基于LabVIEW和PCI-5124的數據采集系統設計

摘要：設計一種基于虛擬儀器LabVIEW和高速數字化儀NI PCI-5124的高采樣率、長(cháng)時(shí)間的數據采集分析實(shí)驗系統。該系統可實(shí)現20 MHz甚至更高采樣率以及數據信號長(cháng)時(shí)間的實(shí)時(shí)采集，并具有實(shí)時(shí)存儲、回放、信號分析、報表打印功能。實(shí)驗表明：該系統具有程序設計簡(jiǎn)單、通用性好、可移植性高、界面設計簡(jiǎn)單大方、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：數字化儀；數據采集；虛擬儀器；LabVIEW

傳統數據采集系統一般由單片機與硬件采集電路或數據采集卡配置計算機組成。這種數據采集系統存在開(kāi)發(fā)難度大、可移植性差、數據采集效率低、實(shí)時(shí)存儲容量小等缺點(diǎn)。其存儲容量取決于數據采集卡的板載內存的大小，一般只有8 MB或12 MB，而現代工程運用中的數據采集系統需具有很高的采樣速率，完成海量數據的實(shí)時(shí)存儲。針對傳統數據采集系統存在的不足，這里采用虛擬儀器(LabVIEW)和高速數字化儀NI PCI-5124設計一種可以長(cháng)時(shí)間連續采集、實(shí)時(shí)存儲的數據采集系統。
本系統只使用PC機、數據采集卡以及編程語(yǔ)言即可在Windows操作系統下實(shí)現對數據的采集、存儲、處理，開(kāi)發(fā)成本低，通訊能力強，易于使用。系統改善了傳統數據采集系統的存儲量小、采集效率低等缺點(diǎn)，可實(shí)現信號的長(cháng)時(shí)間實(shí)時(shí)采集、存儲、回放、分析、報表打印等功能。

1 系統硬件設備簡(jiǎn)介
該系統硬件設計結構原理框圖如圖l所示。

系統硬件設計主要包括PC控制機和高速數據采集卡。由于許多插入式的數據采集DAQ(Data Acquisition)設備采集數據不僅受到采樣速率的限制，而且受到板載內存和數據到PC機內存的傳輸速率的限制。
針對以上問(wèn)題，本設計選用插入式DAQ產(chǎn)品中價(jià)位低、速率快、精度高的高速數字化儀NI PCI-5124。它可以直接插入計算機的PC捕槽，即插即用使用方便，具有200 MS／s的實(shí)時(shí)采樣至4．0 GS／s的等效時(shí)段采樣；標準8～256 MB大容量板載內存；基于PCI總線(xiàn)的12位分辨率的雙同步采樣通道；使用新技術(shù)實(shí)現在2個(gè)150 MHz帶寬的、帶有去噪和抗混疊濾波器的輸入信道中同步采樣；高達75 dBc的無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍SFDR(Spufious-Free Dynamic Range)；基于NI同步和存儲核心SMC (Synchronization and Memory Core)構架，具備每通道512 MB板載內存、快速數據傳輸和緊密的同步功能。工程師們可以在幾十皮秒(ps)內同步基于SMC的模塊化儀器，主要有邊緣、視窗、滯環(huán)、視頻和數字等觸發(fā)方式，主要用于高通道和混合信號應用。
專(zhuān)用數據采集長(cháng)的驅動(dòng)方式分為外掛式驅動(dòng)和內置式驅動(dòng)兩種。對于NI公司生產(chǎn)的各種專(zhuān)用數據采集卡，可使用LabVIEW內的DAQ庫直接對端口進(jìn)行各種操作，即內置式驅動(dòng)。NI數據采集卡提供對LabVIEW豐富且完備的支持，驅動(dòng)函數在底層的基礎函數上進(jìn)行高度封裝，用戶(hù)無(wú)需深入了解采集卡的具體工作，只要掌握驅動(dòng)函數輸入／輸出端口的意義，就能進(jìn)行數據采集開(kāi)發(fā)。因此用戶(hù)使用NI PCI-5124時(shí)，只需將所需接口從程序中直接調用至系統開(kāi)發(fā)環(huán)境中，即可實(shí)現采集、存儲以及回放等功能。