應用ＮＩ虛擬儀器平臺實現通用ＤＡＱ系統

摘 要：本文介紹了NI PXI-1050虛擬儀器開發平臺的的硬件結構和開發軟件配置，探討了它具有的一系列優點。本文應用該平臺設計了一個通用振動信號處理系統，并已投入實際應用。該實例說明了該平臺的應用方法，并且為類似系統的設計提供了一定參考，具有較強的工程性和實用性。

關鍵詞：PXI LabVIEW 信號處理

1. PXI總線

PXI是基于PCI總線實現模塊化儀器和CPU間數據傳輸的技術，其核心內部總線帶寬達到132MB/s。PXI通過增加專門的系統參考時鐘、觸發總線、星形觸發線來滿足高精度定時、同步和數據通信要求，電氣結構如圖1所表示。

(1)參考時鐘：PXI規范定義了將10MHz參考時鐘分布到系統中所有模塊的方法。該參考時鐘可被用作同一測量或控制系統中的多卡同步信號。

(2)觸發總線：PXI定義了8根TTL觸發線，使用觸發總線的方式可以是多種多樣的。例如，通過觸發線可以同步幾個不同PXI模塊上的同一種操作，或者通過一個PXI模塊可以控制同一系統中其它模塊上一系列動作的時間順序。

(3)星形觸發：星形觸發總線是在緊鄰系統槽的第一個模塊槽與其它六個槽之間各配置了一根唯一確定的觸發線形成的。使得從星形觸發控制模塊發出的觸發信號能夠同時同步而且迅速地到達其它的模塊，從而保證了系統中每個模塊間非常精確的觸發關系。

(4)局部總線：PXI局部總線是每個儀器模塊插槽與左右相鄰槽之間相連的鏈狀總線。該局部總線具有13位的數據寬度，可用于在模塊之間傳遞信號，也可以進行高速邊帶通訊而不影響PCI總線的帶寬。

PXI的優點使得實現多信號數據采集系統成為可能。針對不同的測量信號類型，選用不同的采集模塊。而且在采集模塊的前端，使用信號調理模塊對各種信號進行一定的調理，包括去噪、隔離、放大、驅動等，從而保證信號的質量。

2. NI PXI-1050虛擬儀器系統配置

PXI-1050擁有完善的數據采集硬件和軟件配置。硬件方面包含PXI系統控制器、PXI DAQ模塊和信號調理SCXI模塊，并且所有的模塊集中在一個機箱，PXI控制器、PXI DAQ都通過機箱背板上的PXI總線互聯，所有的SCXI模塊與最靠近SCXI一側的PXI模塊實互聯，從而實現對SCXI模塊的片選和參數配置。PXI-1050擁有8個PXI模塊槽位，4個SCXI模塊槽位，外部的各類型的傳感器通過接線盒進入到SCXI模塊，經SCXI調理后進入DAQ模塊實現數字化，然后進入計算機主機以實現對信號的處理。通過在各槽位上配置不同的模塊，該系統能夠適應廣泛的應用需求，例如，PX16133是一塊8路動態信號采集板卡，具有8路A/D，能夠真正實現同時采集信號；當信號的同步時序要求很高時，就可選用PXI6133；PX16250信號采集板的采樣模式是輪詢式，這樣采集到的信號會有一定的時間延遲，所以當信號的同步時序要求不高時，就可選用PXI625O；PXI6528是一塊靜態數字I/0板卡，專門針對某些變化緩慢的數字信號，并且具有24路輸入和24路輸出，既可以采集數字信號，又可以向外輸出；PXI6552是高速數字I/O板卡，用來采集高速的數字信號，最高采樣率能夠達到100M/s，完全可以滿足對高速數字信號的采集要求；系統還可以通過配置開關矩陣與DAQ模塊配合使用，以增加A/D采樣的通道數。

NI提供了完善的應用軟件開發環境，ComponentWorks是基于NI DAQ驅動程序的用于數據采集和儀器控制的軟件，提供了以標準OLE控件和DLLs提供高性能的編程接口；LabVIEW擁有強大的圖形語言編程能力和最新的用戶界面，并且包含了大量的硬件操作節點、信號處理節點等元素；LabWindows/CVI同LabVIEW一樣具有交互式的圖形和最新的用戶界面，但使用C語言編程，以適應習慣于文本編程的工程師和使用者應用。這些應用軟件開發環境的基礎是NI的DAQ驅動程序(如圖2所示)。

3. 應用PXI-1050實現對振動信號處理實例

該振動信號處理系統通過對在被測對象如發動機、篩子等采集振動信號，并對其進行分析與處理以獲取關心的信息。設計內容主要包括硬件和軟件兩個方面。基于PXI-1050的硬件平臺如圖3所示，可見其十分易于使用，并且擁有高性能。

軟件設計方面一般需要五個模塊：數據采集模塊、顯示記錄模塊、數據回放模塊、數據處理模塊、數據分析模塊，程序流圖如圖4所示。這些模塊在LabVIEW中應用G語言十分易于開發，圖5反映了其中的多通道的FFT分析模塊的實現。

小結

本文介紹了NI PXI-1050虛擬儀器開發系統的特性，系統具有低成本、易用性以及靈活性，能快速方便地組建用戶定制的數據采集系統等。本文應用PXI-1050組建了一個通用的振動系統的方法和途徑，為快速測試分析系統的開發提供了一定參考價值。

參考文獻：

［1］National Instruments.NI PXI-1050 User Manual［Z］. Texas National Instruments，2005.

［2］National Instruments.LabVIEW User Manual［Z］.Texas National Instruments，2003.

［3］楊樂平，李海濤等.LabVIEW高級程序設計［M］.北京：清華大學出版社，2003.