测量仪表设计关键之数据采集（一）

　　一、基于LabVIEW的通用数据采集卡的驱动

　　介绍一种通过LabVIEW提供的Call Library Function Node实现对动态链接库（DLL）调用的方法，完成对通用数据采集卡的驱动，实现LabVIEW与通用数据采集卡的结合。？

　　LabVIEW驱动通用数据采集插卡的方法有三种。

　　其一，直接用LabVIEW的Function模板内Advanced子模板的Port I/O图标编程，通过手动对基地址的设置，直接从特定的地址内存中读取数据。若采样速度要求不高，它是很方便直观的方法；其二，利用LabVIEW的Functions模板内Advanced子模板中CIN（Code Interface Node）图标，它适用于直接调用文字编程语言（如VC）所编写的代码。用CIN结点生成A/D驱动程序的子VI的方法可充分发挥A/D的高转换速度，获得高的采样速率。但编程较烦杂，不能由LabVIEW直接修改；其三，用LabVIEW的Functions模板内Advanced子模板中Call Library Function Node图标，动态链接数据采集卡的DLL库函数。DLL实际上是一个函数库，只在应用程序运行时DLL中的函数才被随时调用和连接。和静态连接库相比，DLL可以和其他应用程序共享库中的函数和资源。许多数据采集插卡生产商提供DLL库函数形式的驱动程序，用户可使用某种DLL链接库的编程工具，如VC、VB编写应用程序来调用它。同样，LabVIEW也提供了该功能，就是图标Call Library Function Node，放在Function模板内的Advanced子模板中，通过设置该节点来直接调用DLL。？

　　在本研究系统中采用第三种方法，实现了在线切削力的数据采集。采用基于ISA总线的数据采集卡ACL-8111，DLL直接由生产厂家提供。？

　　输入信号范围：±5V，±2.5V，±1.25V，±0.625V，±0.3125V（软件编程选择）；最高采样频率：30kHz；触发模式：软件、在板可编程定时器或外触发；数据传输：程序控制、中断控制；IRQ级别：可编程IRQ2，3，4，5，6，7；通道数：8路单端通道。

　　本系统输入信号范围±5V，采样频率2000Hz，A/D数据转换触发模式采用在板可编程定时器触发，数据传输采用中断控制，中断级别设置为5，通道数为3，三个通道分别采集和传输获得X，Y、Z三向切削力。？

　　待采集的模拟信号通过电荷放大器放大，根据预先设定选择不同的增益；输出的信号进行A/D转换，转换结束后，将12位转换结果自动存在数据寄存器中，然后通过中断控制将数据取出，送入计算机内存进行处理。在使用时，将采集卡直接插入计算机ISA插槽中，使用其预先设定的基地址220H。？

　　二、数据采集与转换中的关键问题

　　数据采集与转换系统用于将模拟信号转换为数字形式进行分析或传输。模拟信号输入通常是由互感器和传感器将压力、温度、应力或张力、流量等真实信号转换为相应的电信号。系统保存信号准确性和完整性的能力是衡量系统的主要指标。如何设计一个高性能的数据采集与转换系统需要考虑多方面的因素，本文就其中的一些关键问题给出自己的讨论。

　　数据采集转换系统的基本框架

　　模拟信号进行采集并转换为相应数字形式所需的基本元素包括：模拟多路复用器和信号调节;放大器;模数转换器;PC 或 MCU。

　　图1 为数据采集系统典型框图。目前的数据采集系统通常包括数据采集与转换所需的所有元素，不过有时可能不包含模拟多路复用之前的输入滤波与信号调节。模拟信号由模拟乘法器进行时间多路复用;多路复用器输出信号通过放大器输入A/D转换器。我们可对采样/保持进行编程，以便采集并保持经各 A/D 转换器转换成的数字多路数据采样。转换后的数据以并行或串行形式出现在 A/D 转换器的输出中，以备终端设备做进一步处理。

　　图1

　　系统采样率

　　被转换数据的应用与最终使用决定了数据采集与转换系统所需的采样率和转换率。系统采样率由最高带宽通道、数据通道的数量以及每次循环的采样数决定。

　　图2

　　混叠误差

　　根据奈奎斯特采样定理，在理想的采样数据系统中，数据带宽的每次循环要求最少两次采样，这样恢复被采样信号才不会丢失信息。因此，确定系统采样率时首先要考虑的就是混叠误差，也就是由于在信号频率的每次循环中采样数量不足所造成的信息丢失。图 2 显示了在数据带宽的每次循环中采样数量不足所造成的混叠误差。

　　每次循环需要多少个采样

　　这个问题的答案取决于允许的平均误差容限、重建方法（如果存在）以及数据的最终使用。

采样数据的平均精度可通过以下途径加以改进：（1） 增加每次循环的采样数;（2） 多路复用前预采样滤波，或 （3） 过滤 D/A 转换器输出。图