數(shù)據(jù)采集(DAQ)基礎(chǔ)知識(shí)

　　圖5當(dāng)信號(hào)通過(guò)切換40路DC信號(hào)的多路復(fù)用器輸入儀用放大器時(shí)，表現(xiàn)為一個(gè)高頻率AC信號(hào)

　　圖6 盡管采用了相同16位ADC，兩種數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的噪聲曲線還是具有明顯的不同。

　　圖6(a)是NI AT-MIO-16XE-10;圖6(b)是另一家廠商的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。

　　對(duì)于復(fù)雜的測(cè)量硬件如插入式數(shù)據(jù)采集設(shè)備，根據(jù)所使用設(shè)備的不同，您所得到的精度有很大的差別。NI一直致力于提供高精度的產(chǎn)品，在許多情況下，這 些產(chǎn)品的精度甚至比臺(tái)式儀器還要高。在NI產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)范中有這些精度的說(shuō)明。同時(shí)您要注意那些沒有詳細(xì)說(shuō)明的板卡;所省略的技術(shù)指標(biāo)可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的不 精確。通過(guò)評(píng)估更多的模擬輸入技術(shù)指標(biāo)，而不是簡(jiǎn)單地參考模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率，您可以確定所選的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品對(duì)于您的應(yīng)用是否具有足夠的精度。

　　模擬輸出

　　經(jīng)常需要模擬輸出電路來(lái)為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供激勵(lì)源。數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的一些技術(shù)指標(biāo)決定了所產(chǎn)生輸出信號(hào)的質(zhì)量-穩(wěn)定時(shí)間、轉(zhuǎn)換速率和輸出分辨率。

　　穩(wěn)定時(shí)間——穩(wěn)定時(shí)間是指輸出達(dá)到規(guī)定精度時(shí)所需要的時(shí)間。穩(wěn)定時(shí)間通常由電壓上的滿量程變化來(lái)規(guī)定。需要更多關(guān)于穩(wěn)定時(shí)間的信息，請(qǐng)參考模擬輸入這一章節(jié)。

　　轉(zhuǎn)換速率——轉(zhuǎn)換速率是指數(shù)模轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的輸出信號(hào)的最大變化速率。穩(wěn)定時(shí)間和轉(zhuǎn)換速率一起決定模數(shù)轉(zhuǎn)換器改變輸出信號(hào)值的速率。 因此，一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器在一個(gè)小的穩(wěn)定時(shí)間和一個(gè)高的轉(zhuǎn)換速率下可產(chǎn)生高頻率的信號(hào)，這是因?yàn)檩敵鲂盘?hào)精確地改變至一個(gè)新的電壓值這一過(guò)程所需要的時(shí)間極 短。

　　關(guān)于應(yīng)用方面的一個(gè)例子是音頻信號(hào)的產(chǎn)生，它需要上述參數(shù)具有高性能指標(biāo)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)高的轉(zhuǎn)換速率和小的穩(wěn)定時(shí)間來(lái)產(chǎn)生高頻率信號(hào)來(lái)覆蓋音 頻范圍。與此相對(duì)照，另一個(gè)應(yīng)用示例是利用一個(gè)電壓信號(hào)源來(lái)控制一個(gè)加熱器，它不需要高速數(shù)/模轉(zhuǎn)換。這是因?yàn)榧訜崞鲗?duì)電壓值的改變不能很快地響應(yīng)，沒有 必要使用高速數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。

　　輸出分辨率——輸出分辨率與輸入分辨率類似;它是產(chǎn)生模擬輸出的數(shù)字碼的位數(shù)。較大的位數(shù)可以縮小輸出電壓增量的量值，因此可以產(chǎn)生更平滑的變化信號(hào)。對(duì)于要求動(dòng)態(tài)范圍寬、增量小的模擬輸出應(yīng)用，需要有高分辨率的電壓輸出。

　　觸發(fā)器

　　許多數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用過(guò)程需要基于一個(gè)外部事件來(lái)起動(dòng)或停止一個(gè)數(shù)據(jù)采集的工作。數(shù)字觸發(fā)使用外部數(shù)字脈沖來(lái)同步采集與電壓生成。模擬觸發(fā)主要用于模擬輸入操作，當(dāng)一個(gè)輸入信號(hào)達(dá)到一個(gè)指定模擬電壓值時(shí)，根據(jù)相應(yīng)的變化方向來(lái)起動(dòng)或停止數(shù)據(jù)采集的操作。

　　RTSI總線

　　NI公司為數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品開發(fā)了RTSI總線。RTSI總線使用一種定制的門陣列和一條帶形電纜，能在一塊數(shù)據(jù)采集卡上的多個(gè)功能之間或者兩塊甚至多 塊數(shù)據(jù)采集卡之間發(fā)送定時(shí)和觸發(fā)信號(hào)。通過(guò)RTSI總線，您可以同步模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、和計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器的操作。例如，通過(guò) RTSI總線，兩個(gè)輸入板卡可以同時(shí)采集數(shù)據(jù)，同時(shí)第三個(gè)設(shè)備可以與該采樣率同步的產(chǎn)生波形輸出。

　　數(shù)字I/O (DIO)

　　DIO接口經(jīng)常在PC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用，它被用來(lái)控制過(guò)程、產(chǎn)生測(cè)試波形、與外圍設(shè)備進(jìn)行通信。在每一種情況下，最重要的參數(shù)有可應(yīng)用的數(shù)字線的 數(shù)目、在這些通路上能接收和提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的速率、以及通路的驅(qū)動(dòng)能力。如果數(shù)字線被用來(lái)控制事件，比如打開或關(guān)掉加熱器、電動(dòng)機(jī)或燈，由于上述設(shè)備并不能 很快地響應(yīng)，因此通常不采用高速輸入輸出。

　　數(shù)字線的數(shù)量當(dāng)然應(yīng)該與需要被控制的過(guò)程數(shù)目相匹配。在上述的每一個(gè)例子中，需要打開或關(guān)掉設(shè)備的總電流必須小于設(shè)備的有效驅(qū)動(dòng)電流。

　　然而，通過(guò)應(yīng)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)字信號(hào)調(diào)理配件，您可以使用進(jìn)/出數(shù)據(jù)采集硬件的低電流TTL信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)/控制工業(yè)硬件產(chǎn)生的高電壓和電流信號(hào)。例如，在打 開或關(guān)閉一個(gè)高閥門時(shí)，電壓和電流的值可能達(dá)到2A、100VAC的數(shù)量級(jí)。因?yàn)橐粋€(gè)DIO設(shè)備的輸出為幾個(gè)毫安，電壓為0～5VDC，所以可以使用如 SSR系列、ER-8/16，SC-206x，或 SCXI模塊來(lái)開關(guān)電源信號(hào)，控制閥門。