借助智能DAQ, 獲得高級(jí)數(shù)據(jù)采集技術(shù)

　　上圖既沒(méi)有針對(duì)全局通道、采樣時(shí)鐘、觸發(fā)的配置函數(shù)，也沒(méi)有開(kāi)始、停止和清除等任務(wù)。 所有內(nèi)容都被1個(gè)簡(jiǎn)單的模擬I/O讀取所取代;全部定時(shí)都為本地LabVIEW結(jié)構(gòu)(如：While循環(huán)和條件結(jié)構(gòu))所控制。由于整個(gè)程序框圖均在 FPGA硬件內(nèi)執(zhí)行，LabVIEW代碼的運(yùn)行便體現(xiàn)出硬件定時(shí)的速度和可靠性。

　　讓我們更深入地了解一下該程序框圖的運(yùn)行方式。 模擬I/O節(jié)點(diǎn)并不指定某個(gè)采樣速率，而使用For循環(huán)采集各個(gè)樣本。 與之對(duì)應(yīng)的ADC在I/O節(jié)點(diǎn)被調(diào)用時(shí)，負(fù)責(zé)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行實(shí)際數(shù)字化，因而通過(guò)For循環(huán)接受定時(shí)。 若想在100 kHz的頻率下進(jìn)行信號(hào)采樣，針對(duì)循環(huán)的延遲就必須設(shè)定為10 µs。 循環(huán)的定時(shí)器函數(shù)從第2輪循環(huán)迭代開(kāi)始便確保著特定的時(shí)間延遲，用戶因而能夠通過(guò)順序結(jié)構(gòu)保證樣本之間存在著指定的時(shí)間間隔。 NI LabVIEW FPGA中功能強(qiáng)大的條件結(jié)構(gòu)，實(shí)際代表了用于封裝各類代碼的硬件觸發(fā)。 由于所有的函數(shù)和結(jié)構(gòu)都通過(guò)邏輯單元在硬件內(nèi)運(yùn)行，所以條件結(jié)構(gòu)確保開(kāi)始具有實(shí)時(shí)10 µs時(shí)間精度的采樣。 最后需指出的是，由于操作位于硬件層，只涉及幾個(gè)層次的抽象處理，因此用戶無(wú)需清除任務(wù)ID或釋放內(nèi)存。

　　就基于FPGA的智能DAQ硬件而言，其真正的優(yōu)勢(shì)是能夠定制各類定時(shí)和觸發(fā)，并在硬件中進(jìn)行信號(hào)處理和決策。 現(xiàn)在讓我們了解一下：針對(duì)某類自定義應(yīng)用，需對(duì)模擬輸入觸發(fā)做出哪些修改。 若我們希望在2路模擬輸入通道的某路電壓超過(guò)指定范圍時(shí)便觸發(fā)采集，又該如何修改呢? 借助NI LabVIEW FPGA，此類任務(wù)的執(zhí)行易如反掌。

　　圖 3. 通過(guò)智能DAQ和NI LabVIEW FPGA實(shí)現(xiàn)的自定義觸發(fā)式模擬輸入

　　這里，我們已經(jīng)為程序框圖添加了第2個(gè)I/O節(jié)點(diǎn)和第2個(gè)比較函數(shù)，以及1個(gè)布爾“或”函數(shù)。 智能DAQ硬件為所有的模擬輸入通道提供專用ADC，因而2路通道能夠接受同步采樣;同時(shí)，只要任何1路通道的電壓超過(guò)了指定范圍，條件結(jié)構(gòu)便會(huì)執(zhí)行 “真”條件，并開(kāi)始以10 µs時(shí)間精度進(jìn)行采樣。 請(qǐng)記住：缺少智能DAQ便不可能生成類似的觸發(fā);在其他DAQ硬件上應(yīng)用時(shí)，觸發(fā)需要具有更高延遲的軟件定時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 如果此后我們希望通過(guò)擴(kuò)展將監(jiān)控范圍從2路通道延伸至全部8路通道，甚至希望添加數(shù)字觸發(fā)，就需要簡(jiǎn)化自定義代碼。 添加預(yù)觸發(fā)掃描后，用戶便可對(duì)輸入通道不斷進(jìn)行采樣并將數(shù)據(jù)傳送至FIFO緩沖器。 觸發(fā)器一旦接受讀取，F(xiàn)IFO緩沖器和此后的采樣便可經(jīng)由DMA通道，被傳送至主機(jī)。

　　如果我們希望借助NI-DAQmx驅(qū)動(dòng)，對(duì)第2模擬輸入通道進(jìn)行采樣，則該程序框圖與圖1所示的內(nèi)容相差無(wú)幾。然而限制依然存在，因?yàn)?路通道均被迫引用 相同的觸發(fā)器并以相同的時(shí)鐘頻率進(jìn)行采樣。 現(xiàn)在我們來(lái)看看：智能DAQ和NI LabVIEW FPGA幫助實(shí)現(xiàn)的各類多通道采樣。

　　圖4. 通過(guò)智能DAQ實(shí)現(xiàn)的觸發(fā)式同步模擬輸入

　　圖4(上圖)展現(xiàn)了：如何基于模擬輸入通道0中的模擬觸發(fā)器，對(duì)2路不同的模擬輸入通道進(jìn)行同步采樣。由于智能DAQ設(shè)備均配有獨(dú)立的ADC，在同一 I/O節(jié)點(diǎn)中的2路通道可在完全相同的時(shí)刻接受采樣。 典型的多功能DAQ設(shè)備可通過(guò)一個(gè)ADC多路復(fù)用所有通道，因此，各路通道必須共享相同的采樣時(shí)鐘和觸發(fā)線。 圖5(下圖)展現(xiàn)了：智能DAQ硬件其實(shí)能夠以獨(dú)立的速率，對(duì)不同的模擬輸入通道進(jìn)行采樣。 在獨(dú)立回路中放置模擬輸入I/O節(jié)點(diǎn)后，每路通道會(huì)以完全不同的速率進(jìn)行采樣，然后各自通過(guò)2條DMA通道讀寫硬盤。