《虚拟仪器技术》实验指导书(8)

LabVIEW实验指导书

四、实验报告要求

1．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。

2．心得体会及其它。

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第二篇 LabVIEW数据采集单元

实验九 模拟信号的采集与输出

一、实验目的

1．了解数据采集的基本理论、数据采集卡及其DAQ技术的应用。 2．了解数据采集卡的测试与配置。

3．熟练掌握采集卡AD采集功能与DA输出功能。 二、实验原理

1. 模拟信号输入

采集模拟信号是虚拟测试系统中最常见、最典型的任务。按采集数据的多少，模拟信号采集通常分为单点直流信号采集、有限波形采集和连续波形采集；按使用通道的多少，可分为单通道采集、多通道采集。

单通道采集适合于对直流电压信号的采集，每次采集只需要一个采样点，因此在编程时只需要使用“DAQmx创建通道”、“DAQmx读取”“DAQmx清除任务”几个基本的数据采集函数即可实现采集任务。

有限波形采集是从一个或多个通道分别采集多个点组成一段波形。由于是多点采集，就需要确定两点间采集的时间间隔（即采样频率）、采样点数等参数。

要实现一个连续的波形采集，只需将读取数据及必要的数据处理程序放入循环即可，而不是将整个数据采集程序放入循环。这是因为如果这样，每次循环都将进行开始任务、采集数据、结束任务的操作。这一来没有必要，二来会降低程序执行效率和性能。把“DAQmx开始任务” 和 “DAQmx 结束任务”置于循环之外，使“开始任务”和“结束任务”的操作只进行一次，无疑可改善程序的运行性能。

对于连续采集，缓冲是必须注意的。对于一些简单的采集，用户不需设置，LabVIEW会自动分配缓冲区。对于DAQmx定时的“每通道采样‖端，当采样模式为有限采样时，表示每通道需要读取或写入数据的长度；当采样模式为连续采样时，表示缓冲的大小，可以通过该端子实现缓冲区的大小。

NI-DAQmx对于不同的“采样率”有一个参考的缓冲区大小，如果通过“每通道采样”所设的值小于参考值的话，系统会自动选择参考值作为缓冲区的大小。

采样率 未设置 0-100S/s 100—10,000S/s 缓冲区大小 10kS 1kS 10kS 采样率 10,000–1,000,000 S/s >1,000,000 S/s 缓冲区大小 100kS 1MS 连续采样中，若DAQmx从缓存中读取数据的速度小于向缓存存放数据的速度，则会出现向缓冲区写入数据覆盖掉还没有被读取的数据而产生数据丢失，通过设置合适的“每通道采样数‖可避免该错误的发生，通常设置为缓存大小的1/2~1/4。

通常在使用循环中调用DAQmx Read.vi的时候，一般是选择多态VI中的多采样而不是单采样，同时，将它的每通道采样数设置为-1，表示每次调用DAQmx Read.vi的时候都是将内存中的所有数据读取进来，不会出现等待的情况，有就读，没有就返回。

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数据采集中时间相关的问题主要是两方面，一个是每一个数据点的时间，在NI的数据采集中是通过t0和dt来确定的，t0就是开始数据采集的初始时间，是任务开始时数据采集卡读取的计算机时间，dt是两个数据点之间间隔的时间，是采样率的倒数，比如1K采样率，dt就是1/1000=0.001秒=1毫秒。在使用DAQmx Read.vi的时候要选择波形输出而不是选择DBL输出，波形输出带有时间信息，而DBL就只是有数据而没有时间信息了。

2. 模拟信号输出

数据采集设备输出模拟信号，包括稳定的直流信号、有限波形信号和连续波形信号。模拟信号输出与模拟信号输入所使用函数大部分是相同的，最大的区别在于模拟信号输入采用“DAQmx读取‖ ，而模拟信号输出要采用“DAQmx写入‖。

注意：模拟输出时，产生信号的是硬件，即使停止而且清除了任务，采集卡输出端口将维持任务结束时最后一个数据样本的状态，直到新任务开始或设备断电。如果采集卡在不需要输出信号时长期保持非零电平状态，容易造成损坏，因此在模拟输出任务完成不需要输出信号后，需运行一段单点输出代码，将前面通道的输出置为0。 三、实验步骤

1. 数据采集卡的安装与配置。

2. 设计一个连续的模拟信号波形采集系统。接通电源，运行程序，在相应的物理通道输入一个信号，用波形图观察。

3. 设计一个连续的模拟输出信号。运行程序，并用示波器观察结果。

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4. 设计一个连续的模拟信号采集与输出系统。并将模拟信号的输出连接到模拟信号的输入端，观察运行结果。

四、实验报告要求

1．了解数据采集原理。

2．熟悉基本模拟输入通道、模拟输出通道的设计方法。

3．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。

4．心得体会及其它。

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实验十 温度采集与控制系统设计

一、实验目的

1．进一步熟练掌握采集卡AD采集功能与DA功能。 2．掌握温度传感器工作原理及其信号调理电路设计。 二、实验原理

温度是自然界中和人类打交道最多的物理参数之一，无论是在生产实验场所，还是在居住休闲场所，温度的采集或控制都十分频繁和重要，而且网络化远程采集温度并报警是现代科技发展的一个必然趋势。由于温度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温度传感器就应运而生。

热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。

热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件。热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。

本实验模块中使用的热敏电阻温度与电压的关系近似为：

T?p*(u?u0)?89.89*(u?0.53)

其中u为数据采集卡采集的热敏电阻经过信号调理后的电压；T为当前温度。

通过热敏电阻将温度信号转化为电压信号，再将电压信号通过电路处理成NI PCI-6221采集卡准确采集范围内的电压，然后利用NI PCI-6221采集卡采集输入计算机，最后通过LabVIEW编程运算和显示采集到的信号。当当前温度过高，通过程序输出控制信号给采集卡，采集卡DA输出信号使三极管Q1导通，电风扇转动开始降温；当温度过低，采集卡输出信号使Q2导通，给电阻加热，从而达到调节控制温度的目的。

信号调理电路原理图如下：

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