数字万用表 隔离 5½ 位 60 VDC，20Vrms, 2 ADC,
2 Arms, 100MΩ
USB连接 即插即用 USB 2.0
函数发生器 10-bit ±5V范围 0.2 Hz到5 MHz 正弦 0.2 Hz到1 MHz 三角波/
方波 软件或手动可控 BNC或原型板连接
数据采集卡的优越性
灵活 成本较低 性能选择范围大 有大量的软件工具可用 利用PC技术
18
虚拟仪器专题设计实验
ELVISII 平台简介
ELVISII平台硬件指标
示波器 16 bit 分辨率 1.25 MS/s 单通道 500kS/s 双通道共计 1到1.5 MHz 带宽 1x和10x探针 ±10 V 输入范围 AC/DC耦合 BNC连接
解决办法: 1. 增加程序循环读取速度 (不要在
采集循环里放太多处理工作) 2. 选用更快的CPU 3. 增大PC RAM，并通过编程指定
更大的Buffer 4. 降低采样速率(如果允许)
ASIC
PC缓存 应用程序内存
PC RAM
34
触发 (Trigger)
触发的概念
每个动作需要一个“激励”或“原因” 动作：比如由外部的一个状态变化来启动一次数据采集
TTL Signal
START TRIG* Input of MIO Board
Edge Initiates Acquisition
Level and Slope of Analog Signal Initiates Acquisition
Level and Slope of Analog Signal Retrieves Acquisition 17
直流信号
t
时域信号
f
频域信号
温度 压力 流量 应变
DC 精度
心电信号 血压 单次事件
振动 语音 声纳
DAQ卡需要考虑的指标参数
分辨率 采样率 AC 和 DC 精度 触发
分辨率 采样率 AC 精度 触发 滤波器
10
模拟信号调理
低电压信号 电流输入/输出 RTDs(热电阻)
和 热敏电阻 热电偶
应变仪
隔离，放大，滤波
+
仪器放大器会
产生偏置电流
-
AIGND
浮地信号源采用差分或NRSE方式时需要通过偏置电阻为偏置电流提供 入地通道 推荐值10 k and 100 k
43
NI ELVIS平台的模拟数据采集部分
通道数
8路差分或16路单端
ADC分辨率16位 采样率
单通道最高1.25MS/s 多通道1MS/s (所有通道合计)
=
AD的输入范围
增益 * 2n
n = # of ADC bits
14
A/D 采样率
Adequately sampled Aliased due to undersampling
Nyquist 原理: 采样率 > 2倍的最高频率
15
多通道采集
采集模式
通道设置
连续扫描 同步采样 间隔扫描
Battery 1 Battery 2
开始触发 时钟
12345
开始采集
停止采集
触发的分类
开始触发、参考触发、停止触发（按动作结果来分）
模拟触发、数字触发（依照触发“激励”信号来分）
不同的设备不一定支持所有触发方式，可参阅相关手册
35
LabVIEW中对触发的编程
在任务种增加 DAQmx Trigger.vi 并作相应配置
49
数字示波器(SCOPE)的基本功能
函数发生器(FGEN)和示波器 (SCOPE) 硬件连线
Output: 产生一个方波
DAQ卡需要考虑的指标
分辨率 时钟频率
8
数字信号调理
需要交流切换或大电流的负载
电磁阀 阀
电动机
加热器 灯 泵
生产过程监测
接近开关 限位开关 手动开关
温度调节器
共模电压 or
高电压
机械式继电器 或
固体继电器
机械式继电器 或
固体继电器
光隔离
数字I/O
9
模拟信号
0.985 t
证总线的数据转移速率大于数据的输入速率，同时程 序必须尽快读取PC缓存中的数据。
LabVIEW
有限点数据采集
采样点数设置
采样率设置
读取多个采样
创建任务
配置任务 开始任务 采集数据 清除任务
31
连续数据采集
采样率设置
程序每次从 PC缓存 读取的采样数
驱动程序会根据采样率设置自动选 择合适的 PC缓存 大小。
code width
7.50
110
6.25
100
5.00
011
3.75
010
2.50
001
1.25
000
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Time
3-bit ADC
16-bit ADC
Code width = smallest detectable change in voltage
Sample Clock
29
硬件定时的采集需要通过Buffer
有限点采集 (Finite) 和 连续采集 (Continuous) 板载 FIFO
信号
输入速率
总线 (如 PCI / USB)
ASIC
PC缓存 应用程序内存
转移速率
PC RAM
PC缓存必须够大 (至少需超过一次传递的数据量) 连续采集中，如果要使两处缓存一直不溢出，必须保
500kS/s双通道 16 bit分辨率 AO 2.8 MS/s更新率 24 DIO, 15 PFI, 2 CTR
可变电源供电 10 bit 分辨率 0到+12V, 0到-12V 500 mA电流范围
21
ELVISII平台原型板
AI、 示波器、 PFI
电源、波形发生器、AO、 DMM
Differential
RSE
AISENSE
NRSE
最好
+ 抑制共模电压 – 可用通道数减少一半 – 需要偏置电阻
好
+ 所有的通道都可以使用 + 不需要偏置电阻 – 不能抑制共模电压
可以
+ 所有的通道都可以使用 – 需要偏置电阻 – 不能抑制共模电压
+ V_ s
42
偏置电阻
信号源
+
-
测量系统
R1 R2
输入范围
±10 V, ±5 V, ±2 V, ±1 V, ±0.5 V, ±0.2 V, ±0.1 V
虚拟仪器专题设计实验
虚拟数字示波器
虚拟数字示波器实验目的
研究数字示波器(SCOPE)的基本功能和技术指标
通道控制、时基（扫描）控制、触发控制 参数计算和游标测量功能
了解多功能数据采集卡硬件模拟输入通道的工作原理 掌握 NI DAQmx 仪器驱动器的概念和编程方法 掌握利用 NI DAQmx 实现模拟信号输入的编程方法 基于多功能数据采集卡，设计开发虚拟数字示波器
AIGND
+ 仪器放大器 +
_
VM
_
测量系统
40
对于接地信号源的测量
+ V_ s
Differential
最好
+ 抑制共模电压 – 可用通道数减少一半
不推荐
– 两个地之间的电压Vg会产生接地回 路, 所产生的电流有可能损坏设备
RSE
NRSE
可以
+ 所有的通道都可以使用 – 不能抑制共模电压
41
对于浮地信号源的测量
On-Off Pulse Train
on
10-
状态
off t
速率
t
DC
0.985
幅值
t
Time Domain Frequency Domain
形状
t
频率
f
7
数字信号
on off
开关信号 Input: 检测一个开关闭合 Output: 关闭一个阀
通道数
1-
0-
t
t
连续脉冲信号
Input: 检测光电编码器的脉冲
20
ELVISII平台硬件指标
阻抗分析仪 0.2 Hz到35 kHz范围 NPN, PNP, 二极管 其他分析 波特图分析仪 2-线电流电压分析 3-线电流电压分析
原型板 可替换 自定义Banana, BNC, D-Sub连接
集成DAQ AI采样率1.25 MS/s 单通道,
26
DAQmx数据采集程序的基本架构
创建任务 配置任务 开始任务
采集数据
清除任务
27
输入(测量)范围
仪器放大器
AMP
ADC
为了提高小信号的测量精度，模拟采集通道配有仪器放大器
通过合理设置输入最大值和最小值参数，可以使DAQ设备自动配
置最合适的仪器放大器增益，从而尽量用满ADC位数
28
4
虚拟仪器专题设计实验
多功能数据采集卡简介
多功能数据采集卡
模拟输入/输出
数字输入/输出
On
Off
DAQ Board
AI – A/D AO – D/A Digital I/O Counter/Timer
1
时钟输入/输出 0
6
信号分类
信号根据其所传递的有用信息进行分类
Signals