数据采控及计算机接口实验实验报告

数据采控及计算机接口实验

实验报告

一、实验目的

1．数据采集、仪器控制、过程监控和自动测试是实验室研究和工业自、动化领域广泛存在的实际任务，其中数据采集又是测试信号从模拟信号变成计算机能够接受和处理的数字信号的过程，是计算机与外部物理世界联系的桥梁。通过本实验不但可以使学生了解现代测试系统中数据采集的一般方法，也可以使学生对数据采控系统工作原理有一定的认识。

2．熟悉以计算机为核心的数据采集系统的实物构成，包括： （1）由PC机、ISA总线A/D板卡、外接端子板组成的数据采集系统 （2）由PC机、PCI总线A/D板卡、外接端子板组成的数据采集系统

3．LabVIEW既是实验室虚拟仪器集成环境，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。在本实验中通过LabVIEW编程和使用DAQ（Data Acquisition）板卡进行数据采集，使学生了解虚拟仪器和G语言编程的一般知识，并初步掌握LabVIEW程序在DAQ中的应用。

4．进一步理解采样定理的意义，利用数据采集系统软硬件验证采样定理。数据处理是数据采集的关键内容之一，是将原始数据转换为所需数据进行分析的重要步骤，通过实验可使学生明确数据处理的基本方法及其系统的组成和工作原理。

二、实验内容及基本原理

本实验内容主要包括以下几个部分：

1、 利用LabVIEW和DAQ数据采集卡进行模拟信号的数据采集

自动数据采集/处理系统由计算机和各种电子测量、记录仪器组成。被测参数由传感器变换为相应的电压或脉冲信号后，输入测试系统。电压或脉冲信号经调理、采样至转换器，将电压或脉冲转换为数字量，存入计算机的存贮器内。当每次输入数据采样完成后，对于不需要计算处理的数据，将其从存贮器中取出，由打印机打印输出。对于需要计算处理的数据，按预先编制好的程序进行运算，运算结果由打印机打印输出或由绘图仪绘出曲线，以供实验人员分析、判断，确定下一步试验的进程，这大大缩短了试验研究的周期，节省了能源的消耗。

对数据采集板卡来说，模数转换芯片是其最关键的器件。模数转换通常简写成A/D变换（Analog-Digital）。模数转换的输入信号是在时间上和幅度上都是连续变化的模拟信号，输出信号是在时间上和幅度上都是离散的数字信号，从连续信号到离散信号的变换过程可以看成是采样和量化的过程。

图1 A/D转换的采样过程描述

模拟信号的一个数据采集过程可以用图2表示。其中数据采集卡即Device 1，数据采集卡通过多路开关、A/D转换芯片和数据缓存(Buffer)几个部件将多通道的模拟信号转换成数字信号并存储在其缓存中，而计算机通过LabVIEW中的数据采集子VI对数据采集卡中的几个部件的动作进行控制，数据采集卡和计算机之间通过计算机总线实现通信，交换数据和控制信息。

图2 模拟信号的数据采集过程

2、采样定理验证实验:

如图1所示可以描述采样过程，M(t)是一个模拟信号，采样脉冲信号在一系列离散的时刻打开采样开关，对M(t)进行采样，于是得到采样信号Ms(t)。Ms(t)是一系列脉冲信号，在采样期间Ms(t)=M(t)，在其它时间Ms(t)=0。采样信号Ms(t)必须能真实反映M(t)的变化情况，也就是说Ms(t)经过一个适当的低通滤波器，能被复原出信号M(t)的原始形状，图1(a)中的M(t)就是一个被复原的信号。为了达到这个目的，必须保证有足够高的采样频率，必须大于模拟信号M(t)的最高频率的两倍即：

fs?2fmax

其中：

fs ---采样开关的采样频率 fmax ---连续信号频谱中的最高频率

这就是采样定理，通常选择采样频率时取5—10倍连续信号的最大频率，工程上有时为了更好的复原被采样信号，甚至取更高倍数。实验中，信号源产生周期性

信号，计算机通过A/D板将信号采集入内存，通过软件示波器显示出来，调整采样频率，可以得到不同的采样结果，以波形图直观显示出来。由此，可考察波形失真程度，以验证采样定理。

3、了解LabVIEW软件的强大数据控制和处理功能，以及网络发布功能。

三、实验使用的仪器设备及实验装置

1. NI USB-6008数据采集卡

2. 装有LabVIEW 8.5软件的计算机一台 3. 信号发生器一台 4. 示波器一台

5. NI USB-6008专用USB电缆 6. 信号发生器信号输出电缆

基于LabVIEW的信号测试系统主要包括信号发生器、DAQ数据采集卡和计算机软件三部分组成。A/D数据采集采用美国NI公司的USB-6008型多功能数据采集卡和LabVIEW 8.5软件。

将USB-6008数据采集卡插到实验计算机一个空闲的USB口上，安装其驱动程序NI-DAQmx。接好USB的数据线，以及连接信号发生器的一条数据电缆。

由信号发生器产生正弦波信号，模拟传感器产生的物理电信号，将电信号通过数据线接入数据采集卡，再通过装有LabVIEW 8.5软件的服务器对正弦信号进行采集，通过改变采样频率，重新进行数据采集。每组学生分别将自己采集到的数据在本机通过“软件示波器”进行观察，并与实验室中的示波器上的波形进行比对（此示波器已经与信号发生器的信号相连），观察是否有波形失真现象发生，体会采样定理。

实验的基本框架如下图所示：

信号发生器（1）由信号发生器给出特定信号

示波器（2）由示波器监控输出信号 输出信号（3）信号通过USB电缆输入至采集服务器中的A/D采集卡，由采集卡进行信号采集，采集信号由Labview应用程序进行存储或显示。 A/D采集卡NI USB-6008采集信号采集服务器应用软件USB电缆程序显示数据采集实验基本结构图

LabVIEW VIsNI-DAQmax数据采集卡

采集卡和NI-DAQmx以及LabVIEW软件的层次关系

图4 NI USB-6008接线定义

四、具体实验步骤

1、 安装LabVIEW 8.5软件，以及NI USB 6008-DAQmx采集卡驱动程序。 2、 安装数据采集卡，在NI-DAQmx中对数据采集卡进行配置，设置USB-6008 设备号为：Device 1，信号输入方式为单端输入，数据输入通道为AI0。

以上两步由教师提前完成，课上留一套系统指导学生进行安装配置。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8ppf.html