第4講數(shù)據(jù)采集與信號(hào)調(diào)理

第四講

數(shù)據(jù)采集與信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集的概念及應(yīng)用數(shù)據(jù)采集(DataAcquisition,簡稱DAQ)自動(dòng)從布置于工廠、實(shí)驗(yàn)室、或現(xiàn)場的傳感器、儀器、設(shè)備等收集獲取數(shù)據(jù)的過程狹義的數(shù)據(jù)采集主要是模擬輸入(AI)，其目的是為了測量某種電信號(hào)或物理信號(hào)，如電壓、電流、溫度、壓力、加速度、聲強(qiáng)等廣義的數(shù)據(jù)采集還包括模擬輸出、數(shù)字I/O等例如,目前市面上的多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備通常包括模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器等功能，如NI的M系列多功能DAQ卡現(xiàn)在一些傳感器/變送器已經(jīng)集成了A/D轉(zhuǎn)換功能，直接通過數(shù)字接口讀取數(shù)據(jù)，從而不需要模擬輸入采集數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用十分廣泛，幾乎涵蓋所有工程專業(yè)和科學(xué)研究方向電子、電氣、機(jī)械、車輛工程、海洋工程、環(huán)境、化工、生物醫(yī)學(xué)、土木工程、能源電力、高能物理…數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述信號(hào)調(diào)理傳感器/信號(hào)數(shù)據(jù)采集硬件I/O數(shù)據(jù)采集軟件總線常見的部分傳感器物理量傳感器溫度熱電偶RTD熱電阻熱敏電阻應(yīng)變、壓力應(yīng)變片壓電轉(zhuǎn)換器聲音麥克風(fēng)振動(dòng)加速度計(jì)位置與位移電位器線性電壓差動(dòng)變換器光編碼器流量雙頭流量計(jì)旋轉(zhuǎn)流量計(jì)pH值酸度計(jì)電極光真空管光感應(yīng)器傳感器任意類型信號(hào)連接直接連接或通過接線端DAQ設(shè)備PCI/PXIPCIe/PXIeUSBEthernetPCWindowsLinuxMac典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件架構(gòu)數(shù)據(jù)采集硬件可以將PC變?yōu)橐粋€(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)部分常用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備類型實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)環(huán)境使用基于PCI/PXI接口往往需要外接端子和線纜便攜式/遠(yuǎn)距離USB，Ethernet接口教學(xué)實(shí)驗(yàn)與學(xué)生練習(xí)如ELVIS、myDAQ除了數(shù)據(jù)采集硬件電路之外還集成了其他一些功能，如數(shù)字萬用表、可編程電源等舉例:用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的NIELVIS一種集成了12種儀器的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備安裝NI-ELVIS驅(qū)動(dòng)后可通過ELVIS軟面板實(shí)現(xiàn)這些功能同時(shí)也可看做是一種基于USB總線的多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備用于學(xué)習(xí)虛擬儀器（尤其是數(shù)據(jù)采集）的相關(guān)編程技術(shù)USB總線（注意:不是前面所說的傳輸電纜）接線端+傳輸線纜+數(shù)據(jù)采集設(shè)備PC數(shù)據(jù)采集設(shè)備的構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸總線同步總線DAQCircuitry時(shí)鐘/定時(shí)電路板載FIFO信號(hào)路由內(nèi)部校準(zhǔn)電路前端電路模擬輸入/模擬輸出/數(shù)字IO/計(jì)數(shù)器注意:模擬輸入可能通過復(fù)用器共用一個(gè)ADC，模擬輸出通常是每通道專用DAC選擇數(shù)據(jù)采集設(shè)備時(shí)的考慮因素通道數(shù)總線帶寬是否足夠數(shù)據(jù)傳輸速度的需求最高采樣率根據(jù)乃奎斯特定律，采樣率應(yīng)為最高頻率分量的兩倍以上，實(shí)際上最好能做到5-10倍分辨率夠用就好，不一定越高越好輸入范圍對(duì)于動(dòng)態(tài)信號(hào)，還應(yīng)關(guān)注動(dòng)態(tài)范圍如麥克風(fēng)/加速度計(jì)等信號(hào)的采集分辨率并不完全反映精度影響精度的因素ADC和放大器件的偏移和增益誤差等噪聲等因素舉例某16位ADC的采集卡，選擇±2V輸入范圍理論上，最低位所反映的電壓量為板卡手冊查得的精度為±410μV2–(-2)216=61μV數(shù)據(jù)采集軟件LabVIEW開發(fā)環(huán)境NI-DAQmxVINI-DAQmx驅(qū)動(dòng)軟件(*.DLL)DAQ設(shè)備配置與診斷工具:

Measurement&AutomationExplorer(MAX)以LabVIEW作為開發(fā)環(huán)境為例軟件準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)程序NI的數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用統(tǒng)一的驅(qū)動(dòng)NI-DAQmx

(NI-ELVIS驅(qū)動(dòng)已包含NI-DAQmx，因此可只安裝NI-ELVIS)更換設(shè)備時(shí)相同的程序幾乎無需修改開發(fā)環(huán)境本課程采用NILabVIEW亦可采用其他開發(fā)環(huán)境或一些無需編程的配置環(huán)境(如NISignalExpress)安裝順序:先安裝開發(fā)環(huán)境再安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(即先LabVIEW再NI-DAQmx)NI數(shù)據(jù)采集軟件方面的一些術(shù)語NI-DAQmx驅(qū)動(dòng)層軟件可以檢測到數(shù)據(jù)采集硬件在LabVIEW中安裝NI-DAQmx函數(shù)Measurement&AutomationExplorer簡稱MAX，隨NI-DAQmx或任何其他NI驅(qū)動(dòng)軟件安裝配置或檢測數(shù)據(jù)采集硬件DAQAssistant(DAQ助手)用于開發(fā)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的ExpressVI，基于配置DAQmxAPI一系列用于數(shù)據(jù)采集應(yīng)用開發(fā)的API函數(shù)在MAX中配置并檢測數(shù)據(jù)采集硬件數(shù)據(jù)采集助手兩種調(diào)用方式在MAX中的“數(shù)據(jù)鄰居”中創(chuàng)建任務(wù)通過LabVIEW中的ExpressVI基于配置，無需編程在LabVIEW中可自動(dòng)轉(zhuǎn)化為調(diào)用NI-DAQmx底層APIVI的程序，可自定義修改模擬輸入(AnalogInput)數(shù)據(jù)采集一詞狹義即指模擬輸入即通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)采樣為數(shù)字信號(hào)，從而可被計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)一步處理常用于實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)的采集以及電信號(hào)的采集一個(gè)最簡單的模擬輸入電壓采集程序單點(diǎn)電壓采集分別用DAQ助手和DAQmx底層VI實(shí)現(xiàn)軟件定時(shí)DAQmx數(shù)據(jù)采集程序的基本架構(gòu)配置任務(wù)采集數(shù)據(jù)清除任務(wù)創(chuàng)建任務(wù)開始任務(wù)共用放大器和ADC成本較低如NIM系列多功能數(shù)據(jù)采集卡及部分X系列多功能數(shù)采卡，以及NIELVIS每通道獨(dú)立放大器及ADC成本較高如NIS系列數(shù)采卡、CompactDAQ數(shù)據(jù)采集平臺(tái)、及部分X系列數(shù)采卡MUXADCAMPChannel0Channeln多路復(fù)用采樣架構(gòu)同步采樣架構(gòu)AMPADCAMPChannel0ChannelnADC模擬采集(AI)硬件架構(gòu)輸入范圍儀器放大器為了盡量用滿ADC位數(shù)，模擬采集通道配有儀器放大器通過合理設(shè)置輸入最大值和最小值參數(shù)，可以使DAQ設(shè)備自動(dòng)配置最合適的儀器放大器增益，從而盡量用滿ADC位數(shù)AMPADC采樣術(shù)語(針對(duì)硬件定時(shí))采樣率單一通道每秒采樣

點(diǎn)數(shù)采樣時(shí)鐘速率等于采樣率AI轉(zhuǎn)換時(shí)鐘直接產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘通道之間會(huì)有延時(shí)同步采樣架構(gòu)相對(duì)多路復(fù)用采樣架構(gòu)來說，可認(rèn)為通道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘是同步的AIConvertClock012301230123SampleClock硬件定時(shí)的采集需要通過Buffer有限點(diǎn)采集(Finite)和連續(xù)采集(Continuous)總線(如PCI/USB)RAMADE(Application)MemoryPC緩存輸入速率數(shù)據(jù)板載FIFO轉(zhuǎn)移速率ASICLabVIEWPC緩存必須夠大(至少需超過一次傳遞的數(shù)據(jù)量)連續(xù)采集中,如果要使兩處緩存一直不溢出,必須保證總線的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移速率大于數(shù)據(jù)的輸入速率，同時(shí)程序必須盡快讀取PC緩存中的數(shù)據(jù)有限點(diǎn)數(shù)據(jù)采集的LabVIEW程序讀取多個(gè)采樣采樣率設(shè)置采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)置連續(xù)數(shù)據(jù)采集的LabVIEW程序驅(qū)動(dòng)會(huì)根據(jù)采樣率設(shè)置自動(dòng)選擇合適的RAMBuffer大小程序每次從PCRAM讀取的采樣數(shù)采樣率設(shè)置采樣率緩存0-100S/s1kS100-10,000S/s10kS10,000–1,000,000S/s100kS>1,000,000S/s1MS理解連續(xù)數(shù)據(jù)采集時(shí)PCBuffer通過總線來自于采集設(shè)備的數(shù)據(jù)1PCBufferLabVIEW程序從PCBuffer讀取數(shù)據(jù)進(jìn)入LabVIEWBuffer2PCBufferLabVIEWBuffer3PCBufferLabVIEWBufferPCBufferLabVIEWBuffer4連續(xù)采集時(shí)可能的數(shù)據(jù)傳輸異常RAMPCBufferADE(Application)Memory輸入速率DATA板載FIFO總線傳輸速率ASIC板載內(nèi)存Overflow解決辦法:提高總線帶寬選擇板載FIFO較大的板卡降低采樣速率(如果允許)PC內(nèi)存Overwrite解決辦法:增加程序循環(huán)讀取速度(不要在采集循環(huán)里放太多處理工作)選用更快的CPU增大PCRAM，并通過編程指定更大的Buffer降低采樣速率(如果允許)觸發(fā)(Trigger)觸發(fā)的概念每個(gè)動(dòng)作需要一個(gè)“激勵(lì)”或“原因”動(dòng)作:比如開始采集信號(hào)后產(chǎn)生波形輸出觸發(fā)的分類開始觸發(fā)、參考觸發(fā)、停止觸發(fā)（按動(dòng)作結(jié)果來分）模擬觸發(fā)、數(shù)字觸發(fā)（依照觸發(fā)“激勵(lì)”信號(hào)來分）不同的設(shè)備不一定支持所有觸發(fā)方式，可參閱相關(guān)手冊開始觸發(fā)時(shí)鐘開始采集停止采集12345LabVIEW中對(duì)觸發(fā)的編程在任務(wù)種增加DAQmxTrigger.vi并作相應(yīng)配置數(shù)據(jù)采集中的接地問題測量系統(tǒng)信號(hào)源+VS-VM接地信號(hào)源+_Vs+_Vs浮地信號(hào)源接線方式1：差分(Differential)可以抑制共模電壓和共模噪聲VMACH+ACH-+_儀器放大器+_+_AISENSEAIGND測量系統(tǒng)VS接線方式2：參考單端（RSE）測量基于對(duì)地參考不能抑制共模噪聲VMACH+ACH-+_儀器放大器+_VS+AISENSEAIGND_測量系統(tǒng)接線方式3：非參考單端(NRSE)測量基于對(duì)AISENSE端的參考但是多個(gè)通道測量時(shí)，AISENSE是共用的不能抑制共模電壓VSVMACH+ACH-+_儀器放大器+_+_AISENSEAIGND測量系統(tǒng)對(duì)于接地信號(hào)源的測量RSENRSEDifferential最好+抑制共模電壓–可用通道數(shù)減少一半不推薦–兩個(gè)地之間的電壓Vg會(huì)產(chǎn)生接地回路,所產(chǎn)生的電流有可能損壞設(shè)備可以+所有的通道都可以使用–不能抑制共模電壓+_Vs對(duì)于浮地信號(hào)源的測量+_VsRSENRSEDifferential最好+抑制共模電壓–可用通道數(shù)減少一半–需要偏置電阻好+所有的通道都可以使用+不需要偏置電阻–不能抑制共模電壓可以+所有的通道都可以使用–需要偏置電阻–不能抑制共模電壓AISENSE偏置電阻浮地信號(hào)源采用差分或NRSE方式時(shí)需要通過偏置電阻為偏置電流提供入地通道推薦值10kand100k信號(hào)源測量系統(tǒng)+-R1R2儀器放大器會(huì)產(chǎn)生偏置電流+-AIGND信號(hào)調(diào)理為了正確（或更精確地）測量某些傳感器的輸出或信號(hào)，有時(shí)需要信號(hào)調(diào)理不同的傳感器需要不同的信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理傳感器/信號(hào)數(shù)據(jù)采集硬件I/O數(shù)據(jù)采集軟件總線信號(hào)調(diào)理設(shè)備外置式如NISCXI需要再連接數(shù)據(jù)采集設(shè)備與數(shù)據(jù)采集設(shè)備相結(jié)合如NICompactDAQ平臺(tái)以及基于PXIExpress的SCExpress等模塊中已經(jīng)集成了數(shù)據(jù)采集（A/D轉(zhuǎn)換）功能在軟件方面，使用同樣的DAQmx驅(qū)動(dòng)正確配置系統(tǒng)和參數(shù)之后，用戶編程時(shí)只需關(guān)心數(shù)據(jù)采集部分針對(duì)電壓信號(hào)測量的信號(hào)調(diào)理放大針對(duì)小信號(hào)，為了盡可能用滿ADC位數(shù)，提高信噪比（SNR）衰減針對(duì)大信號(hào)，為了使測量信號(hào)范圍在模擬輸入通道范圍之內(nèi)隔離通過電磁、光耦等方式使測量信號(hào)源與測量儀器沒有直接電路相連可以抑制共模信號(hào)、解決接地回路問題、并保護(hù)儀器濾波減小噪聲、濾除干擾頻率這里指的是前端硬件濾波，不同于后端數(shù)字濾波或軟件濾波LabVIEW中的電壓信號(hào)調(diào)理設(shè)置與普通的數(shù)據(jù)采集程序基本無異只需配置并選擇相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理設(shè)備通道，并正確設(shè)置電壓范圍以便驅(qū)動(dòng)自動(dòng)設(shè)定合適的增益溫度信號(hào)測量中的信號(hào)調(diào)理常見的溫度傳感器熱電偶RTD熱電阻熱敏電阻熱電偶RTD熱敏電阻溫度范圍-267°Cto2316°C-260°Cto850°C-100°Cto500°C精確度一般最好一般線性度好最好一般靈敏度一般好最好熱電偶測量原理兩種不同的金屬結(jié)合在一起由于塞貝克效應(yīng)，不同金屬結(jié)合部會(huì)產(chǎn)生隨溫度變化的電壓差J1:“熱”端,THJJ2&J3:“冷”端,TCJ到DAQ設(shè)備J-型熱電偶熱電偶測量原理在測量范圍內(nèi)，熱電偶兩端電壓與熱端溫度成正比但是需要信號(hào)調(diào)理，以補(bǔ)償冷端產(chǎn)生的電壓差V(mV)TempDiff(F)20060010001400180022002600300034006050403020100EJKR熱電偶測量熱電偶信號(hào)調(diào)理模塊自動(dòng)冷端補(bǔ)償功能:許多熱電偶信號(hào)調(diào)理模塊帶有直接讀取傳感器，可以自動(dòng)讀取冷端補(bǔ)償溫度，并自動(dòng)對(duì)熱電偶測量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算熱點(diǎn)偶模塊通常還集成了濾波、放大、隔離等信號(hào)調(diào)理功能LabVIEW程序程序中只需在創(chuàng)建通道時(shí)做相應(yīng)設(shè)置RTD與熱敏電阻被動(dòng)式的溫度測量傳感器需要來自外部源的電流或電壓激勵(lì)利用金屬或金屬氧化物的電阻與溫度有關(guān)的原理測量時(shí)有不同的接線方式:2-線、3-線、4-線除了激勵(lì)之外對(duì)RTD與熱敏電阻的信號(hào)調(diào)理還包括濾波和放大應(yīng)變應(yīng)變是物體受到外力時(shí)產(chǎn)生的形變量應(yīng)變()以長度的微小變化定義，如下圖所示應(yīng)變測量原理應(yīng)變片的Z字形結(jié)構(gòu)有形變時(shí)，電阻變化應(yīng)變計(jì)因子(GF):電阻變化比例與長度變化比例（應(yīng)變）的比值關(guān)鍵是電阻的精確測量應(yīng)變測量電路惠斯通電橋測量電阻的微小變化如果所有電阻阻值相等，電壓讀數(shù)值為0如果有一個(gè)或多個(gè)電阻阻值改變，將返回電壓讀數(shù)應(yīng)變測量電路應(yīng)變片接入惠斯通電橋的接法有1/4橋、半橋、全橋等不同方法具體參見/devzone/cda/tut/p/id/10636

及相關(guān)資料應(yīng)變測量中的信號(hào)調(diào)理橋接電路及激勵(lì)負(fù)載端電壓采樣失調(diào)清零分流校準(zhǔn)放大/濾波例:半橋I型接法負(fù)載端電壓采樣如電橋電路遠(yuǎn)離信號(hào)調(diào)理器和激勵(lì)源，連接激勵(lì)源和電橋的導(dǎo)線上的電壓降可能導(dǎo)致誤差通過負(fù)載端電壓采樣補(bǔ)償此誤差失調(diào)清零確保無應(yīng)變時(shí)讀數(shù)為零，偏移量清零本質(zhì)上為偏置校準(zhǔn)可在硬件或軟件中完成，補(bǔ)償內(nèi)在的電橋失衡硬件失調(diào)清零校準(zhǔn)中使用粗調(diào)和細(xì)調(diào)電位器分流校準(zhǔn)目的驗(yàn)證應(yīng)變計(jì)測量系統(tǒng)的輸出與已知的機(jī)械輸入或應(yīng)變的比較過程將已知阻值的電阻引入電路中，并將應(yīng)變測量值與期望值比較，在后續(xù)讀數(shù)中加入修正因子分流電阻與某個(gè)電橋電阻并聯(lián)開關(guān)關(guān)閉（程序控制）時(shí)，啟用分流電路應(yīng)變測量LabVIEW程序舉例配置電橋信息和應(yīng)變計(jì)信息可選進(jìn)行失調(diào)清零和分流校準(zhǔn)負(fù)載、壓力和扭矩測量負(fù)載（稱重）使用一組應(yīng)變計(jì)測量結(jié)構(gòu)的形變，該形變與力成比例壓力傳感器使用固定在隔板的應(yīng)變計(jì)測量隔板的形變，該形變與壓力成比例扭矩傳感器使用附加在扭桿的應(yīng)變計(jì)測量扭桿的剪應(yīng)力，該剪應(yīng)力與扭矩成比例聲音與振動(dòng)測量典型應(yīng)用噪聲、振動(dòng)與舒適度檢測（NVH）例:用麥克風(fēng)陣列進(jìn)行噪聲源定位聲學(xué)測試?yán)?音箱聲音品質(zhì)測試機(jī)器故障監(jiān)測與診斷例:旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷傳感器聲壓傳感器（麥克風(fēng)）：測量升壓加速度傳感器：根據(jù)壓電理論測量加速度聲音與振動(dòng)測量中的信號(hào)調(diào)理及程序信號(hào)調(diào)理電流激勵(lì)（IEPE激勵(lì)）AC耦合可消除DC偏置針對(duì)不同信號(hào)范圍的靈活增益設(shè)置聲音與振動(dòng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍較大低通濾波器消除噪聲和防止混疊采集程序與普通輸入采集程序幾乎無差別只需對(duì)信號(hào)調(diào)理選項(xiàng)做相應(yīng)配置（如AC/DC耦合、IEPE電流激勵(lì)設(shè)置等）NIELVIS平臺(tái)的模擬數(shù)據(jù)采集部分模擬輸入通道已直接通過插板引出相關(guān)端子，不需要外置端子盒支持差分輸入、參考單端輸入、非參考單端輸入差分輸入通道一共8路（相當(dāng)于16路單端輸入）復(fù)用ADC結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集功能沒有集成信號(hào)調(diào)理可在面包板上自行搭建簡單的信號(hào)調(diào)理電路普通模擬電壓信號(hào)不需要額外的信號(hào)調(diào)理NIELVIS平臺(tái)的模擬數(shù)據(jù)采集部分通道數(shù)8路差分或16路單端ADC位數(shù)16采樣率單通道最高1.25MS/s多通道1MS/s(所有通道合計(jì))輸入范圍±10V,±5V,±2V,±1V,±0.5V,±0.2V,±0.1V模擬輸出大多數(shù)多功能DAQ設(shè)備的每個(gè)模擬輸出通道有一個(gè)DAC(同步更新)與模擬輸入的同步采集類似DAC通道0通道1DAC通道0通道1輸出操作的數(shù)據(jù)傳輸輸出頻率ASICPCI總線RAMPC緩沖區(qū)應(yīng)用程序內(nèi)存板載FIFO傳輸速率LabVIEW數(shù)據(jù)軟件定時(shí)的模擬輸出軟件定時(shí)速率決定于操作系統(tǒng)或程序（在生成循環(huán)中添加延時(shí)）硬件定時(shí)設(shè)備上的時(shí)鐘控制定時(shí)，比軟件定時(shí)更快更精確帶緩沖的波形生成生成波形頻率取決于下列三個(gè)因素更新率(每秒多少個(gè)更新點(diǎn))緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)點(diǎn)緩沖區(qū)中的周期數(shù)信號(hào)頻率＝更新率緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)點(diǎn)緩沖區(qū)中的周期數(shù)×緩沖區(qū)大小＝1000點(diǎn)緩沖區(qū)中的周期數(shù)＝2更新率＝1000點(diǎn)/秒則,信號(hào)頻率＝2Hz使用采樣時(shí)鐘的連續(xù)波形生成硬件定時(shí)基于時(shí)鐘的硬件定時(shí)寫入生成數(shù)據(jù)開始生成任務(wù)與模擬采集不同,循環(huán)在這里起的作用僅僅是不斷檢查任務(wù)狀態(tài),而非不斷寫入數(shù)據(jù)NIELVIS平臺(tái)的模擬輸出部分通道數(shù):2DAC位數(shù):16最高更新速率單通道2.8MS/s雙通道2.0MS/s最大輸出范圍±10V,±5V最高驅(qū)動(dòng)電流:±5mA數(shù)字I/O按照電平標(biāo)準(zhǔn)和電流驅(qū)動(dòng)能力分類TTLLVTTL(低電壓)LVDS(利用差分技術(shù))工業(yè)數(shù)字I/O(如12V,24V,48V等)

需根據(jù)電平標(biāo)準(zhǔn)、驅(qū)動(dòng)能力、所需速率等因素選用不同的數(shù)字I/O板卡大多數(shù)多功能數(shù)據(jù)采集卡上的數(shù)字I/O通道電平與TTL兼容課程中所用到的NIELVIS及NImyDAQ上集成的數(shù)字I/O通道也是與TTL兼容數(shù)字術(shù)語位

數(shù)據(jù)的最小單位，每一位為1或0字節(jié)

包含8位數(shù)據(jù)的二進(jìn)制數(shù)線

端口中的一路獨(dú)立信號(hào)，位表示傳輸?shù)臄?shù)

據(jù)，線是“位”在硬件上的表示端口

數(shù)字線的集合（通常4或8路）端口寬度

端口的數(shù)字線數(shù)目（通常4或8）DAQ助手/數(shù)字測試面板通過DAQmxAPI創(chuàng)建數(shù)字虛擬通道創(chuàng)建一個(gè)端口、線或線集合的數(shù)字通道選擇如何將數(shù)字線編組為一個(gè)或多個(gè)虛擬通道影響DAQmx讀取VI的配置線格式每個(gè)通道多條線讀取單采樣線0、2、4線4、2、0二進(jìn)制數(shù)的顯示數(shù)字輸出軟件定時(shí)(StaticDigitalI/O)硬件定時(shí)某些DAQ設(shè)備支持硬件定時(shí)的數(shù)字I/O與帶緩沖的模擬輸入輸出原理相同采樣時(shí)鐘用于硬件定時(shí)的數(shù)字I/O(CorrelatedDigitalI/O)NIELVIS的數(shù)字I/O端口Port1/Port2支持硬件定時(shí)，Port0只支持軟件定時(shí)NIELVIS上的數(shù)字I/O24StaticDIO(Port0)15PFI(Port1,Port2)支持硬件定時(shí)每通道可設(shè)置輸入/輸出計(jì)數(shù)器兩個(gè)基本功能基于輸入信號(hào)（門和源）的比較，進(jìn)行計(jì)數(shù)基于輸入和寄存器值，生成脈沖許多應(yīng)用由基本計(jì)數(shù)演變而來邊沿計(jì)數(shù)，例如簡單邊沿計(jì)數(shù)和時(shí)間測量脈沖寬度、半周期和周期測量頻率測量單脈沖和脈沖序列生成位置和速度測量輸出門源計(jì)數(shù)寄存器注:由于課時(shí)限制，本課程中主要介紹脈沖邊沿計(jì)數(shù)、脈沖寬度測量、固定頻率連續(xù)脈沖串生成這三種應(yīng)用，更多計(jì)數(shù)器的應(yīng)用可以參考DAQmx幫助及LabVIEW中的范例程序自學(xué)計(jì)數(shù)器的硬件組成計(jì)數(shù)寄存器保存當(dāng)前計(jì)數(shù)值ELVISII有兩個(gè)32位的寄存器歸零前最終計(jì)數(shù)＝232–1可設(shè)置每次計(jì)數(shù)寄存器加1或減1（向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)）源(Source)相當(dāng)于計(jì)數(shù)時(shí)鐘可設(shè)置上升沿或下降沿有效門(Gate)相當(dāng)于使能控制信號(hào)輸出(Output)用于生成脈沖GateSourceOutput計(jì)數(shù)寄存器最簡單的邊沿計(jì)數(shù)01230TC-1TC計(jì)數(shù)器就緒源計(jì)數(shù)利用DAQ助手實(shí)現(xiàn)最簡單的邊沿計(jì)數(shù)利用DAQ助手可以更直觀地看到各種基于計(jì)數(shù)器應(yīng)用的原理，同時(shí)方便地進(jìn)行相關(guān)配置適合作為參考，鼓勵(lì)同學(xué)們?nèi)匀换贒AQmxAPI實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選擇PFI線選擇計(jì)數(shù)方向：升值計(jì)數(shù)減值計(jì)數(shù)選擇上升沿或下降沿脈沖測量使用已知頻率的時(shí)基測量未知信號(hào)的特性ELVIS中計(jì)數(shù)器自帶的時(shí)基可選80MHz,20MHz及100kHz脈沖周期周期測量寬度脈沖寬度測量源門源輸出計(jì)數(shù)寄存器測量信號(hào)時(shí)基信號(hào)例：單脈沖寬度測量理解測量的原理很重要實(shí)際的程序中，DAQmx驅(qū)動(dòng)已經(jīng)幫我們進(jìn)行了底層的計(jì)算，所以只要選擇相應(yīng)的功能并配置相關(guān)參數(shù)即可脈沖生成在計(jì)數(shù)器的輸出引腳上生成TTL脈沖或脈沖序列單個(gè)脈沖脈沖序列單一脈沖或脈沖序列時(shí)基門源輸出計(jì)數(shù)寄存器例：連續(xù)脈沖生成計(jì)數(shù)器引腳與接線所有計(jì)數(shù)器相關(guān)應(yīng)用的接線都是通過PFI引腳一個(gè)PFI引腳可有多種用途（例如既可以作為計(jì)數(shù)器的源信號(hào)又可以作為模擬采集的觸發(fā)信號(hào)）NIELVIS的板子上畫出了默認(rèn)的計(jì)數(shù)器引腳分配可以通過DAQmx幫助中Counter的部分查看針對(duì)不同計(jì)數(shù)器應(yīng)用的信號(hào)連線方式（更方便的方式是在MAX中建立一個(gè)任務(wù)，DAQ助手會(huì)自動(dòng)顯示默認(rèn)的正確引腳連線方式）利用NIELVIS上的計(jì)數(shù)器集成2個(gè)32位計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn)各種基于計(jì)數(shù)器的測量和生成功能同步許多數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中要求同步測量概念同時(shí)測量操作同時(shí)發(fā)生，但無須嚴(yán)格同步無需證明測量在同一時(shí)刻發(fā)生如同發(fā)令槍響，同時(shí)開始跑，但是步伐不一定一致同步測量測量是相關(guān)的如同“齊步走”，同時(shí)開始，步伐也一致同步原理共享一個(gè)