數(shù)據(jù)采集(DAQ)基礎知識

　　圖5當信號通過切換40路DC信號的多路復用器輸入儀用放大器時，表現(xiàn)為一個高頻率AC信號

　　圖6 盡管采用了相同16位ADC，兩種數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的噪聲曲線還是具有明顯的不同。

　　圖6(a)是NI AT-MIO-16XE-10;圖6(b)是另一家廠商的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。

　　對于復雜的測量硬件如插入式數(shù)據(jù)采集設備，根據(jù)所使用設備的不同，您所得到的精度有很大的差別。NI一直致力于提供高精度的產(chǎn)品，在許多情況下，這 些產(chǎn)品的精度甚至比臺式儀器還要高。在NI產(chǎn)品的技術規(guī)范中有這些精度的說明。同時您要注意那些沒有詳細說明的板卡;所省略的技術指標可能會導致測量的不 精確。通過評估更多的模擬輸入技術指標，而不是簡單地參考模數(shù)轉換器的分辨率，您可以確定所選的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品對于您的應用是否具有足夠的精度。

　　模擬輸出

　　經(jīng)常需要模擬輸出電路來為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供激勵源。數(shù)模轉換器(DAC)的一些技術指標決定了所產(chǎn)生輸出信號的質量-穩(wěn)定時間、轉換速率和輸出分辨率。

　　穩(wěn)定時間——穩(wěn)定時間是指輸出達到規(guī)定精度時所需要的時間。穩(wěn)定時間通常由電壓上的滿量程變化來規(guī)定。需要更多關于穩(wěn)定時間的信息，請參考模擬輸入這一章節(jié)。

　　轉換速率——轉換速率是指數(shù)模轉換器所產(chǎn)生的輸出信號的最大變化速率。穩(wěn)定時間和轉換速率一起決定模數(shù)轉換器改變輸出信號值的速率。 因此，一個數(shù)模轉換器在一個小的穩(wěn)定時間和一個高的轉換速率下可產(chǎn)生高頻率的信號，這是因為輸出信號精確地改變至一個新的電壓值這一過程所需要的時間極 短。

　　關于應用方面的一個例子是音頻信號的產(chǎn)生，它需要上述參數(shù)具有高性能指標。數(shù)模轉換器需要一個高的轉換速率和小的穩(wěn)定時間來產(chǎn)生高頻率信號來覆蓋音 頻范圍。與此相對照，另一個應用示例是利用一個電壓信號源來控制一個加熱器，它不需要高速數(shù)/模轉換。這是因為加熱器對電壓值的改變不能很快地響應，沒有 必要使用高速數(shù)/模轉換器。

　　輸出分辨率——輸出分辨率與輸入分辨率類似;它是產(chǎn)生模擬輸出的數(shù)字碼的位數(shù)。較大的位數(shù)可以縮小輸出電壓增量的量值，因此可以產(chǎn)生更平滑的變化信號。對于要求動態(tài)范圍寬、增量小的模擬輸出應用，需要有高分辨率的電壓輸出。

　　觸發(fā)器

　　許多數(shù)據(jù)采集的應用過程需要基于一個外部事件來起動或停止一個數(shù)據(jù)采集的工作。數(shù)字觸發(fā)使用外部數(shù)字脈沖來同步采集與電壓生成。模擬觸發(fā)主要用于模擬輸入操作，當一個輸入信號達到一個指定模擬電壓值時，根據(jù)相應的變化方向來起動或停止數(shù)據(jù)采集的操作。

　　RTSI總線

　　NI公司為數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品開發(fā)了RTSI總線。RTSI總線使用一種定制的門陣列和一條帶形電纜，能在一塊數(shù)據(jù)采集卡上的多個功能之間或者兩塊甚至多 塊數(shù)據(jù)采集卡之間發(fā)送定時和觸發(fā)信號。通過RTSI總線，您可以同步模數(shù)轉換、數(shù)模轉換、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、和計數(shù)器/計時器的操作。例如，通過 RTSI總線，兩個輸入板卡可以同時采集數(shù)據(jù)，同時第三個設備可以與該采樣率同步的產(chǎn)生波形輸出。

　　數(shù)字I/O (DIO)

　　DIO接口經(jīng)常在PC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用，它被用來控制過程、產(chǎn)生測試波形、與外圍設備進行通信。在每一種情況下，最重要的參數(shù)有可應用的數(shù)字線的 數(shù)目、在這些通路上能接收和提供數(shù)字數(shù)據(jù)的速率、以及通路的驅動能力。如果數(shù)字線被用來控制事件，比如打開或關掉加熱器、電動機或燈，由于上述設備并不能 很快地響應，因此通常不采用高速輸入輸出。

　　數(shù)字線的數(shù)量當然應該與需要被控制的過程數(shù)目相匹配。在上述的每一個例子中，需要打開或關掉設備的總電流必須小于設備的有效驅動電流。

　　然而，通過應用恰當?shù)臄?shù)字信號調理配件，您可以使用進/出數(shù)據(jù)采集硬件的低電流TTL信號來監(jiān)測/控制工業(yè)硬件產(chǎn)生的高電壓和電流信號。例如，在打 開或關閉一個高閥門時，電壓和電流的值可能達到2A、100VAC的數(shù)量級。因為一個DIO設備的輸出為幾個毫安，電壓為0～5VDC，所以可以使用如 SSR系列、ER-8/16，SC-206x，或 SCXI模塊來開關電源信號，控制閥門。