各種觸發(fā)模式在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、各種觸發(fā)模式在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用作者：倪浩然出處：閱讀：發(fā)布時(shí)間：2007-5-30 9:24:00供稿：凌華科技產(chǎn)品經(jīng)理-21.5-刖言一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)通過(guò)各式各樣的傳感器搜集周?chē)h(huán)境或是各種待測(cè)物產(chǎn)生的信 號(hào)。一般而言，這些信號(hào)會(huì)隨機(jī)地產(chǎn)生，所以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須不斷地進(jìn)行采樣，才能確保 不漏掉任何重要的信號(hào)。這就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題，內(nèi)存或是硬盤(pán)的容量是有限的，一個(gè)數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)不可能無(wú)限制地采集并儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。如何從不斷產(chǎn)生的信號(hào)中采集出真正有意義的部分， 便成為數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)重要考慮。而觸發(fā)(trigger)，便是達(dá)到這一目標(biāo)的重要手段。何謂“觸發(fā)”？在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，用戶可以

2、設(shè)定某些信號(hào)的特定條件，例如一個(gè)數(shù)字信號(hào)的高電平(logic high)或低電平(logic low)，或是一個(gè)電壓信號(hào)的特定值，一旦滿足這些特定條件，數(shù)據(jù)采 集卡才真正開(kāi)始采集并將其傳送到系統(tǒng)中，這便是觸發(fā)的基本原理。觸發(fā)的功能可以用在許 多種形式的應(yīng)用中，像是電力傳輸系統(tǒng)的突波(pulse)檢測(cè)(直接設(shè)定突波電壓作為觸發(fā)條 件)、多張數(shù)據(jù)采集卡的同步操作(用一個(gè)共享的時(shí)鐘源產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào))、結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制的動(dòng) 態(tài)系統(tǒng)的定點(diǎn)信號(hào)采樣(機(jī)械結(jié)構(gòu)到達(dá)定位后發(fā)出觸發(fā)信號(hào)開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集)等等。擅用 各種觸發(fā)功能可以讓用戶準(zhǔn)確地采集有用的數(shù)據(jù)，大幅提升系統(tǒng)的性能以及量測(cè)的精度。圖1觸發(fā)基本示意圖接下來(lái)我

3、們要介紹當(dāng)今市場(chǎng)上應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集卡中的各種觸發(fā)技術(shù)，以及如何將這些觸發(fā)技 術(shù)運(yùn)用在您的系統(tǒng)中。觸發(fā)信號(hào)類(lèi)型如前所述，觸發(fā)的基本原理是給出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，用以“刺激”數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采樣的動(dòng)作。 觸發(fā)信號(hào)的類(lèi)型，大致上可以分為以下幾種：數(shù)字量觸發(fā)通過(guò)一個(gè)外部輸入的TTL信號(hào)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡。用戶通常可以設(shè)定在TTL信號(hào)的上升沿 (raising edge)或下降沿(falling edge)進(jìn)行觸發(fā)。數(shù)字觸發(fā)的動(dòng)作較為簡(jiǎn)單，通常通過(guò) CPLD中的邏輯門(mén)便可以實(shí)現(xiàn)，因此大部分的數(shù)據(jù)采集卡，像是凌華科技的NuDAQ系列， 都提供數(shù)字觸發(fā)的功能。TTL level圖二款位觸發(fā)示意圖#圖二數(shù)位觸發(fā)示意圖模擬觸

4、發(fā)另一種觸發(fā)方式是給出一個(gè)電壓信號(hào)并設(shè)定某個(gè)特定的電壓值，當(dāng)電壓信號(hào)高于或是低于設(shè) 定值時(shí)進(jìn)行觸發(fā)。模擬觸發(fā)可以用來(lái)偵測(cè)連續(xù)電壓信號(hào)中的瞬間變化，如在電力傳輸系統(tǒng)中， 用戶可以指定輸入信號(hào)的觸發(fā)電壓值，一旦超過(guò)該電平便開(kāi)始進(jìn)行采樣，藉此可以偵測(cè)電力 系統(tǒng)中的突波(pulse)。模擬觸發(fā)需要較復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，通常包含額外的ADC件與比較 器電路。因此通常在高端的數(shù)據(jù)采集卡，像是凌華科技的DAQ-2000系列或是NI的E系 列或M系列上才會(huì)加入模擬觸發(fā)的功能。Trigger l&vc-lTrigger/X Trigger圖三模擬觸發(fā)示意圖*J圖三模擬觸發(fā)示意圖除了上述以超過(guò)或低于電壓值作為模擬觸發(fā)

5、條件以外，新一代的數(shù)據(jù)采集卡提供了更復(fù)雜的 模擬觸發(fā)條件。舉例來(lái)說(shuō)，凌華科技DAQ-2000系列數(shù)據(jù)采集卡可以讓用戶設(shè)定兩組觸發(fā) 電平門(mén)限（High Thresold和Low Threshold）。依據(jù)觸發(fā)信號(hào)跟觸發(fā)電平值的關(guān)系，用戶可 設(shè)定多種的觸發(fā)條件，包含Below-Low （觸發(fā)信號(hào)低于低位準(zhǔn)時(shí)觸發(fā)）、Above-High （觸發(fā) 信號(hào)高于高位準(zhǔn)時(shí)觸發(fā)）、High-Hysteresis、Low-Hysteresis Inside-Region 等等。以下我 們用High-Hysteresis來(lái)說(shuō)明這些先進(jìn)觸發(fā)條件的妙用。High_Tti res holdLaw Threshold圖四

6、High-Hysteresi 觸務(wù)-High-HysteresisTrigger圖四 High-Hysteresis 觸發(fā)High-Hysteresis觸發(fā)。如圖四所示，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)超過(guò)High_Thresold時(shí)，觸發(fā)條件被滿足 并開(kāi)始進(jìn)行采樣的動(dòng)作。但與傳統(tǒng)電壓位準(zhǔn)觸發(fā)不同的是，在觸發(fā)信號(hào)低于Low_Threshold 之前，不會(huì)發(fā)生其它觸發(fā)的動(dòng)作。這樣的觸發(fā)條件有什么作用呢？在現(xiàn)實(shí)世界中，觸發(fā)信號(hào) 本身可能也帶有許多的噪聲，而使觸發(fā)信號(hào)不斷地超過(guò)或低于觸發(fā)電平，而造成許多非預(yù)期 的觸發(fā)行為。在High-Hysteresis觸發(fā)條件中，直到觸發(fā)信號(hào)低于Low_Threshold時(shí)才會(huì) 允許下

7、次觸發(fā)的發(fā)生，如此一來(lái)用戶可以更加精確地控制想要的觸發(fā)條件。觸發(fā)信號(hào)來(lái)源不管是模擬或是數(shù)字觸發(fā)信號(hào)，都必須輸入數(shù)據(jù)采集卡所定義的觸發(fā)信號(hào)來(lái)源才能發(fā)揮效用。 一般而言，觸發(fā)信號(hào)來(lái)源可以是：專用的模擬觸發(fā)輸入專用的模擬數(shù)字觸發(fā)輸入特定的模擬輸入通道特定的數(shù)字輸入信道舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明，下圖是凌華DAQ-2010的信號(hào)定義。腳位5為專用的AI模擬觸發(fā)輸入， 腳位48是專用的AI數(shù)字觸發(fā)輸入，腳位47是專用的AO數(shù)字觸發(fā)輸入。另外通道1 到通道4都可以作為模擬觸發(fā)的輸入。CHO+ Chi* CH2+ CH3+ EXTATREG CA10UT DA0QU7 AOEXTREF S0I3L1 / NtSDI2L

8、1 /NC1SDttClAOr_TRiGOUT altregZout GPTCISRC GPTCOISRC 白欹噸05 GPTCO_UPDOWN EXTTIWEBASEafH PE7 PBS PE31J353137日38E篤E 401 SL|i J n了 Mm可3IQ 4-1ii妁12 464815拓1?15118壁191長(zhǎng)。535425556Z3- mA578- -CHQ-CH1-CH3-CH3AIGNDAOGNDADGMDAOGNDSDi3_0 f NG*S01S_Q f NCSDMO I NC* SDIOO I NC* EKTOFTRGEXWTRIGDGNDDSHDcptcCcutGPT

9、Ct U PDGWN DGNDAFIOPB6PB4PB2出E觸發(fā)模式當(dāng)某一個(gè)滿足觸發(fā)條件的信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡后，板上的邏輯電路（FPGA或PLD）便會(huì) 驅(qū)動(dòng)ADC開(kāi)始進(jìn)行采樣的工作。最直覺(jué)的想法是，一旦有觸發(fā)發(fā)生，立刻開(kāi)始采樣。但 是由于FPGA與PLD的進(jìn)步，我們可以在這些邏輯組件中規(guī)劃更多種的觸發(fā)模式。以下 我們將介紹目前在中高端數(shù)據(jù)采集卡常見(jiàn)的幾種觸發(fā)模式。Post-triggerPost-TriggerDMAsta-rtExterna trigger Evertt DMA stopAcquire MA/D data aftervv trigger evert “j timeIAoqii

10、iS-itjOn StdrtPost-triggerPost-trigger是最簡(jiǎn)單的觸發(fā)模式。當(dāng)用戶下達(dá)開(kāi)始采集的命令后，F(xiàn)PGA或PLD會(huì)啟動(dòng) DMA并等待觸發(fā)事件。當(dāng)觸發(fā)發(fā)生后立即開(kāi)始采樣，直到滿足用戶設(shè)定的采樣點(diǎn)數(shù)或用戶 下達(dá)停止命令為止。諸如突波檢測(cè)、多張數(shù)據(jù)采集卡的同步都可以使用這種觸發(fā)模式。Delay-triggerDelay TriggerExternal trigg-erEventAcquisitionstartDMA StopAcquire N A/D dataPost trigger counter count from M down EQ 0Delay-trigger有

11、些時(shí)候，觸發(fā)事件的發(fā)生與我們所要采集的數(shù)據(jù)之間會(huì)有若干時(shí)間上的延遲。舉個(gè)例子來(lái) 說(shuō)，在802.11無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的通訊中，每一個(gè)傳送的數(shù)據(jù)框架間會(huì)有一段時(shí)間的guardperiod （你可以把它想成是信號(hào)電壓為0的一段時(shí)間）。同時(shí)在每一個(gè)數(shù)據(jù)框架的最前端會(huì) 有一段固定格式的preamble，然后伴隨著調(diào)變過(guò)后有意義的數(shù)據(jù)。如果要采集這些有意義 的數(shù)據(jù)，我們可以以preamble作為觸發(fā)條件，并在觸發(fā)發(fā)生之后延遲一段時(shí)間再進(jìn)行采 樣。如此一來(lái)我們便可以略過(guò)guard period與preamble，取得真正有意義的數(shù)據(jù)，這種 模式便是delay-trigger。如上圖所示，使用delay-trig

12、ger時(shí)，當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生，F(xiàn)PGA/PLD 會(huì)延遲一段時(shí)間后再驅(qū)動(dòng)A/D電路進(jìn)行采樣。用戶可以用程序設(shè)定延遲的時(shí)間值以便精確 地取得想要的數(shù)據(jù)。Pre-triggerPre-Trigger&MA 山 f tE根 rna I trigger E ve ntAcquire N A/DI datattimeIAcquisition stopPre-trigger某些應(yīng)用中，用戶想要的數(shù)據(jù)并不是在觸發(fā)發(fā)生之后，而是在觸發(fā)發(fā)生之前，此時(shí)便可以使 用pre-trigger模式。在pre-trigger模式中，數(shù)據(jù)采集會(huì)在用戶下達(dá)開(kāi)始命令后立即啟動(dòng)， 并持續(xù)將數(shù)據(jù)DMA至系統(tǒng)內(nèi)的buffer，一旦觸發(fā)事件發(fā)

13、生，數(shù)據(jù)采集會(huì)停止，并將觸發(fā)之 前采樣的數(shù)據(jù)傳回給用戶。如果采樣的數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)先設(shè)定的個(gè)數(shù)N，則只保留最后N個(gè)采 樣點(diǎn)。在破壞性檢測(cè)中，研究者通常關(guān)心結(jié)構(gòu)體崩潰之前的變化，所以在這類(lèi)應(yīng)用中，我們 可以以結(jié)構(gòu)體崩潰作為觸發(fā)條件（結(jié)構(gòu)體崩潰通常會(huì)產(chǎn)生較大的震動(dòng)/聲音等信號(hào)）并搭配 pre-trigger模式，如此可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中順利取得結(jié)構(gòu)崩潰前發(fā)出的信號(hào)。Middle-triggerMiddle-TriggerExternat triggerstartEwmlstopAcquire M A/D data before trigger eve it1Acquire N A7D data before trigger event1limeMiddle-triggerMiddle-trigger是pre-trigger的延伸。在middle-trigger中，用戶可以同時(shí)取得觸發(fā)事件 前后的數(shù)據(jù)。如上圖所示，用戶可以指定M （觸發(fā)前）+ N （觸發(fā)后）筆數(shù)據(jù)，用以觀察在觸 發(fā)前后信號(hào)