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。
1.1.6数据采集(DAQ)卡
１．数据采集卡的功能 ２．数据采集卡的软件配置
数据采集卡的功能
典型数据采集卡的功能：模拟输入、模 拟输出、数字I/O、计数器/计时器等。
专业综合训练
自动化学院 控制工程教研室
牛瑞燕
虚拟仪器课程设计
目的和任务 综合性、设计性的实践环节
关于课程设计指导书 本课程设计内容
温度检测系统 数据采集卡的其他应用 成绩评定及课程设计报告要求 实践部分：50% 报告 50% 报告要求：独立完成 内容完整
格式规范
第一单元 数据采集系统
1.1数据采集系统概述 1.2模拟输入 1.3模拟输出
Functions->All Functions->NI Measurements->Data Acquisition
数据采集函数的分类： 初级数据采集VI 中级数据采集VI 应用级数据采集VI 高级数据采集VI
数据采集模块 难易程度
简易模入VIs 中级模入VIs 高级模入VIs 通用模入VIs
与简易模入不同的是在那里的一个操作AI Input ，这里分 为AI Config, AI Start, AI Read, AI Single Scan以及AI Clear。 可以描述细致、复杂的操作。
通用模入VIs ( Analog Input Utility VIs)
三个常用的Vis，AI Read One Scan，AI Waveform Scan， 及AI Continuous Scan。使用一个VI就可以解决一个普通 的模入问题，方便但缺乏灵活性。
模拟信号和采样显示图
下图显示一个模拟信号和它采样后的 采样值。采样间隔是Δt，注意，采样点 在时域上是分散的。
采样定理
根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率 的两倍。
反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正 确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做恩奎 斯特频率，它是采样频率的一半。
如果信号中包含频率高于奈奎斯特频率的成分， 信号将在直流和恩奎斯特频率之间畸变。
一个不与任何地（如大地或建筑物的地）连接 的电压信号称为浮动信号，浮动信号的每个端 口都与系统独立。常见的浮动信号的例子有电 池、热电偶、变压器和隔离放大器。
1.1.4 测量系统类型
差分（Differential）测量系统 参考地单端（RSE）测量系统 无参考地单端（NRSE）测量系统
差分（Differential）测量系统
low limit—被测信号的最低电平，其缺省值是０。 设为缺省值时系统将按照采集卡设置程序MAX中 的设定处理。
采集VI的几个定义-3
high limit 和 low limit的值将决定采集系统的增益。 对大多数卡输入信号变化的缺省值是10V到-10V，如果 你将其设为5到-5V，则增益为2。如果你将其设为1到1V，则增益为10。如果你设置一个理论上的增益是得 不到支持的，LabVIEW会自动将其调整到最近的预置值。 典型的采集卡所支持的增益值有 0.5,1,2,5,10,20,50,100。
1.1.1数据采集基本原理-采样定理
对模拟信号x(t) 每隔Δt时间采样一次。时 间间隔Δt被称为采样间隔或者采样周期。它 的倒数1/Δt 被称为采样频率，单位是采样数 /每秒。t=0, Δt ,2Δt ,3Δt ……等等， x(t)的数值就被称为采样值。所有 x(0),x(Δt),x(2Δt )都是采样值。这样信号 x(t)可以用一组分散的采样值来表示：
滤波
滤波的目的是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。
通常还需要抗混叠滤波器，滤除信号中 感兴趣的最高频率以上的所有频率的信 号。某些高性能的数据采集卡自身带有 抗混叠滤波器。
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
计数器包括三个重要信号：门限信号、 计数信号、输出。
门限信号实际上是触发信号——使计数 器工作或不工作；计数信号也即信号源， 它提供了计数器操作的时间基准；输出 是在输出线上产生脉冲或方波。
数据采集卡的软件配置
数据采集卡都有自己的驱动程序，该程序控制 采集卡的硬件操作，这个驱动程序是由采集卡 的供应商提供。
NI-6014 PCI
16SE（单端）/DI（差分） 200k 16
+10，-10 +50，-50
4 2 16
1.1 数据采集系统概述
1. 数据采集基本原理 2. 数据采集系统的构成 3. 模入信号的连接方式 4. 测量系统类型 5. 信号调理 6. 数据采集(DAQ)卡 7. 7 LabVIEW 数据采集模块的分类
scan rate(1000 scans/sec)—在多通道采样时，分配 给一个通道得到的样本速率，缺省值是1000/秒。
number of samples/ch—每通道要采集的样本数， 缺省值是1000。
high limit—被测信号的最高电平，其缺省值是 ０。设为缺省值时系统将按照采集卡设置程序 MAX中的设定处理。
没有足够的内存或者硬盘存储数据太慢； 理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成
分的２倍就够了，实际上工程中选用５～１０ 倍，有时为了较好地还原波形，甚至更高一些。
1.1.2数据采集系统的构成
1.1.3 模入信号的连接方式
电压信号可以分为接地和浮动两种类型。
信号分类
模入信号的连接方式
接地信号，就是将信号的一端与系统地连接起 来，如大地或建筑物的地。因为信号用的是系 统地，所以与数据采集卡是共地的。接地最常 见的例子是通过墙上的接地引出线，如信号发 生器和电源。
数字I/O
数字I/O通常用来控制过程、产生测试信 号、与外设通信等。
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。
路数、数据转换速率、“握手”能力都 是应理解的重要参数，应依据具体的应 用场合而选择有合适参数的数字I/O。
计数器
许多场合都要用到计数器，如定时、产 生方波等。
高级模入VIs ( Advanced Analog Input VIs)
这些Vis是NI-DAQ数据采集软件的界面，是上面三
种类型Vis的基础。一般情况下，用户不需要直接使用这个功能。源自1.2 LabVIEW模拟输入
1. 模入参数说明 2. 简易模拟输入（Ease Analog VIs） 3. 中级模拟输入Analog Input 4. 高级模拟输入
简易模入VIs (Ease Analog VIs)：执行简单的模入操作。 可以作为单独的VI，也可以作为subVI来使用。可以自动
发出错误警告信息，在对话框中你可以选择中断运行或 忽略。但比较复杂的应用需要使用下面的类型。
中级模入VIs (Intermediate Analog Input VIs)
NI公司提供了一个数据采集卡的配置工具软 件——Measurement & Automation Explorer ,它 可以配置NI公司的软件和硬件，比如执行系统 测试和诊断、增加新通道和虚拟通道、设置测 量系统的方式、察看所连接的设备等。
NI的数据采集卡的设置与测试
实际过程。
1.1.7 LabVIEW 数据采集模块的分类
waveforms—A/D转换后的输出，是一个二维的 waveform数组，其每一列对应于一个输入通道，同时 包含有反映时间信息的t0和Δt。
1.2.2 初级数据采集VI
模拟输入
AI Sample Channel VI(单通道单点采样）:从指定通道获得 一个样本。 AI Sample Channels VI(多通道单点采样）:从由通道字符串 规定的一组通道每通道获得一个样本。这些样本返回到一个 样本数组，顺序由通道号决定。 AI Acquire Waveform.vi（单通道波形采集）：按指定的采 样率由一个通道得到一个波形 AI Acquire Waveforms.vi（多通道波形采集）：从由通道 字符串规定的每个通道获得一个波形。这些样本返回到一个 波形的数组
采集卡可分辨的最小电压
一个采集卡的分辨率、范围和增益决定 了可分辨的最小电压，它表示为1LSB。 例如，某采集卡的分辨率为 12位，范围 取0-10V，增益取100，则有1LSB=10V/ (100×4096)=24μV。这样，在数字化 过程中，最小能分辨的电压就为24μs。 它反映了数字量在最低位变化1时输出 模拟量的最小变化量。
模拟输入
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。
模拟输出
模拟输出通常是为采集系统提供激励。输出信 号受数模转换器（D/A）的建立时间、转换率、 分辨率等因素影响。建立时间和转换率决定了 输出信号幅值改变的快慢。建立时间短、转换 率高的D/A可以提供一个较高频率的信号。如 果用D/A的输出信号去驱动一个加热器，就不 需要使用速度很快的D/A，因为加热器本身就 不能很快地跟踪电压变化。应该根据实际需要 选择D/A的参数指标。
数据采集（Data Acquisition-DAQ)
被测对象
传感器
数 据 信号调理 采 集 卡
计算机 LabVIEW
数据采集的组成
表1.1 NI-6014数据采集卡的性能指标
产品 总线 模拟输入 采样率（S/s） 输入分辨率（位） 最大输入范围（V） 最小输入范围（mV） 输入量程（档位数） 模拟触发 模拟输出 输出分辨率（位）