虚拟仪器数据采集与信号处理

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1、第6章虚拟仪器数据采集与信号处理第6章虚拟仪器数据采集与信号处理教学重点数据采集信号产生信号的时域分析信号的频域分析数字滤波器曲线拟合6.1数据采集LabVIEW作为一种图形化的虚拟仪器开发平台，在数据采集，信号的产生、分析与处理上有明显的优势。LabVIEW提供了非常丰富的数据采集，信号发生、分析与处理函数。虚拟仪器主要用于获取真实物理世界的数据，也就是说，虚拟仪器必须要有数据采集的功能。从这个角度来说，数据采集就是虚拟仪器设计的核心，使用虚拟仪器必须要掌握如何进行数据采集。6.1.1数据采集系统的

2、含义在科研、生产和日常生活中，需要经常对模拟量（如温度、压力、流量、速度、位移等）进行测量和控制。数据采集（DataAcquisition，DAQ），就是将被测对象的各种参量（物理量、化学量、生物量等）通过各种传感器作适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤送到计算机进行数据处理或记录的过程。用于数据采集的成套设备称为数据采集系统（DataAcquisitionSystem，DAS）。数据采集系统的任务，就是通过传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然

3、后送入计算机进行相应的处理，得出所需的结果。同时，将计算机得到的数据结果进行显示、存储或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。数据采集系统的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的前提下，应具有尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。现代数据采集系统具有以下主要特点：一般都含有计算机系统；软件的作用越来越大；数据采集与数据处理结合日益紧密；采集速度快，一般都具有实时特性；数据采集系统的体积越来越小；总线的应用越来越

4、广。6.1.2数据采集系统结构数据采集系统通常是由传感器、信号调理电路、多功能数据采集卡（通常集成有模拟多路开关、程控放大器、采样/保持器、定时器、A/D转换器及D/A转换器）、计算机及外设等部分组成。传感器传感器是指能感受规定的被测量信号并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器不但应该对被测量信号敏感，而且还应具有将被测量信号的响应传送出去的功能。信号调理（1）放大：电流型变送器、电压型变送器（2）隔离：“地”电位，共态电压差异（3）滤波：低通滤波器、抗混叠滤波器（4）激励：外接电流或

5、电压激励信号（例，热电阻）（5）线性化：驱动软件包数据采集卡一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数/定时器等，这些功能分别由相应的单元电路来实现。（1）模拟输入：一般由多路开关、放大器、采样保持电路以及A/D转换器来实现。（2）模拟输出：为系统提供输出或控制信号（D/A）。（3）数字I/O：通常用来控制过程、产生测试信号、与外设通信等。它的基本参数包括数字接口路数、收/发数据速率、驱动能力等。（4）计数/定时器：计数器包括3个重要信号：门限信号、计数信号、输出。6.1.3数据

6、采集卡的选用与配置数据采集卡：在计算机控制下完成数据采集和控制任务的板卡。数据采集卡分为内插式采集卡和外挂式采集卡。内插式采集卡包括基于ISA,PCI,PXI/CPCI,PCMCIA等总线卡，特点是速度快，但是插拔不方便。外挂式采集卡包括USB,IEEE1394,RS-232/RS-485和并口卡，特点是使用方便，但速度相对较慢。USB总线数据采集卡PCI总线接口数据采集卡数据采集卡的选用在挑选数据采集卡时，用户主要考虑的是根据需求选取适当的总线形式，适当的采样速率，适当的模拟输入、模拟输出，适当的数

7、字量输入、输出接口等，达到既能满足工作需求，又能节省投资的目的。需用数据采集卡的基本原则：数据分辨率和精度；可达到的采样速率（=最高采样频率/通道数）；通道数；数据总线接口类型（PCI，PCMCIA,PXI,VXI）；是否有隔离；支持的软件驱动程序及其软件平台。数据采集卡产品介绍NI公司作为虚拟仪器技术的开创者，面向广大用户设计出一系列高品质的通用数据采集卡，如B系列基本多功能DAQ卡、S系列同步采样多功能DAQ卡、M系列新一代多功能DAQ卡等。PCI-6251是首款基于PC的PCIExpress多功

8、能高速数据采集卡，它将PCIe总线技术和NI的M系列数据采集技术完美地结合在一起，提供了快速模拟和数字I/O，以及先进的PCIe通道带宽。数据采集卡的安装配置在选购了NI公司的数据采集卡后，首先要将数据采集卡安装到计算机中并插在相应的总线插槽上，然后安装相应的驱动程序。硬件驱动程序是应用软件对硬件的编程接口，它包含着特定硬件可以接受的操作命令，用于完成与硬件之间的数据传递。依靠硬件驱动程序可以大大简化LabVIEW编程工作，提高开发效率，降低开发成本。N