數(shù)據(jù)采集(DAQ)基礎(chǔ)知識(shí)

　　一個(gè)常見(jiàn)的DIO應(yīng)用是傳送計(jì)算機(jī)和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)，這些設(shè)備包括數(shù)據(jù)記錄器、數(shù)據(jù)處理器以及打印機(jī)。因?yàn)樯鲜鲈O(shè)備常以1個(gè)字節(jié)(8位)來(lái)傳送數(shù) 據(jù)，插入式DIO設(shè)備的數(shù)字線常排列為8位一組，許多具有數(shù)字能力的板卡具有帶同步通信功能的握手電路。通道數(shù)、數(shù)據(jù)速率和握手能力都是很重要的技術(shù)指 標(biāo)，您需要了解這些指標(biāo)并且它們要與應(yīng)用的要求相匹配。

　　定時(shí)I/O

　　計(jì)數(shù)器/定時(shí)器在許多應(yīng)用中具有很重要的作用，包括對(duì)數(shù)字事件產(chǎn)生次數(shù)的計(jì)數(shù)、數(shù)字脈沖計(jì)時(shí)，以及產(chǎn)生方波和脈沖。您通過(guò)三個(gè)計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)所有上述應(yīng)用——門、輸入源和輸出。

　　門——門是指用來(lái)使計(jì)數(shù)器開(kāi)始或停止工作的一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)。

　　輸入源——輸入源是一個(gè)數(shù)字輸入，它的每次翻轉(zhuǎn)都導(dǎo)致計(jì)數(shù)器的遞增，因而提供計(jì)數(shù)器工作的時(shí)間基準(zhǔn)。

　　輸出——在輸出線上輸出數(shù)字方波和脈沖。

　　應(yīng)用一個(gè)計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器時(shí)最重要的指標(biāo)是分辨率和時(shí)鐘頻率。分辨率是計(jì)數(shù)器所應(yīng)用的位數(shù)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，高分辨率意味著計(jì)數(shù)器可以計(jì)數(shù)的位數(shù)越高。時(shí)鐘 頻率決定了您可以翻轉(zhuǎn)數(shù)字輸入源的速度有多快。當(dāng)頻率越高，計(jì)數(shù)器遞增的也越快，因此對(duì)于輸入可探測(cè)的信號(hào)頻率越高，對(duì)于輸出則可產(chǎn)生更高頻率的脈沖和方 形波。在我們的E系列數(shù)據(jù)采集設(shè)備中采用了DAQ-STC計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器，其時(shí)鐘頻率為20 MHz，共有16個(gè)24位計(jì)數(shù)器。在NI 660x計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器設(shè)備中，所用的NI-TIO計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器最高時(shí)鐘頻率為80 MHz，共有8個(gè)32位計(jì)數(shù)器。

　　DAQ-STC是NI的一種定制的專用集成電路 (ASIC) ， 它是為數(shù)據(jù)采集應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的。與應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集設(shè)備上的其他現(xiàn)有計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器芯片相比較，DAQ-STC是與眾不同的。例如，DAQ-STC是一個(gè)正 向/反向的計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器，意味著它可以使用附加的外部數(shù)字信號(hào)，根據(jù)“高”或“低”電平，來(lái)正向計(jì)數(shù)或反向計(jì)數(shù)。這種類型的計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器可用于旋轉(zhuǎn)或 線性編碼器來(lái)測(cè)量位置。其它的專有功能還有生成緩沖式脈沖系列、對(duì)相同的采樣時(shí)間進(jìn)行定時(shí)、相關(guān)時(shí)間戳記、以及采樣速率的瞬間改變 。

　　NI-TIO也是一種針對(duì)計(jì)時(shí)應(yīng)用特定設(shè)計(jì)的定制的ASIC。它將所有的DAQ-STC計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器的功能進(jìn)行合并，并且還加入了新的特點(diǎn)，如自身編碼器的兼容性、消除反沖過(guò)濾器和兩個(gè)信號(hào)的邊緣分離測(cè)量。

　　圖7自動(dòng)潤(rùn)滑檢測(cè)應(yīng)用(應(yīng)用了一個(gè)SCXI機(jī)箱和在Macintosh上運(yùn)行的LabVIEW)

　　軟件

　　軟件使PC和數(shù)據(jù)采集硬件形成了一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集、分析和顯示系統(tǒng)。沒(méi)有軟件，數(shù)據(jù)采集硬件是毫無(wú)用處的——或者使用比較差的軟件，數(shù)據(jù)采集硬件 也幾乎無(wú)法工作。大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集應(yīng)用實(shí)例都使用了驅(qū)動(dòng)軟件。軟件層中的驅(qū)動(dòng)軟件可以直接對(duì)數(shù)據(jù)采集硬件的寄存器編程，管理數(shù)據(jù)采集硬件的操作并把它和處理 器中斷，DMA和內(nèi)存這樣的計(jì)算機(jī)資源結(jié)合在一起。驅(qū)動(dòng)軟件隱藏了復(fù)雜的硬件底層編程細(xì)節(jié)，為用戶提供容易理解的接口。

　　例如，以下的代碼片斷顯示了使用C語(yǔ)言的NI-DAQ功能調(diào)用，該功能從MIO-16E-10的一個(gè)模擬輸入通道讀取電壓并進(jìn)行換算。

　　隨著數(shù)據(jù)采集硬件、計(jì)算機(jī)和軟件復(fù)雜程度的增加，好的驅(qū)動(dòng)軟件就顯得尤為重要。合適的驅(qū)動(dòng)軟件可以最佳地結(jié)合靈活性和高性能，同時(shí)還能極大地降低開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集程序所需的時(shí)間。