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虚拟仪器导论（Introduction to Virtual Instruments）
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引言&&&&&& 测试、测量活动是人类认识客观世界最基本的方法，测量仪器则是实施测量活动所必须的工具和手段。随着现代科学技术的不断发展和进步，电子测量仪器逐渐发展演变成为测量仪器的主体。多年来电子测量仪器的发展大致经历了这样几个阶段：模拟仪表——以19世纪电磁、磁电技术、钟表技术为基础，以电工类仪器为主数字仪表——以20世纪60年代的半导体晶体管、集成电路为基础，进入电子测量阶段智能仪器——以20世纪70年代嵌入式计算机、大规模集成电路、精密模拟电路为基础虚拟仪器——以20世纪80年代计算机技术、微电子技术和数字信号处理技术、精密模数转换技术为基础&&&&&& 虚拟仪器（Virtual Instruments）的概念源自于美国国家仪器公司（National Instruments Corporation，简称NI公司，成立于1976年）。&&&&&& 1983年，NI公司创新的提出了虚拟仪器的概念。并将虚拟仪器的理念贯穿到1986年它们发明的LabVIEW图形化编程语言中。并最终形成了NI LabVIEW图形化虚拟仪器开发环境。&&&&&& 初期的虚拟仪器应用主要体现在构建基于数字仪表的自动化测试系统（仪器控制）方面。设置在计算机上的GPIB控制器通过数字仪表的GPIB接口控制、管理着数字式测量仪器，并将测量数据的分析结果在计算机的屏幕上显示出来。参考下图。GPIB连接方式&&&&&& 二十多年后的今天，虚拟仪器技术已经得到了长足进步和发展。这得益于现代计算机技术、微电子技术和数字信号处理技术获得的突破性进展。正因为如此，以这些技术为依托的虚拟仪器也得到了不断地发展从而导致电子测量仪器进入到一个创新的发展阶段。&&&&&& 实质上，虚拟仪器已经成为现代电子测量仪器的一个重要的组成部分。我们的实验室已成为以虚拟仪器为主要仪器设备的现代化、自动化的实验室。&&&&&& 在虚拟仪器出现之后，人们为了与过去所生产、使用的仪器能够相区别，改称那些仪器为传统仪器。&&&&&& 本章主要介绍虚拟仪器的一些基本概念，目的是为了更好的了解LabVIEW，因为LabVIEW的核心思想就是虚拟仪器。1.1& 虚拟仪器&&&&&& 虚拟仪器的本质是：基于计算机的测试、测量和自动化仪器系统。 本节将阐述什么是虚拟仪器。1.1.1& 虚拟仪器简介&&&&&& 为了更好的阐述什么是虚拟仪器，我们先做个传统仪器于虚拟仪器的简单类比。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图1.1.1-1&&&&&& 作为传统仪器，它呈现我们面前的是一个实物器具。它具备实物的基本特点：形状、大小、体积和重量。在传统仪器的操纵面板上我们可以通过开关、按键来操纵使用它，同时通过它的显示区域可以获得最终的测量结果。参见图1.1.1-1的上半部分。&&&&&& 虚拟仪器呈现我们面前的会是另外一种方式。由于它是基于计算机的测量仪器，所以它没有固定尺寸的大小和外观形状。它通过软件在计算机的屏幕上以各种图形的方式模拟出传统仪器的外观以及操纵仪器所必需的开关、按键、显示器等部件。虚拟仪器的操作是通过计算机的鼠标或键盘来实现的。参见图1.1.1-1的下半部分。&&&&&& 上面我们仅仅是通过物理形态和操作功能上对传统仪器和虚拟仪器进行了类比。下面我们再从文字含义上来进一步认识和了解虚拟仪器。1.1.1.1& 虚拟仪器中——“虚拟”的含义&&&&&& 对于常与PC打交道的人来说“虚拟”的含义应该是很好理解的。如在紧张繁忙的工作了一段时间后，总希望静下心来观看一部声名显赫的DVD大片，借以缓解因长时间紧张工作所带来的压力和烦躁。因为现代PC完全具备了这样的能力，我们何不借此享受一番呢！DVD&&&&&& 的确在我们身边并没有DVD播放器，但的确获得了如此悠闲地享受。我们所做的只不过是在PC的光驱中放入了一张DVD光盘。其实质就是利用了PC上已存在的硬件资源（声卡）和软件资源（媒体播放器），在PC机上“虚拟”出了一部DVD播放机。&&&&&& 其实在PC机上可 “虚拟”东西还很多如“虚拟内存”、“虚拟光驱”等等。所谓“虚拟”就是利用PC上已存在的硬件资源通过特定的软件来实现我们所需要的、且现实中并不存在的某些实用装置的功能。&&&&& 在PC机上实现虚拟功能并不会破坏PC机上原有的功能，只是利用PC机上的硬件资源（或附加硬件资源）通过软件的方式拓展和附加了新的应用功能。&&&&&& 这里涉及到“虚拟”的含义我们所讨论虚拟仪器中的“虚拟”含义应该是一样的，只不过是通过不同的软件实现功能不同的装置而已。&&&&&& 虚拟仪器中“虚拟”指的是虚拟仪器的构成方式，或者说更加强调软件在其中所起到的极其重要作用。1.1.1.2& 虚拟仪器中——“仪器”的含义&&&&&& 虚拟仪器中“仪器”的含义应该与传统仪器中“仪器”的含义是相一致的。同为“仪器”它们就应该在外特性上保持一致。所谓外特性，通常是指它们的测量特性。比如说，我们可以将虚拟仪器（传统仪器）看成是一个黑匣子，不去考虑它们的内部测量原理和测量方法是如何实现的。这样在相同的条件下，它们对同一被测量的测量结果应该是相一致的。从测量仪器的观点来看，二者对同一量的测量结果应该不会有什么本质上的差别。&&&&&&& 由于它们都属于测量仪器，只是具体构成的方法不同。所以，传统仪器的很多技术性能或技术指标都可以被用来规范虚拟仪器的技术性能和技术指标。&&&&&& 下面通过一个实例进一步理解传统仪器与虚拟仪器间仪器的特性。实例1-1，参见图1.1.1-3。图1.1.1-3&&&&&& 左边是传统仪器安捷论的34401A数字万用表，右边的是NI公司的虚拟仪器万用表NI 4072的硬件板卡和软件前面版。同为DMM它们在相同条件下，对同一个被测量的测量结果应该是一致的。&&&&&& 可是作为传统仪器安捷论的34401A数字万用表，它的测量功能是由生产厂商所确定的，我们作为它使用者根本无法变更或增加它的测量功能。&&&&&& 而NI公司的虚拟仪器万用表NI 4072，只要我们具备一定的能力（学习使用NI LabVIEW）就可以通过对软件的重新设计来添加低频信号示波器或低频谐波分析仪的测量分析功能。&&&&&& 通过上述分析可见，虚拟仪器是与传统仪器在构成上不相同的一类仪器，是一种创新的仪器设计思想的产物。虚拟仪器是基于计算机的测量仪器，虚拟仪器更加强调软件在仪器中的作用，通过软件设计可定义仪器的测量功能。这一点是传统仪器根本无法比拟的。&&&&&& 下面就谈谈虚拟仪器的基本构成。1.1.2& 虚拟仪器构成&&&&&& 前面我们曾谈到过，虚拟仪器的本质是：基于计算机的测试、测量和自动化仪器系统。&&&&&& 现代测量仪器与计算机结合通常有两种途径：一种是将计算机嵌入到仪器之中，精密实验室中大部分测量仪器都采用的这种方式；另一种是将仪器（模块或数据采集板卡）嵌入到计算机中，通过专们设计的应用软件来实现对测量的控制及分析和显示。同时基于计算机的测量，显然前者仍然是属于传统仪器类，后者则属于虚拟仪器类。&&&&&& 下面我们看一个将计算机嵌入到现代仪器之中的具体实例，参见图1.1.1-4。&&&&&& 实例1－2：德国ZERA公司的三相标准电能表（0.01级）&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图1.1.1-4&&&&&& 这是世界上最顶级的功率、电能表，它的测量准确度比我们家用电表高100倍。并能保证其测量准确度在两年内无须再校准。&&&&&& 我们先看看它的基本构成：&&&&&& 它采用内置式计算机（计算机并不对外开放）来控制整个仪器，自行设计了基于Windows操作系统的应用软件用于仪器测量控制和数据分析处理。通过6.4英寸TFT彩色液晶屏嵌入前面版实现人机对话和整个仪器的显示。&&&&&& 它属于智能化仪器，测量单元基于特殊设计的高速、高准确度同步数据采集卡完成。数据处理采用DSP来实现。&&&&&& 它是由专业厂商设计、生产的特殊用途（电压、电流、功率、电能）电子测量仪器。&&&&&& 尽管它也是基于计算机（嵌入式）和实现了数字化测量以及采用了数字信号处理技术，但它仍然是属于传统仪器类。因为我们根本无法改变或重新定义它的测量功能，并且它的所有部件都是专用的，生产厂商根本不会提供任何相关的信息。&&&&&&& 现在我们在来看看虚拟仪器的基本构成，参见图1.1.1-5。图1.1.1-5&&&&&& 从上图所示的部分可以看出，虚拟仪器的构成基本上是由三部分组成：传感器、多功能数据采集卡、商业化计算机平台。1.1.2.1& 传感器&&&&&& 众所周知，现实世界中的许多物理量如声压、光强、温度、压力、流量、力等，电子测量仪器是无法直接感知的，而通用的电子测量仪器绝大多数也只能识别电压、电流信号或者频率信号。为了将某些物理量转换成为我们感兴趣的电信号，我们通常需要一种变换元件这就是——传感器。&&&&&& 传感器可以将一种物理量变换为另一种物理量，比如：将加速度信号变换成我们感兴趣的电信号。通过传感器的变换我们就可以实现间接的对原物理量进行测量。&&&&&& 传感器最重要的技术指标之一就是：灵敏度。灵敏度的数值反映了输入的变化量引起输出变化量之间的函数关系。比如：某加速度传感器的灵敏度为：50mV/g，如果我们测量出传感器的输出电压是500mV，那就说明此时的加速度为10g。灵敏度还有另外一个作用，它确定最大的测量范围。比如，NI 9234 动态数据采集卡的最大输入范围是+\-5V，那就意味着如果使用这个传感器最大加速度只能测量到100g。即便是换一个最大输入范围＋/-10V的动态数据采集卡也不行，因为传感器的最大输出电压也是+/-5V。&&&&&& 对传感器的要求是灵敏度应该是个常数，温度系数要小，年变化率要小，线性度要好等。能够找到这样的传感器当然是最好不过了。在实际应用中，对传感器提出过分的要求可能导致工程造价倍增，其实能够尽可能的满足工程上的需要也就可以了。&&&&&& 传感器通常是由第三方设计制造的，目前已经发展成为智能化传感器阶段。所谓智能化就是指采用IEEE 1451转换标准接口的传感器。它在传感器内部提供了一个传感器电子数据表（TEDS），可供用户使用。该表中纪录了传感器制造商的有关信息和传感器的校准数据等信息。NI许多数据采集卡已经开始支持对TEDS数据的访问功能。&&&&&& 这里需要指出的是：无论是传统仪器还是虚拟仪器在测量某些物理量时，同样都需要使用传感器。换句话说，传感器并不是只有虚拟仪器要求必备的，传统仪器同样需要。我们将这部分内容放在这里讨论是因为NI有许多数据采集卡的专用性较强（包含了信号调理部分），特别是C系列中的一些数据采集模块。1.1.2.2& 数据采集卡&&&&&& 我们知道，计算机是无法直接识别模拟信号的（来自传感器或其它），要想实现基于计算机的测试、测量必须将模拟信号转换为计算机可识别的数字信号。这个任务通常由模数转换器（ADC）来完成，模数转换器也就是我们通常说的数据采集卡。&&&&&& NI公司也是数据采集卡的专业制造商，它提供了品种众多、性能各异的数据采集卡，基本上涵盖了工程项目中的所有测量应用。同时它与NI软件无缝的集成在仪器为虚拟仪器的设计和开发的多样化提供了最有效的保证。&&&&&& 数据采集卡有许多种分类的方式，如按平台、按数据总线、按输入通道数、按模数转换器的位数、按采样速率、按同步或非同步测量、按动态非动态等等。按总线分类有：PCIPCIePXIPXIeUSBWiFiEthernet&&&&&& 在项目中选择数据采集卡是工程应用中非常重要的基本工作，这里根据我们的经验给出选择时需要注意的几个基本原则：最好选用NI的数据采集卡，因为它与NI的软件系统是无缝连接的根据测量项目的需求确定总线（或平台）模式根据信号分析的实时性确定是同步还是非同步卡根据信号分析所需的最高频率确定采集卡的采样速率根据测量准确度要求确定数据采集卡的位数&&&&&& 总之，虚拟仪器的构成是多样化和十分灵活的，对数据采集卡更全面、细致的了解是十分必要的。这些更需要在实践中不断进行总结和体会。1.1.2.3& 计算机&&&&&& 计算机是虚拟仪器的一个极其重要的组成部分，因为它是虚拟仪器应用程序的运行环境（目前还不涉及到虚拟仪器的设计开发），通常选择的是商业化的计算机。&&&&&& 就目前计算机的发展水平来看，几乎所有的商业计算机完全满足虚拟仪器的运行条件。但是虚拟仪器应用软件对操作系统平台具有一定的依赖性，所以最好选择Windows操作系统。因为NI的产品对Windows支持的力度是最大的（支持的工具包最多）。&&&&&& 当然，也应该与你所具备NI LabVIEW开发环境相一致，虽然VI本身是可以跨平台的，但应用程序打包时是按NI LabVIEW所使用的平台来发布的。也就是说在Windows平台下的NI LabVIEW是无法生成Mac OS系统下所使用的应用程序，反之亦然。&&&&&& 由于操作系统实时性的限制，在实时性要求比较高的情况下最好选择实时操作系统。NI也提供了这方面的软件包支持。&&&&&& 随着计算机价格的不断下降、性能的不断提高，使我们有了更多的可选择余地，但也要相应的注意一些可能存在的问题：&&&&&& 苹果电脑因为一体机成为主流计算机，所以已经没有了PCI插槽（只有服务器版还提供），所以只适合使用USB接口的数据采集卡，但要注意它使用的驱动是DAQmx base（NI-DAQmx Base具有NI-DAQmx的部分功能，支持Windows、Linux、Mac OS X和Pocket PC操作系统）。作为仪器控制应用应该没有太多的限制。&&&&&& 笔记本电脑与cDAQ及WiFi数据采集卡相配合应该更适于现场便携式测量，并且C系列模块的功能相当丰富可选择的余地也大些。&&&&&& 上网本如果是使用Windows操作系统应该问题不大，更适合与cDAQ及WiFi数据采集卡相配合做现场便携式测量。如果是采用其它操作系统的上网本，比如使用谷歌操作系统，目前运行虚拟仪器应用程序的可能性不大（未见这方面的报道），未来可能NI也会在这方面做出一些努力。&&&&&& 对于未来我们更期待在苹果公司的iPad（使用iPhone OS）运行虚拟仪器应用程序（如果可以支持多任务），希望NI也应该认真考虑对它的支持。&&&&&& 未来它是否可以成为更富有吸引力的WiFi数据采集便携式平台？真的很令人期待！&&&&&& 纵观虚拟仪器构成，其三个组成部分：传感器、数据采集卡、计算机都是可选择采购的部件。这样就带来了一个比较现实的问题，既然都是买来的那我们究竟要干些什么？&&&&&& 获得虚拟仪器有两个渠道，一是按项目要求委托虚拟仪器系统集成商来设计制作；另一个是自己学习设计开发虚拟仪器，这也是本书中后面所要介绍的重点内容。&&&&&& 从这里我们也得到了另外一个启示，通过学习和掌握虚拟仪器设计技术后，使得我们可以更加专心致志的关注于测量工作本身。同时也会将测量工作按需求安排的更有序、更合理、更快捷。1.1.3& 虚拟仪器定义&&&&& 前面我们介绍了虚拟仪器的概念和构成，但没有给出虚拟仪器的确切的定义。其实到目前为止，对于虚拟仪器的定义还没有一个完整统一的说法。正因为如此，我们才将这部分内容放到这里来讨论。&&&&& 在NI的许多文档中我们都可以看到这样的说法：“LabVIEW 程序又称虚拟仪器，即VI，其外观和操作均模仿现实仪器，如示波器和万用表。每个VI都使用函数从用户界面或其它渠道获取信息输入，然后将信息显示或传输 至其它文件或计算机。”&&&&& 而在清华大学出版社2008年出版黄松岭等编著的《虚拟仪器设计基础教程》［1］一书中的第3.1节中也谈 到：目前对于虚拟仪器的概念还没有统一定义。书中还提到了NI公司认为：虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种计算机操纵的模块化仪器系统。&&&&&& 我们在前面多次提到： 虚拟仪器的核心就是：基于计算机的测试、测量和自动化仪器系统。用它来给虚拟仪器做定义比较合适，理由如下：1.从虚拟仪器的词性上看&&&&&& 虚拟仪器表示的是仪器的一个种类，并非特指某种特定的仪器。在虚拟仪器的概念出现后，人们称此前的仪器为“传统仪器”。所以从词性上看二者是相同的，都是用来表示某一类仪器。&&&&& 虚拟仪器所表示的仪器种类就是基于计算机的测试、测量和自动化控制仪器。2.从虚拟仪器的测量特性上看&&&&&& 无论传统仪器还是虚拟仪器从所具备的同一测量特性上看应该都是一样的。只不过是制造实现的原理和方法不同。传统仪器是由专业的仪器制造商来制造的；而虚拟仪器则是由掌握虚拟仪器技术的专业人员来设计开发完成的。&&&&& &&&&& 从测量结果来看，对于同一被测量，同样功能的测量仪器，无论是传统仪器还是虚拟仪器的测量结果都应该是相同的。所以我们在评价仪器的测量特性时他们的技术性能也应该是一样的。3.基于计算机的测试、测量和自动控制仪器本身就包含了软件和硬件&&&&& 因为基于计算机的测试、测量和自动控制仪器本身就包含了软件和硬件部分，所以不必特意强调“软件就是仪器或”硬件模块“的作用。&&&&&& 正是基于计算机上实现测量，所以传统仪器前面板上的许多硬件都可以通过软件来模拟实现。比如像前面版上的按键、开关、图形指示器、旋钮等等。这种方式必定会大大降低测量仪器的成本，并提高了仪器的使用寿命，同时也大大提高了开发效率。与传统仪器的最大不同是虚拟仪器的测量功能完全可以由用户来定义，并且修改起来也很方便。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
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如果是一本书,labview 的介绍是否太多了。我想更多的东西应该放到thinking上。
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非常感谢你的参与，你们的每个建议和意见都很重要，我会认真考虑！其实关于Thinking真的没有考虑的很好（还是知识不够）。好在是Web版可以随时修改。labview7i
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NI 9375/NI 数据采集模块/数字I/O卡
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【简单介绍】
NI 9375/NI 数据采集模块/数字I/O卡NI 937524 V 16通道数字输入16通道数字输出模块
【详细说明】
NI 9375/NI 数据采集模块/数字I/O卡NI 9375/NI 数据采集模块/数字I/O卡NI 9375/NI 数据采集模块/数字I/O卡概述NI 9375是一款搭配NI CompactDAQ或CompactRIO的数字输入数字输出混合模块。 16条专用数字输入线均可兼容12 V和24V逻辑电平。 所有16条专用数字输出线均可兼容6 V和30V信号，取决于外部电源。 尽管所有数字输入和数字输出线共享同一个定时引擎，但是数字输出线的最大传输延迟可达500 &s（查看手册了解详细信息）。 NI 9375的输入组和输出组之间具有60V隔离电压，且模块具有1,000 Vrms通道到地面接地耐压隔离。 该模块结合工业逻辑电平和信号，可直接连接至各种工业开关、传感器和其他设备。附件- 配有D-SUB连接器的NI 9375需要使用37针前置式D-SUB连接器套件，比如NI 9923附件套件或由电缆和接线盒组成的连线方案。 &价格&选项卡中包含这两个选件。- 配有弹簧接线端的NI 9375不需要附加连接器套件，但&价格&选项卡中也包含了备用连接板和NI 9974。&- 数字输出需要范围为6到30 V的外部电源。 电源电压和功率正确时，该模块和CompactRIO或NI CompactDAQ机箱可共用一个电源。 电源电压是指模块的输出电压。NI 9375随附内容-NI 9375模块&-印刷用户手册规格说明16通道, 7 &s漏极数字输入16通道500 &s源极数字输出兼容12 V和24 V输入电平6V到30V输出范围（取决于电源电压）热插拔操作工作温度范围: -40&C到70&C
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3.1.2.1信号采集
从传感器得到的信号大多要经过调理才能进入数据采集设备，信号调理功能包括放大、隔离、滤波、激励、线性化等。由于具体电路不同，因此，除了这些通用功能，还要根据具体所测电路的特性和要求来设计特殊的信号调理功能。下面仅是信号调理的通用功能。
1.滤波：是指从所测量的信号中除去不需要的成分。大多数信号调理模块有低通滤波器，用来滤除噪声。并且为了滤除信号中最高频率以上的频率信号，还需要抗混叠滤波器。某些高性能的数据采集卡自身带有抗混叠滤波器。
2.放大：微弱信号都要进行放大以提高分辨率和降低噪声，使调理后信号的电压范围和A/D的电压范围相匹配。信号调理模块应尽可能靠近信号源或传感器，使得信号在受到传输信号的环境噪声影响之前已被放大，信噪比得到改善。
3.隔离：是指使用变压器、光或电容耦合等方法在被测系统和测试系统之间传递信号，避免直接的电连接。使用隔离的原因有两个：一是从安全的角度考虑；二是隔离可使从数据采集卡读出来的数据不受地电位和输入模式的影响。如果数据采集卡的地与信号地之间有电位差，而又不进行隔离，那么就有可能形成接地回路，引起误差。
4.激励：信号调理也能够为某些传感器提供所需的激励信号，比如应变传感器、热敏电阻等需要外界电源或电流激励信号。很多信号调理模块都提供电流源和电压源以便给传感器提供激励。
5.线性化：许多传感器对被测量的响应是非线性的，因而需要对其输出信号进行线性化，以补偿传感器带来的误差。但目前的趋势是，数据采集系统可以利用软件来解决这一问题。
6.数字信号调理：即使传感器直接输出数字信号，有时也有进行调理的必要。其作用是将传感器输出的数字信号进行必要的整形或电平调整。大多数数字信号调理模块还提供其他一些电路模块，使得用户可以通过数据采集卡的数字I/O直接控制电磁阀、电灯、电动机等外部设备。
3.1.2.2数据采集卡（NI PCI-6014）的基本参数及特性
（1）基本参数：
·200kS/s采样率、16位精度的16路模拟输入
·2路模拟输出、16位精度（只指PCI-6014）
·8条数字I/O线（5VTTL/CMOS）；
·2路24位的定时/计数器；
·数字触发；
·4组不同的模拟输入范围；
·NI-DAQ驱动程序简化配置和测量工作
（2）操作系统
·Windows 2000/NT/XP/Me/9x
（3）使用软件
·Lab VIEW
（4）其它适用软件
（5）驱动软体
（6）采集卡特性
PCI-6014数据采集卡有100GΩ的输入阻抗，保证干扰电流不会影响流入的信号，从而大大提高数据精确度。这一高输入阻抗性能还简化了许多问题，而这些是在设计外部电路时普遍存在的典型问题。PCI-6013和PCI-6014采集卡能探测到模拟输入信号4μv范围内的变化，从而为用户提供高质量的测量精确度。为了更大程度减少数字化误差，这两款设备加入了许多技术，如防止温度漂移电路，以减少元部件升温而引起的误差。它们为您提供多种连接信号的方法，包括8个模拟输入通道有不同的模式、最大程度的噪声消除以及16路模拟输入通道的非接地单端模式。
PCI-6014卡具有数字触发、2路24位20MHz定时/计数器及8条数字I/O线，该I/O线既能与5V TTL也能与CMOS兼容。PCI-6014具有两路16位模拟输出。
(7) 驱动软件
NI-DAQ是一个非常强大的驱动软件，它包括了NI的所有数据采集和信号调理产品。这一简单易用的软件能将您的硬件产品与Lab VIEW、Lab Windows/CVI及Measurement Studio紧密集成，从而能充分利用系统中硬件的所有功能。NI-DAQ的高性能还表现在多设备同步运行、网络化测量及DMA数据管理。NI-DAQ所带的MAX（Measurement & Automation Explorer）用设备测试面板、交互式测量方式及经过数值变换的I/O通道大大简化了用户测量硬件的配置安装工作。NI-DAQ还提供许多能运行于Lab VIEW及其它应用程序开发环境的例程，能帮助您声速地上手开发并使用您的应用系统。
DAQ数据采集卡是构成本软件的关键硬件。在测量一个实际的物理信号时，必须用一个传感器或转换器把物理信号转换为电信号，再通过一个信号调理电路对这些电信号进行处理，然后经过AD转换，将模拟信号转换为计算机可以处理的数字信号，由虚拟仪器软件进行计算、分析、显示，并存储结果。
数据采集卡的功能一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器/计时器等，这些功能分别由相应的电路来实现。
模拟输入是采集最基本的功能。它一般由多路开关（MUX）、放大器、采样保持电路以及A/D来实现。通过这些部分，一个模拟信号就可以转化为数字信号。A/D的性能和参数直接影响着模拟输入的质量，要根据实际需要的精度来选择合适的A/D。
数字I/O常用来控制过程、产生测试信号、与外设通信等。其重要参数有：数字口路数、接收(发送)率、驱动能力等。若输出用来驱动电机、灯、开关型加热器等电器，就不必用较高的数据转换率。路数要能同控制对象配合，且所需电流要小于采集卡能提供的驱动电流。但若加上合适的调理设备，仍可以用采集卡输出的低电流的TTL电平信号去监控高电压、大电流的工业设备。数字I/O常见的应用是在计算机和外设如打印机、数据记录仪等之间传送数据。为了同步通信的需要，另外一些数字口还有“握手”线。路数、数据转换速率、“握手”能力都是重要参数，应据具体的应用场合选择有合适参数的数字I/O。
想要选择合适的数据采集卡，首先我们需要了解数据采集的信号类型及采样频率的控制这两个核心问题。然后才能根据实验要求选择合适的数据采集卡。
3.1.2.3数据采集的主要指标
采样速率：这一参数决定了每秒种进行模数转换的次数。一个高采样速率可以在给定时间下采集更多数据，因此能更好地反映原始信号。
多路复用：多路复用是使用单个模数转换器来测量多个信号的一种常用技术多路复用是使用单个测量设备来测量多个信号的常用技术。模拟信号的信号调理硬件常对如温度这样缓慢变化的信号使用多路复用方式。ADC采集一个通道后，转换到另一个通道并进行采集，然后再转换到下一个通道，如此往复。由于同一个ADC可以采集多个通道而不是一个通道，每个通道的有效采样速率和所采样的通道数呈反比。
分辨率：模数转换器用来表示模拟信号的位数即是分辨率。分辨率越高，信号范围被分割成的区间数目越多，因此，能探测到的电压变量就越小。一个3位变换器可以把模拟范围分为23或8个区间。每一个区间都由在000至111内的一个二进制码来表示。很明显，用数字来表示原始模拟信号并不是一种很好的方法，这是由于在转换过程中会丢失信息。然而，当分辨率增加至16位时，模数转换器的编码数目从8增长至65,536，由此可见，在恰当地设计模拟输入电路其它部分的情况下，可以对模拟信号进行非常准确的数字化。
量程：是模数转换器可以量化的最小和最大电压值。NI公司的多功能数据采集设备能对量程范围进行选择，可以在不同输入电压范围下进行配置。由于具有这种灵活性，可以使信号的范围匹配ADC的输入范围，从而充分利用测量的分辨率。
转换速率：转换速率是指数模转换器所产生的输出信号的最大变化速率。稳定时间和转换速率一起决定模数转换器改变输出信号值的速率。因此，一个数模转换器在一个小的稳定时间和一个高的转换速率下可产生高频率的信号，这是因为输出信号精确地改变至一个新的电压值这一过程所需要的时间极短。
其他指标： 数据总线接口类型 同步采样 模拟输出 数字输入输出 触发是否隔离 是否有标定等等。
根据以上指标，可以看出，在软件设计时，需要根据所测电机的数据来选择合适，对应的数据采集卡，这样才能将外部的物理信号转换为电脑可以识别的合适信号，经过大量反复研究考虑，并结合现有实验情况，选定了由美国NI（National Instruments）公司生产的多功能数据采集卡PCI-6014，它能够实现模数转换（ADC）、数模转换（DAC）数字式输出输入（I/O）以及计数/定时等多种功能。
数据采集前，必须对所采集信号的特性有所了解，因为不同信号的测量方式和对采集系统的要求是不同的，只有了解被测信号，才能选择合适的测量方式和配置采集系统。
信号通常是指包含一定信息量的函数，这些函数可以是状态、速率、电平、形状、频率等。根据信号运载信息方式的不同，可以将信号分为模拟信号和数字信号。其中数字信号又可分为开关信号和脉冲信号；模拟信号可分为直流信号、域信号和频域信号。它们分别对应了五个信息类型函数，如图所示:
模拟量时域信号
频域信号电平形状频率速率状态
信号的分类
1. 数字信号
第一类数字信号是开/关信号。一个开/关信号运载的信息与信号的瞬间状态有关。TTL信号就是一个开/关信号，一个TTL信号如果在2.0V到5.0V之间，就定义它为逻辑高电
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2ad 转换和采样
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ad信号范围: 0v～10v; -5v～+5v;-10v～+10v; (可选范围:0v～5v;-5v...在labview中驱动数据采集... 5页 1下载券
多功能数据采集卡 22页 免费
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首先设置每块卡的硬件参数, 并且都使用外时钟,连接好要采集的信号,然后点击“开始数据采集” 按钮,这时采集卡 并不采集,等待外部时钟信号;当每块采集卡都进入等待.........
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