數(shù)據(jù)采集與儀器驅(qū)動

主講人：劉利

上海交通大學機電控制研究所交通大學控制課程系列

機械、動力、車輛專業(yè)選修課當前第1頁\共有106頁\編于星期五\0點第五章數(shù)據(jù)采集與儀器驅(qū)動5.1數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)構(gòu)成5.2數(shù)據(jù)采集VI的組織結(jié)構(gòu)5.3基于NI的DAQ系統(tǒng)的實現(xiàn)5.4非NI的DAQ系統(tǒng)的實現(xiàn)本章小結(jié)

6/16/2023當前第2頁\共有106頁\編于星期五\0點5.1數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)的構(gòu)成

采用基于PC的數(shù)據(jù)采集(dataacquisition,DAQ)、控制系統(tǒng)來完成實驗室研究和工業(yè)控制中的測控任務(wù)的方案配置是:

工控機+數(shù)據(jù)采集/控制卡+VB/VC/LabView編程，即：數(shù)據(jù)采集/控制卡：完成一般測試儀器的數(shù)據(jù)采集和控制功能,工控機系統(tǒng)：完成一般測試儀器的數(shù)據(jù)分析、計算、顯示、輸出等功能。6/16/2023當前第3頁\共有106頁\編于星期五\0點數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的組成6/16/2023當前第4頁\共有106頁\編于星期五\0點模擬信號的數(shù)字化處理數(shù)據(jù)采集的核心過程就是將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號采樣點太多，會占用大量內(nèi)存單元；采樣點太少，會使模擬信號的某些信息被丟失，出現(xiàn)失真現(xiàn)象6/16/2023當前第5頁\共有106頁\編于星期五\0點數(shù)據(jù)采集卡

數(shù)據(jù)采集卡的組成：①多路開關(guān)：將各路信號輪流切換到放大器的輸入端，實現(xiàn)多參數(shù)多路信號的分時采集。②放大器：將前一級多路開關(guān)切換進入待采集信號放大(或衰減)至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內(nèi)。通常實際系統(tǒng)中放大器為增益可調(diào)的放大器，設(shè)計者可根據(jù)輸入信號不同的幅值選擇不同的增益倍數(shù)。

③采樣/保持器：取出待測信號在某一瞬時的值(即實現(xiàn)信號的時間離散化)，并在A/D轉(zhuǎn)換過程中保持信號不變。如被測信號變化很緩慢可不用采樣/保持器。6/16/2023當前第6頁\共有106頁\編于星期五\0點④A/D轉(zhuǎn)換器：輸入的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，并完成信號幅值的量化。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前通常將采樣/保持器同A/D轉(zhuǎn)換器集成在一塊芯片上。以上四個部分都處在PC計算機的前向通道，完成對信號數(shù)據(jù)的采集、放大及模/數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù)。6/16/2023當前第7頁\共有106頁\編于星期五\0點需要注意的兩個問題1、是否使用Buffer？2、是否使用外觸發(fā)啟動、停止或同步操作？緩沖（Buffers）：

緩沖指的是PC內(nèi)存的一個區(qū)域（不是數(shù)據(jù)采集卡上的FIFO緩沖），它用來臨時存放數(shù)據(jù)。使用BufferI/O的情況：需要采集或產(chǎn)生許多樣本，其速率超過了實際顯示、存儲到硬件，或?qū)崟r分析的速度。需要連續(xù)采集或產(chǎn)生AC數(shù)據(jù)（>10樣本／秒），并且要同時分析或顯示某些數(shù)據(jù)。采樣周期必須準確、均勻地通過數(shù)據(jù)樣本。6/16/2023當前第8頁\共有106頁\編于星期五\0點不使用BufferI/O的情況：數(shù)據(jù)組小，如每秒只從兩個通道之一采集一個數(shù)據(jù)點。需要縮減存儲器的開支。觸發(fā)（Triggering）：觸發(fā)涉及初始化、終止或同步采集事件的任何方法。軟件觸發(fā)：可以直接用軟件，例如使用布爾面板控制去啟動/停止數(shù)據(jù)采集。硬件觸發(fā)：讓板卡上的電路管理觸發(fā)器，控制采集事件的時間分配，有很高的精確度。6/16/2023當前第9頁\共有106頁\編于星期五\0點下列情況使用軟件觸發(fā)：

用戶需要對所有采集操作有明確的控制。事件定時不需要非常準確。下列情況使用硬件觸發(fā)：采集事件定時需要非常準確。用戶需要削減軟件開支。采集事件需要與外部裝置同步。6/16/2023當前第10頁\共有106頁\編于星期五\0點輸入信號類型

不同信號的測量對采集系統(tǒng)的要求是不同的。輸入信號的種類：信號所運載信息很廣泛的，比如：狀態(tài)（state）、速率(rate)、電平(level)、形狀(shape)、頻率成分(frequencycontent)。根據(jù)信號運載信息方式的不同，可以將信號分為模擬或數(shù)字信號。數(shù)字(二進制)信號：開關(guān)信號、脈沖信號。模擬信號：直流、時域、頻域信號。6/16/2023當前第11頁\共有106頁\編于星期五\0點6/16/2023當前第12頁\共有106頁\編于星期五\0點1、數(shù)字信號開關(guān)信：信號運載的信息與信號的瞬間狀態(tài)有關(guān)。脈沖信號：信號包括一系列的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，信息就包含在狀態(tài)轉(zhuǎn)化發(fā)生的數(shù)目、轉(zhuǎn)換速率、脈沖寬度。2、模擬信號模擬直流信號:靜止的或變化非常緩慢的模擬信號。直流信號最重要的信息是幅度.常見的直流信號有溫度、流速、壓力、應(yīng)變等采集系統(tǒng)在采集模擬直流信號時，需要有足夠的精度以正確測量信號電平，由于直流信號變化緩慢，用軟件計時就夠了，不需要使用硬件計時。6/16/2023當前第13頁\共有106頁\編于星期五\0點模擬時域信號

模擬時域信號的運載信息：電平隨時間的變化（波形形狀的特性，如斜度、峰值等），比如心臟跳動信號、視頻信號。測量時域信號的采集系統(tǒng)包括：一個A／D轉(zhuǎn)換器：A／D的分辨率要足夠高，保證采集數(shù)據(jù)的精度，帶寬要足夠高，用于高速率采樣；一個采樣時鐘電路：精確的采樣時鐘，用于以精確的時間間隔采樣；一個觸發(fā)器：觸發(fā)器使測量在恰當?shù)臅r間開始。6/16/2023當前第14頁\共有106頁\編于星期五\0點模擬頻域信號

模擬頻域信號與時域信號類似，然而，從頻域信號中提取的信息是基于信號的頻域內(nèi)容，而不是波形隨時間變化的特性。比如聲音信號、地球物理信號、傳輸信號等。用于測量一個頻域信號的系統(tǒng)必須有一個A／D、一個簡單時鐘和一個用于精確捕捉波形的觸發(fā)器。系統(tǒng)必須有必要的分析功能，用于從信號中提取頻域信息。為了實現(xiàn)這樣的數(shù)字信號處理，可以使用應(yīng)用軟件或特殊的DSP硬件來迅速而有效地分析信號。6/16/2023當前第15頁\共有106頁\編于星期五\0點信號連接方式

1、輸入信號的參考點：接地信號、浮動信號接地信號：輸入信號的一端直接接地，它的參考點是系統(tǒng)地（如建筑物的地或大地）；最常見的接地信號是通過電源插座接入的設(shè)備。浮動信號：輸入信號是不連接到建筑物地等絕對參考點的電壓信號，浮動信號源常見的有：電池及其供電設(shè)備、熱電偶、變壓器等設(shè)備。6/16/2023當前第16頁\共有106頁\編于星期五\0點2、差分測量系統(tǒng)輸入信號的正負極分別接入兩個通道，所有輸入信號各自有自己的參考點。6/16/2023當前第17頁\共有106頁\編于星期五\0點3、參考地單端測量系統(tǒng)(RSE)用于測試浮動輸入信號。被測信號一端接模擬輸入通道，另一端（信號參考點）與系統(tǒng)地AIGND連接。6/16/2023當前第18頁\共有106頁\編于星期五\0點4、無參考地單端測量系統(tǒng)(NRSE)

它的一端接模擬輸入通道，另一端接一個公用參考端AISENSE，這個參考端電壓不一定于測量系統(tǒng)地AIGND相等。6/16/2023當前第19頁\共有106頁\編于星期五\0點數(shù)據(jù)采集卡的基本性能指標

數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標：1、模擬信號輸入部分

①

模擬輸入通道數(shù)。該參數(shù)表明數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號路數(shù)。

②

信號的輸入方式。一般待采集信號的輸入方式有：l

單端輸入：即信號的其中一個端子接地。l

差動輸入：即信號兩端均浮地。l

單極性：信號幅值范圍為[0，A]，A為信號最大幅值。l

雙極性：信號幅值范圍為[–A，A]。6/16/2023當前第20頁\共有106頁\編于星期五\0點③

模擬信號的輸入范圍(量程):

一般根據(jù)信號輸入特性的不同(單極性輸入還是雙極性輸入)有不同的輸入范圍。如對單極性輸入，典型值為0～10V，對雙極性輸入，典型值為–5V~5V。④

放大器增益:⑤

模擬輸入阻抗:采集卡固有參數(shù)，一般不由用戶設(shè)置。6/16/2023當前第21頁\共有106頁\編于星期五\0點混疊干擾圖中采樣頻率500Hz，5個正弦波的頻率分別為100Hz，200Hz，300Hz，375Hz和400Hz。因為100Hz，200Hz的信號頻率小于fs/2，可以由離散信號還原出原始的正弦波連續(xù)信號。而300Hz，375Hz和400Hz的信號頻率都大于fs/2，故離散信號重構(gòu)原信號時形成了頻率不同于原信號頻率的信號，即混疊干擾

采樣速率：式中N為多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道數(shù)。6/16/2023當前第22頁\共有106頁\編于星期五\0點位數(shù)b：

A/D轉(zhuǎn)換器輸出二進制數(shù)的位數(shù)。當輸入電壓由U=0增至滿量程值U=UH時，一個八位(b＝8)A/D的數(shù)字輸出由八個“0”變?yōu)榘藗€“1”，共計變化2b個狀態(tài)，故A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個最低有效位數(shù)字量的輸出改變量，相應(yīng)的輸入量Umin=1LSB=q(量化值)可由下式計算：分辨率：指數(shù)據(jù)采集卡可分辨的輸入信號最小變化量。

2023/6/16當前第23頁\共有106頁\編于星期五\0點采集卡基本參數(shù)以NI公司的PCI-6071E多功能采集卡為例，介紹采集卡的一般參數(shù)：模擬輸入：64路單端/32路雙端，輸入范圍：±10V分辨率：12位采樣頻率：最高1.25M模擬輸出：2路，12位，1M，輸出范圍：±10V數(shù)字I/O：8路計數(shù)器：2路，24位，基準時鐘20MHz或100KHz6/16/2023當前第24頁\共有106頁\編于星期五\0點數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)設(shè)置

要使數(shù)據(jù)采集卡正確地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能，必須根據(jù)實際測量的需要對一些參數(shù)進行正確設(shè)置。待設(shè)置的參數(shù)主要有數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)備號、地址碼，此外，還有如下設(shè)置。1、模擬信號輸入部分①設(shè)置信號的輸入方式。單端輸入還是雙端輸入，單極性信號還是雙極性信號等。②選擇增益。根據(jù)輸入信號幅值范圍和分辨率的要求進行增益選擇。③選擇量程。根據(jù)輸入信號是單極性還是雙極性，相應(yīng)選擇合適的量程。6/16/2023當前第25頁\共有106頁\編于星期五\0點2、A/D轉(zhuǎn)換部分①設(shè)定信號輸入通道號。②設(shè)定采樣點數(shù)。③設(shè)定采樣速率。④采樣結(jié)果的輸出方式。采樣結(jié)果可放在一個數(shù)組中，也可放在某一緩沖區(qū)中。⑤采樣觸發(fā)方式。一般分外觸發(fā)、定時觸發(fā)、軟件觸發(fā)等3、D/A轉(zhuǎn)換部分①模擬信號的輸出通道號。②模擬信號的輸出幅值。此參數(shù)應(yīng)設(shè)置在標稱滿量程范圍內(nèi)。③刷新速率。該參數(shù)決定所產(chǎn)生的模擬信號波形的“光滑度”。最快刷新速率的倒數(shù)即為響應(yīng)時間。6/16/2023當前第26頁\共有106頁\編于星期五\0點5.2DataAcquisitionVI的組織結(jié)構(gòu)

在LabVIEW平臺，用軟件驅(qū)動I/O接口數(shù)據(jù)采集卡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集分以下兩種情況：

LabVIEW支持的數(shù)據(jù)采集卡：如NI公司自行生產(chǎn)的各類數(shù)據(jù)采集卡，可利用LabVIEW自帶的驅(qū)動函數(shù)驅(qū)動。設(shè)計者只需正確設(shè)置輸入?yún)?shù)就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，而不需編寫代碼程序。LabVIEW不支持的數(shù)據(jù)采集卡：可利用LabVIEW的代碼嵌入功能(CIN模塊)等來實現(xiàn)采集卡的軟件驅(qū)動。6/16/2023當前第27頁\共有106頁\編于星期五\0點

LabVIEW數(shù)據(jù)采集模塊的分類

LabVIEW的功能模板(FunctionsPalette)提供了DataAcquisition驅(qū)動數(shù)據(jù)采集卡DAQ子模板，該子模板提供了六個子模塊，如圖所示。6/16/2023當前第28頁\共有106頁\編于星期五\0點DataAcquisition子模板上的圖標及名稱6/16/2023當前第29頁\共有106頁\編于星期五\0點A/D部分易用函數(shù)中級函數(shù)高級函數(shù)實用函數(shù)6/16/2023當前第30頁\共有106頁\編于星期五\0點（1）易用函數(shù)

1．波形輸入AIAcquireWaveform.vi圖標及端口參數(shù)（單通道單點采樣）6/16/2023當前第31頁\共有106頁\編于星期五\0點2多波形圖標及其輸入、輸出端口參數(shù)

6/16/2023當前第32頁\共有106頁\編于星期五\0點（2）中級函數(shù)

1.AIConfig.vi圖標及其輸入、輸出端口參數(shù)

6/16/2023當前第33頁\共有106頁\編于星期五\0點2.AIStart.vi圖標及其輸入、輸出端口參數(shù)

6/16/2023當前第34頁\共有106頁\編于星期五\0點3.AIRead.vi圖標及其輸入、輸出端口參數(shù)

6/16/2023當前第35頁\共有106頁\編于星期五\0點4.AIClear.vi圖標及其輸入、輸出端口參數(shù)

6/16/2023當前第36頁\共有106頁\編于星期五\0點LabVIEW中的模擬輸入6/16/2023當前第37頁\共有106頁\編于星期五\0點連續(xù)模擬輸入6/16/2023當前第38頁\共有106頁\編于星期五\0點連續(xù)模擬輸入需要注意，程序讀取數(shù)據(jù)的速度要不慢于設(shè)備往緩沖區(qū)中存放數(shù)據(jù)的速度，這樣才能保證連續(xù)運行時，緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)不會溢出?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)以下3個參數(shù)來達到上述要求：buffersize（緩存的大?。﹕canrate（采樣速率）numberofscanstoreadatatime（每次讀取的樣本數(shù)）連續(xù)采集的程序模型為：6/16/2023當前第39頁\共有106頁\編于星期五\0點連續(xù)模擬輸入程序?qū)嵗?/16/2023當前第40頁\共有106頁\編于星期五\0點LabVIEW中的模擬輸出6/16/2023當前第41頁\共有106頁\編于星期五\0點連續(xù)模擬輸出有兩種形式的連續(xù)模擬輸出：第一種就是在模擬輸出之前，將數(shù)字信號寫入緩沖區(qū)中，然后設(shè)備連續(xù)不斷地將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)通過DAC重復(fù)輸出。這種連續(xù)模出執(zhí)行效率很高，但是需要寫入的數(shù)字信號必須是整周期的，不然輸出模擬信號將會不連續(xù)，在使用上不夠靈活。6/16/2023當前第42頁\共有106頁\編于星期五\0點第二種方式:

在設(shè)備將緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)輸出的同時，不斷地將數(shù)字信號寫入緩沖區(qū)中，這種方式在編程上比較復(fù)雜，但是靈活性比較高，只要保證這一次寫入緩沖區(qū)的數(shù)字信號和上次是連續(xù)的就行，不需要每次寫入的信號是整周期的。6/16/2023當前第43頁\共有106頁\編于星期五\0點LabVIEW中的數(shù)字I/O一般情況下，數(shù)字I/O按照TTL邏輯電平設(shè)計，其邏輯低電平在0到0.7V之間，高電平在3.4到5.0V之間；在硬件設(shè)備上，多路（Line）數(shù)字I/O組成一組后被稱為端口（Port）。一個端口由多少個數(shù)字通路組成是依據(jù)其設(shè)備而定的，在多數(shù)情況下8個數(shù)字通路組成一個端口；在LabVIEW中對數(shù)字I/O的操作非常簡單，可以對整個端口進行操作，也可以對端口中的一路或多路同時進行操作。6/16/2023當前第44頁\共有106頁\編于星期五\0點5.3基于的NIDAQ系統(tǒng)的實現(xiàn)

I/O接口設(shè)備Lab–PC–1200型數(shù)據(jù)采集卡的軟件驅(qū)動

連續(xù)信號的采集與顯示演示儀。

1．功能描述該信號的采集演示儀可以采集和顯示一路信號，參數(shù)為：頻率范圍：0～10kHz。幅值范圍：0.1～6V。采用Lab–PC–1200型卡，信號由第0通道輸入。6/16/2023當前第45頁\共有106頁\編于星期五\0點2．設(shè)計步驟在編寫VI之前，需在Measurement&Automation驅(qū)動軟件下，進行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。設(shè)置完畢后，進入LabVIEW進行前面板和流程圖的設(shè)計。

1)參數(shù)設(shè)置AI設(shè)置項：因為輸入信號幅值在0.1～6V，故選模擬信號輸入方式為有參考地單端輸入；量程為0～10V。6/16/2023當前第46頁\共有106頁\編于星期五\0點(a)前面板連續(xù)信號的采集與顯示演示儀6/16/2023當前第47頁\共有106頁\編于星期五\0點連續(xù)信號的采集與顯示演示儀(b)流程圖6/16/2023當前第48頁\共有106頁\編于星期五\0點幾種簡單的測試程序流程模型程序邏輯簡單，容易設(shè)計和理解1、順序測試程序的模型當前第49頁\共有106頁\編于星期五\0點2、數(shù)據(jù)采集和后續(xù)工作并行執(zhí)行的模型數(shù)據(jù)采集的速度一般來說高于處理和存儲的速度。當新數(shù)據(jù)被采集來，上次的數(shù)據(jù)可能還沒處理完呢。所以可以先把每次采集到的來不及處理的數(shù)據(jù)放在緩存里。當前第50頁\共有106頁\編于星期五\0點3、并行執(zhí)行每一任務(wù)的模型所有的任務(wù)同時運行：采集新的數(shù)據(jù)、處理上一次采到的數(shù)據(jù)，顯示保存上一次處理好的數(shù)據(jù)。在這個模型下，要注意第一次循環(huán)運行時處理的數(shù)據(jù)，和循環(huán)頭兩次運行顯示存儲的數(shù)據(jù)是無效的，實際循環(huán)終止條件式也要考慮到，采集的數(shù)據(jù)再兩次循環(huán)后才被保存下來。當前第51頁\共有106頁\編于星期五\0點5.4使用NIDAQ設(shè)備和LabVIEW構(gòu)造PID控制系統(tǒng)

PID是根據(jù)系統(tǒng)誤差利用比例/微分/積分計算出控制量進行控制。

1.PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

6/16/2023當前第52頁\共有106頁\編于星期五\0點

2.PID控制算法P比例控制器:輸出僅與誤差成正比，即u(t)=Kpε(t)，對誤差的反應(yīng)很快，但總是存在一個穩(wěn)態(tài)誤差。提高Kp值使穩(wěn)態(tài)誤差減小，還能夠增加系統(tǒng)的快速性；但使系統(tǒng)的穩(wěn)定程度變差。

I積分控制器:輸出與誤差信號的積分成正比，只要誤差還存在，就會不斷輸出,直到等于零，以達到消除穩(wěn)態(tài)誤差的目的。但積分必將影響系統(tǒng)的快速動態(tài)性能，對于一些系統(tǒng)會出現(xiàn)超調(diào)過大的現(xiàn)象。D微分控制器：輸出與誤差信號的變化率成正比，能預(yù)見誤差的變化趨勢，產(chǎn)生超前的控制作用。它僅對動態(tài)過程作用，通常不單獨使用。而且微分控制對噪聲干擾有放大作用，過強地調(diào)節(jié)微分項對系統(tǒng)抗干擾能力不利。

6/16/2023當前第53頁\共有106頁\編于星期五\0點3.LabVIEW中使用的PID控制工具包

安裝LabVIEWPIDControlTookit，即可在FunctionsPalette上選擇ControlDesign&Simulation，該工具包由10個VI組成。6/16/2023當前第54頁\共有106頁\編于星期五\0點PID.vi

利用PID.vi即可搭建一個簡單的PID控制器，在該vi的輸入端給入PID的3個參數(shù)值（PIDgains），系統(tǒng)反饋值(processvariable)，實際期望值(setpoint)以及微分時間(dt)，便能得到需要的輸出值(output)。該vi還能控制輸出值的范圍。6/16/2023當前第55頁\共有106頁\編于星期五\0點PIDAdvanced.vi：為專家PID設(shè)計的vi，增加了一些高級的功能，如可以設(shè)定期望值的范圍（setpointrange），手動控制（manualcontrol），線性化（linearity）等功能。PIDAutotuning.vi：為需要自整定的PID系統(tǒng)設(shè)計的，在給出一些基本要求后，具有自整定的功能PIDLead/Lag.vi：可以對PID控制器前端由系統(tǒng)反饋來的輸入信號做動態(tài)補償。PIDSetpointProfile.vi：可以在期望值間斷性變化時使其變得平滑。6/16/2023當前第56頁\共有106頁\編于星期五\0點PIDControlInputFilter.vi：一個五階的低通濾波器，放在PID控制器的processvariable前端，可以濾去小于采樣率十分之一的輸入值。PIDGainSchedule.vi：寫入幾組增益參數(shù)，并給出條件，執(zhí)行時當輸入信號達到條件，便使用對應(yīng)的一組參數(shù)給入到PID控制器的PIDGains上。PIDOutputLimiter.vi：對PID控制器輸出信號的變化速率進行控制，以保證外部接受控制信號部件的安全。PIDEGUto%.vi和PID%toEGU.vi：對實際數(shù)值和其在設(shè)定工程單元范圍內(nèi)占的百分比進行轉(zhuǎn)換。6/16/2023當前第57頁\共有106頁\編于星期五\0點6/16/2023當前第58頁\共有106頁\編于星期五\0點5.5非NI公司的DAQ系統(tǒng)的實現(xiàn)1、直接調(diào)用LabVIEW驅(qū)動操作圖標

2、直接調(diào)用LabVIEW的端口操作圖標；

3、調(diào)用動態(tài)連接庫；

4、利用CIN圖標調(diào)用C語言驅(qū)動程序；6/16/2023當前第59頁\共有106頁\編于星期五\0點直接調(diào)用LabVIEW驅(qū)動操作圖標（研華）

6/16/2023當前第60頁\共有106頁\編于星期五\0點6/16/2023當前第61頁\共有106頁\編于星期五\0點直接調(diào)用LabVIEW的端口InPort/OutPort.Vi

LabVIEW中有兩個可直接訪問底層設(shè)備的圖標,即InPort.vi和OutPort.vi。分別完成從設(shè)備的物理地址直接讀取和輸出數(shù)據(jù)的功能。6/16/2023當前第62頁\共有106頁\編于星期五\0點InPort.vi、OutPort.vi圖標端口參數(shù)設(shè)置

1.InPort.vi圖標及其端口參數(shù)設(shè)置6/16/2023當前第63頁\共有106頁\編于星期五\0點該函數(shù)完成從指定地址讀取一個字節(jié)或一個字的操作，其輸入、輸出口參數(shù)及其含義為：輸入端口：

registeraddress：U32型。數(shù)據(jù)讀入端口的物理地址。readabyteoraword：Boolean型。當該值為True時，讀取一個字；當該值為False時，讀取一個字節(jié)。默認值為False。

輸出端口：value：U16型。該值是從指定端口讀取的字(或字節(jié))。6/16/2023當前第64頁\共有106頁\編于星期五\0點OutPort.vi圖標及其端口參數(shù)設(shè)置

該函數(shù)完成向指定地址寫入一個字或字節(jié)的操作。其輸入端口參數(shù)及其含義為：6/16/2023當前第65頁\共有106頁\編于星期五\0點

CLF(CallLibraryFunctionNode)

調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點

Labview可以與多種類的編程語言進行混合開發(fā)，通過Labview中兩類外部接口節(jié)點調(diào)用外部代碼.調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點：調(diào)用外部動態(tài)鏈接庫DLL文件中的函數(shù)；代碼接口節(jié)點:調(diào)用外部c語言代碼，CLF節(jié)點最為常用，配合其他C語言編譯器基本上可以取代CIN節(jié)點6/16/2023當前第66頁\共有106頁\編于星期五\0點動態(tài)鏈接庫DLL可以理解為一種存儲函數(shù)、變量或類的倉庫，供調(diào)用者使用。它具有這樣的特點：動態(tài)鏈接庫不用被包含在調(diào)用程序體內(nèi)，而是在執(zhí)行時根據(jù)需要動態(tài)地加載或卸載，這樣不僅可以減少調(diào)用程序文件的體積，還可以增強調(diào)用的靈活性，并節(jié)省內(nèi)存占用量。DLL文件的創(chuàng)建與具體編程語言和編譯器無關(guān)，可以便用VC、VB也可以使用Labview編寫DLL文件，只要遵守統(tǒng)一的DLL接口和調(diào)用規(guī)范,就可正常使用。動態(tài)鏈接庫DLL的特點6/16/2023當前第67頁\共有106頁\編于星期五\0點使用CLF節(jié)點調(diào)用windowsAPI函數(shù)實例

設(shè)計步驟：（1）新建一個空.vi并保存為“CLPAPI函數(shù)．vi”，向框圖內(nèi)拖入一個CLF節(jié)點，在其右鍵菜單中選擇“配置．”項，彈出配置對話框；6/16/2023當前第68頁\共有106頁\編于星期五\0點(2)單擊對話框“函數(shù)”頁面中“庫名或路徑”框右側(cè)的打開文件按鈕，選揮“C：＼WINDOWS\system32＼user32d11”文件，LabVIEW會自動搜出該DLL中所包含的所有函數(shù)，只需在“函數(shù)名”下拉列表今選擇即可。本例中選擇名為“MessageBoxA，的函數(shù)，用于彈出一個標標準的Windows消息框。右側(cè)的“線程”單選框選為“在UI線程中運行’，“調(diào)用規(guī)范”單選框選為”stdcall(WINAPI)”。6/16/2023當前第69頁\共有106頁\編于星期五\0點（3）對話框“參數(shù)”頁面用于配置函數(shù)參數(shù)，需根據(jù)所調(diào)用函數(shù)的原型來進行配置，由MSDN可知:MessageBoxA函數(shù)的原型:

IntMessageBoxA(HWNDhwnd，LpcTSTRlptext，LpcTsTRlpcaption，Uintwtype)其各個參數(shù)具體含義為

hwnd：創(chuàng)建消息框的父窗口的句柄，若為NuLL則沒有父窗口1pText：消息框牛的字符串．1pcaPtton：消息框標題Mtype：用于指定消息框所顯示圖標和按鈕的控制參數(shù)。（6/16/2023當前第70頁\共有106頁\編于星期五\0點使用該頁面中的右側(cè)下拉列表和左側(cè)的各個按鈕，將返回值和各個參數(shù)類型設(shè)置為：

Returetype:類型＝數(shù)值，數(shù)據(jù)類型＝無符號32位整型

hwnd:類型＝數(shù)值，數(shù)據(jù)類型＝無符號32拉整型，傳遞＝值

1PText：類型＝字符串，數(shù)據(jù)類型＝C字符串指針

1pcaption：類型＝字符串，數(shù)據(jù)類型＝字符串指針

uType：類型＝數(shù)值，數(shù)據(jù)類型＝無符號32位整型，傳遞＝值其他選項均使用默認值。(4）對話框“回調(diào)”頁面用于指定調(diào)用方式，在此使用默認配置即可。全部配置好之后單擊‘確定”按鈕進行確認，可以看到CLF節(jié)點增添了一些連接端子表示新添的參數(shù)，添加適當?shù)某Ａ炕蜃兞窟B接至各個參數(shù)。6/16/2023當前第71頁\共有106頁\編于星期五\0點5.5.4CIN(CodeInterfaceNode)CIN的設(shè)計步驟：(1)確定CIN圖標的輸入、輸出參數(shù)個數(shù)和數(shù)據(jù)類型。(2)生成C源代碼編輯格式文件。(3)在編輯格式文件中的規(guī)定位置(/*EnterYourCodeHere*/)填寫實現(xiàn)某種測量功能的C源代碼，生成最終的C源代碼文件。(4)在LabVIEW指定的環(huán)境下編譯步驟(3)中生成的C源代碼文件，并生成可執(zhí)行文件。(5)調(diào)用CIN的功能菜單將生成的可執(zhí)行文件載入CIN圖標。這樣就基本形成了一個具備某種功能的CIN圖標。6/16/2023當前第72頁\共有106頁\編于星期五\0點CIN圖標的調(diào)用及參數(shù)設(shè)置初始化時的CIN圖標如圖所示。CIN圖標中表格狀圖案的每一行代表一個參數(shù)，左側(cè)為參數(shù)的輸入值，右側(cè)為CIN運行后該參數(shù)的返回值。參數(shù)1輸入口參數(shù)1返回值的輸出口有些情況下，有的參數(shù)只能作為輸出值，而沒有對應(yīng)的輸入。如實現(xiàn)c＝a+b運算時，c是CIN的運行結(jié)果，它只能是輸出值，沒有對應(yīng)的輸入值，這時應(yīng)當將其對應(yīng)的輸入口置為無效。方法是，把鼠標放在相應(yīng)的輸入口，用鼠標右擊CIN圖標，彈出快捷菜單，從中選擇OnlyOutput項，則該輸入口變暗，表明其無效無效a返回值b返回值CIN輸出b輸入值a輸入值6/16/2023當前第73頁\共有106頁\編于星期五\0點生成C源代碼編輯格式文件(*.C文件)代碼框架

CIN圖標的快捷菜單中選擇Create.CFile…項，會彈出一個文件存儲對話框，鍵入文件名

則生成LabVIEW的C語言代碼框架；然后用任意一種文本編輯器將它打開。該C文件的代碼框架為*CINsourcefile*/注釋#include"extcode.h"CINMgErrCINRun(float64*a,float64*b,float64*c);函數(shù)聲明CINMgErrCINRun(float64*a,float64*b,float64*c) 函數(shù)體{

/*ENTERYOURCODEHERE*/填入C語言源代碼

returnnoErr; }6/16/2023當前第74頁\共有106頁\編于星期五\0點*.C文件源代碼的編譯

下面介紹在VC++集成環(huán)境下編譯*.C源代碼的具體步驟。(1)新建一個DLL工程文件，命名為Add。打開VC++開發(fā)平臺，執(zhí)行File>>New操作。①進行選項：win32DynamicLinkLibrary。②添加工程文件名：Add。③location：填寫工程文件的存放路徑。也可以采用其默認路徑D:\MicrosoftVisualStudio\MyProjects\。最后形成工程文件add.cpp。6/16/2023當前第75頁\共有106頁\編于星期五\0點(2)向工程文件中添加cin.obj、labview.lib、lvsb.lib、lvsbmain.def四個文件。執(zhí)行Project>>AddtoProject>>Files…操作，向工程文件添加上述四個文件。這四個文件在LabVIEW安裝路徑下的cintools文件夾下的win32子文件夾中。(3)向工程文件中添加上面的*.C源代碼文件add.c。添加方法同(2)。(4)*.C源代碼文件編譯前的設(shè)置。由菜單項Project>>Setting…打開設(shè)置對話框，逐項設(shè)置。①

Settingfor選項設(shè)置。AllConfiguration。②

C/C++標簽頁設(shè)置。用鼠標左擊C/C++標簽頁按鈕，逐項設(shè)置。6/16/2023當前第76頁\共有106頁\編于星期五\0點l

Category：由下拉菜單選擇為Preprocessor。Additionalincludedirectories：添加LabVIEW的cintools文件夾的路徑。假設(shè)LabVIEW安裝路徑為d：\LabVIEW，則在Additionalincludedirectories處添加路徑d:\LabVIEW\cintools\。l

Category：由下拉菜單另選為CodeGeneration。Strictmemberalignment：設(shè)置為1Byte。Userun-timelibrary：設(shè)置為MultithreadedDLL。6/16/2023當前第77頁\共有106頁\編于星期五\0點③CustomBuild標簽頁設(shè)置。用鼠標左擊CustomBuild標簽頁，逐項設(shè)置。l

Commands：輸入命令行如下：d:\labview\cintools\win32\lvsbutil$(TargetName)–d“$(WkspDir)\$(OurDir)”(假設(shè)LabVIEW的安裝路徑為：d:\labview。)l

Outputs：輸入命令行如下：$(OutDir)$(TargetName).lsb6/16/2023當前第78頁\共有106頁\編于星期五\0點(5)添加C源代碼程序?？稍赪orkspacewizard窗口中雙擊add.c，打開源文件添加C源代碼。如果已經(jīng)添加過，則繼續(xù)下一步。(6)編譯*.C源代碼文件。在主菜單Build下選擇Compileadd.c選項，則進行add.c程序的編譯，如有語法等錯誤,則給出錯誤提示，按提示修改程序，重新編譯。重復(fù)這一過程，直至沒有錯誤。(7)生成可執(zhí)行文件。在主菜單Build下選擇BuildAdd.dll選項，即生成可執(zhí)行文件Add.lsb，同時生成如Add.dll等所需的全部文件6/16/2023當前第79頁\共有106頁\編于星期五\0點1.裝載可執(zhí)行文件到CIN圖標回到LabVIEW流程圖窗口，窗口中CIN圖標的快捷菜單如左圖所示。從中選擇LoadCodeResource…項，即彈出一個Chooseacoderesourcefile對話框，如右圖所示。按照Add.工程文件存入的路徑尋找Debug目錄下的Add.lsb文件，然后點擊“打開”按鈕，于是Add.lsb文件就裝入CIN圖標中。至此，就完成了CIN的全部設(shè)計過程，可運行程序。6/16/2023當前第80頁\共有106頁\編于星期五\0點5.5.3應(yīng)用舉例

用CIN圖標實現(xiàn)對HY–1232數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動5.3.1HY–1232數(shù)據(jù)采集卡簡介

HY–1232是一種IBM–PCXT/AT總線兼容的數(shù)據(jù)采集卡，其主要性能指標如下：

32路單端模擬輸入通道；

A/D分辨率為12bit;1路模擬輸出通道;D/A分辨率為12bit;D/A輸出上電清零；模擬輸入電壓范圍：5V；模擬輸出電壓范圍：5V或0～+5V；軟件觸發(fā)方式；數(shù)據(jù)傳輸方式采用軟件查詢方式和中斷方式。6/16/2023當前第81頁\共有106頁\編于星期五\0點HY–1232數(shù)據(jù)采集卡工作原理

對于HY–1232數(shù)據(jù)采集卡，在選通某模擬信號輸入通道的同時即啟動了該路的A/D轉(zhuǎn)換。當A/D轉(zhuǎn)換完成時，采集卡上的轉(zhuǎn)換完成位寄存器的最高位(D7)被置為“1”。用軟件查詢方式查詢該寄存器的D7位，當查詢到該位為“1”時，即表明采樣已結(jié)束，可將12bit的數(shù)據(jù)讀入計算機內(nèi)存中。如果采用中斷方式，則在A/D轉(zhuǎn)換完成后，采集卡會自動向計算機發(fā)出中斷請求信號。在中斷服務(wù)程序內(nèi)，將12bit數(shù)據(jù)讀入計算機內(nèi)存。6/16/2023當前第82頁\共有106頁\編于星期五\0點HY–1232數(shù)據(jù)采集卡中采用的是12位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換完畢的12位二進制數(shù)中的低八位AD7、AD6…AD1、AD0存放在低八位緩沖寄存器中，其高四位AD11、AD10、AD9、AD8存放在高四位緩沖寄存器中。

HY–1232數(shù)據(jù)采集卡有32路單端模擬輸入通道，由八位輸入通道選擇寄存器低六位(C4、C3、C2、C1、C0)的二進制狀態(tài)字選擇被測信號的輸入通道。例如，選擇第4通道輸入信號的二進制狀態(tài)字為00100。表5－1列入了各寄存器的讀/寫操作功能與占用地址。6/16/2023當前第83頁\共有106頁\編于星期五\0點表5–1HY–1232數(shù)據(jù)采集卡板基地址分配與寄存器讀/寫操作功能6/16/2023當前第84頁\共有106頁\編于星期五\0點采集卡參數(shù)設(shè)置

(1)確定采集卡的板基地址。板基地址是CPU分配給采集卡內(nèi)存空間的首地址。首地址后面的內(nèi)存空間供采集卡內(nèi)部寄存器分配使用。

HY–1232數(shù)據(jù)采集卡板基地址的可選范圍為：200H～3FFH(512～1023)。通常選0x280，即280H(640)。

(2)確定信號的輸入方式。選擇設(shè)置信號是單端輸入還是雙端輸入，單極性信號還是雙極性信號。HY–1232數(shù)據(jù)采集卡只有32路單端輸入一種方式，故不需要用戶來設(shè)置。6/16/2023當前第85頁\共有106頁\編于星期五\0點(3)設(shè)置信號的輸入范圍。根據(jù)輸入信號幅值范圍和分辨率的要求進行選擇。HY–1232數(shù)據(jù)采集卡信號輸入范圍不可選，只能為–5V～+5V，且內(nèi)部的放大器增益固定為1。

(4)確定采樣觸發(fā)方式。一般分外觸發(fā)、定時觸發(fā)、軟件觸發(fā)等幾種方式。但對于HY–1232采集卡，只有軟件觸發(fā)一種方式，即在往輸入通道寄存器寫入所選通道號的同時即觸發(fā)了A/D轉(zhuǎn)換。6/16/2023當前第86頁\共有106頁\編于星期五\0點(5)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束的判斷。對于HY–1232采集卡分查詢方式和中斷方式兩種。

(6)采樣速率的設(shè)置。對于有些數(shù)據(jù)采集卡(如Lab–PC–1200卡)，用戶可在其最大采樣速率范圍內(nèi)進行選擇設(shè)置，以滿足實際的需要。但HY–1232數(shù)據(jù)采集卡的采樣速率是固定的，用戶不可選。

(7)設(shè)置信號輸入通道。在0～31可選范圍內(nèi)選擇。

(8)設(shè)置一次采集點數(shù)。6/16/2023當前第87頁\共有106頁\編于星期五\0點圖2HY–1232數(shù)采卡單點數(shù)據(jù)采集程序流程圖采集程序流程圖與編程要點1．流程圖HY–1232數(shù)采卡單點數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖2所示。6/16/2023當前第88頁\共有106頁\編于星期五\0點2.數(shù)據(jù)采集程序HY–1232數(shù)據(jù)采集卡采集一個點的C源程序如下：#include<dos.h>#include<conio.h>#include<stdio.h>voidmain(void){intbasea,channel;floatvalue，IO,hi;6/16/2023當前第89頁\共有106頁\編于星期五\0點basea=0x280;/*板基地址設(shè)為640*/printf(“Inputchannelnumber:”); /*設(shè)置采集通道號*/scanf(“%d”,&channel);outp(base,channel); /*往輸入通道寄存器寫入所選通道號，并觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換*/do/*查詢A/D轉(zhuǎn)換完成寄存器的最高位，若為1，則表明A/D換結(jié)束，否則繼續(xù)查詢*/while(!(inp(basea+5)&0x80));lo=inp(base+1); /*讀入A/D結(jié)果的低八位*/hi=inp(base+2)/*讀入A/D結(jié)果的高四位value=((lo+hi&0xf)*256)-2047)*10.0/4096;/*合并后，再將A/D轉(zhuǎn)換的二進制結(jié)果轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬量值*/getch();}6/16/2023當前第90頁\共有106頁\編于星期五\0點3.編程要點說明

1)?outp(x,y)和inp(x)函數(shù)

C語言接口函數(shù)①

outp(x,y)函數(shù)的功能是把函數(shù)y送入端口地址為x的寄存器中。

outp(base,channel)是把通道號channel(程序中是由前面板控件設(shè)置)送入地址為base的輸入通道選擇寄存器，并啟動該通道的A/D轉(zhuǎn)換。

②inp(x)函數(shù)的功能是從端口地址為x的寄存器中讀取二進制數(shù)據(jù)。inp(base+1)從地址為base＋1的低八位寄存器讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。inp(base+2)從地址為base+2的高四位寄存器讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果二進制數(shù)的高四位，并清除A/D完成位寄存器和中斷請求信號。inp(base+5)從地址為base+5的完成位寄存器讀取完成標志位I/O顯示值，當IO=0時，表示A/D轉(zhuǎn)換未完成；當IO=1時，表示A/D轉(zhuǎn)換完畢。

6/16/2023當前第91頁\共有106頁\編于星期五\0點

3)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的合并及工程運算

hi&oxf是將A/D結(jié)果高四位(二進制數(shù))轉(zhuǎn)化為十六進制數(shù)，(hi&oxf)*256則將十六進制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)，lo+(hi&0xf)*256將數(shù)據(jù)合并為一個十進制數(shù)。這里，被測信號的輸入范圍設(shè)置為－5V～＋5V，HY–1232卡的分辨率為12位，則量化值Q為10.0/4096(V)，而十進制數(shù)也需減去滿量程的一半：4096/2＝2048，由于十進制數(shù)從0開始，故滿量程的一半是2047。因此，用value=((lo+hi&oxf)*256)-2047)*10.0/4096就可以將A/D輸出的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為與模擬輸入電壓相對應(yīng)的電壓值。

例如，若hi=1011、lo=11010011,那么hi&oxf=0xb，

(hi&oxf)*256=11*266，lo+(hi&oxf)*256=(27+26+24+21+20+11*256=3027，則采集卡的模擬輸入電壓為

value=(3027-2047)*10.0/4096=2.3926V6/16/2023當前第92頁\共有106頁\編于星期五\0點3具體設(shè)計方法

1.模擬信號采集系統(tǒng)功能描述使用CIN實現(xiàn)非LabVIEW支持的HY–1232數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動。要求在LabVIEW下利用HY–1232采集卡實現(xiàn)一個模擬信號(200Hz的正弦波)的采集和波形顯示。要求采樣點數(shù)、板基地址和通道號可設(shè)。

2.設(shè)計提示

1)前面板設(shè)計數(shù)字控件1：用來設(shè)置HY–1232數(shù)據(jù)采集卡的板基地址。基地址basea的數(shù)據(jù)類型選為U16(因為HY–1232的基地址最大為3FFH)，默認值設(shè)為640(即0x280)。數(shù)字控件2：用來設(shè)置信號的輸入通道。通道號channel的數(shù)據(jù)類型選為U8(因為HY–1232的模擬輸入通道為0～31)，默認值為0，數(shù)據(jù)范圍為0～31。數(shù)字控件3：用來設(shè)置采樣點數(shù)。總采樣點數(shù)samples的數(shù)據(jù)類型為32，默認值設(shè)為100。6/16/2023當前第93頁\共有106頁\編于星期五\0點模擬信號采集程序前面板6/16/2023當前第94頁\共有106頁\編于星期五\0點2)流程圖設(shè)計

(1)放置CIN圖標，并設(shè)置圖標的輸入、輸出參數(shù)個數(shù)及數(shù)據(jù)類型。①

調(diào)用路徑。由Functions>>Advanced>>CodeInterfaceNode路徑調(diào)入CodeInterfaceNode。②

參數(shù)設(shè)置。本例中，CIN圖標有三個輸入?yún)?shù)——basea、channel、samples和一個輸出參數(shù)Waveform。Waveform是一個double型數(shù)組，用于存放采集結(jié)果。參數(shù)數(shù)據(jù)類型的選擇與前面板一致。6/16/2023當前第95頁\共有106頁\編于星期五\0點CIN圖標屬性對話框(2)?C源代碼文件的生成選擇如圖4所示的CIN圖標快捷菜單選項中的Create.cFile選項，生成C源代碼格式文件(*.C文件)。6/16/2023當前第96頁\共有106頁\編于星期五\0點本例生成的格式文件內(nèi)容如下：/**CINsourcefile*/??#include"extcode.h"/**typedefs*/typedefstruct{ int32dimSize; float64arg1[1];6/16/2023當前第97頁\共有106頁\編于星期五\0點 }TD1;typedefTD1**TD1Hdl;

CINMgErrCINRun(uInt16*basea,uInt8*channel,int32*samples,TD1HdlWaveform);

CINMgErrCINRun(uInt16*basea,uInt8*channel,int32*samples,TD1HdlWaveform){

/*ENTERYOURCODEHERE*/

returnnoErr; }6/16/2023當前第98頁\共有106頁\編于星期五\0點從上面生成的代碼可以看到，因為定義的CIN圖標輸出參數(shù)是數(shù)組型的，而LabVIEW向CIN傳遞數(shù)組類數(shù)據(jù)時，用的是句柄handle。傳遞數(shù)組的句柄結(jié)構(gòu)是這樣定義的：typedefstruct{ int32dimSize;/*數(shù)組尺寸*/ float64arg1[1];/*數(shù)組首地址指針*/ }TD1;typedefTD1**TD1Hdl;對于一個有n個元素的一維數(shù)組，用dimsize函數(shù)表示為dimsize＝n。對于一個m×n的二維數(shù)組a[m][n]，

用dimSize函數(shù)表示為dimSize[0]=m，dimSize[1]=n。6/16/2023當前第99頁\共有106頁\編于星期五\0點(3)填寫C源代碼將HY–1232的C語言采集程序填入到上面的C源代碼框架中。最終完成的C源代碼文件(sampdata.c文件)如下：

(注：設(shè)計者自行添加的語句為黑斜體，其余為自動生成的語句)/**CINsourcefile*/#include"extcode.h" /*自動生成*/#include"hosttype.h"

/*調(diào)用了系統(tǒng)及功能函數(shù)，因此添加此頭文件*/#include"dos.h" /*調(diào)用了C語言中的inp()