基于LabVIEW和PCI-5124的數據采集系統設計

摘要：設計一種基于虛擬儀器LabVIEW和高速數字化儀NI PCI-5124的高采樣率、長時間的數據采集分析實驗系統。該系統可實現20 MHz甚至更高采樣率以及數據信號長時間的實時采集，并具有實時存儲、回放、信號分析、報表打印功能。實驗表明：該系統具有程序設計簡單、通用性好、可移植性高、界面設計簡單大方、易于操作等優點。
關鍵詞：數字化儀；數據采集；虛擬儀器；LabVIEW

傳統數據采集系統一般由單片機與硬件采集電路或數據采集卡配置計算機組成。這種數據采集系統存在開發難度大、可移植性差、數據采集效率低、實時存儲容量小等缺點。其存儲容量取決于數據采集卡的板載內存的大小，一般只有8 MB或12 MB，而現代工程運用中的數據采集系統需具有很高的采樣速率，完成海量數據的實時存儲。針對傳統數據采集系統存在的不足，這里采用虛擬儀器(LabVIEW)和高速數字化儀NI PCI-5124設計一種可以長時間連續采集、實時存儲的數據采集系統。
本系統只使用PC機、數據采集卡以及編程語言即可在Windows操作系統下實現對數據的采集、存儲、處理，開發成本低，通訊能力強，易于使用。系統改善了傳統數據采集系統的存儲量小、采集效率低等缺點，可實現信號的長時間實時采集、存儲、回放、分析、報表打印等功能。

1 系統硬件設備簡介
該系統硬件設計結構原理框圖如圖l所示。

系統硬件設計主要包括PC控制機和高速數據采集卡。由于許多插入式的數據采集DAQ(Data Acquisition)設備采集數據不僅受到采樣速率的限制，而且受到板載內存和數據到PC機內存的傳輸速率的限制。
針對以上問題，本設計選用插入式DAQ產品中價位低、速率快、精度高的高速數字化儀NI PCI-5124。它可以直接插入計算機的PC捕槽，即插即用使用方便，具有200 MS／s的實時采樣至4．0 GS／s的等效時段采樣；標準8～256 MB大容量板載內存；基于PCI總線的12位分辨率的雙同步采樣通道；使用新技術實現在2個150 MHz帶寬的、帶有去噪和抗混疊濾波器的輸入信道中同步采樣；高達75 dBc的無寄生動態范圍SFDR(Spufious-Free Dynamic Range)；基于NI同步和存儲核心SMC (Synchronization and Memory Core)構架，具備每通道512 MB板載內存、快速數據傳輸和緊密的同步功能。工程師們可以在幾十皮秒(ps)內同步基于SMC的模塊化儀器，主要有邊緣、視窗、滯環、視頻和數字等觸發方式，主要用于高通道和混合信號應用。
專用數據采集長的驅動方式分為外掛式驅動和內置式驅動兩種。對于NI公司生產的各種專用數據采集卡，可使用LabVIEW內的DAQ庫直接對端口進行各種操作，即內置式驅動。NI數據采集卡提供對LabVIEW豐富且完備的支持，驅動函數在底層的基礎函數上進行高度封裝，用戶無需深入了解采集卡的具體工作，只要掌握驅動函數輸入／輸出端口的意義，就能進行數據采集開發。因此用戶使用NI PCI-5124時，只需將所需接口從程序中直接調用至系統開發環境中，即可實現采集、存儲以及回放等功能。