數據采集(DAQ)基礎知識

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

　　圖6 盡管采用了相同16位ADC，兩種數據采集產(chǎn)品的噪聲曲線(xiàn)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(chǎng)商的數據采集產(chǎn)品。

　　對于復雜的測量硬件如插入式數據采集設備，根據所使用設備的不同，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(shù)規范中有這些精度的說(shuō)明。同時(shí)您要注意那些沒(méi)有詳細說(shuō)明的板卡;所省略的技術(shù)指標可能會(huì )導致測量的不 精確。通過(guò)評估更多的模擬輸入技術(shù)指標，而不是簡(jiǎn)單地參考模數轉換器的分辨率，您可以確定所選的數據采集產(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(lái)為數據采集系統提供激勵源。數模轉換器(DAC)的一些技術(shù)指標決定了所產(chǎn)生輸出信號的質(zhì)量-穩定時(shí)間、轉換速率和輸出分辨率。

　　穩定時(shí)間——穩定時(shí)間是指輸出達到規定精度時(shí)所需要的時(shí)間。穩定時(shí)間通常由電壓上的滿(mǎn)量程變化來(lái)規定。需要更多關(guān)于穩定時(shí)間的信息，請參考模擬輸入這一章節。

　　轉換速率——轉換速率是指數模轉換器所產(chǎn)生的輸出信號的最大變化速率。穩定時(shí)間和轉換速率一起決定模數轉換器改變輸出信號值的速率。 因此，一個(gè)數模轉換器在一個(gè)小的穩定時(shí)間和一個(gè)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(gè)新的電壓值這一過(guò)程所需要的時(shí)間極 短。

　　關(guān)于應用方面的一個(gè)例子是音頻信號的產(chǎn)生，它需要上述參數具有高性能指標。數模轉換器需要一個(gè)高的轉換速率和小的穩定時(shí)間來(lái)產(chǎn)生高頻率信號來(lái)覆蓋音 頻范圍。與此相對照，另一個(gè)應用示例是利用一個(gè)電壓信號源來(lái)控制一個(gè)加熱器，它不需要高速數/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(méi)有 必要使用高速數/模轉換器。

　　輸出分辨率——輸出分辨率與輸入分辨率類(lèi)似;它是產(chǎn)生模擬輸出的數字碼的位數。較大的位數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(dòng)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

　　許多數據采集的應用過(guò)程需要基于一個(gè)外部事件來(lái)起動(dòng)或停止一個(gè)數據采集的工作。數字觸發(fā)使用外部數字脈沖來(lái)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(gè)輸入信號達到一個(gè)指定模擬電壓值時(shí)，根據相應的變化方向來(lái)起動(dòng)或停止數據采集的操作。

　　RTSI總線(xiàn)

　　NI公司為數據采集產(chǎn)品開(kāi)發(fā)了RTSI總線(xiàn)。RTSI總線(xiàn)使用一種定制的門(mén)陣列和一條帶形電纜，能在一塊數據采集卡上的多個(gè)功能之間或者兩塊甚至多 塊數據采集卡之間發(fā)送定時(shí)和觸發(fā)信號。通過(guò)RTSI總線(xiàn)，您可以同步模數轉換、數模轉換、數字輸入、數字輸出、和計數器/計時(shí)器的操作。例如，通過(guò) RTSI總線(xiàn)，兩個(gè)輸入板卡可以同時(shí)采集數據，同時(shí)第三個(gè)設備可以與該采樣率同步的產(chǎn)生波形輸出。

　　數字I/O (DIO)

　　DIO接口經(jīng)常在PC數據采集系統中使用，它被用來(lái)控制過(guò)程、產(chǎn)生測試波形、與外圍設備進(jìn)行通信。在每一種情況下，最重要的參數有可應用的數字線(xiàn)的 數目、在這些通路上能接收和提供數字數據的速率、以及通路的驅動(dòng)能力。如果數字線(xiàn)被用來(lái)控制事件，比如打開(kāi)或關(guān)掉加熱器、電動(dòng)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。

　　數字線(xiàn)的數量當然應該與需要被控制的過(guò)程數目相匹配。在上述的每一個(gè)例子中，需要打開(kāi)或關(guān)掉設備的總電流必須小于設備的有效驅動(dòng)電流。

　　然而，通過(guò)應用恰當的數字信號調理配件，您可以使用進(jìn)/出數據采集硬件的低電流TTL信號來(lái)監測/控制工業(yè)硬件產(chǎn)生的高電壓和電流信號。例如，在打 開(kāi)或關(guān)閉一個(gè)高閥門(mén)時(shí)，電壓和電流的值可能達到2A、100VAC的數量級。因為一個(gè)DIO設備的輸出為幾個(gè)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(lái)開(kāi)關(guān)電源信號，控制閥門(mén)。