维普资讯 http://www.cqvip.com 总第１６２期 舰船＿乜子Ｌ程 Ｖｏ１．２７ Ｎｏ．６ ２００７年第６期 Ｓｈｉｐ Ｅｌｅｃｔｌ’ｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ １４８ 基于ＰＣＩ一６２２９的数据采集方法 林朝阳叶晓慧姚祖文 （海军工程大学电了工程学院武汉４３００３３） 摘要数据采集是席拟仪器的三个主要功能之一，是一切测试测量过程的第一步。ＬａｂＶＩＥＷ作为虚拟仪器的开发 工具，功能强大的数据采集产品软件支持是其特色之一。针对Ｍ公司的ＰＣＩ—Ｍ系列数据采集卡，介绍ＰＣＩ一６２２９数据采 集卡的基本配置，讨沦在ＬａｂＶＩＥＷ环境中的数据采集方法，具体分析用ＤＡＱｍｘ完成数据采集任务，实际证明运用ＤＡＱｍｘ 能够缩短开发时问，提高编程效率 关键词ＬａｂＶｌＥＷ；数据采集；ＤＡＱｍｘ 中图分类号ＴＰ２７４ 成本，因为它利用高级的开发工具（ＮＩ—ＤＡＱ测量 １ 引言 服务驱动软件）大大降低了系统构建时间。 随着计算机的广泛运用，计算机已经与现代仪 ２数据采集卡基本情况 器结合Ｈ益紧密，基于Ｐｃ机的虚拟仪器具有性价 比高，升级方便等优点，已部分甚至全部取代传统 ＮＩ ＰＣＩ一６２２９ Ａ／Ｄ转换器的分辨率：ｌ６位；采 仪器系统成为现代仪器的主流。ＬａｂＶＩＥＷ是由美 样率：２５０ｋＳ／ｓ；１６位３２路模拟输人；１６位４路模 国ＮＩ公司开发的虚拟仪器开发平台，由于它具有 拟输ｆ｛Ｉ（８３３ｋＳ／ｓ）；４８路数字Ｉ／０；２个３２位计数 编程效率高，界面友好，功能强大等优点，因 ｎｆ在现 器，１个频率发生器；支持数字触发；ＮＩ—ＤＡＱｍｘ 代虚拟仪器中得到了广泛应用。数据采集（ＤＡＱ） 测试软件和硬件配置程序支持。 系统就是由传感器、计算机、接口硬件和软件所组 ＰＣＩ一６２２９板卡的模拟输人、输出范围均是± 成的系统，如图ｌ所示，它是仪器系统的重要组成 １０Ｖ，它有１６个ＰＦＩ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒ． 部分，是一切测试测量过程的基础。 ｆａｃｅ）口，这些ＰＦＩ口可以作为静态数字Ｉ／Ｏ口，而 … —＇’ — ｆ．篱０ Ｉ 誊 且像计数器输出、频率输出、采样时钟等定时信号 — 一， 可以输出到任何ＰＦＩ广］上，当它作为静态数字Ｉ／Ｏ ｎｓ０Ｉｓ ｍｄ Ｃｏ￣ｄｉｌ１ｔ ｋｎｒｉｎｇ Ｃ＇ｎｂｌｃ：ｓ ｍ试ｌｔ＆ｇｔＤＡＱ ｗ￣＇ｍ２ ｔｍ～，￣ＡＱ ＣｏｍｐｕｔＰｅｌｓ＇Ｏｌ １ｅｌ 口时，只能够软件定时，ＰＦＩ１２和ＰＦＩ１３还分别对 ‘ Ｔｉ７ｔｌ１ｓｄＬＫ ｅ 应着计数器０、计数器ｌ的输出端。 表１ ＰＣＩ一６２２９管脚 图１数据采集系统 ＮＩ公司生产了多种类型的数据采集卡，自 模拟输入参考地输入方式信号的正极 信号的负极 ＬａｂＶＩＥＷ７．０以来，提供ｒ两套驱动程序，传统ＮＩ ＤＡＱ和ＮＩ—ＤＡＱｍｘ，ＰＣＩ一６２２９数据采集卡足 基于计算机ＰＣＩ总线技术，它属于Ｍ系列卡，只支 持ＤＡＱｍｘ的数据采集方法。Ｍ系列数据采集设 备不仅使每通道Ｉ／０的价格降低了３０％，数据传 ＮＩ公司的数据采集卡对于模拟信号的输人可 输速率比以往提高５倍，而且还降低了测量系统总 以分为三种连接形式，差分（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａ１），参考地单 收稿日期：２００７年５月１７日，修回日期：２００７年６月２９日 作者简介：林朝阳，男，硕士研究生，研究方向：虚拟仪器＝叶晓慧，男，博士生导师，教授，研究方向：虚拟仪器。姚祖 文，男，硕上研究牛，研究方向：中频电源 维普资讯 http://www.cqvip.com 舰船电子工程 １４９ 端（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｎｇｌｅ—ｅｎｄｅｄ，ＲＳＥ），无参考地单端 （Ｎｏｎ—Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ Ｓｉｎｇｌｅ—Ｅｎｄｅｄ，ＮＲＳＥ），表１是 图４是设置触发模式函数，Ｍ系列采集卡均 支持数字触发，有的不支持模拟触发，触发就是设 ｈ ｅ＿啊 ｓ ｗ 针对不同的连接方式所对应的ＰＣＩ一６２２９的管脚。 置数据采集在什么条件下开始，ｓｏｕｒｃｅ触发源可以 一出 一一５皇 涨一一一 ３ ＮＩ—ＤＡＱｍｘ的数据采集方法 下面首先介绍几个常用函数，ＤＡＱｍｘ数据采 集函数化于ＬａｂＶＩＥＷ后面板Ａｌｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ／ＮＩ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ／ＤＡＱｍｘ—Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ上。 ３．１配置通道函数 ｉｎｐｕｔ ｔ￣ｖｒｒｍａｌ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ． ．．．．—— ｝１）ｈ ｈ、 １ ｃｈａ１１１１ ：：三 ：：＝：ｌ 姗ｅ∞ａ 嘶一；ｒ ，氲 …．１ —一 ＤＡＱｍｘ Ｃｌ＇ｅａｔ Ｃｈａｉｎ１ｅｌ（ＡＩ—Ｖｏｌｔａｇｅ—Ｂａｓｉｃ）．ｖ１ 图２配置通道函数 ２是配置通道函数，可以设置信号的输入、 输出通道名，按照所需要的任务设置成单通道或是 多通道模拟信号、数字信号、计数器的输入或输出， 这里以模拟输入，进行电压测量为例，设置输入电 压的范围。这是在数据采集中最常用的ＶＩ。 ３．２硬件定时设置 ｔａｓｋｏｕｔ ｅｒｒｏｒｏｕｔ 图３硬件定时设置函数 罔３是硬件定时设置函数，ｓｏｕｒｃｅ对于模拟信 号来说叮以用数据采集卡上的时钟源，也可以由外 部时钟引入，当此端ＬＩ没有连接时，就是采用数据 采集卡上的默认时钟，对于数字信号不能使用采集 卡上的时钟源，ｓａｍｐｌｅ ｍｏｄｅ设置采样模式，可以是 有限采集或是连续采集，当为有限样本采集时， ｓａｍｐｌｅ ｐｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ设置每通道昕要采集的样本数， ’ａｔｅ设置采样率，当为连续采集时，ｓａｍｐｌｅ ｐｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ设置缓存大小。 ３．３设置触发模式 ｓｌａｓｋ／ｃｈａｎ１￣ｅｔｓｉｌ ——呷 ｍｗ抽一一Ｌ 一 一ｒｏｕｔ １）ＡＱｍｘ Ｓｔａｒｌ Ｔｒｉｇｇｅｌ’（Ｍｏｎｅ）．ｖｉ 图４触发摸式函数 由外部信号输入，这里选择数字触发，ｅｄｇｅ设置数 一 字信号的上升沿或是下降沿开始触发。 ３．４任务开始函数 ｔａｓｋ／ｃｈａｎｎｅｌｓ１１＂Ｉ—————Ｅ西要日———一ｌａｓｋ（）ｕ１ ａ１∞ｒ …— ｛ 【一一《 ｅｎ ｒ ０ｕｔ １）ＡＱｍｘ Ｎｔａｒｔ Ｔａｓｋ．ｖｉ 图５任务开始函数 图５是任务开始函数，一个数据采集任务开 始，如果不用这个Ｖｉ，当ＤＡＱｍｘ Ｒｅａｄ Ｖｉ开始运行 时，会自动的开始这个测量任务 ３．５读取数据函数 ａｔｓｋ／ ｃｈｍｍｅｌｓｉｎｎＬＬ＂Ｉ１［］ｔ￣ｏｆ．‘． ｓａｍｐｌｅｓ ｐｆｒｃｈａｌ＂ｌｎｅｌ———— § Ｉ ｄａ ｔ ａ ｃｎｒ￣－ｉｎ 一— 一 ；㈣＿０ｒ ０ｕ ＤＡＱｍｘ Ｂｅａｄ（Ａｎ ａｌｏｎｇ Ｗｆｍ】Ｃｈｕｍ ＮＳａｍｐ）．ｖｉ 图６读取数据函数 图６是读取数据函数，可以读取一个或多个 通道的数据，数据类型可以是双精度浮点数据也呵 以是波形数据，ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ ｐｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ设置 每通道昕要读取的样本数，连续采集时，若此端ｕ 设置为一１，将读取缓存中的可用数据；有限采集 时，此端口设置为一１，将等待获取所有的样本点后 再一次性读出。Ｔｉｍｅ ｏｕｔ设置超时时间，默认值足 １０秒，为一ｌ时将无限等待下去。ｄａｔａ是返回的采 集的样本数据，对这个数据叮以进行显示、分析和 处理。与之相对应，当要输出信号时要用ＤＡＱｍｘ Ｗｒｉｔｅ Ｖｉ。 ＮＩ—ＤＡＱｍｘ属于第三代ＤＡＱ驱动软件，它比 以前的版本更容易地进行测量与获取有意义的信 息。虽然它仍需处理各种各样的总线接Ｉ－Ｉ、传感器 和信号类型，但是现在重新设计的界面使它变的更 简单易用，即使是开发复杂的ＤＡＱ应用也足如此， 因为它为各种类型的操作提供了同样的函数和ＶＩ。 例如，以前要用Ｄｉｇｉｔａｌ ｒｅａｄ函数从数宁线渎取数据 和用Ａｎａｌｏｇ ｒｅａｄ函数读取模拟数据，向现在可以用 同一个函数读取这两种数据，这样的函数叫多态函 数，他们根据输入值不同则呈现不同的特性。多态 函数是将儿个不同函数整合成一个界面，其结果是 为用户，也是为设备，提供了一条满意的 习曲线。 现在不用学习四种 同的方法为ＮＩ ＤＡＱ设备的四 种类型的操作（模拟输入与输出、数字ＵＯ、计数器／ 定时器）编写程序了，而只学习一种方法，然后重复 维普资讯 http://www.cqvip.com １５Ｏ 林朝阳等：基于ＰＣＩ一６２２９的数据采集方法 总第１６２期 使用这个方法来为起它的操作编写程序即可，用户 率，同时计算电压的有效值，电压有效值还可以由 可以根据自己的测量任务轻松进行设置，降低了学 指针显示。 习的难度，减少了程序的开发时间。 在ＬａｂＶＩＥＷ７．０之前，ＤＡＱ驱动软件都是单线 程的，结果用户发现如果不通过更复杂的程序很难 执行象连续的模拟输入和波形输出这样的并发操 作，现在这种新型驱动软件不需要增加额外的代码 就可以实现并发操作，因为它已被设计成以多线程 的方式操作了，因此，现在一个模拟输入操作可以在 一个线程中发生，并一直处于睡眠状态，直到它采集 了给定数量的样点才被唤醒，而在另一个单独的线 程中则可以操作模拟输出部分，这使得并发的ＤＡＱ 操作编程变得更简单 。通常只需将以上几个多态 图７ ＬａｂＶＩＥＷ前面板 函数配合使用就可以完成各种数据采集任务。 图７是ＬａｂＶＩＥＷ前面板，ＰＣＩ一６２２９数据采 集卡可以外接两块ＣＢ一６８ＬＰ板（信号输入、输出 ４数据采集实例 板，ＮＩ公司生产），根据实际需要，我们只连接了一 块，即Ｄｅｖｌ，信号的输人方式设置为差分输入，因 下面以一个实例来说明如何用ＮＩ—ＤＡＱｍｘ 为只有一路信号输入，我们用到模拟输入ａｉ０ｈ和 方法进行数据采集，首先在实验室用ＹＢ１６２０功率 ａｉ８通道，输入电压范围设置为±１０Ｖ之间，将信号 函数信号发生器产生一个５０Ｈｚ，峰峰值为１２Ｖ的 发生器的输出信号分别接ＣＢ一６８ＬＰ板的６８和３４ 正弦信号，通过ＰＣＩ一６２２９将信号连接到计算机， 脚，依据采样定理，将样本采样率设为１２．８ｋＳ／ｓ， 用ＬａｂＶＩＥＷ编制数据采集和处理程序，在前面板 所要采的样本数为６５５３６个，采样触发设为数字信 我们可以进行各种参数配置，显示信号的波形、频 号触发，触发源为ＰＦ１０口引入的信号，数字信号上 率和电压值，数据处理程序采用过零检测法计算频 升沿时触发数据采集。 图８ Ｔ ａｌＪＶｔＥＷ后面板 （下转第１５４页） 维普资讯 http://www.cqvip.com ｌ５４ 鲁爱国等：基于ｖｘＷｏｒｋｓ的嵌入式软件远程调试 总第１６２期 ５ 结束语 嵌入式软件技术发展日新月异，调试作为嵌入 式软件开发中一个举足轻重的环节，越来越体现出 其重要性。技术的发展对软件开发人员提出了更 高的要求，掌握并熟练运用最新的调试手段和调试 参考文献 ［１］陈智育，温彦军．ｖｘＷｏｒｋｓ程序开发实践［Ｍ］．北 京：人民邮电出版社，２００４ ［２］ＷｉｎｄＲｉｖｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ．ＶｘＷｏｒｋｓ Ｐｒｏｇｒａｒｎｍｍｅｒ’Ｓ Ｇｕｉｄｅ ［Ｍ］．ＷｉｎｄＲｉｖｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ，２００２ ［３］黄瑞芳，朱敏，张卫民．远程调试的设计与实现 ［Ｊ］．计算机工程与应用，２００１，（１）：１２５—１２８ 方法，对于加快嵌入式软件开发进度，提高嵌入式 软件的软件质量将起到重大的促进作用。 ［３］Ｒｉｃｋ Ｅａｄｓ．嵌入式发展需要新的调试工具［Ｊ］．电 子产品世界，１９９８，９ （上接第１５０页） 图７是程序运行后显示的测量结果，可以看到 Ｗａｖｅ Ｇｒａｐｈ控件能清楚显示ＹＢ１６２０功率函数信 号发生器输出的正弦波形，频率为４９．５２５６Ｈｚ，电 图８是我们的后面板，也就是设计的主程序， ＤＡＱｍｘ的主要编程步骤是首先进行通道配置，然 后进行定时和触发设置，接着进行数据的读或写， 最后结束任务。为了计算电压和频率，我们还要对 压有效值为４．１９４２Ｖ，精确到小数点后四位数，所 得结果符合设计要求。 采集后得到的数据进行处理，由图８可知，程序将 采集设置为有限样本采集，样本数为６５５３６个， ＤＡＱｍｘ Ｒｅａｄ Ｖｉ将采集的样本值读出后放在计算 机缓存中，然后再从缓存中读出，我们选择输出的 是一维数组，数组中的元素的数值类型为为双精度 浮点型。 ＬａｂＶＩＥＷ是一种图形化编程语言，功能强大， ５ 结束语 ＰＣＩ一６２２９卡的ＤＡＱｍｘ数据采集方法简单易学， 操作方便，将ＪＬ个多态函数熟练掌握就能开发出强 大的数据采集系统，上面例子只是进行一路模拟信 由于样本数太多，为了在Ｗａｖｅ Ｇｒａｐｈ上清楚 显示，从数组中取出前２５６０个样本，然后建立波形 数据，连接到Ｗａｖｅ Ｇｒａｐｈ上，横坐标是时间（Ｓ）， 号采集，同样，我们叮以进行多路数据采集和不同 类型信号的采集，程序结构不需做过多调整，只需 修改多态函数的配置参数或增加、减少个别多态函 数，这样就使没有丰富编程经验的人员从繁重的程 纵坐标是电压值（Ｖ），根据采样率计算可知显示了 １０个周期的波形。后面板下方的程序用到了ＰＣＩ 一６２２９板 上的一个计数器输出作为触发源，由 序文字编码中解脱出来，把更多的精力放在系统的 自诊断、故障报警、数据分析、系统性能测试上，大 大缩短系统的开发时问，提高编程的效率。 参考文献 图８可以看出，它与信号采集用到了几个相同的函 数，只是对参数进行了修改，它是连续输出，所以加 了个Ｗｈｉｌｅ循环，输出的是频率为１０Ｈｚ，占空比为 ０．５的数字信号，数字信号自ＰＦＩ１２／Ｐ２．４（２脚）口 输出，在硬件连接上，只需将ＣＢ一６８ＬＰ板２脚与 ［１ Ｊ Ｍ Ｓｅｒｉｅｓ Ｕｓｅｒ Ｍａｎｕａｌ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，２００６ ２］Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ＮＩ—ＤＡＱ ｎｉｘ Ｈｅｌｐ，２００４ １１脚相连即呵。在计算电压有效值和频率时，静 态调用了自己设计两个子Ｖｉ，即电压有效值子Ｖｉ 和频率计算子Ｖｉ，主要是对采集后的数据进彳『运 算，计算信号发生器输出信号的频率和电压有效 值，把它们保存成子ＶＩ形式，可以在主程序或其它 程序中方便、快速的调用，在开发自己的应用程序 过程中，可以将一些经常用到的功能模块设计成子 ［３］杨乐平，李海涛，杨磊．ＬａｂＶＩＥＷ程序设计与应用 （第二版）［Ｍ：．电子工业出版社，２００５ ［４］ＮＩ上海分公司．ＮＩ—ＤＡＱ７一数据采集软件演化的 下个阶段［Ｊ ．国外电子测量技术，２００４（１）：３９～４０ ［５］刘君华，贾惠芹，丁晖，阎晓艳．虚拟仪器图形化编 程语言ＬａｂＶＩＥＷ教程［Ｍ］．西安电子科技大学出版社， ２００３ ＶＩ形式，将会帮助减少开发时间，对于这丽个子ＶＩ 的设计原婵，由于不属于数据采集的内容，这里就 不再阐述 ［６］侯国『拜，土坤，叶齐鑫．ＬａｂＶＩＥＷ７．１编程与虚拟仪 器设计［Ｍ ．清华人学出版社，２００５