基于USB的數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)用

引言

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控要求的提高，許多應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)數(shù)據(jù)采集的要求也越來越高。在性能方面，要求數(shù)據(jù)采集卡的釆樣速率快，通道數(shù)多，分辨率高;在使用方面，要求其編程容易，攜帶方便，可移 植性好。NI USB-6009數(shù)據(jù)釆集卡正好可以滿足這些需求，它具有的USB接口使設(shè)備能即插即用，并且具有較高的傳輸速度，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集比較理想的一款數(shù)據(jù)采集卡。

1 數(shù)據(jù)釆集卡的組成

數(shù)據(jù)釆用卡通常由多路開關(guān)、放大器、采樣/保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器等部分組成。下面對(duì)各部分進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。

通過系統(tǒng)中的多路開關(guān)可將各路信號(hào)輪流切換到放大器的輸入端,實(shí)現(xiàn)多參數(shù)多路信號(hào)的分時(shí)采集。

放大器可將前一級(jí)多路開關(guān)切換進(jìn)來的待采集信號(hào)放大或衰減至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內(nèi)。實(shí)際系統(tǒng)中，通常將其做成增益可調(diào)的放大器，設(shè)計(jì)者可根據(jù)輸入信號(hào)的不同幅值選擇不同的增益倍數(shù)；

采樣/保持器的任務(wù)是取出待測(cè)信號(hào)某一瞬時(shí)值 (即實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)間離散化)，并在A/D轉(zhuǎn)換過程中保持信號(hào)不變，如果被測(cè)信號(hào)變化緩慢，也可以不用采樣/保持器；

A/D轉(zhuǎn)換器可將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，并完成信號(hào)幅值的量化。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前，通常將釆樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器集成在同一塊芯片上；

D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量，以實(shí)現(xiàn)控制功能。

2  NI USB-6009數(shù)據(jù)采集卡介紹

NI USB-6009數(shù)據(jù)采集卡是一款用于USB的14位、48 k/s的多功能數(shù)據(jù)釆集卡，它釆用方便而便于攜帶的總線型設(shè)計(jì)，擁有8路12位模擬輸入通道、14位數(shù)字I/O線、2路模擬輸出通道和1個(gè)計(jì)數(shù)器。NI USB-6009的特性如表1所列。圖1為NI USB- 6009主要功能組件。圖2所示為NIUSB_6OO9信號(hào)標(biāo)簽。NI USB-6009擁有一個(gè)用于模擬信號(hào)的可拆卸式螺栓端子連接器和一個(gè)用于數(shù)字信號(hào)的可拆卸螺栓端子連接器。兩個(gè)端子連接器可提供16個(gè)連接，它們使用16AWG至28AWG導(dǎo)線。

圖3所示是NI USB-6OO9的模擬輸入電路。NI USB-6009帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）?？ㄉ系亩嗦窂?fù)用器（MUX）每次可將一個(gè)AI通道多路復(fù)用至PGA。

當(dāng)卡上的可編程增益放大器配置為差分測(cè)量模式時(shí)，可為輸入端提供1,2,4,5,8,10,16或20倍的增益選擇；而配置為單端測(cè)量模式時(shí)，則增益倍數(shù)為1。PGA增益主要根據(jù)測(cè)量應(yīng)用選擇的電壓量程來自動(dòng)換算。

NI USB-6OO9的信號(hào)說明如表2所列。該數(shù)據(jù)采集卡可對(duì)固定或無限次數(shù)釆樣執(zhí)行單個(gè)或多個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換。在AI采集過程中，主要通過先進(jìn)先出（FIFO）緩存來存儲(chǔ)數(shù)據(jù),這樣可以確保沒有數(shù)據(jù)丟失。

3  NI USB-6009數(shù)據(jù)釆集卡的軟件編程

由于NI USB-6009上安裝有Easy I/O for DAQ 函數(shù)庫(kù)，因此，在安裝NI-DAQ程序后，就可以通過VC﹢﹢來使用Easy I/O for DAQ函數(shù)庫(kù)。

在對(duì)NI USB-6009進(jìn)行編程時(shí)，其常用函數(shù)如下：

(1)nidaqAlCreateTask 函數(shù)

該函數(shù)可用于創(chuàng)建模擬輸入采樣任務(wù)。其函數(shù)原型為:long nidaqAlCreateTask ( char Channel_Path[], long Task_Type, long * Number_of_Channels, long * Task_ID)；

Channel_Path[]用于設(shè)定采樣的通道號(hào)。如設(shè)備 1,通道0,則Channel_Path = " daq：：1! ( 0 ) ”，Task_Type用于模擬輸入任務(wù)類型的設(shè)定；Number_of_ Channels為通道數(shù)；Task_ID用于設(shè)定采樣任務(wù)ID。

(2)nidaqAIStart 函數(shù)

用于啟動(dòng)模擬輸入采樣任務(wù)。函數(shù)原型為long nidaqAIStart (long Task_ID_In)；

(3)nidaqAIStop 函數(shù)

停止采樣任務(wù)函數(shù)，函數(shù)原型為：long nidaqAIStop (long Task_ID_In)；

(4)nidaqAIRead 函數(shù)

該函數(shù)用于讀取緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。函數(shù)原型為: long nidaqAIRead (long Task_ID_In, char Channel _Path[]long Number_of_Scans , double Time_ Limit_sec, double Data[]);

其中Task_ID_In用于釆樣任務(wù)ID； Channel_Path[]用于采樣通道號(hào)；Number_of_Scans用于每次采集所掃描的數(shù)據(jù);Time_Limit_sec用于等待數(shù)據(jù)的最大時(shí)間;Data[]用于存放數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)數(shù)組。

基于NI USB-6OO9的數(shù)據(jù)采集軟件流程圖如圖4所示。

4 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

圖5所示是某干擾源頻譜圖，該頻譜圖是通過數(shù)據(jù)釆集卡釆集頻譜儀直接下變頻的模擬信號(hào)所繪制而成的。與傳統(tǒng)的頻譜儀直接掃描相比,該數(shù)據(jù)采集卡 的優(yōu)點(diǎn)有三:其一是它有更高的采樣率,可使頻譜圖的 數(shù)據(jù)點(diǎn)大大增加，從而繪制出更精確地頻譜圖;其二是 可多通道同時(shí)工作，因而可以對(duì)多臺(tái)頻譜儀或其他設(shè) 備進(jìn)行數(shù)據(jù)釆集，進(jìn)而形成一套強(qiáng)大的數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng); 其三是它強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可以結(jié)合VC﹢﹢對(duì)數(shù) 據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，從而得到滿足用戶要求的圖形。

5結(jié)論

本文主要討論了基于USB的數(shù)據(jù)釆集卡的應(yīng)用。由于USB接口使用簡(jiǎn)單、即插即用、高速穩(wěn)定, 故使得這類采集卡已經(jīng)得到了廣泛的使用。另外, NI USB-6009數(shù)據(jù)釆集卡采樣率高，通道數(shù)多，編程容易，攜帶方便，可大大提高數(shù)據(jù)采集的能力和速度, 因而能夠在數(shù)據(jù)采集和處理中達(dá)到令人滿意的效果。