基于LabVIEW的数据采集高级编程

1基于LabVIEW的数据采集高级编程议程•NationalInstruments公司简介•数据采集软硬件平台•基于LabVIEW的数据采集编程•总结议程•NationalInstruments公司简介•数据采集软硬件平台•基于LabVIEW的数据采集编程•总结NationalInstruments:虚拟仪器技术倡导者•建立于1976年•超过1,000种测试测量产品•在40多个国家设有直属分支机构，600家系统联盟商•连续9年被《财富》杂志评为美国最适合工作的100家公司之一•中国:区域咨询,市场,技术支持,研发发行商直属销售分部•超过25,000个客户分布在多达80个国家•财富500强中95％的制造型企业NI的客户分布NI公司在全球数据采集产品市场中的地位31.6%9.4%8.8%7.5%6.8%4.8%0%50%100%NationalInstrumentsVendor#1Vendor#2Vendor#3Vendor#4Vendor#5Figure2.7presentsthecompanymarketsharebyrevenuesinthedataacquisitionboards,modules&software(notincludinginterface-baseddataacquisition)market..Allothervendorshavelessthan4.8%marketshare.Source:Figure2-7:DataAcquisitionSystemsMarket:CompanyMarketSharebyRevenues(World),2005,Frost&SullivanWorldDataAcquisitionBoardsModulesSoftwareandInterface-BasedMarkets2006议程•NationalInstruments公司简介•数据采集软硬件平台•基于LabVIEW的数据采集编程•总结基于计算机的数据采集系统(DAQ）系统管理软件e.g.TestStand,DIAdem测量与控制服务程序MeasurementStudioVisualStudioComponentsLabWindows/CVIANSICDevelopmentLabVIEWGraphicalDevelopment测量和自动化系统的软件架构应用开发软件SignalExpressVILoggerVisionBuilderAI交互式工具数据采集设备组成计算机数据采集设备•数据采集设备一般具有:–模拟输入AnalogInput–模拟输出AnalogOutput–数字量输入/输出DIO–计数器Counter/Timer•特殊应用的特别设备–高速数字量输入/输出HSDIO–高速波形生成与采集–动态信号采集DSA（振动信号、声音信号）–数字万用表DMM–RFRTSICounterDigitalComputerI/OADCMUXDACNI提供的数据采集平台保证工程师选择最合适自己的一款产品！工业级、高性能便携、即插即用中等通道数的便携式采集高性价比无线、分布式数据采集系统管理软件e.g.TestStand,DIAdem测量与控制服务程序MeasurementStudioVisualStudioComponentsLabWindows/CVIANSICDevelopmentLabVIEWGraphicalDevelopment测量和自动化系统的软件架构应用开发软件SignalExpressVILoggerVisionBuilderAI交互式工具中国地区数据采集和仪器控制领域最常用的软件0%5%10%15%20%25%30%NationalInstruments-LabVIEWMicrosoft-VisualC++TheMathWorks,Inc.-MATLAB®Microsoft-VisualBasicNationalInstruments-LabWindows/CVIT&MProgrammer’sToolkitError:4.5%Reed机构2005年调研结果LabVIEW图形化开发环境简介前面板程序框图采集分析显示数据采集的最佳开发平台Demo议程•NationalInstruments公司简介•数据采集软硬件平台•基于LabVIEW的数据采集编程•总结系统服务与配置API波形数据类型缩放虚拟通道I/O控制多态VIs驱动软件–NI-DAQmx应用软件NILabVIEW3000多测试例程400个分析VIsDAQAssistant逐步配置自动代码生成DriverEngine多仪器的时钟和同步多功能仪器控制多线程快速单点采集缓存/DMA配置管理工具Measurement&AutomationExplorer测试面板数据存储硬件配置函数和VIsNI-DAQmx测量和控制服务不仅仅是驱动软件：NI-DAQmx•通过MeasurementandAutomationExplorer(MAX)配置和验证建立数据采集任务•使用数据采集助手DAQAssistant快速建立应用•最新的API–多态的函数–自动代码生成•改进的驱动架构–多线程测量–即刻的校准–单点操作快20倍–代码生成ApplicationSoftwareConfigurationManagerDAQAssistantAPIDriverEngine(DLL)Hardware•系统管理工具•配置硬件•自校准•创建虚拟通道•硬件设备仿真•在驱动软件层将数据自动换算成工程单位配置诊断工具(MAX)MeasurementandAutomationExplorer演示：在MAX中建立通道和任务DemoDAQAPI与DAQ助手API波形数据类型缩放虚拟通道I/O控制多态VIs测试驱动–NI-DAQmx应用软件NILabVIEW3000多测试例程400个分析VIsDAQAssistant逐步配置自动代码生成DriverEngine多仪器的时钟和同步多功能仪器控制多线程快速单点采集缓存/DMA配置管理工具Measurement&AutomationExplorer测试面板数据存储硬件配置函数和VIs快速开发工具：DAQ助手(DAQAssistant)•更快的开发速度•使用LabVIEW直接进行通道/任务的配置•自动代码生成•减少编程错误•测试面板•在外部直接设置采样率、采样点数等演示：使用DAQAssistant及自动生成代码Demo使用DAQmx进行数据采集－通道和任务•建立虚拟通道•读取•写出•定时设定•触发设定•高级任务函数使用DAQmx进行数据采集－主要VIAcquire/GenerateData•开始任务–开始测量或生成–从配置状态到运行状态•停止任务–停止测量或生成–从运行状态转到注意：不使用开始和停止任务VI会降低系统性能。使用DAQmx进行数据采集－开始和停止任务VI•设定读写或其他对象的属性•特定对象的属性节点–通道–定时–触发–读取–写出使用DAQmx进行数据采集－属性节点读取VI&读取属性节点•可选属性–偏置–读取通道–波形属性–当前可用采样数–…•读取VI–用来读取模拟、数字、计数器数据–设定读取通道及采样类型写出VI&写出属性节点•可选属性–位置–偏值–重新生成类型–当前缓存空间大小–…•写出VI–设定写出通道及采样类型–用来写出模拟、数字、其他数据建立虚拟通道VI&通道属性节点•可选属性–通道类型–物理通道名–描述–模拟I/O比例系数设定–数字I/O线数–计数器I/O脉冲循环设定–…•建立虚拟通道VI–用编程方式建立一个或多个虚拟通道–将已经建立的通道加入到任务中定时设定VI&定时属性节点•可选属性–采样模式–每通道采样数–采样定时类型–采样时钟源–时基来源–…•定时设定VI–设定采样定时和任务周期–在需要的情况下设定缓冲(buffer)触发设定VI&触发属性节点•可选属性–起始触发类型–起始触发数字边沿–起始触发模拟窗口–参考触发设定–…•触发设定VI–设定任务在特定模拟或数字触发时，开始或结束数据采集构建数据采集应用——模拟输入模拟输入信号–架构通道0通道1ADC通道0通道1MUX多路复用AMP通道间延迟同步采样ADC通道0通道1ADC通道0通道1AMPAMP无通道间延迟模拟输入信号–采样率•采样频率过低会发生混叠•一旦信号产生混叠现象，就无法重构原始信号•准确的频率表示：–采样频率至少是输入信号最大频率的2倍•准确重构波形：–采样频率是输入信号的5-10倍模拟输入信号–分辨率–3-bit分辨率能表示8个电压等级–16-bit分辨率能表示65,536电压等级–更高的分辨率——检测到更小的电压变化100200150500Time(ms)01.255.002.503.756.257.508.7510.00Amplitude(volts)16-Bit与3-Bit分辨率对比(5kHz正弦波)16-bitresolution3-bitresolution000001010011100101110111|||||VSVMACH(n)ACH(n+8)+_InstrumentationAmplifier+_+_AISENSEAIGND测量系统•差分模式–每个信号使用两个通道•ACH0与ACH8,ACH1与ACH9,等等.–抑制共模电压和共模噪声终端模式：差分模式(Differential)终端模式：参考单端模式(RSE)VMACH(n)ACH(n+8)+_InstrumentationAmplifier+_VS+AISENSEAIGND_测量系统•参考单端模式–以系统地为参考进行测量–每个信号使用一个通道–不能抑制共模电压终端模式：非参考单端模式(NRSE)•非参考单端模式–每个信号一个通道–以AISENSE为参考端进行测量–AISENSE是浮动端–不能抑制共模电压VSVMACH(n)ACH(n+8)+_InstrumentationAmplifier+_+_AISENSEAIGND测量系统PCIBusRAMPCBufferADE(Application)MemoryInputRateDATAOnboardFIFOMemoryTransferRateASICLabVIEW输入操作的数据流程模拟输入•单点模拟输入：无缓冲的，软件定时的采集•带缓冲的模拟输入：数据先从DAQ设备传到缓冲中，然后由DAQmxRead.VI读取到应用程序内存中。–有限多点采集–连续采集单点模拟输入单点采集输入是无缓冲的，软件定时的采集带缓冲的模拟输入－设定缓冲大小–如果使用缺省值或设为-1,则NI-DAQmx根据任务的配置，自动确定读取的采样点数–每通道的采样点数(Samplesperchannel)等于缓冲大小带缓冲的有限点采集•带缓冲的硬件定时的有限点采集•推荐在多数应用中使用•需要设定缓冲大小、采样模式、采样率、每通道采样点数NSamp=MultipleSamples配置缓冲，采样模式和采样率带缓冲的连续采集的程序流程显示错误完成?NOYES设定定时和缓存开始数据采集从缓存中返回数据停止数据采集带缓冲的连续采集程序采样模式：连续采样DAQmxRead在循环中可读采样点数设定缓冲演示：连续采样模拟输入Demo构建数据采集应用——模拟输出输出波形的频率•输出波形的频率由下面参数确定:–更新率–缓冲中的循环个数-1000pointbuffer-#ofcyclesinthebuffer=1-updaterate=1kHz-signalfrequency=1Hzupdaterate=2kHzsignalfrequency=2Hz#ofcyclesinthebuffer=2signalfrequency=2Hz输出操作的数据流程OutputRateASICPCIBusRAMPCBufferADE(Application)MemoryOnboardFIFOMemoryTransferRateLabVIEWDATADAQmx写VI信号类型单通道还是多通道?单采样还是多采样?以波形方式还是