第6章 數(shù)字量輸入輸出和計數(shù)器課件

第6章數(shù)字量輸入/輸出和計數(shù)器6.1數(shù)字量輸入/輸出6.2計數(shù)器6.3非NI產(chǎn)品的數(shù)字量輸入/輸出控制本章小結練習與思考第6章數(shù)字量輸入/輸出和計數(shù)器6.1數(shù)字量輸入/輸6.1數(shù)字量輸入/輸出

一般數(shù)據(jù)采集卡上都有數(shù)字量輸入/輸出(DI/O)功能，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的觸發(fā)、控制及計數(shù)等，也可以完成對外部開關量的采集、繼電器和電子開關的控制等。DI/O按TTL邏輯電平設計，其邏輯低電平在0～0.7V之間，高電平在3.4～5.0V之間。

將數(shù)采板上多路DI/O組成一組后稱為端口。?一個端口由多少路DI/O組成是依據(jù)其數(shù)采板而定的，在大多數(shù)情況下，4或8路數(shù)字I/O組成一個端口。當讀/寫端口時，可以在同一時刻設置或獲取多路DI/O的狀態(tài)。6.1數(shù)字量輸入/輸出數(shù)字量輸入/輸出的應用分為以下兩類：立即型(非鎖存型)和定時型(鎖存型)。在立即型情況下，當調(diào)用數(shù)字I/O函數(shù)后會立即更新或讀取數(shù)字量某一路或端口的狀態(tài)。在定時型情況下，可以使用外部信號來控制數(shù)字量數(shù)據(jù)的傳輸。

與模擬量的輸入/輸出類似，LabVIEW中傳統(tǒng)DAQVI關于DI/O的VI也分為低、中、高三個等級，如圖6-1所示。數(shù)字量輸入/輸出的應用分為以下兩類：立即型(非鎖存型)和圖6-1傳統(tǒng)DAQVI的DI/O模板圖6-1傳統(tǒng)DAQVI的DI/O模板1．簡易函數(shù)(EasyDigitalI/OVI)

簡易函數(shù)位于圖6-1中的第一行，包括ReadfromDigitalLine.vi、ReadfromDigitalPort.vi、WritetoDigitalLine.vi和WritetoDigitalPort.vi四個子VI，其圖標和端口如圖6-2所示。

前兩個子VI分別用來立即讀入某一路或某一端口的數(shù)字量，后兩個子VI分別用來立即輸出數(shù)字量到某一路或某一端口。其中：

portwidth：端口寬度。

device：設備號。1．簡易函數(shù)(EasyDigitalI/OVI)

圖6-2EasyDigitalI/OVI端口圖6-2EasyDigitalI/OVI端口digitalchannel：需要輸入/輸出的數(shù)字信號所在通道的名稱或通道號。通道名是已經(jīng)配置好的某個數(shù)字通道的名稱。在輸入通道號時，0表示端口0，1表示端口1，依次類推。當輸入通道名時，portwidth將被忽略。

line：digitalchannel所指定端口中需要讀入或輸出的某一路的編號。

iteration：缺省值為0，此時，每調(diào)用一次該子VI，就要對數(shù)采板配置一次。當重復調(diào)用該函數(shù)時，為了避免系統(tǒng)重復設置數(shù)采板，可以設置iteration端為正數(shù)。digitalchannel：需要輸入/輸出的數(shù)字信號linestate：需要輸出的數(shù)字信號的狀態(tài)或讀取的某一路數(shù)字信號的狀態(tài)：高(true)或低(false)。

pattern：需要輸出的數(shù)字量或從所讀端口讀取的數(shù)字量(十進制形式)的模式。

注意：當只調(diào)用一個EasyDigitalI/OVI實例讀/寫某個通道或端口時，程序是不會出錯的。但是當再次調(diào)用函數(shù)時會通過改變移位寄存器的狀態(tài)來重新改變DI/O的設置，故不能調(diào)用多個VI實例來控制多個端口。在這種情況下可以通過使用后面將討論的高級VI來達到該目的。linestate：需要輸出的數(shù)字信號的狀態(tài)或讀取的某2．中級函數(shù)(IntermediateDigitalI/OVI)

中級函數(shù)包括圖6-1中間一行的五個子VI和最后一行的兩個子VI。

如果需要大數(shù)量的數(shù)據(jù)傳輸，可以使用非同步中斷驅(qū)動方式傳輸，這樣不至于在傳輸數(shù)據(jù)時占用計算機的資源。使用這種方式傳輸數(shù)據(jù)時，計算機內(nèi)存緩沖被分配到后臺線程輸入或輸出緩沖中，在這種情況下可使用這些子VI。緩沖式數(shù)字IO程序設計的順序大致如下：

DIOCONFIG：設置一組端口為輸入或輸出模式；創(chuàng)立

數(shù)據(jù)緩沖，產(chǎn)生任務的唯一標識符，它將會被下面的DIO函數(shù)使用。2．中級函數(shù)(IntermediateDigitalDIOREAD：返回從數(shù)字量緩沖中掃描的數(shù)據(jù)；返回緩沖中的數(shù)據(jù)剩余量;返回在一定時限中操作的初始化是否成功信息。

DIOWRITE：用于輸出操作時更新緩沖中的數(shù)據(jù)。當?shù)群虻奈帐中盘柊l(fā)生時，端口將被新的緩沖數(shù)據(jù)更新。假如在一定時限內(nèi)握手信號沒有出現(xiàn)，將返回一錯誤信息。

DIOSTART：啟動緩沖式DIO操作。設定更新或讀取的點數(shù)，當輸入0時將連續(xù)操作。

DIOWAIT：等待與任務標識符taskID相關任務的數(shù)字量輸入或輸出操作的完成。

DIOCLEAR：停止操作，同時清除與taskID任務相關的緩沖。DIOREAD：返回從數(shù)字量緩沖中掃描的數(shù)據(jù)；返回緩沖注意：當使用這些VI時，數(shù)采板必須支持握手信號。

3．高級函數(shù)(AdvancedDigitalI/OVI)

高級函數(shù)包括兩部分，一部分稱為digitalport，可以用來立刻輸入或輸出某一路(某一端口)的數(shù)字量，類似于簡易函數(shù)的操作；另一部分稱為digitalgroup，可用于多個端口進行立即型、握手型或定時型的輸入/輸出。高級函數(shù)是最底層的函數(shù)，較少直接采用，它們是構成簡易函數(shù)和中級函數(shù)的基礎。注意：當使用這些VI時，數(shù)采板必須支持握手信號。

6.2計數(shù)器

6.2.1計數(shù)器概述

對于一個成熟的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)來說，一個非常重要的要求就是能操縱和協(xié)調(diào)多種不同時間的參數(shù)和事件。這就需要某些硬件機構完成高精度的定時工作，因此這些機構中最基本的功能塊就是計數(shù)器。

計數(shù)器可以接收或輸出TTL兼容信號，一個能被計數(shù)器測得的信號，至少其特征不能低于能被該計數(shù)器識別的最小脈沖寬度、上升時間、下降時間等。

圖6-3所示為計數(shù)器的簡化模型：一個門控輸入、一個時鐘輸入、一個計數(shù)寄存器、一個輸出。6.2計數(shù)器

6.2.1圖6-3計數(shù)器的簡化模型圖6-3計數(shù)器的簡化模型門控輸入端可以控制計數(shù)的開始和結束，例如為高電位時計數(shù)或低電位時計數(shù)等。

時鐘輸入端為計數(shù)信號，可設置為上升沿或下降沿計數(shù)。

內(nèi)部計數(shù)寄存器的計數(shù)方式可設為遞增或遞減方式，通過讀取其值即可知道信號狀態(tài)改變的次數(shù)。

輸出端可輸出多種波形，或者用于計數(shù)器的串級使用，從而增大計數(shù)器的量程。

有關計數(shù)器的詳細內(nèi)容可參看相關的書籍。門控輸入端可以控制計數(shù)的開始和結束，例如為高電位時計數(shù)或6.2.2LabVIEW計數(shù)器VI

因為直接通過低層編程使用定時計數(shù)器芯片是非常困難的，所以LabVIEW提供了一系列高級的定時/計數(shù)器庫函數(shù)。

LabVIEW計數(shù)器VI被分為了三個類型的模板，如圖6-4

所示。

EasyCounterVI：較簡單的且經(jīng)常使用的計數(shù)器VI。如用于事件定時/計數(shù)、產(chǎn)生單個脈沖、產(chǎn)生脈沖序列、測量脈沖寬度或周期以及頻率測量等常用的定時計數(shù)操作。這些VI使用時在前面板都有錯誤處理和詳盡的操作指示。6.2.2LabVIEW計數(shù)器VI

因為直接通過低IntermediateCounterVI：主要用于設置和控制計數(shù)器的操作，這些VI比EasyCounterVI更靈活。所有的中級計數(shù)器VI都使用了LabVIEW的錯誤處理，通過它可以建立自己的錯誤處理路徑。這些VI使用時在前面板都有詳盡的操作指示。

?AdvancedCounterVI：高級計數(shù)器VI主要用于作為

創(chuàng)建其他數(shù)字VI的基本模塊。這些VI是最靈活也是最復雜

的。典型地說，用于需要多設置和控制的應用中。與中級計

數(shù)器VI一樣，使用高級計數(shù)器VI時也可以建立自己的錯誤處理路徑。IntermediateCounterVI：主要圖6-4LabVIEW計數(shù)器VI模板圖6-4LabVIEW計數(shù)器VI模板在大多數(shù)情況下，我們會使用EasyCounterVI，下面將介紹計數(shù)器的常用操作：事件計數(shù)/定時、產(chǎn)生單個脈沖、產(chǎn)生脈沖序列、測量脈沖寬度或周期以及頻率測量等。

1．事件計數(shù)/定時

當對外部事件進行計數(shù)/定時時，可以采用CountEventsorTime子VI，其圖標和端口如圖6-5所示。

例如，SOURCE輸入口指定信號上升或下降沿出現(xiàn)的次數(shù)。device和counter輸入端指定了是哪一塊數(shù)采板的哪一個計數(shù)器端口將接收事件。sourceedge確定該事件是上升沿還是下降沿(0為上升沿，1為下降沿，默認為0)。在大多數(shù)情況下，我們會使用EasyCounterVI圖6-5事件計數(shù)/定時VI端口圖6-5事件計數(shù)/定時VI端口sourceedge確定該事件是上升沿還是下降沿(0為上升沿，1為下降沿，默認為0)。當eventsource/timebase的輸入端值等于零時，計數(shù)器將對SOURCE端口輸入的信號進行計數(shù)。當eventsource/timebase被設置為有效的內(nèi)部時鐘頻率時，計數(shù)器將對SOURCE口輸入的內(nèi)部時鐘信號進行計數(shù)。根據(jù)使用的數(shù)采板的不同，其有效內(nèi)部時鐘頻率也不同，如使用DAQ-STC芯片的數(shù)采板其內(nèi)部有效時鐘頻率可為20MHz和100kHz。countersize輸入設置了最大計數(shù)容量，當超過該值后計數(shù)器將會溢出并重新清零。DAQ-STC芯片上24位的計數(shù)器在溢出前其最大計數(shù)容量為16MB。start/restart輸入端控制計數(shù)器啟動/停止操作。sourceedge確定該事件是上升沿還是下降沿(0為count輸出端返回的是當前計數(shù)器寄存器的值。secondssincestart返回自計數(shù)器啟動后的時間值。secondssincelastcall返回自計數(shù)器寄存器被讀取后的時間值。只有當eventsource/

timebase輸入端為有效內(nèi)部時鐘時，這兩個返回值才有實際

意義。

2．產(chǎn)生脈沖

產(chǎn)生脈沖是計數(shù)器另一較常用的功能。既可以用GenerateDelayedPulseVI在OUT口輸出一個脈沖，也可以用GeneratePulseTrainVI在OUT口輸出一個脈沖序列。這兩個VI的圖標和端口如圖6-6所示。count輸出端返回的是當前計數(shù)器寄存器的值。secon圖6-6GenerateDelayedPulseVI端口和GeneratePulseTrainVI端口圖6-6GenerateDelayedPulse使用這兩個VI時需要設定以下參數(shù)：脈沖極性(pulsepolarity)、延遲(pulsedelay)、幅寬(pulsewidth)(延遲和幅寬之和為周期)以及占空比(dutycycle)。脈沖極性決定了脈沖是高還是低。

占空比定義如下：dutycycle=width/(Delay+Width)。脈沖各參數(shù)的含義如圖6-7所示。圖6-7脈沖各參數(shù)的含義使用這兩個VI時需要設定以下參數(shù)：脈沖極性(pulse1)發(fā)生單個脈沖

GenerateDelayedPulseVI輸出由pulsepolarity、pulsedelay和pulsewidth參數(shù)共同決定的單個脈沖。device和counter輸入端指定了是哪一塊數(shù)采板的哪一個計數(shù)器輸出單個脈沖。gatemode設置了計數(shù)器工作的門限模式(具體使用時，請給計數(shù)器的GATE輸入口接一外部門限信號)。timebasesource決定了哪個時鐘用于延遲和幅寬。假如使用內(nèi)部時鐘，那么數(shù)采板上的時鐘作為延遲和幅寬的計時可達到秒的量級。假如使用外部時鐘，應確保把外部的時基信號連接到計數(shù)器的SOURCE端口上，此時，延遲和幅寬的計時是以外部時基的周期數(shù)為單位的。taskID輸出包含了產(chǎn)生該脈沖所有設置的信息，是標識該任務的標識符?？梢园裻askID輸出作為中級CounterStartVI的輸入?yún)?shù)，從而可再發(fā)生同樣的脈沖。1)發(fā)生單個脈沖

GenerateDelayed2)發(fā)生脈沖序列

用GeneratePulseTrainVI可輸出一系列由pulsepolarity、frequency和dutycycle輸入?yún)?shù)決定的脈沖序列。device、counter和gatemode輸入?yún)?shù)的意義與GenerateDelayedPulseVI同名參數(shù)的意義相同。輸入?yún)?shù)numberofpulses設定了脈沖序列的長度，如果設為零，那么該VI將發(fā)生連續(xù)的脈沖序列。taskID輸出包含了產(chǎn)生該脈沖序列所有設置的信息，是標識該任務的標識符。當產(chǎn)生一有限長度的脈沖序列時，將使用taskIDofcounter-1返回值作為任務標識符?？梢园裻askID或task，IDofcounter-1輸出作為中級CounterStartVI的輸入?yún)?shù)，從而再發(fā)生同樣的脈沖序列。2)發(fā)生脈沖序列

用GeneratePulse當使用計數(shù)器發(fā)生一脈沖或脈沖序列時，用于啟動計數(shù)器操作的信號與控制脈沖周期的時基信號則不同步。在大多數(shù)情況下，啟動的脈沖信號并不是恰好在時基信號的上升沿出現(xiàn)的。也就是說，在啟動發(fā)生脈沖時會有一個大致的時基時鐘周期的誤差。這種誤差在使用軟件提供啟動計數(shù)器操作信號時也存在。

3．脈沖寬度測量

可以使用計數(shù)器來測量脈沖或脈沖序列的特性參數(shù)。MeasurePulseWidthorPeriodVI可用來測量連接到計數(shù)器GATE端口信號的脈沖寬度或周期。MeasureFrequencyVI可用來測量連接到計數(shù)器SOURCE端口脈沖序列信號的頻率。這兩個VI都用到了計數(shù)器的門限計數(shù)功能。當使用計數(shù)器發(fā)生一脈沖或脈沖序列時，用于啟動計數(shù)器操作的當測量一脈沖寬度時，需將被測的脈沖信號連接到計數(shù)器的GATE端口，將一已知頻率的信號Ts連接到計數(shù)器的SOURCE口，如圖6-8所示。當計數(shù)器被設為高門限計數(shù)模式時，計數(shù)器會在GATE口信號開始時對SOURCE口的脈沖個數(shù)進行計數(shù)，在GATE口信號結束時停止計數(shù)。此時用計數(shù)寄存器的計數(shù)值乘以SOURCE口信號的周期即可算出被測信號的脈沖寬度。使用MeasurePulseWidthorPeriodVI時，SOURCE口用的是內(nèi)部時鐘，故只需將被測信號接到計數(shù)器的GATE口上。當測量一脈沖寬度時，需將被測的脈沖信號連接到計數(shù)器的GA圖6-8脈沖寬度測量的原理圖6-8脈沖寬度測量的原理MeasurePulseWidthorPeriodVI的圖標如圖6-9所示。其輸入?yún)?shù)typeofmeasurement決定是測量脈沖的周期還是測量脈沖的寬度。參看圖6-10，當該值取0時，測量正向脈沖的寬度；取1時，測量負向脈沖的寬度；取2時(默認)，測量兩個相鄰上升沿的寬度，即周期；取3時，測量兩個相鄰下降沿的周期。timebase決定了用于被計數(shù)的內(nèi)部時鐘。若計數(shù)操作未在timelimit時間限制內(nèi)完成，timeout輸出為TRUE。pulsewidth/period返回測量的寬度或周期(以s為單位)，count返回計數(shù)器寄存器的值。若counteroverflow?返回值為TRUE，表示發(fā)生計數(shù)器溢出，此時應當降低timebase內(nèi)部時鐘的頻率。若valid?輸出，則顯示了是否有足夠的內(nèi)部時鐘計數(shù)確保測量的脈沖寬度或周期值正確。MeasurePulseWidthorPerio圖6-9MeasurePulseWidthorPeriodVI圖6-9MeasurePulseWidthor圖6-10typeofmeasurement參數(shù)的設置圖6-10typeofmeasurement參數(shù)的4．頻率測量

計數(shù)器也可用于測量脈沖序列的頻率。給計數(shù)器的GATE口加上已知幅寬的門限脈沖，對該門限脈沖寬度內(nèi)的脈沖串個數(shù)進行計數(shù)即可算出被測信號的頻率。使用MeasureFrequencyVI時，數(shù)采板上第二個計數(shù)器提供門限脈沖，所以需要將第二個計數(shù)器的OUT輸出口連接到第一個計數(shù)器的GATE口，將被測信號接到第一個計數(shù)器的SOURCE口上。

注意：第二個計數(shù)器的選取取決于采用的第一個計數(shù)器，可參看有關的材料。例如打開MeasureFrequencyVI的前面板，即可看到相應的說明(參看圖6-11)。4．頻率測量

計數(shù)器也可用于測量脈沖序列的頻率。給計圖6-11MeasureFrequencyVI的部分前面板圖6-11MeasureFrequencyVI的可以使用MeasureFrequencyVI(見圖6-12)來測量脈沖序列信號的頻率。gatewidth設置了由第二個計數(shù)器(counter-1)所發(fā)脈沖的幅寬(以秒為單位)。countersize設置了計數(shù)器對一未知信號能進行的最大計數(shù)值(對于24位計數(shù)器來說為2的24次方)。假如需要對MeasureFrequencyVI中的counter-1進行門限觸發(fā)，請給counter-1計數(shù)器的GATE輸入口上接入觸發(fā)信號；同時必須正確地設置gatemode與maximumdelaytogate參數(shù)。當這些設置好后，只要counter-1計數(shù)器在其GATE輸入口上接收到一上升沿觸發(fā)信號后，counter-1即在其OUT口輸出一已知的接于counterGATE輸入口的門限脈沖(見圖6-12)。frequency返回測得的被測信號的頻率(以Hz為單位)。valid??返回參數(shù)指示是否有錯誤發(fā)生?？梢允褂肕easureFrequencyVI(見圖圖6-12MeasureFrequencyVI圖6-12MeasureFrequencyVI6.3非NI產(chǎn)品的數(shù)字量輸入/輸出控制

以上介紹的各個VI都只能用于NI公司的數(shù)采板，對于非NI公司的數(shù)采板怎樣對其數(shù)字量的輸入/輸出進行控制呢？下面我們選取一款PCI-2002數(shù)采板和一款基于ISA總線的D/A板HY-6031進行介紹。當前基于PCI總線和ISA總線的數(shù)采板應用比較廣泛，希望這些內(nèi)容能給讀者提供一些幫助。6.3非NI產(chǎn)品的數(shù)字量輸入/輸出控制

以上介1．基于ISA總線數(shù)采板的DI/O

基于ISA總線數(shù)采板的控制比較簡單，它不需要專用的驅(qū)動程序，可直接對其端口地址進行讀/寫操作，我們可以采用LabVIEW的PortI/O函數(shù)來實現(xiàn)這些功能。PortI/O函數(shù)用于從給定地址讀取數(shù)據(jù)或向給定地址寫入數(shù)據(jù)，位于AllFunctions→Advanced模板，包括InPort.vi和OutPort.vi兩個子VI，如圖6-13和圖6-14所示。1．基于ISA總線數(shù)采板的DI/O

基于ISA總線數(shù)圖6-13PortI/O函數(shù)圖6-13PortI/O函數(shù)圖6-14InPort.vi和OutPort.vi在這兩個VI中，address是要讀或?qū)懙亩丝诘奈锢淼刂?；dataread是讀取的結果，可以是8位、16位或32位的帶符號整型數(shù)；writevalue是要寫到端口的數(shù)據(jù)，也可以是8位、16位或32位的帶符號整型數(shù)。讀或?qū)憯?shù)據(jù)的位數(shù)必須手動設定。圖6-14InPort.vi和OutPort.vi2．基于HY-6031總線數(shù)采板的DI/O

HY-6031板是北京華控公司生產(chǎn)的八通道D/A板，板上帶有16路數(shù)字量輸入通道和16路數(shù)字量輸出通道，用戶可以作為數(shù)字信號狀態(tài)監(jiān)視及數(shù)字量輸出控制執(zhí)行機構通斷。該板的基地址可由板基地址選擇開關設置，默認地址是280H(=640)。基地址?+0和?+1分別是低8位和高8位數(shù)字量輸出寄存器的寫地址；基地址?+2和?+3分別是低8位和高8位數(shù)字量輸入緩沖器的讀地址。2．基于HY-6031總線數(shù)采板的DI/O

HY-6因此，對基地址?+0和?+1分別進行寫操作，即可輸出數(shù)字量的低8位和高8位；對基地址?+2和?+3分別進行讀操作，即可讀入數(shù)字量的低8位和高8位。設計一個簡易的數(shù)字量輸入/輸出程序如圖6-15所示，程序中用了一個順序結構依次輸入或輸出低8位和高8位。

讀者可仿照上述程序設計輸出脈沖和脈沖序列的程序。由于HY-6031板只有數(shù)字量輸入/輸出通道，無法測量脈沖寬度和周期，因此可選用帶有定時計數(shù)器的板卡。因此，對基地址?+0和?+1分別進行寫操作，即可輸出數(shù)字圖6-15數(shù)字量輸入/輸出程序圖6-15數(shù)字量輸入/輸出程序3．基于PCI-2002總線數(shù)采板的DI/O

PCI-2002卡是一種基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡，由北京阿爾泰科貿(mào)有限公司生產(chǎn)。板上帶有16路數(shù)字量輸入和16路數(shù)字量輸出通道，如圖6-16所示。由于該板卡基于PCI總線，因此需要安裝相應的驅(qū)動程序。同時，廠家也提供了對LabVIEW的支持。3．基于PCI-2002總線數(shù)采板的DI/O

PCI圖6-16PCI-2002板的數(shù)字量輸入/輸出程序圖6-16PCI-2002板的數(shù)字量輸入/輸出程序(1)十六路開關量輸出SetDeviceDO。

功能：負責將PCI設備上的輸出開關量設置成相應的狀態(tài)。

參數(shù)：

?hDevice：設備對象句柄，它應由CreateDevice決定。

?pPara：十六路開關量輸出狀態(tài)的參數(shù)結構，共有16個成員變量，分別對應于DO0～DO15路開關量輸出狀態(tài)位。實際上是一個具有16個元素的一維數(shù)組。在實際執(zhí)行這個函數(shù)之前，必須對這個參數(shù)結構的DO0～DO15共16個成員變量賦初值，其值必須為“1”或“0”。(1)十六路開關量輸出SetDeviceDO。

功(2)十六路開關量輸入GetDeviceDI。

功能：負責將PCI設備上的輸入開關量狀態(tài)讀入內(nèi)存。

參數(shù)：

?hDevice：設備對象句柄，它應由CreateDevice決定。

?pPara：十六路開關量輸入狀態(tài)的參數(shù)結構，共有16個成員變量，分別對應于DI0～DI15路開關量輸入狀態(tài)位。

用于數(shù)字量輸出的程序示例如圖6-17所示。(2)十六路開關量輸入GetDeviceDI。

功圖6-17PCI-2002板的數(shù)字量輸出程序示例圖6-17PCI-2002板的數(shù)字量輸出程序示例程序中首先用調(diào)用CreateDevice函數(shù)得到設備的句柄，將其賦給SetDeviceDO函數(shù)，SetDeviceDO函數(shù)的第二個參數(shù)pPara是一個數(shù)組，這里將其全部賦初值為“0”，實際使用時可按需要賦值。最后調(diào)用ReleaseDevice函數(shù)將設備釋放。這里的CreateDevice和ReleaseDevice函數(shù)是由廠家提供的。

用于數(shù)字量輸入的程序示例如圖6-18所示。

程序中先建立了一個16個元素均為0的一維數(shù)組，調(diào)用GetDeviceDI函數(shù)后，該數(shù)組元素的值變?yōu)樽x入的數(shù)字量的值，這些值可從面板上的pPara指示器上看到。程序中首先用調(diào)用CreateDevice函數(shù)得到設備的句圖6-18PCI-2002板的數(shù)字量輸入程序示例圖6-18PCI-2002板的數(shù)字量輸入程序示例本章小結

本章首先介紹了實現(xiàn)數(shù)字量輸入、輸出的方法：然后介紹了利用計數(shù)器對事件進行計數(shù)、產(chǎn)生脈沖信號、對脈沖信號的頻率和周期等參數(shù)進行測量等方法；最后結合實例對非NI產(chǎn)品的編程作了介紹，然后對讀者有一定的幫助。讀者如果使用的是NI的產(chǎn)品，可按照書中所講直接編程；如果使用的是非NI的產(chǎn)品，完全可以參照本章所述的方法，編寫出各種功能強大的、能滿足各種需求的VI。本章小結

本章首先介紹了實現(xiàn)數(shù)字量輸練習與思考

1．簡述數(shù)字量輸入/輸出函數(shù)的功能。

2．如何用相關的函數(shù)測量脈沖信號的參數(shù)？

3．用自己手頭的數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)相關的數(shù)字量輸入/輸出功能。練習與第6章數(shù)字量輸入/輸出和計數(shù)器6.1數(shù)字量輸入/輸出6.2計數(shù)器6.3非NI產(chǎn)品的數(shù)字量輸入/輸出控制本章小結練習與思考第6章數(shù)字量輸入/輸出和計數(shù)器6.1數(shù)字量輸入/輸6.1數(shù)字量輸入/輸出

一般數(shù)據(jù)采集卡上都有數(shù)字量輸入/輸出(DI/O)功能，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的觸發(fā)、控制及計數(shù)等，也可以完成對外部開關量的采集、繼電器和電子開關的控制等。DI/O按TTL邏輯電平設計，其邏輯低電平在0～0.7V之間，高電平在3.4～5.0V之間。

將數(shù)采板上多路DI/O組成一組后稱為端口。?一個端口由多少路DI/O組成是依據(jù)其數(shù)采板而定的，在大多數(shù)情況下，4或8路數(shù)字I/O組成一個端口。當讀/寫端口時，可以在同一時刻設置或獲取多路DI/O的狀態(tài)。6.1數(shù)字量輸入/輸出數(shù)字量輸入/輸出的應用分為以下兩類：立即型(非鎖存型)和定時型(鎖存型)。在立即型情況下，當調(diào)用數(shù)字I/O函數(shù)后會立即更新或讀取數(shù)字量某一路或端口的狀態(tài)。在定時型情況下，可以使用外部信號來控制數(shù)字量數(shù)據(jù)的傳輸。

與模擬量的輸入/輸出類似，LabVIEW中傳統(tǒng)DAQVI關于DI/O的VI也分為低、中、高三個等級，如圖6-1所示。數(shù)字量輸入/輸出的應用分為以下兩類：立即型(非鎖存型)和圖6-1傳統(tǒng)DAQVI的DI/O模板圖6-1傳統(tǒng)DAQVI的DI/O模板1．簡易函數(shù)(EasyDigitalI/OVI)

簡易函數(shù)位于圖6-1中的第一行，包括ReadfromDigitalLine.vi、ReadfromDigitalPort.vi、WritetoDigitalLine.vi和WritetoDigitalPort.vi四個子VI，其圖標和端口如圖6-2所示。

前兩個子VI分別用來立即讀入某一路或某一端口的數(shù)字量，后兩個子VI分別用來立即輸出數(shù)字量到某一路或某一端口。其中：

portwidth：端口寬度。

device：設備號。1．簡易函數(shù)(EasyDigitalI/OVI)

圖6-2EasyDigitalI/OVI端口圖6-2EasyDigitalI/OVI端口digitalchannel：需要輸入/輸出的數(shù)字信號所在通道的名稱或通道號。通道名是已經(jīng)配置好的某個數(shù)字通道的名稱。在輸入通道號時，0表示端口0，1表示端口1，依次類推。當輸入通道名時，portwidth將被忽略。

line：digitalchannel所指定端口中需要讀入或輸出的某一路的編號。

iteration：缺省值為0，此時，每調(diào)用一次該子VI，就要對數(shù)采板配置一次。當重復調(diào)用該函數(shù)時，為了避免系統(tǒng)重復設置數(shù)采板，可以設置iteration端為正數(shù)。digitalchannel：需要輸入/輸出的數(shù)字信號linestate：需要輸出的數(shù)字信號的狀態(tài)或讀取的某一路數(shù)字信號的狀態(tài)：高(true)或低(false)。

pattern：需要輸出的數(shù)字量或從所讀端口讀取的數(shù)字量(十進制形式)的模式。

注意：當只調(diào)用一個EasyDigitalI/OVI實例讀/寫某個通道或端口時，程序是不會出錯的。但是當再次調(diào)用函數(shù)時會通過改變移位寄存器的狀態(tài)來重新改變DI/O的設置，故不能調(diào)用多個VI實例來控制多個端口。在這種情況下可以通過使用后面將討論的高級VI來達到該目的。linestate：需要輸出的數(shù)字信號的狀態(tài)或讀取的某2．中級函數(shù)(IntermediateDigitalI/OVI)

中級函數(shù)包括圖6-1中間一行的五個子VI和最后一行的兩個子VI。

如果需要大數(shù)量的數(shù)據(jù)傳輸，可以使用非同步中斷驅(qū)動方式傳輸，這樣不至于在傳輸數(shù)據(jù)時占用計算機的資源。使用這種方式傳輸數(shù)據(jù)時，計算機內(nèi)存緩沖被分配到后臺線程輸入或輸出緩沖中，在這種情況下可使用這些子VI。緩沖式數(shù)字IO程序設計的順序大致如下：

DIOCONFIG：設置一組端口為輸入或輸出模式；創(chuàng)立

數(shù)據(jù)緩沖，產(chǎn)生任務的唯一標識符，它將會被下面的DIO函數(shù)使用。2．中級函數(shù)(IntermediateDigitalDIOREAD：返回從數(shù)字量緩沖中掃描的數(shù)據(jù)；返回緩沖中的數(shù)據(jù)剩余量;返回在一定時限中操作的初始化是否成功信息。

DIOWRITE：用于輸出操作時更新緩沖中的數(shù)據(jù)。當?shù)群虻奈帐中盘柊l(fā)生時，端口將被新的緩沖數(shù)據(jù)更新。假如在一定時限內(nèi)握手信號沒有出現(xiàn)，將返回一錯誤信息。

DIOSTART：啟動緩沖式DIO操作。設定更新或讀取的點數(shù)，當輸入0時將連續(xù)操作。

DIOWAIT：等待與任務標識符taskID相關任務的數(shù)字量輸入或輸出操作的完成。

DIOCLEAR：停止操作，同時清除與taskID任務相關的緩沖。DIOREAD：返回從數(shù)字量緩沖中掃描的數(shù)據(jù)；返回緩沖注意：當使用這些VI時，數(shù)采板必須支持握手信號。

3．高級函數(shù)(AdvancedDigitalI/OVI)

高級函數(shù)包括兩部分，一部分稱為digitalport，可以用來立刻輸入或輸出某一路(某一端口)的數(shù)字量，類似于簡易函數(shù)的操作；另一部分稱為digitalgroup，可用于多個端口進行立即型、握手型或定時型的輸入/輸出。高級函數(shù)是最底層的函數(shù)，較少直接采用，它們是構成簡易函數(shù)和中級函數(shù)的基礎。注意：當使用這些VI時，數(shù)采板必須支持握手信號。

6.2計數(shù)器

6.2.1計數(shù)器概述

對于一個成熟的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)來說，一個非常重要的要求就是能操縱和協(xié)調(diào)多種不同時間的參數(shù)和事件。這就需要某些硬件機構完成高精度的定時工作，因此這些機構中最基本的功能塊就是計數(shù)器。

計數(shù)器可以接收或輸出TTL兼容信號，一個能被計數(shù)器測得的信號，至少其特征不能低于能被該計數(shù)器識別的最小脈沖寬度、上升時間、下降時間等。

圖6-3所示為計數(shù)器的簡化模型：一個門控輸入、一個時鐘輸入、一個計數(shù)寄存器、一個輸出。6.2計數(shù)器

6.2.1圖6-3計數(shù)器的簡化模型圖6-3計數(shù)器的簡化模型門控輸入端可以控制計數(shù)的開始和結束，例如為高電位時計數(shù)或低電位時計數(shù)等。

時鐘輸入端為計數(shù)信號，可設置為上升沿或下降沿計數(shù)。

內(nèi)部計數(shù)寄存器的計數(shù)方式可設為遞增或遞減方式，通過讀取其值即可知道信號狀態(tài)改變的次數(shù)。

輸出端可輸出多種波形，或者用于計數(shù)器的串級使用，從而增大計數(shù)器的量程。

有關計數(shù)器的詳細內(nèi)容可參看相關的書籍。門控輸入端可以控制計數(shù)的開始和結束，例如為高電位時計數(shù)或6.2.2LabVIEW計數(shù)器VI

因為直接通過低層編程使用定時計數(shù)器芯片是非常困難的，所以LabVIEW提供了一系列高級的定時/計數(shù)器庫函數(shù)。

LabVIEW計數(shù)器VI被分為了三個類型的模板，如圖6-4

所示。

EasyCounterVI：較簡單的且經(jīng)常使用的計數(shù)器VI。如用于事件定時/計數(shù)、產(chǎn)生單個脈沖、產(chǎn)生脈沖序列、測量脈沖寬度或周期以及頻率測量等常用的定時計數(shù)操作。這些VI使用時在前面板都有錯誤處理和詳盡的操作指示。6.2.2LabVIEW計數(shù)器VI

因為直接通過低IntermediateCounterVI：主要用于設置和控制計數(shù)器的操作，這些VI比EasyCounterVI更靈活。所有的中級計數(shù)器VI都使用了LabVIEW的錯誤處理，通過它可以建立自己的錯誤處理路徑。這些VI使用時在前面板都有詳盡的操作指示。

?AdvancedCounterVI：高級計數(shù)器VI主要用于作為

創(chuàng)建其他數(shù)字VI的基本模塊。這些VI是最靈活也是最復雜

的。典型地說，用于需要多設置和控制的應用中。與中級計

數(shù)器VI一樣，使用高級計數(shù)器VI時也可以建立自己的錯誤處理路徑。IntermediateCounterVI：主要圖6-4LabVIEW計數(shù)器VI模板圖6-4LabVIEW計數(shù)器VI模板在大多數(shù)情況下，我們會使用EasyCounterVI，下面將介紹計數(shù)器的常用操作：事件計數(shù)/定時、產(chǎn)生單個脈沖、產(chǎn)生脈沖序列、測量脈沖寬度或周期以及頻率測量等。

1．事件計數(shù)/定時

當對外部事件進行計數(shù)/定時時，可以采用CountEventsorTime子VI，其圖標和端口如圖6-5所示。

例如，SOURCE輸入口指定信號上升或下降沿出現(xiàn)的次數(shù)。device和counter輸入端指定了是哪一塊數(shù)采板的哪一個計數(shù)器端口將接收事件。sourceedge確定該事件是上升沿還是下降沿(0為上升沿，1為下降沿，默認為0)。在大多數(shù)情況下，我們會使用EasyCounterVI圖6-5事件計數(shù)/定時VI端口圖6-5事件計數(shù)/定時VI端口sourceedge確定該事件是上升沿還是下降沿(0為上升沿，1為下降沿，默認為0)。當eventsource/timebase的輸入端值等于零時，計數(shù)器將對SOURCE端口輸入的信號進行計數(shù)。當eventsource/timebase被設置為有效的內(nèi)部時鐘頻率時，計數(shù)器將對SOURCE口輸入的內(nèi)部時鐘信號進行計數(shù)。根據(jù)使用的數(shù)采板的不同，其有效內(nèi)部時鐘頻率也不同，如使用DAQ-STC芯片的數(shù)采板其內(nèi)部有效時鐘頻率可為20MHz和100kHz。countersize輸入設置了最大計數(shù)容量，當超過該值后計數(shù)器將會溢出并重新清零。DAQ-STC芯片上24位的計數(shù)器在溢出前其最大計數(shù)容量為16MB。start/restart輸入端控制計數(shù)器啟動/停止操作。sourceedge確定該事件是上升沿還是下降沿(0為count輸出端返回的是當前計數(shù)器寄存器的值。secondssincestart返回自計數(shù)器啟動后的時間值。secondssincelastcall返回自計數(shù)器寄存器被讀取后的時間值。只有當eventsource/

timebase輸入端為有效內(nèi)部時鐘時，這兩個返回值才有實際

意義。

2．產(chǎn)生脈沖

產(chǎn)生脈沖是計數(shù)器另一較常用的功能。既可以用GenerateDelayedPulseVI在OUT口輸出一個脈沖，也可以用GeneratePulseTrainVI在OUT口輸出一個脈沖序列。這兩個VI的圖標和端口如圖6-6所示。count輸出端返回的是當前計數(shù)器寄存器的值。secon圖6-6GenerateDelayedPulseVI端口和GeneratePulseTrainVI端口圖6-6GenerateDelayedPulse使用這兩個VI時需要設定以下參數(shù)：脈沖極性(pulsepolarity)、延遲(pulsedelay)、幅寬(pulsewidth)(延遲和幅寬之和為周期)以及占空比(dutycycle)。脈沖極性決定了脈沖是高還是低。

占空比定義如下：dutycycle=width/(Delay+Width)。脈沖各參數(shù)的含義如圖6-7所示。圖6-7脈沖各參數(shù)的含義使用這兩個VI時需要設定以下參數(shù)：脈沖極性(pulse1)發(fā)生單個脈沖

GenerateDelayedPulseVI輸出由pulsepolarity、pulsedelay和pulsewidth參數(shù)共同決定的單個脈沖。device和counter輸入端指定了是哪一塊數(shù)采板的哪一個計數(shù)器輸出單個脈沖。gatemode設置了計數(shù)器工作的門限模式(具體使用時，請給計數(shù)器的GATE輸入口接一外部門限信號)。timebasesource決定了哪個時鐘用于延遲和幅寬。假如使用內(nèi)部時鐘，那么數(shù)采板上的時鐘作為延遲和幅寬的計時可達到秒的量級。假如使用外部時鐘，應確保把外部的時基信號連接到計數(shù)器的SOURCE端口上，此時，延遲和幅寬的計時是以外部時基的周期數(shù)為單位的。taskID輸出包含了產(chǎn)生該脈沖所有設置的信息，是標識該任務的標識符?？梢园裻askID輸出作為中級CounterStartVI的輸入?yún)?shù)，從而可再發(fā)生同樣的脈沖。1)發(fā)生單個脈沖

GenerateDelayed2)發(fā)生脈沖序列

用GeneratePulseTrainVI可輸出一系列由pulsepolarity、frequency和dutycycle輸入?yún)?shù)決定的脈沖序列。device、counter和gatemode輸入?yún)?shù)的意義與GenerateDelayedPulseVI同名參數(shù)的意義相同。輸入?yún)?shù)numberofpulses設定了脈沖序列的長度，如果設為零，那么該VI將發(fā)生連續(xù)的脈沖序列。taskID輸出包含了產(chǎn)生該脈沖序列所有設置的信息，是標識該任務的標識符。當產(chǎn)生一有限長度的脈沖序列時，將使用taskIDofcounter-1返回值作為任務標識符?？梢园裻askID或task，IDofcounter-1輸出作為中級CounterStartVI的輸入?yún)?shù)，從而再發(fā)生同樣的脈沖序列。2)發(fā)生脈沖序列

用GeneratePulse當使用計數(shù)器發(fā)生一脈沖或脈沖序列時，用于啟動計數(shù)器操作的信號與控制脈沖周期的時基信號則不同步。在大多數(shù)情況下，啟動的脈沖信號并不是恰好在時基信號的上升沿出現(xiàn)的。也就是說，在啟動發(fā)生脈沖時會有一個大致的時基時鐘周期的誤差。這種誤差在使用軟件提供啟動計數(shù)器操作信號時也存在。

3．脈沖寬度測量

可以使用計數(shù)器來測量脈沖或脈沖序列的特性參數(shù)。MeasurePulseWidthorPeriodVI可用來測量連接到計數(shù)器GATE端口信號的脈沖寬度或周期。MeasureFrequencyVI可用來測量連接到計數(shù)器SOURCE端口脈沖序列信號的頻率。這兩個VI都用到了計數(shù)器的門限計數(shù)功能。當使用計數(shù)器發(fā)生一脈沖或脈沖序列時，用于啟動計數(shù)器操作的當測量一脈沖寬度時，需將被測的脈沖信號連接到計數(shù)器的GATE端口，將一已知頻率的信號Ts連接到計數(shù)器的SOURCE口，如圖6-8所示。當計數(shù)器被設為高門限計數(shù)模式時，計數(shù)器會在GATE口信號開始時對SOURCE口的脈沖個數(shù)進行計數(shù)，在GATE口信號結束時停止計數(shù)。此時用計數(shù)寄存器的計數(shù)值乘以SOURCE口信號的周期即可算出被測信號的脈沖寬度。使用MeasurePulseWidthorPeriodVI時，SOURCE口用的是內(nèi)部時鐘，故只需將被測信號接到計數(shù)器的GATE口上。當測量一脈沖寬度時，需將被測的脈沖信號連接到計數(shù)器的GA圖6-8脈沖寬度測量的原理圖6-8脈沖寬度測量的原理MeasurePulseWidthorPeriodVI的圖標如圖6-9所示。其輸入?yún)?shù)typeofmeasurement決定是測量脈沖的周期還是測量脈沖的寬度。參看圖6-10，當該值取0時，測量正向脈沖的寬度；取1時，測量負向脈沖的寬度；取2時(默認)，測量兩個相鄰上升沿的寬度，即周期；取3時，測量兩個相鄰下降沿的周期。timebase決定了用于被計數(shù)的內(nèi)部時鐘。若計數(shù)操作未在timelimit時間限制內(nèi)完成，timeout輸出為TRUE。pulsewidth/period返回測量的寬度或周期(以s為單位)，count返回計數(shù)器寄存器的值。若counteroverflow?返回值為TRUE，表示發(fā)生計數(shù)器溢出，此時應當降低timebase內(nèi)部時鐘的頻率。若valid?輸出，則顯示了是否有足夠的內(nèi)部時鐘計數(shù)確保測量的脈沖寬度或周期值正確。MeasurePulseWidthorPerio圖6-9MeasurePulseWidthorPeriodVI圖6-9MeasurePulseWidthor圖6-10typeofmeasurement參數(shù)的設置圖6-10typeofmeasurement參數(shù)的4．頻率測量

計數(shù)器也可用于測量脈沖序列的頻率。給計數(shù)器的GATE口加上已知幅寬的門限脈沖，對該門限脈沖寬度內(nèi)的脈沖串個數(shù)進行計數(shù)即可算出被測信號的頻率。使用MeasureFrequencyVI時，數(shù)采板上第二個計數(shù)器提供門限脈沖，所以需要將第二個計數(shù)器的OUT輸出口連接到第一個計數(shù)器的GATE口，將被測信號接到第一個計數(shù)器的SOURCE口上。

注意：第二個計數(shù)器的選取取決于采用的第一個計數(shù)器，可參看有關的材料。例如打開MeasureFrequencyVI的前面板，即可看到相應的說明(參看圖6-11)。4．頻率測量

計數(shù)器也可用于測量脈沖序列的頻率。給計圖6-11MeasureFrequencyVI的部分前面板圖6-11MeasureFrequencyVI的可以使用MeasureFrequencyVI(見圖6-12)來測量脈沖序列信號的頻率。gatewidth設置了由第二個計數(shù)器(counter-1)所發(fā)脈沖的幅寬(以秒為單位)。countersize設置了計數(shù)器對一未知信號能進行的最大計數(shù)值(對于24位計數(shù)器來說為2的24次方)。假如需要對MeasureFrequencyVI中的counter-1進行門限觸發(fā)，請給counter-1計數(shù)器的GATE輸入口上接入觸發(fā)信號；同時必須正確地設置gatemode與maximumdelaytogate參數(shù)。當這些設置好后，只要counter-1計數(shù)器在其GATE輸入口上接收到一上升沿觸發(fā)信號后，counter-1即在其OUT口輸出一已知的接于counterGATE輸入口的門限脈沖(見圖6-12)。frequency返回測得的被測信號的頻率(以Hz為單位)。valid??返回參數(shù)指示是否有錯誤發(fā)生?？梢允褂肕easureFrequencyVI(見圖圖6-12MeasureFrequencyVI圖6-12MeasureFrequencyVI6.3非NI產(chǎn)品的數(shù)字量輸入/輸出控制

以上介紹的各個VI都只能用于NI公司的數(shù)采板，對于非NI公司的數(shù)采板怎樣對其數(shù)字量的輸入/輸出進行控制呢？下面我們選取一款PCI-2002數(shù)采板和一款基于ISA總線的D/A板HY-6031進行介紹。當前基于PCI總線和ISA總線的數(shù)采板應用比較廣泛，希望這些內(nèi)容能給讀者提供一些幫助。6.3非NI產(chǎn)品的數(shù)字量輸入/輸出控制

以上介1．基于ISA總線數(shù)采板的DI/O

基于ISA總線數(shù)采板的控制比較簡單，它不需要專用的驅(qū)動程序，可直接對其端口地址進行讀/寫操作，我們可以采用LabVIEW的PortI/O函數(shù)來實現(xiàn)這些功能。PortI/O函數(shù)用于從給定地址讀取數(shù)據(jù)或向給定地址寫入數(shù)據(jù)，位于AllFunctions→Advanced模板，包括InPort.vi和OutPort.vi兩個子VI，如圖6-13和圖6-14所示。1．基于ISA總線數(shù)采板的DI/O

基于ISA總線數(shù)圖6-13PortI/O函數(shù)圖6-13PortI/O函數(shù)圖6-14InPort.vi和OutPort.vi在這兩個VI中，address是要讀或?qū)懙亩丝诘奈锢淼刂罚籨ataread是讀取的結果，可以是8位、16位或32位的帶符號整型數(shù)；writevalue是要寫到端口的數(shù)據(jù)，也可以是8位、16位或32位的