在LabVIEW 2010中輕松實現同步測量

無論你是在使用一個數據采集設備中的不同的子系統，還是在高通道數的系統中需要同步多個數據采集設備，NI的LabVIEW 2010都可以將數據采集和生成的同步問題變得簡單。

定時和同步技術可以關聯或協調事件發生的時間。將事件同步到一個已知的標準，例如數據采集設備上的采樣時鐘，即為相對于一個事件為另外一個事件計時，或者說對一個事件做出響應。定時和同步事件是測試、控制和設計應用時的重要基本元素，并在任何系統中都需謹慎考慮。

所有的National Instruments 數據采集 (DAQ)設備均配備NI-DAQmx。NI-DAQmx是一個靈活的硬件驅動程序，可以用來在多種語言中編程，包括LabVIEW程序。其任務包括獲取、分析和保存數據所需要的所有信息。如圖1所示，一個NI- DAQmx的任務通常包括：

1. 在你的DAQ設備中設定一個虛擬通道。使用虛擬通道，你可以調整縮放系數、設定輸入范圍和挑選設備上的物理通道。

2. 為任務設置定時。選擇采樣時鐘和采樣速率等特性。

3. 設定觸發。你可以將任務設定為在某個通道收到一個激發信號后再開始。

4. 開始任務。

5. 讀寫數據并繪圖或將數據保存到一個文件當中。這個函數將被重復調用，以連續地采集或生成信號。

6. 停止或清除任務。

7. 處理任何錯誤。


圖1.使用 LabVIEW數據流編程，一個數據采集任務為物理通道配置定時和同步參數。

許多應用程序需要在多個物理通道或長距離范圍內實現同步。你可以使用LabVIEW 2010和NI- DAQmx任務來同步多個通道、設備和系統。

通道同步

你可以使用直觀的LabVIEW2010編程接口，同步多個通道。如圖2所示，通過在DAQmx創建虛擬通道VI的物理通道輸入中選擇多通道，您可以從一個給定的設備上的多個模擬輸入通道采集信號。這項任務中的所有通道均使用相同的采樣時鐘，并對同一個觸發信號作出響應。

圖2.你可以改變DAQmx創建虛擬通道VI的物理通道輸入，從一個DAQ設備的所有模擬輸入通道采集信號。

NI多功能DAQ設備可以完成多種數據測量和生成任務，包括模擬輸入輸出，數字輸入輸出和計數器輸入輸出。


圖3. NI多功能DAQ設備數字路由和時鐘生成電路可以與所有的I/O子系統交互。

你可以使用LabVIEW 2010同步不同I/O類型的通道。每種I/O類型有自己的任務，而你只需將定時參數從一個任務路由到另外一個任務即可。如圖4所示，上面的任務是一個模擬輸入任務，使用默認的板載時鐘作為采樣時鐘。你可以將采樣時鐘（ai/SampleClock）直接連到圖4中的數字輸入任務的定時輸入端口。當這個程序執行時，模擬輸入和數字輸入任務使用同一個采樣時鐘，所以系統可以從這個兩個子系統中同時采集到信號。

兩個任務同時共享開始觸發信號（ai/StartTrigger），所以他們可以精確地同時開始。一旦兩個任務共享同一個采樣時鐘和開始觸發，他們便實現了完全的同步。


圖4.你可以通過從一個任務連線至另一個任務，實現在多個任務之間共享時鐘和觸發信號。

設備同步

當從不同類型的傳感器采集數據，或在具有很多通道的系統中，你也許會需要同步多個設備模塊。NI CompactDAQ和PXI平臺為DAQ模塊提供插槽和背板，其中含有定時和觸發線，可以用來同步機箱中的所有模塊。

圖5. NI CompactDAQ (左) 和 PXI (右)機箱通過使用共同的背板時鐘，在多個I/O模塊之間同步。

無論是在試驗臺、野外還是生產線上，NI CompactDAQ提供了便捷的USB即插即用的I/O測量。它融合了數據記錄器的易用性和低成本特性以及模塊化儀器的高性能和靈活的特點，在一個小型簡單且負擔的起的系統上實現快速和準確的測量。

PXI是一個堅固的基于PC的平臺，擴展了PC和筆記本電腦的測量能力。PXI利用標準PCI總線，為你的計算機添加最多18個額外的插槽用于連接I/O模塊。PXI Express 是PXI平臺的最新演進版本。PXI Express背板擁有100MHz差分時鐘，可作為多個設備采樣時鐘的共同參考時鐘，而無需使用線纜來路由時鐘信號。你可以為每個設備創建一個任務，然后將采樣時鐘和觸發信號從一個任務連到另外一個，由此來同步多個設備，如圖6所示。


圖6.你可以通過在多個任務之間共享時鐘和觸發，來同步多個設備。

對某些NI數據采集設備，LabVIEW 2010可以在一個多設備任務中自動地同步多個設備，如圖7所示。LabVIEW 和NI-DAQmx自動地路由定時和觸發信號，而不會有損性能。使用多設備任務，你可以在同一個LabVIEW代碼中調用1到544個通道。


圖7.對于一些DAQ設備來說，你可以使用 LabVIEW 和 NI-DAQmx多設備任務來輕松同步多個設備。

對于混合測量系統，National Instruments提供基于NI CompactDAQ 和 PXI硬件的傳感器測量設備。NI C系列DAQ和PXI Express DAQ模塊的新的NI SC Express家族為傳感器和隔離信號提供信號調理。你可以使用一個NI-DAQmx任務在執行多個測量類型（如一個模擬輸入應變通道和一個模擬輸入加速度傳感器通道）的多個模塊的通道之間自動地同步，如圖8所示。

圖8. LabVIEW 可以在多個設備之間通過一個NI-DAQmx任務同步多個 I/O類型,例如應變和加速度等。

系統同步

一些應用中需要在相距較遠的多個系統之間進行同步。如圖9所示，當測量系統之間的距離增加至某個點時，就無法為每個系統直接通過物理連線來傳遞時鐘和觸發信號。你需要另一個方法從主系統傳遞時鐘和觸發信號給從系統。這個方法叫做時間參考同步。

圖9.精度vs距離圖 – 使用LabVIEW，你可以在全球范圍內通過編程控制測量系統。

你可以在全球范圍內使用LabVIEW 2010通過時間參考同步來同步多個系統。在圖9中，精度vs 距離圖的藍色部分展示了時間參考同步所能達到的精度。在一個時間參考系統中，你可以使用諸如GPS（全球定位系統）等協議在長距離范圍內傳遞時間信息，這比直接連線傳的更遠。每個系統使用這個時間信息來決定當前時間，并以此為參考創建時鐘。而時間事件就是指當到預定時間后開始測試，這樣，你就可以使用一個時間事件來同步觸發所有的系統。圖10表明了一個時間參考同步系統。


圖10. LabVIEW可以編程控制時間參考同步系統。

你可以使用時間協議在較遠距離范圍內傳送時間信息。LabVIEW可以與多個時間參考協議交互，包括GPS, IRIG-B, PPS (每秒脈沖數)，和 IEEE 1588。對于更多有關于這些協議的信息以及在LabVIEW中如何使用它們，請參考：定時和同步系統。

LabVIEW讓您的同步測量問題變得簡單

無論你需要同步多個通道、多個設備還是多個系統，LabVIEW都會讓您的同步測量問題變得簡單。使用直觀的LabVIEW圖形化編程環境，你可以通過共享采樣時鐘和觸發信號來同步多個任務，從而從多個系統中采集到緊密同步的數據。