)的停止條件是,“停止或“退出系統(tǒng)按鈕按下,或者通道寫入出錯(cuò),三種情況其中之一發(fā)生.自動(dòng)開始2任務(wù)輸出每通道寫入采樣數(shù) 屋錯(cuò)誤輸出任務(wù)7通道步入敷霆石= 超時(shí)錯(cuò)誤輸入一8圖6 DAQmx寫入模擬DBL1通道1采樣當(dāng)停止循環(huán)寫入之后,使用DAQmx去除任務(wù)VI去除通道中寫入的數(shù)據(jù).使用該 VI ,在去除之前,VI將停止該

10、任務(wù),并在必要情況下釋放任務(wù)保存的資源.如在寫入的過程中出錯(cuò),簡單錯(cuò)誤處理器 VI將以對(duì)話框形式顯示有錯(cuò)誤發(fā)生.由于設(shè) 置的對(duì)話框類型為 OK message with warnings ,那么顯示含有警告和確定按鈕的對(duì)話框.確認(rèn) 該對(duì)話框后,該 VI將限制返回至主 VI.2、模擬電壓采集模擬電壓采集局部白程序框圖如圖7所示.輸入通道避虹電壓,通道采樣數(shù)i網(wǎng)呻圖7模擬電壓采集局部程序框圖模擬電壓采集局部的程序由 DAQmx通道創(chuàng)立VI、DAQmx開始任務(wù)VI、DAQmx讀取 VI、DAQmx停止任務(wù)VI和簡易錯(cuò)誤處理器 VI組成.DAQmx通道選擇VI選擇模擬電壓 輸入模式.DAQmx讀取VI

11、選擇“模擬、“多通道、“多采樣、“1D波形.對(duì)簡易錯(cuò)誤 處理器VI創(chuàng)立“對(duì)話框類型“常量,在其下拉菜單中選擇" OK message + warnings".DAQmx讀取VI是這個(gè)局部的核心,圖 8所示,為該 VI的圖標(biāo)及其在模擬 1D波形N 通道N采樣模式下的接線端子.任務(wù)/通道輸入端與DAQmx開始任務(wù)VI的任務(wù)輸出端相連. 在每通道采樣數(shù)端創(chuàng)立輸入控件,這樣,在前面板就可以配置其采樣數(shù)值.讀取的數(shù)據(jù)由波形圖表顯示在前面板中,在數(shù)據(jù)端創(chuàng)立標(biāo)簽為 “采集電壓波形的波形圖表.整個(gè)讀取過程放在一個(gè)while循環(huán)中,實(shí)現(xiàn)通道數(shù)據(jù)的連續(xù)讀取.該循環(huán)的停止條件是,“停止或“退出系

12、統(tǒng)按鈕按下,或者通道讀取出錯(cuò),三種情況其中之一發(fā)生.在夢,通道蛤入" 每通道采樣數(shù)一 超時(shí) 錯(cuò)誤輸入?yún)^(qū)=任務(wù)輸出 丁區(qū)數(shù)據(jù) 錯(cuò)誤輸出圖8 DAQmx賣取模擬1D波形N通道N采樣當(dāng)停止循環(huán)讀取之后,使用DAQmx停止任務(wù)VI終止任務(wù),使其返回DAQmx開始任務(wù)VI尚未運(yùn)行.如在讀取的過程中出錯(cuò),簡單錯(cuò)誤處理器VI將以對(duì)話框形式顯示有錯(cuò)誤發(fā)生.由于設(shè)置的對(duì)話框類型為 OK message with warnings ,那么顯示含有警告和確定按鈕的對(duì)話框.確認(rèn) 該對(duì)話框后,該 VI將限制返回至主 VI.、USB6009及MAX 與LabVIEW 的配合使用基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由

13、數(shù)據(jù)采集硬件、驅(qū)動(dòng)程序的用戶接口和 DAQ VI構(gòu)成.硬件驅(qū)動(dòng)程序是應(yīng)用軟件對(duì)硬件的編程接口,包含對(duì)硬件的操作命令,并完成與硬件之間的數(shù)據(jù)傳遞；在 Measurement & Automation Explorer中,用戶可以對(duì)硬件進(jìn)行必要的設(shè)置和測試.LabVIEW 中的數(shù)據(jù)采集 VI按口Measurement & Automation Explorer中的設(shè)置采集數(shù)據(jù).它們的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖9所示.驅(qū)動(dòng)程序的用戶接口Measurement&Automation ExplorerLabVIEW開發(fā)環(huán)境數(shù)據(jù)采集硬件硬件驅(qū)動(dòng)程序數(shù)據(jù)采集VI圖9基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

14、1、MAX創(chuàng)立任務(wù)在計(jì)算機(jī)上接入 USB6009數(shù)據(jù)采集卡,翻開 MAX軟件,創(chuàng)立模擬電壓輸出任務(wù),即模擬電壓生成任務(wù),如圖10.SB-6009 -0SD-6009- - leui配置匕能尊:不樂*,3判范加唔-設(shè)備和按口牌 HI U5B-92I |K "3-'點(diǎn) KI L5B-6009 莊土60必 上呼&設(shè)等11 PXt PJLL Sys 1 dh (VZMntif出 0軟件電KO IVI DriversE 近程系統(tǒng)Measurement &Automation Explorer語界任等的昱囊電.什登是一下成孌中虛懼逋迤涯時(shí),觸友尊尾性 的素合.if在在資中

15、包含咨個(gè)廁髭受生那么小武首先創(chuàng) 建月啟一個(gè)?；赎P(guān)生的任答.母券td建品畢 J.單擊淞miiai總就可向在落褥力口一個(gè)新的 謝量類型.做二黑懶置堇二二<-生成口號(hào)B穗狼£出©電壓色電流® i十造器輸出- 數(shù)字輸出national尸 |HSTRUMENTS(a)新建任務(wù)新建,工一/AQa 任務(wù)Measurement &Automation ExplorerNATIONAL尸 INSTRUMENTS選容班加至任務(wù) 的物理通道如之前 已配置了與任舞且有相同mra 類型的工局.虛想溟越單擊虐掠欄可 向任務(wù)而速袁莉至局虛擺通道a復(fù) 制至局而遣至任落后空局通常用安

16、 為一個(gè)局部虛加通道-格全局虛設(shè)逋 道忝力譚任務(wù)后,任箔格使用實(shí)際的鋤理交持物理通道-US&&0C9 (LJSB-MIIC39)aoOaol(b)選擇通道圖10使用MAX創(chuàng)立模擬電壓輸出任務(wù)use60ag捏擬 般際.出0醫(yī)療, +游加通道X1H垸通道在MAX中創(chuàng)立任務(wù)后,要對(duì)任務(wù)進(jìn)行配置.設(shè)置最大伏值為5,最小伏值為 0;接線端配置采用RSE模式參考單端模式,即以系統(tǒng)地作為參考進(jìn)行測量；生成模式選用1采樣按要求.具體配置如圖11所示.配置-頻系統(tǒng)-3勤據(jù)艱而任善曼 921：Aitnf.堂數(shù)字蠣缺 史數(shù)字電壓輸出 宴我吧9型迎些碰程為電壓輸入信號(hào)-可設(shè)等被盟 HI O-92UK

17、“口域T憾町 O-6W9 1Vo刊舊“*喀設(shè)4,nt! m 如"如 如iMU玨疝*換算t R軟件,遍果燒圖11 USB6009模擬電壓輸出任務(wù)的參數(shù)配置本次設(shè)計(jì)中,還需要?jiǎng)?chuàng)立模擬電壓輸入任務(wù),即模擬電壓采集任務(wù). 其配置與輸出任務(wù)類似,這里不再督述.2、USB6009數(shù)據(jù)采集卡硬件連線本設(shè)計(jì)選用的數(shù)據(jù)采集硬件是NI USB6009數(shù)據(jù)采集卡.使用 USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連.使用導(dǎo)線將 AI0于AO0連接起來.如圖12.圖12 USB6009數(shù)據(jù)采集卡的硬件接線3、LabVIEW 通道選擇由于數(shù)據(jù)采集卡的硬件接線是將AI0與AO0相連,所以在 MAX中選擇任務(wù)的物理通道時(shí),要包括 ao

18、0與ai0,而在LabVIEW 前面板中的生成及采集通道選擇輸入控件的下拉 菜單中,分別選擇 USB-6009/ao0和USB-6009/ai0 ,這樣,才能將程序生成的模擬電壓波形 送給輸出通道ao0,而又通過輸入通道 ai0將模擬電壓值采集回來,通過波形圖表在界面中 顯不'出來.這里對(duì)DAQmx通道創(chuàng)立VI進(jìn)行具體說明.圖 13所示為DAQmx通道創(chuàng)立VI的圖標(biāo) 和及其在AI電壓或AO電壓模式下的接線端子.輸出接戰(zhàn)端配置最小值一最大值任務(wù)輸出錯(cuò)誤輸出任務(wù)輸入_L 通道再三平二分配名稱：產(chǎn)產(chǎn)年單位一錯(cuò)誤輸1人 自定義換置名稱一圖13 DAQmx創(chuàng)立通道AI-電壓-根本/ AO-電壓-根本在讀取局部,在 DAQmx創(chuàng)立通道VI的“物理通道端子創(chuàng)立輸入控件,在界面中對(duì)通道進(jìn)行選擇,只有選擇與實(shí)際硬件接線及MAX任務(wù)配置相一致的通道,才能實(shí)現(xiàn)指定通道數(shù)據(jù)的讀取.再寫入局部,該 VI除了需要選擇通道外,還需要進(jìn)行,電壓伏值的上下限設(shè)置.所以分別在“最大值、“最小值端子創(chuàng)立數(shù)值輸入控件.四、總結(jié)1、設(shè)計(jì)收獲通過本次設(shè)計(jì),初步掌握了應(yīng)用DAQmx VI進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的編程方法,數(shù)據(jù)采集硬件的接線本卷須知以及 MAX軟件的任務(wù)創(chuàng)立與參數(shù)配