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(多图) 借助智能DAQ, 获得高级数据采集技术

NI公司?? 2010年05月11日 ?? 收藏0

  概览

  多功能智能DAQ设备配有自定义式板载处理功能,最大限度地为系统定时及触发提供灵活性能。 与控制设备功能的固定ASIC不同,智能DAQ采用基于FPGA的系统定时控制器,令所有模拟和数字I/O能够根据特定应用操作接受相应的配置。 本指南展示了:如何使用R系列智能DAQ板卡和NI LabVIEW FPGA,灵活自如地执行数据采集任务

  入门

  NI LabVIEW FPGA模块帮助DAQ系统的开发者灵活自如地进行应用程序编程以实现各类输入/输出操作。 用户无需预先了解VHDL等硬件设计工具,便可将LabVIEW代码嵌入FPGA芯片并获得硬件定时的速度和可靠性。

  让我们先从数据采集硬件的常用组件切入论题。 假设您拥有了模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)和数字输入/输出线,则所有I/O便要根据实际操作接受某种方式的定时和控制。 典型的多功能数据采集设备采用功能齐全的ASIC,满足了大多数的功能性需求。

  比如:M系列DAQ设备通过DAQ-STC2,控制着各类硬件组件的定时和触发。 智能DAQ硬件(如:R系列DAQ设备)区别于市面上的其他任何数据采集设备

,因为在控制设备功能方面智能DAQ用基于FPGA的系统定时控制器取代了传 统ASIC,从而使得所有模拟和数字I/O都能根据特定应用操作接受相应的配置。 可重配置FPGA芯片通过NI LabVIEW FPGA模块进行编程,此时NI LabVIEW的数据流模式仍旧适用,不过采用了一组新函数控制最底层的设备I/O。

  ?LabVIEW FPGA I/O节点并不通过NI-DAQmx函数负责实现常见的任务和功能,而是灵活自如地在各个通道最底层上运行。 通过以下各部分的内容,我们将了解NI-DAQmx的特定实例,并学习如何通过智能DAQ定制各类数据采集任务。

  定时和触发

  实现高级数据采集的智能DAQ主要用于定制定时和触发。 下方的范例程序框图展现了:NI-DAQmx帮助实现的触发式模拟输入任务。

  图1. 通过NI-DAQmx实现的触发式模拟输入

  图1. 通过NI-DAQmx实现的触发式模拟输入

  如图1所示,智能DAQ并未使用不同函数配置通道,而是通过名为I/O节点的函数读写各路模拟和数字通道。 让我们看看使用NI LabVIEW FPGA中I/O节点所获得的相同功能。

  图2. 通过智能DAQ和NI LabVIEW FPGA实现的触发式模拟输入

  图2. 通过智能DAQ和NI LabVIEW FPGA实现的触发式模拟输入

  上图既没有针对全局通道、采样时钟、触发的配置函数,也没有开始、停止和清除等任务。 所有内容都被1个简单的模拟I/O读取所取代;全部定时都为本地LabVIEW结构(如:While循环和条件结构)所控制。由于整个程序框图均在 FPGA硬件内执行,LabVIEW代码的运行便体现出硬件定时的速度和可靠性。

  让我们更深入地了解一下该程序框图的运行方式。 模拟I/O节点并不指定某个采样速率,而使用For循环采集各个样本。 与之对应的ADC在I/O节点被调用时,负责对输入信号进行实际数字化,因而通过For循环接受定时。 若想在100 kHz的频率下进行信号采样,针对循环的延迟就必须设定为10 ?s。 循环的定时器函数从第2轮循环迭代开始便确保着特定的时间延迟,用户因而能够通过顺序结构保证样本之间存在着指定的时间间隔。 NI LabVIEW FPGA中功能强大的条件结构,实际代表了用于封装各类代码的硬件触发。 由于所有的函数和结构都通过逻辑单元在硬件内运行,所以条件结构确保开始具有实时10 ?s时间精度的采样。 最后需指出的是,由于操作位于硬件层,只涉及几个层次的抽象处理,因此用户无需清除任务ID或释放内存。

  就基于FPGA的智能DAQ硬件而言,其真正的优势是能够定制各类定时和触发,并在硬件中进行信号处理和决策。 现在让我们了解一下:针对某类自定义应用,需对模拟输入触发做出哪些修改。 若我们希望在2路模拟输入通道的某路电压超过指定范围时便触发采集,又该如何修改呢? 借助NI LabVIEW FPGA,此类任务的执行易如反掌。

  图 3. 通过智能DAQ和NI LabVIEW FPGA实现的自定义触发式模拟输入

  图 3. 通过智能DAQ和NI LabVIEW FPGA实现的自定义触发式模拟输入

  这里,我们已经为程序框图添加了第2个I/O节点和第2个比较函数,以及1个布尔“或”函数。 智能DAQ硬件为所有的模拟输入通道提供专用ADC,因而2路通道能够接受同步采样;同时,只要任何1路通道的电压超过了指定范围,条件结构便会执行 “真”条件,并开始以10 ?s时间精度进行采样。 请记住:缺少智能DAQ便不可能生成类似的触发;在其他DAQ硬件上应用时,触发需要具有更高延迟的软件定时来实现。 如果此后我们希望通过扩展将监控范围从2路通道延伸至全部8路通


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智能DAQ? 数据采集?

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