LabVIEW虚拟仪器设计教程 教学课件 作者 何玉钧 高会生 等 第10章 数据采集.ppt

第10章 数据采集 《LabVIEW虚拟仪器设计教程》 工业和信息化普通高等教育“十二五”规划教材立项项目，21世纪高等院校电气工程与自动化规划教材 * 第10章 数据采集 10.1 数据采集基础 10.2 DAQ设备的安装与测试 10.3 NI-DAQmx简介 10.4 DAQmx数据采集应用编程实例 10.1 数据采集基础 10.1.1 奈奎斯特采样定理 自然界中的物理量大多是在时间、幅值上连续变化的模拟量，而信息处理多是以数字信号的形式由计算机来完成。所以将模拟信号变为数字信号是实现信息处理的必要过程，该过程的第一步就是对模拟信号进行采样。对模拟信号采样的基本原则是奈奎斯特采样定理： 若连续信号x(t)是有限带宽的，其频谱的最高频率为fc，对x(t)采样时，若保证采样频率fs≥2 fc ，那么即可由采样后的数字信号x(nTs)恢复出x(t) 。如果采样频率fs2fc ，则通过采样后的数字信号无法还原原来的信号，称为欠采样。一般情况下，在采样时， fs至少为fc的2.5倍，工程上，一般为6-8倍。 10.1.2 输入信号类型 根据信号运载信息的方式不同，可将信号分为模拟信号和数字信号。模拟信号有直流、时域、频域信号，而数字（二进制）信号分为开关信号和脉冲信号两种。 10.1.3 信号接地与测量 1．信号源的基准配置 信号源有两种类型：基准的和非基准的。基准信号源通常称为接地信号，而非基准信号源则称为未接地信号或浮动信号。 接地信号源的电压信号以系统的地线作为参考点，如大地或建筑物。通过电源插座插入建筑物的设备，如信号发生器和供电设备，都是接地信号源最常见的实例。 未接地信号源的信号（如电压）没有相应的诸如大地或建筑物这样的绝对参考点。一些常见的未接地信号的实例包括电池组、电池供电源、热电偶、变压器、隔离放大器和那些输出信号明显不接地的各种仪器。 未接地信号源 接地信号源 2．测量系统 根据信号接入方式的不同，测量系统可以分为差分测量系统（DEF）、参考地单端测量系统（RSE）、无参考地单端测量系统（NRSE）3种类型。 （1）差分测量系统 在差分测量系统中，信号两个输入端分别连接数据采集设备的两个模拟通道输入端。具有仪器放大器的数据采集卡设备可配置成差分测量系统。 （2）参考地单端测量系统(RSE) 一个RSE测量系统，也叫做接地测量系统，被测信号一端接模拟输入通道，另一端接系统地AIGND。 （3）无参考地单端测量系统(NRSE) 在NRSE测量系统中，信号的一端接模拟输入通道，另一端接一个公用参考端，但这个参考端电压相对于测量系统的地来说是不断变化的。 10.1.4 数据采集系统构成 一个典型的数据采集系统，包括传感器、信号调理、数据采集卡、PC机和软件。 传感器：感应被测对象的状态变化，并将其转化成可测量的电信号。 信号调理：联系传感器与数据采集设备的桥梁，主要包括放大、、滤波、隔离、激励、线性化等。 数据采集卡：实现数据采集功能的计算机扩展卡。一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器/计时器等。通常来说数据采集卡都有自己的驱动程序。 软件：使PC机和数据采集卡形成了一个完整的数据采集、分析和显示系统。 10.2 DAQ设备的安装与测试 10.2.1 数据采集卡的安装 NI PCI-6251是一款高速M系列多功能DAQ板卡。提供16路单端/8路差分模拟输入通道，分辨率为16bit，单通道数据采样速率为1.25MS/s，多通道为1MS/s；提供2路16位模拟输出，刷新率为2.8MS/s；提供24条数字I/O线和2个32位计数器。共有68个接线端子。 将PCI-6251数据采集卡插到计算机主板上的一个空闲PCI插槽中，接好附件并完成驱动程序NI-DAQ或NI-DAQmx的安装（最新版的NI-DAQmx可从NI网站上下载，本书采用的为NI-DAQmx 9.0）即完成安装工作。 数据采集卡附件 10.2.2 数据采集卡的测试及配置 在安装NI-DAQ或LabVIEW软件时，系统会自动安装Measurement Automation Explorer的软件，简称MAX，该软件用于管理和配置硬件设备。运行MAX，在弹出的窗口左侧“配置”管理树中展开“我的系统”?“设备和接口”，如果前面数据采集卡的安装无误，则在“设备和接口”节点下将出现“NI PCI-6521”的节点。 选中“NI PCI-6521”节点，窗口右侧将列出数据采集卡的一些属性，如序列号、内存范围等属性信息，同时通过该节点右键菜单或右侧窗口上部的快捷菜单按钮还可以进行数据采集卡的自检、测试、重启设备、创建任务、配置TEDS、设备引脚定义浏览、自校准等操作。 1．采集卡的