在LabVIEW中驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡的三種方法

一、引言

近年來(lái)，面向儀器的軟件開發(fā)平臺(tái)，如美國(guó)NI公司LabVIEW的成熟和商業(yè)化，使用者在配有專用或通用插卡式硬件和軟件開發(fā)平臺(tái)的個(gè)人計(jì)算機(jī)上，可按自己的需求，設(shè)計(jì)和組建各種測(cè)試分析儀器和測(cè)控系統(tǒng)。由于LabVIEW提供的是一種適應(yīng)工程技術(shù)人員思維習(xí)慣的圖形化編程語(yǔ)言，圖形界面豐富，內(nèi)含大量分析處理子程序，使用十分方便，個(gè)人儀器發(fā)展到了使用者也能設(shè)計(jì)，開發(fā)的新階段。

鑒于是工程技術(shù)人員自己編制，調(diào)用軟件來(lái)開發(fā)儀器功能，軟件成了儀器的關(guān)鍵。故人們也稱這類個(gè)人儀器為虛擬儀器，稱這種主要由使用者自己設(shè)計(jì)，制造儀器的技術(shù)為虛擬儀器技術(shù)(Virtual Instrumentation Technology)。使用虛擬儀器技術(shù)，開發(fā)周期短、儀器成本低、界面友好、使用方便、可靠性高, 可賦于檢測(cè)儀初步智能，能共享PC機(jī)豐富的軟硬件資源，是當(dāng)前儀器業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方面。

虛擬儀器的典型形式是在臺(tái)式微機(jī)系統(tǒng)主板擴(kuò)展槽中插入各類數(shù)據(jù)采集插卡，與微機(jī)外被測(cè)信號(hào)或儀器相連，組成測(cè)試與控制系統(tǒng)。但NI公司出售的，直接支持LabVIEW的插卡價(jià)格十分昂貴，嚴(yán)重限制著人們用LabVIEW來(lái)開發(fā)各種虛擬儀器系統(tǒng)。在LabVIEW中如何驅(qū)動(dòng)其它低價(jià)位的數(shù)據(jù)采集插卡，成為了國(guó)內(nèi)許多使用者面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。

二、三種在LabVIEW中使用國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)采集插卡的方法

筆者將近年來(lái)工程應(yīng)用中總結(jié)出的三種在LabVIEW中驅(qū)動(dòng)通用數(shù)據(jù)采集插卡的方法介紹如下。介紹中，以某市售8通道12位A/D插卡為例。設(shè)插卡基地址為base=0x100，在C語(yǔ)言中，選擇信號(hào)通道ch的指令是 _outp(base，ch)，啟動(dòng)A/D的指令是_inp(base)，采樣量化后的12位二進(jìn)制數(shù)的高4位存于base+2中，低8位存于base+3中。

1、直接用LabVIEW的 In Port , Out Port圖標(biāo)編程

LabVIEW的Functions模板內(nèi)Adevanced Memory中的In Port 、Out Port 圖標(biāo)，與_inp、_outp功能相同，因此可用它們畫程序方框圖, 設(shè)計(jì)該A/D插卡的驅(qū)動(dòng)程序。N個(gè)通道掃描，各采集n點(diǎn)數(shù)據(jù)的LabVIEW程序方框圖如圖1所示。圖中用LabVIEW的計(jì)時(shí)圖標(biāo)控制掃描速率。

圖1 N個(gè)通道掃描，各采集n點(diǎn)數(shù)據(jù)的程序方框圖

顯然，若采樣速率要求較低，這不失為最方便、直觀的方法，而且可隨畫隨改。

2、用LabVIEW的CIN圖標(biāo)生成A/D插卡驅(qū)動(dòng)程序的子VI

LabVIEW的Functions模板內(nèi)Adevanced 中有一個(gè)CIN(Code InteRFace Node)圖標(biāo)，用來(lái)在LabVIEW程序方框圖中直接調(diào)其它編程語(yǔ)言(如VC)寫的代碼。現(xiàn)以生成一個(gè)對(duì)指定的通道采集n點(diǎn)數(shù)據(jù)的LabVIEW子VI為例，其主要步驟為：

圖2 CIN圖標(biāo)

(1)在LabVIEW下，點(diǎn)出CIN圖標(biāo)，拖大并聯(lián)接入兩個(gè)控件和一個(gè)顯件，如圖2所示。其中控件用于選擇模擬信號(hào)輸入通道和選擇數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)，數(shù)組顯件顯示所采集的數(shù)據(jù)。

(2)在CIN圖標(biāo)上單擊鼠標(biāo)右鍵彈出菜單，選Create .c file.，產(chǎn)生并存入一個(gè)×××.C程序框架。

(3)在VC++5.0下完成×××.C程序框架的數(shù)據(jù)采集部分的編寫，編譯該×××.C程序(示例見附1)，生成×××.obj代碼。在coustom build方式下用nmake / f ×××.lvm 指令將×××.lvm接口程序(示例見附2)編譯成×××.lsb代碼。

(4)在LabVIEW的CIN圖標(biāo)下裝載×××.lsb。運(yùn)行成功后將該CIN作成子VI，存入某個(gè)文件夾。

在以后的LabVIEW應(yīng)用程序框圖中，該子VI圖標(biāo)即可作此A/D插卡驅(qū)動(dòng)圖標(biāo)使用。

若A/D插卡上有晶振作基準(zhǔn)時(shí)鐘，有可編程計(jì)數(shù)/定時(shí)器，附錄1示例的C語(yǔ)言程序還可加入定時(shí)采集語(yǔ)句，以實(shí)現(xiàn)在子VI中選擇采樣速率。圖3是調(diào)用按上述步驟生成的子VI編程所采集的方波信號(hào)及其自功率譜。

圖3 采集的方波信號(hào)及其自功率譜

用CIN結(jié)點(diǎn)生成A/D插卡驅(qū)動(dòng)程序的子VI的方法可較充分發(fā)揮A/D的高轉(zhuǎn)換速度，獲得高的采樣速率。但編程較煩雜，不能由LabVIEW直接修改。

3、用LabVIEW的Call Library Functions圖標(biāo)，動(dòng)態(tài)鏈接數(shù)據(jù)采集插卡的 .DLL庫(kù)函數(shù)

許多數(shù)據(jù)采集插卡附有.DLL庫(kù)函數(shù)形式的驅(qū)動(dòng)程序，用戶可使用某種DLL鏈接庫(kù)的編程工具，如VC、VB，編寫應(yīng)用程序來(lái)調(diào)用它。LabVIEW也提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)函數(shù)的圖標(biāo)Call Library Function，放在Functions模板內(nèi)的Adevanced子模板中。在example/dll目錄中有使用該圖標(biāo)的例子,可參照它們完成對(duì)數(shù)據(jù)采集插卡的.DLL庫(kù)函數(shù)的調(diào)用。 三、兩個(gè)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)例

1、滾動(dòng)軸承振動(dòng)虛擬檢測(cè)儀

該滾動(dòng)軸承振動(dòng)虛擬檢測(cè)儀是為檢測(cè)低噪聲軸承強(qiáng)調(diào)的“異音”而開發(fā)的。目前國(guó)內(nèi)滾動(dòng)軸承出廠振動(dòng)分類檢測(cè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)儀器(如S0910型) 都只能檢測(cè)振動(dòng)加速度的均方根值,遠(yuǎn)不能適應(yīng)低噪聲軸承的要求。

我們?cè)贚abVIEW下，用PC機(jī)加國(guó)產(chǎn)12位A/D插卡，開發(fā)出的虛擬檢測(cè)儀，采樣速率最高達(dá)80KHz。按每2秒檢測(cè)一個(gè)軸承的迫節(jié)，以加速度均方值的分貝值，峰值因子，峭度，超某幅值峰數(shù)四個(gè)參數(shù)來(lái)綜合評(píng)定軸承振動(dòng)級(jí)別。PC機(jī)14″的CRT，對(duì)檢驗(yàn)員有極佳的可視性，檢測(cè)確定的軸承等級(jí)由軟指示燈閃爍顯示，在面板上十分醒目，便于檢驗(yàn)后歸類。每個(gè)軸承的檢驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)寫入當(dāng)班統(tǒng)計(jì)文件中，供生產(chǎn)和質(zhì)檢部門使用。檢測(cè)程序讀入各類設(shè)置文件便可適應(yīng)不同類型軸承或不同的檢測(cè)分類標(biāo)準(zhǔn)。

2、空調(diào)散熱器試驗(yàn)測(cè)溫系統(tǒng)

為對(duì)某空調(diào)散熱器進(jìn)行散熱性能試驗(yàn)，開發(fā)出多點(diǎn)熱電偶測(cè)溫的虛擬儀器系統(tǒng)。

硬件選用一國(guó)產(chǎn)有A/D及DIO的PC機(jī)插卡，外串接三塊前端信號(hào)處理板。每塊前端信號(hào)處理板提供一個(gè)冷端補(bǔ)償電路，并可接16路熱電偶。每塊前端板的冷端補(bǔ)償電壓和熱電偶電勢(shì)各占用插卡的一個(gè)模擬輸入通道，由插卡的發(fā)出的4位數(shù)字輸出選擇各熱電偶電勢(shì)輸入。

由于溫度采集速率甚低，直接用LabVIEW的 In Port , Out Port 圖標(biāo)編程完全可滿足要求。編程中調(diào)用了LabVIEW中Functions模板內(nèi)Data Acquisition Signal ConditioningConvert Thermcouple Reading圖標(biāo)，稍作修改，生成了各類標(biāo)準(zhǔn)熱電偶溫度轉(zhuǎn)換為電壓，電壓轉(zhuǎn)換為溫度的新的子VI。編程十分簡(jiǎn)便，且能用于各類標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測(cè)溫。

附1 ×××.C源程序

/* CIN source file */

#include c:labviewcintoolsextcode.h

#include conio.h

typedef struct {

int32 dimSize;

float32 arg1[1];

} TD1;

typedef TD1 **TD1Hdl;

CIN MgErr CINRun(int32 *n, TD1Hdl xarray, int32 *ch);

CIN MgErr CINRun(int32 *n, TD1Hdl xarray, int32 *ch)

{ /* ENTER YOUR CODE HERE */

int base，i, ns,c;

uInt8 h,l;

float *xarrayElmtp;

ns=*n;/* 采樣點(diǎn)數(shù) */

c=*ch;/* 模入通道號(hào)*/

SetCINArraySize((UHandle)xarray,1,ns);

(*xarray)->dimSize=ns;

xarrayElmtp=(*xarray)->arg1;

base=0x100; /* 數(shù)據(jù)采集插卡基地址*/

_outp(base,c); /* 選擇模入通道*/

for (i=0;i{

_outp(base+1,0); /* 啟動(dòng) A/D*/ do {;}

while ((_inp(0x101)0x01)!=0);

h=_inp(base+2);

l=_inp(base+3)0xf0;

*xarrayElmtp=(h*16+l/16)/409.6-5.0;

xarrayElmtp++;

}

return noErr;

}

附2 ×××.lvm接口程序

IDE=VC

name= ×××

type=CIN

cintoolsdir=c:labviewcintools

! include $(cintoolsdir)ntlvsb.mak>