数据采集与仪器驱动.ppt

主讲人：刘利
上海交通大学机电控制研究所
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021-34206294

交通大学控制课程系列
机械、动力、车辆专业选修课
第五章 数据采集与仪器驱动
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数据采集与控制系统构成
数据采集VI的组织结构
基于NI的DAQ系统的实现
非NI的DAQ系统的实现
本章小结
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数据采集、控制系统的构成
采用基于PC 的数据采集(data acquisition , DAQ) 、控制系统来完成实验室研究和工业控制中的测控任务的方案配置是:
工控机+数据采集/控制卡+VB/VC/LabView 编程，即：
数据采集/控制卡：完成一般测试仪器的数据采集和控制功能,
工控机系统：完成一般测试仪器的数据分析、计算、显示、输出等功能。
数据采集控制系统的组成
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模拟信号的数字化处理
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数据采集的核心过程就是将连续的模拟信号转换成离散的数字信号
采样点太多，会占用大量内存单元；采样点太少，会使模拟信号的某些信息被丢失，出现失真现象
数据采集卡
数据采集卡的组成：
① 多路开关：将各路信号轮流切换到放大器的输入端，实现多参数多路信号的分时采集。
② 放大器：将前一级多路开关切换进入待采集信号放大(或衰减)至采样环节的量程范围内。通常实际系统中放大器为增益可调的放大器，设计者可根据输入信号不同的幅值选择不同的增益倍数。
③ 采样/保持器：取出待测信号在某一瞬时的值(即实现信号的时间离散化)，并在A/D转换过程中保持信号不变。如被测信号变化很缓慢可不用采样/保持器。
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④ A/D转换器：
输入的模拟量转化为数字量输出，并完成信号幅值的量化。随着电子技术的发展，目前通常将采样/保持器同A/D转换器集成在一块芯片上。
以上四个部分都处在PC计算机的前向通道，完成对信号数据的采集、放大及模/数转换任务。
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需要注意的两个问题
1、是否使用Buffer？
2、是否使用外触发启动、停止或同步操作？
缓冲（Buffers）： 缓冲指的是PC 内存的一个区域（不是数 据采集卡上的FIFO 缓冲），它用来临时存放数据。
使用Buffer I/O的情况：
需要采集或产生许多样本，其速率超过了实际显示、存储到硬件，或实时分析的速度。
需要连续采集或产生AC 数据（>10 样本／秒），并且要同时分析或显示某些数据。
采样周期必须准确、均匀地通过数据样本。
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不使用Buffer I/O的情况：
数据组小，如每秒只从两个通道之一采集一个数据点。
需要缩减存储器的开支。
触发（Triggering）：触发涉及初始化、终止或同步采集事件的任何方法。
软件触发：可以直接用软件，例如使用布尔面板控制去启动/停止数据采集。
硬件触发：让板卡上的电路管理触发器，控制采集事件的时间分配，有很高的精确度。
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下列情况使用软件触发：
用户需要对所有采集操作有明确的控制。
事件定时不需要非常准确。
下列情况使用硬件触发：
采集事件定时需要非常准确。
用户需要削减软件开支。
采集事件需要与外部装置同步。