如何优化模拟输入采集的精确度和范围？

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：模拟输入是采集最基本的功能。当采用DAQ卡测量模拟信号时，必须考虑下列因素：输入模式、分辨率、输入范围、采样速率，精度和噪声等。其中，输入范围是指ADC能够量化处理的最大、最小输入电压值。并且，由于消除了共模噪声的误差，所以差分输入的精度较高。

模拟输入是采集最基本的功能。当采用DAQ卡测量模拟信号时，必须考虑下列因素：输入模式（单端输入或者差分输入）、分辨率、输入范围、采样速率，精度和噪声等。其中，输入范围是指ADC能够量化处理的最大、最小输入电压值。DAQ卡提供了可选择的输入范围，它与分辨率、增益等配合，以获得最佳的测量精度。

单端输入以一个共同接地点为参考点。这种方式适用于输入信号为高电平（大于1V），信号源与采集端之间的距离较短（小于5m），并且所有输入信号有一个公共接地端。如果不能满足上述条件，则需要使用差分输入。差分输入方式下，每个输入可以有不同的接地参考点。并且，由于消除了共模噪声的误差，所以差分输入的精度较高。

要在LabVIEW中获取模拟输入信号，首先要利用DAQmx创建虚拟通道VI节点创建虚拟通道，然后利用DAQmx读取节点读取采集卡采样到的数据，并进行显示。

【例3-1】电压表

操作步骤：

1）选择“文件”→“新建VI”，打开一个新的前面板。

①添加“仪表”控件（控件选板→新式→数值）。设定仪表显示控件的刻度范围为-5～5。

②添加“停止按钮”控件（控件选板→新式→布尔）。

2）按〈Ctrl+E〉键切换到该VI的程序框图。

①添加“DAQmx创建虚拟通道”功能函数（函数选板→测量I/O→DAQmx数据采集）。

●在多态VI选择器中选择“模拟输入”→“电压”。

●在物理通道输入接线端，选择“创建”→“输入控件”，并重命名控件为物理通道。

②添加“DAQmx开始任务”功能函数（函数选板→测量I/O→DAQmx数据采集）。

③添加“While循环”功能函数（函数选板→编程→结构）。

④在While循环内添加“DAQmx读取”功能函数（函数选板→测量I/O→DAQmx数据采集），该VI用于读取由多态VI选择器指定类型的测量数据。选择“模拟”→“单通道”→“单采样”→“DBL”。该选项是从一条通道返回一个双精度浮点型的模拟采样。

⑤在While循环内添加“等待下一个整数倍毫秒”功能函数（函数选板→编程→定时）。在毫秒倍数接线端，选择“创建”→“常量”，并设置常量值为10。

⑥添加“DAQmx清除任务”功能函数。在清除之前，VI将停止该任务，并在必要情况下释放任务占用的资源。

⑦添加“简易错误处理”功能函数（函数选板→编程→对话框与应用），程序出错时，该VI显示出错信息和出错位置。

按照图3-45完成各个端子的连接。

图3-45 各端子连接

3）选择物理通道后，运行该VI。

4）将该VI保存为Voltmeter.vi。

连续数据采集，或者说实时数据采集，是在不中断数据采集过程的情况下不断地向计算机返回采集数据。开始数据采集后，DAQ卡不断地采集数据并将它们存贮在指定的缓冲区中（circular buffer），然后LabVIEW每隔一段时间将一批数据送入计算机进行处理。如果缓冲区放满了，DAQ卡就会又重新从内存起始地址写入新数据，覆盖原来的数据。这个过程一直持续，直到采集到了指定数目的数据点，或者LabVIEW主动中止了采集过程，或者程序出现错误。这种工作方式对于需要把数据存入磁盘或者观察实时数据很有用。

【例3-2】电压连续数据采集和记录

操作步骤：

1）选择“文件”→“新建vi”，打开一个新的前面板。

①添加“波形图表”控件（控件选板→新式→图形）。

②添加“停止按钮”控件（控件选板→新式→布尔）。

2）按〈Ctrl+E〉键切换到该VI的程序框图。

①添加“DAQmx创建虚拟通道”功能函数（函数选板→测量I/O→DAQmx数据采集）。

●请在多态VI选择器中选择“模拟输入”→“电压”。

●在物理通道输入接线端，选择“创建”→“输入控件”，并重命名控件为物理通道。

②添加“DAQmx定时”功能函数（函数选板→测量I/O→DAQmx数据采集）。

●在多态VI选择器中选择采样时钟。

●在采样率输入接线端，右键单击选择“创建”→“输入控件”。