基于LabVIEW的信號輸出與數據采集系統

基于LabVIEW的信號輸出與數據采集系統

?? 摘要：本文利用LabVIEW軟件設計了一套信號輸出與數據采集系統，能夠在仿真環境下驅動嵌入式計算機系統運行并采集它的輸出信號，為嵌入式軟件的測試奠定了基礎。同時利用虛擬儀器實現了軟件代替硬件，節省了成本，提高了效率，達到了良好的效果。
關鍵詞：LabVIEW；信號輸出； 數據采集

1? 引言

?? 近年來，在國防、汽車、儀表等領域，嵌入式計算機系統的應用越來越廣泛。由于目前硬件技術的迅猛發展以及容錯技術的廣泛應用，因硬件故障而導致的軟件失效越來越少，系統故障的主要原因已經從硬件逐步轉向軟件。因此如何測試嵌入式計算機系統中的軟件性能就成為人們關注的焦點，而這其中非常關鍵的就是如何在仿真環境下由仿真測試平臺輸出激勵信號驅動嵌入式計算機系統運行并同時采集它的輸出信號。本文正是基于此設計了一套基于LabVIEW的信號輸出與數據采集系統。

2? LabVIEW簡介

??? LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是目前最為成功、應用最為廣泛的虛擬儀器軟件開發環境，是由美國國家儀器公司（National InstrumentsTM，簡稱NI）推出的一種基于圖形程序的虛擬儀器儀表開發平臺。它不僅提供了與遵從GPIB，VXI，RS-232和RS-485協議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能，還內置了支持TCP/IP，ActiveX等軟件標準的庫函數。

??? 與傳統編程采取的文本語言相比，LabVIEW使用圖形語言 (各種圖標、圖形符號、連線等)編程，編程簡單方便，界面形象直觀，都是人們熟悉的開關、旋鈕、波形圖等，是一種直覺式圖形程序語言。LabVIEW編程時，基本不需要編寫程序代碼，而是“繪制”程序流程圖，這樣就可以使沒有豐富編程經驗的工程師從繁重的程序文字編碼中解脫出來，把更多的精力放在試驗和測試上。LabVIEW程序運行的方式不像傳統編程語言那樣一條一條語句地往下執行，而是以數據流方式執行程序。也就是說，一個程序節點要在所有數據流都到達時，才開始運行，處理后的數據流同時向后面的各個節點流動，因此可以設計出同時執行多個程序的流程圖。

3? 信號輸出與數據采集系統的設計

??? 基于LabVIEW的信號輸出與數據采集系統由PC機（PC機沒有特殊的要求，常用的臺式機都可以滿足要求）、數據采集卡和信號輸出與數據采集程序構成。

3.1? 數據采集卡簡介

??? 系統采用NI公司的PCI-MIO-16E-4型數據采集卡。它是NI公司的NI 6040E系列數據采集卡之一，是一種性能優良、適合PC及兼容機的數據采集卡，能夠完成模擬信號輸入/輸出和數字信號輸入/輸出等功能。它有16個模擬輸入通道（對差分輸入是8對模擬輸入通道）、2個模擬輸出通道、8個數字量I/O、2個24位的計數器（用于計時/計數功能）。

???? 在使用采集卡之前，首先要進行采集卡的安裝，將采集卡插入PC機的PCI插槽。由于是NI公司的數據采集卡，因此不需要再編寫采集卡的驅動程序，只需重新啟動計算機，放入采集卡的驅動光盤，按照提示就可以自動完成安裝。安裝完成后對設備號、模擬輸入極性、模擬輸入模式、模擬輸出極性等參數進行設置。另外，選用CB-68LP連接塊和R6868帶狀電纜等附件來連接數據采集卡和嵌入式計算機系統。

3.2? 硬件連接

?? 系統通過數據采集卡把嵌入式計算機系統和PC機連接起來，由PC機輸出激勵信號驅動嵌入式計算機系統運行，同時由PC機采集嵌入式計算機系統運行的輸出信號。硬件連接框圖如圖1所示。

圖1? 信號輸出與數據采集系統硬件連接框圖

3.3? 信號輸出與數據采集系統的LabVIEW程序

??? 系統能夠實現同時輸出和采集模擬信號，它利用傳遞error信息的數據線安排并行的執行順序。其工作流程如下：首先通過AO Config VI設置好輸出參數，通過AI Config VI設置好輸入參數；然后將準備好的波形數據通過AO Write VI寫入輸出緩沖區；接著由AO Start VI啟動模擬輸出，AI Start VI啟動模擬輸入（要將number of scans to acquire的參數設為0，這樣才能連續采集）；在While循環中，AI Read VI連續從輸入緩沖區讀取數據，輸出緩沖區中的數據經AO Write VI被送到DAC輸入端，經轉換后輸出，直到用戶按下了STOP按鈕或程序出錯才結束。最后由AO Clear VI清除任務所占用的全部資源。在本程序中，輸出和采集并不是同步的，首先AI Start和AO Start沒有受同一時鐘源的控制，采集卡的模擬輸入和模擬輸出各有獨立的時鐘；其次它們并不是被同時啟動的，AI Start要稍晚于AO Start，不過兩者的啟動時間相差非常?。〞r間差在幾微秒內），在要求不是特別嚴格的場合可以忽略不計。

??? 參數設置：輸出通道指定從采集卡的那個模擬輸出通道輸出信號，輸入通道指定由采集卡的那個模擬輸入通道采集信號；輸出通道緩沖區的大小一般為更新速率的兩倍；輸入通道緩沖區的大小一般為掃描速率的兩倍，每次讀取的樣本數設置為一個小于輸入通道緩沖區大小的值，一般為輸入通道緩沖區大小的一半。圖形化程序如圖2所示（本程序輸出的是一個正弦波，可根據不同的場合替換成所需的信號）。

圖2? 信號輸出與數據采集系統的圖形化程序

4? 結束語

基于LabVIEW的信號輸出與數據采集系統方法簡單、可靠適用，能夠實現在仿真環境下驅動嵌入式計算機系統運行并采集它的輸出信號，為嵌入式軟件的測試奠定了基礎。同時利用虛擬儀器實現了軟件代替硬件，避免了大量專用測試設備的使用，節省了成本，提高了效率，達到了良好的效果。

本文作者創新點：用LabVIEW實現了信號輸出與數據采集的同時進行，可以在采集數據的同時由數據采集卡輸出信號，提高了效率。