基于LabVIEW的普通數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動研究

引 言
    虛擬儀器技術(shù)是20世紀90年代發(fā)展起來的一種新技術(shù)，融計算機和總線技術(shù)、微電子技術(shù)、測量技術(shù)于一身，它是對傳統(tǒng)儀器的重大突破，是計算機技術(shù)與儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它利用計算機系統(tǒng)的強大功能，結(jié)合相應的硬件，大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示和存儲以及系統(tǒng)維護和擴展等方面的限制。虛擬儀器的眾多優(yōu)點使其得到了廣泛的應用，然而當今著名的虛擬儀器開發(fā)軟件(如LabVIEW等)只能支持NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡，而不能直接驅(qū)動普通的數(shù)據(jù)采集卡。本文重點研究了在虛擬儀器開發(fā)軟件平臺LabVIEW下使用普通數(shù)據(jù)采集卡的方法。

1 虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW與數(shù)據(jù)采集卡的連接
    LabVIEW是美國NI公司推出的一種基于G語言(Graphics Language)，即圖形化編程語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，具有強大的數(shù)據(jù)采集功能，通常只支持NI公司的數(shù)據(jù)采集卡，而這些卡的價格比較昂貴。因此，為了能在LabVIEW平臺上驅(qū)動普通的數(shù)據(jù)采集卡，用戶必須通過LabVIEW所提供的調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(call Library Function Node，CLFN)及代碼接口節(jié)點(Code Interface Node，CIN)等功能，將功能強大、編程靈活、而且已有很多現(xiàn)成程序模塊的C語言同Lab-VIEW中編程直觀方便的圖形化G語言結(jié)合起來，從而實現(xiàn)用普通的數(shù)據(jù)采集卡來采集數(shù)據(jù)的功能，使LabVIEW在對硬件的支持上有了一個質(zhì)的飛躍。
    在LabVIEW中利用CLFN節(jié)點可以較容易地實現(xiàn)訪問動態(tài)鏈接庫(DLL)，而且在購買數(shù)據(jù)采集卡的時，廠商一般會給用戶提供動態(tài)鏈接庫。所以研究在LabVIEW平臺下調(diào)用動態(tài)鏈接庫驅(qū)動普通的數(shù)據(jù)采集卡來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集更具有普遍性。

2 基于動態(tài)鏈接庫的普通數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動
2．1 動態(tài)鏈接庫概述
    動態(tài)鏈接是一種應用程序在運行時與庫文件連接起來的技術(shù)。動態(tài)鏈接庫(DLL)是一個可以多方共享的程序模塊，提供函數(shù)供Windows應用程序或其他的動態(tài)鏈接函數(shù)庫直接或間接調(diào)用，只有在別的模塊中調(diào)用了它的某個函數(shù)以后才發(fā)生作用。它是在應用程序運行時被裝入和鏈接的，而不是把庫代碼復制到應用程序中，只是在程序中記錄了函數(shù)的入口點和接口。動態(tài)鏈接庫獨立于編程語言，因此LabVIEW可以調(diào)用用大多數(shù)語言(如Visual C++，C++ Builder等)編寫生成的動態(tài)鏈接庫。在調(diào)用DLL的函數(shù)時，必須知道以下4個信息：函數(shù)返回的數(shù)據(jù)類型，函數(shù)調(diào)用的方式，函數(shù)的參數(shù)及類型，DLL庫文件的位置等。
2．2 LabVIEW對DLL的調(diào)用
    通過對Call Library Function Node的配置可以實現(xiàn)DLL的調(diào)用，關鍵要了解被調(diào)用的函數(shù)名稱、功能及其輸入／輸出參數(shù)。配置節(jié)點的目的在于指定DLL模塊中與LabVIEW數(shù)據(jù)交換的相應驅(qū)動函數(shù)。調(diào)用Call Library Function模塊，雙擊此模塊，在彈出CLF對話框中進行節(jié)點配置，CLF函數(shù)配置對話框見圖1。第一個參數(shù)“庫名或路徑”，填入需要調(diào)用的動態(tài)鏈接庫文件的名字和路徑。第二個參數(shù)“函數(shù)名”，是鏈接庫中要調(diào)用的函數(shù)名稱。當在庫名或路徑欄中設定了DLL的路徑后，在函數(shù)名下拉框中就可以看到該動態(tài)鏈接庫所包含的所有函數(shù)名。第三個參數(shù)“調(diào)用規(guī)范”，此欄中可以設置該動態(tài)鏈接庫是標準WINAPI調(diào)用還是普通的C調(diào)用。一般來說，都采用C調(diào)用，但是對于API調(diào)用則必須選擇stdeall(WINAPI)，最后一個需要注意的參數(shù)選項是線程安全選擇，此欄中可以選擇DLL是否可以被重入調(diào)用，默認情況是在UI線程中運行，即該動態(tài)鏈接庫只能在User Interrace Thread下運行。如果動態(tài)鏈接庫中被調(diào)用的函數(shù)返回時間很長，那么就會導致LabVIEW不能執(zhí)行UI線程中的其他任務，因此界面反應可能會很慢，甚至停止。這時候最好把它設為重入，若設置為重人，則該動態(tài)鏈接庫可以由多個線程同時調(diào)用，但前提是必須保證該DLL能被多個線程同時安全調(diào)用。

    在參數(shù)配置菜單下設置函數(shù)的返回值類型和輸入?yún)?shù)。對話框右側(cè)對應每一個參數(shù)的參數(shù)名稱、類型、數(shù)據(jù)類型、參數(shù)傳遞方式。其中，需要注意的是數(shù)據(jù)類型選項，在不同的編譯平臺下，數(shù)據(jù)類型的定義名稱是不一樣的。為了將數(shù)據(jù)類型一一對應，在LabVIEW中必須對數(shù)據(jù)類型名稱定義進行轉(zhuǎn)換。

3 普通數(shù)據(jù)采集卡在LabVIEW平臺下的應用實例
    以北京優(yōu)采公司的UA301A型A／D數(shù)據(jù)采集卡為例，該采集卡在LabVIEW平臺下不能直接被驅(qū)動。該采集卡提供了一個動態(tài)鏈接庫ua300a．dll，此動態(tài)鏈接庫中提供了許多簡潔高效的采集和控制函數(shù)，支持UA301A采集器的各種功能。
    UA301A為12位的A／D卡，系統(tǒng)中采用的是雙極性輸入信號和雙極性原碼的編碼方法。轉(zhuǎn)換的結(jié)果為二進制數(shù)，轉(zhuǎn)換后得到0～4 095的數(shù)字量。為了直觀表示被測物理量，需將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量變換為具有實際工程意義的數(shù)值。當單極性信號輸入時，模擬電壓值V與數(shù)字量D的對應關系可描述為：V=D／4 095×10；當輸入信號為雙極性時，兩者的對應關系為：V=(D-2 048)／4 095×10。這個轉(zhuǎn)換過程在驅(qū)動設計中可采用Case結(jié)構(gòu)來完成，把選擇輸入信號為單極性還是雙極性作為這個Case結(jié)構(gòu)的布爾值輸入。數(shù)據(jù)采集驅(qū)動程序框圖如圖2所示。

    圖2中4個CLF節(jié)點分別用來調(diào)用OpenUA300，minitz，readdataz，CloseUA300這四個函數(shù)。
    對于LabVIEW與DLL函數(shù)之間傳遞數(shù)組類型數(shù)據(jù)，無論采用何種數(shù)組格式進行傳遞，都需要在Lab-VIEW中為數(shù)組預先分配空間，也就是給該數(shù)組開辟緩存，不然會導致程序崩潰。該程序在采集數(shù)據(jù)前預先為其初始化一個二維數(shù)組空間，為了使采集到的數(shù)據(jù)在數(shù)組中的位置始終對應于采樣的每一通道，初始化數(shù)組空間時設置每通道采樣點數(shù)為行，采集通道數(shù)為列，這樣數(shù)據(jù)從采集卡FIFO存入緩存時，每一列對應每一通道的數(shù)據(jù)，省去了后續(xù)通過循環(huán)索引出各通道數(shù)據(jù)的繁瑣。
    為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的連續(xù)采集，系統(tǒng)應保持在循環(huán)狀態(tài)，設計中采用WhiIe循環(huán)來實現(xiàn)這一功能，但是Lab-VIEW在執(zhí)行While循環(huán)時，如果用戶沒有給它設定循環(huán)時間間隔，則它將以CPU的極限速度運行。這樣可能會導致整個LabVIEW程序看上去像死機一樣，所以需要給While循環(huán)加上一個指定的時間間隔。在采集前首先設置采樣通道、采樣頻率、采樣點數(shù)、增益和數(shù)據(jù)傳輸方式等參數(shù)，該接口驅(qū)動的前面板見圖3。

4 結(jié) 語
    由此可以看出，在LabVIEW中調(diào)用動態(tài)鏈接庫函數(shù)，來驅(qū)動普通數(shù)據(jù)采集卡的技術(shù)，顯示出了Lab-VIEW強大的外部程序接口能力。應用此方法設計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一方面可充分利用LabVIEW的界面友好、圖形顯示和虛擬儀器強大的開發(fā)功能等優(yōu)點；另一方面又能大大降低系統(tǒng)的開發(fā)成本，可以使LabVIEW在對硬件的支持上有一個質(zhì)的飛躍。通過LabVIEW的外部程序接口CLF節(jié)點訪問動態(tài)鏈接庫來調(diào)用Windows標準庫函數(shù)，使得LabVIEW支持的數(shù)據(jù)采集板卡范圍突破了限制，同時也為Lab-VIEW訪問底層函數(shù)提供了一種新的思路。