借助智能DAQ, 获得高级数据采集技术

不少多功能DAQ设备都配有模拟输出通道，能够为了生成连续的模拟波形而需要用到FIFO缓冲。 生成的波形可将FIFO用作循环缓冲区，且无需从主机处接受任何更新数据，即可连续不断地重新生成一系列的模拟值。 通信总线的有无对此影响不大，因为并没有针对设备的频繁数据读写。 而如果波形需要修改，就必须重新启动输出任务并向FIFO写入新数据。 另一个办法是向硬件FIFO设备连续读写数据，而这又会导致输出任务出现时滞。 借助智能DAQ，用户能够将波形输出结果存储于硬件，甚至能够通过硬件触发改变波形，进而创建任意波形发生器。

下方的函数发生器范例通过数字输入线，触发了输出波形中的改动。 通过组合数字I/O线0与1，我们取得了应用于模拟输出的4种不同状态或称条件。

　　图11a. 配有智能DAQ条件0的函数发生器 – 零输出

　　图11b. 配有智能DAQ条件1的函数发生器 – 正弦波

当两线皆呈现低电平时，执行条件0;如图11a所示，输出值为0 V常量。而当DIO线0呈现高电平而DIO线1呈现低电平时，条件1将在模拟输出0上执行并生成一个正弦波。用户可通过该正弦生成结构(图11b)中的正 弦发生器Express VI，配置NI LabVIEW FPGA必需的参数，交互地配置正弦波。

　　图11c. 配有智能DAQ条件2的函数发生器 – 方波

条件2(图11c)能够在While循环的每轮迭代中，轻松切换布尔值。 数值较低时，整数15000便被写入模拟输出AO0，以对应16位DAC内由输出寄存器存放的数值：15000。 16位有符号整数可以包含-32768到32767之间的数值。当输出电压范围介于-10 V和10 V时，向模拟输出AO0写入-32768会生成-10 V电压，而写入32767则生成10 V电压。该例中，因我们的写入值为15000，则生成的电压将低于5 V。(数学公式为: 15000/32767 * 10 V = 4.5778 V) 通常，条件2会输出一个在0 V和4.578 V之间变换的方波。

　　图11d. 配有智能DAQ条件3的函数发生器 – 锯齿波

当DIO 0和DIO 1均呈现高电平时，便执行最后一个条件(图11d);其间，须借助查找表(LUT)连续生成一个锯齿波。 作为另一类Express VI的查表VI，既能存储任意波形值，也能通过编程建立波形值的索引。 该例中，接受配置的锯齿波可在模拟输出通道0上生成。

通过将所有的值都存储在FPGA上，用户在降低总线依赖性的同时，也确保了波形更新时硬件定时的速度和可靠性。 之前各部分中所描述的模拟输入的触发和同步灵活性同样适用于模拟输出;借助智能DAQ，用户能够以不同速率，完全独立地更新各路模拟输出通道。 这意味着：用户可在不影响其他通道输出结果的前提下，修改单个周期性波形的频率。 请注意：大多数数据采集硬件均不具备此项功能。

　　计数器/定时器的操作

如前所述，典型的多功能DAQ设备只有2个板载计数器，而智能DAQ则能在各条数字线上运行计数器功能。 数字I/O节点能够在NI LabVIEW FPGA中利用名为单周期定时循环的专业结构，帮助用户在2.5 MHz至200 MHz的特定频率范围内执行代码。 例如，借助40 MHz的时钟，用户可使用单周期定时循环，在各条数字线上创建40 MHz计数器。 图12(下图)展现了程序框图的样式。

　　图12. 配有智能DAQ的简单事件计数器

由于计算值基于U32(32位整数)的数据类型被发送至显示控件，该代码便在FPGA芯片上生成了1个40 MHz的32位计数器。 用户可对其进行数次复制与粘贴，令不同数字线上的多个计数器都能够彼此完全并行地运行。 通过对智能DAQ中参数的设置可以实现定时器操作的自定义。 通过选择，用户能够每隔2个上升沿便进行1次计数器递增，甚至能基于计数寄存器的值触发模拟采集。 许多复杂的计数器操作(如：有限脉冲序列生成和级联式事件计数)均需要使用2个计数器，这意味着使用典型多功能设备中的所有板载计数器。 在总共160条数字线的帮助下，智能DAQ硬件上定时器的最大数量很少受到I/O可用性的影响，而往往取决于FPGA芯片的大小。 由于NI LabVIEW代码运行于硅芯片中，因而用户无需“装备”或“重新装备”通用计数器，即能全面控制计数器的运行。

图13(下图)中的范例使用计数器，生成了一个连续脉冲序列并将暂停触发器置于NI-DAQmx中。

图13. 连续脉冲序列