圈上泽文大学 机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实险实验指导书 实验四LabVIEW环境下数据采集实验 (一） 实验目的 通过本实验初步掌握如何使用LabVIEW平台开发数据采集系统。理解采样定理在实 际数据采集过程中的重要作用。 (二) 实验内容 L.用Express控件完成对正弦信号发生器的快速数据采集 2. 用标准DAQmx控件完成对正弦信号发生器的数据采集 3. 分别用Express控件和DAQmx控件设计一个双通道数据采集仪 (三) 实验设备 1. 电脑1台 2.LavVIEW8.2中文版1套 3. PCI-6023E/6024E数据采集卡1块 PCI-6023E/6024E数据采集卡主要指标为：12位采样精度，200KHZ最高采样频率， 16通道模拟量输入，2路12位模拟量输出(PCI-6024E),8路数字量输入/输出 (DIO),2路高速计数模块。 PCI-6023E/6024E数据采集卡
机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 - 1 - 实验四 LabVIEW 环境下数据采集实验 (一) 实验目的 通过本实验初步掌握如何使用 LabVIEW 平台开发数据采集系统。理解采样定理在实 际数据采集过程中的重要作用。 (二) 实验内容 1. 用 Express 控件完成对正弦信号发生器的快速数据采集 2. 用标准 DAQmx 控件完成对正弦信号发生器的数据采集 3. 分别用 Express 控件和 DAQmx 控件设计一个双通道数据采集仪 (三) 实验设备 1. 电脑 1 台 2. LavVIEW 8.2 中文版 1 套 3. PCI-6023E/6024E 数据采集卡 1 块 PCI-6023E/6024E 数据采集卡主要指标为：12 位采样精度，200KHZ 最高采样频率， 16 通道模拟量输入，2 路 12 位模拟量输出（PCI-6024E）,8 路数字量输入/输出 （DIO）,2 路高速计数模块。 PCI-6023E/6024E 数据采集卡
圈上泽文大学 机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指号书 4.R6868非屏蔽接线线缆1m,用于连接数据采集卡与接线段子板（非屏蔽） 5 BNC-2120接线端子板1块 BNC-2120接线端子板作为数据采集卡的附 件，其主要作用是将外部信号源与数据采集 卡相连。由于实际外部信号源，包括传感器， 执行器件等，其输出接口形式无法直接连接 数据采集卡，所以必须通过接线端子板转接。 BNC-2120提供了以BNC接头为主的多种接 口形式，能完全利用数据采集卡的各种功能。 除此以外，BNC-2120还提供了2路信号发生 器，其中一路可提供频率和幅值可调的正弦/ 三角波信号，另一路提供了TTL电平的方波 信号。本实验即将利用这2路信号发生器。 6.BNC-BNC线缆2根用于将BNC-2120的信号发生器瑞子与信号输入BNC瑞子相 连 (四) 实验步骤 L.用Express控件完成对正弦信号发生器的快速数据采集 实验简介：本实验利用LabVIEW的Express控件中DAQ Assistant控件快速完成一个数 据采集系统。Express控件是LabVIEW的新特性，也是其快速强大便捷特性的典型体现 之一。Express控件集成最常用的开发要求，通过导引的方式提示开发者，使其能在极 短的时间内完成需要的开发功能，相对于其它控件，Express控件大大提高了开发效率。 当然，Express控件也有其不足，由于集成了大量的功能，所以其内部效率代码较低， 因此如果在一个成熟的复杂虚拟仪器中，大量使用Express控件将降低仪器运行效率。 因此，Express控件常用在开发初期，即仪器定型初期阶段，利用Express控件迅速的确 定仪器的设计方向，并进行验证。一旦确认设计方案后，可重新采取普通控件进行优化 开发，完成最终设计。 -2-
机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 - 2 - 4. R6868 非屏蔽接线线缆 1m，用于连接数据采集卡与接线段子板（非屏蔽） 5. BNC-2120 接线端子板 1 块 6. BNC-BNC 线缆 2 根 用于将 BNC-2120 的信号发生器端子与信号输入 BNC 端子相 连 (四) 实验步骤 1. 用 Express 控件完成对正弦信号发生器的快速数据采集 实验简介：本实验利用 LabVIEW 的 Express 控件中 DAQ Assistant 控件快速完成一个数 据采集系统。Express 控件是 LabVIEW 的新特性，也是其快速强大便捷特性的典型体现 之一。Express 控件集成最常用的开发要求，通过导引的方式提示开发者，使其能在极 短的时间内完成需要的开发功能，相对于其它控件，Express 控件大大提高了开发效率。 当然，Express 控件也有其不足，由于集成了大量的功能，所以其内部效率代码较低， 因此如果在一个成熟的复杂虚拟仪器中，大量使用 Express 控件将降低仪器运行效率。 因此，Express 控件常用在开发初期，即仪器定型初期阶段，利用 Express 控件迅速的确 定仪器的设计方向，并进行验证。一旦确认设计方案后，可重新采取普通控件进行优化 开发，完成最终设计。 BNC-2120 接线端子板作为数据采集卡的附 件，其主要作用是将外部信号源与数据采集 卡相连。由于实际外部信号源，包括传感器， 执行器件等，其输出接口形式无法直接连接 数据采集卡，所以必须通过接线端子板转接。 BNC-2120 提供了以 BNC 接头为主的多种接 口形式，能完全利用数据采集卡的各种功能。 除此以外，BNC-2120 还提供了 2 路信号发生 器，其中一路可提供频率和幅值可调的正弦/ 三角波信号，另一路提供了 TTL 电平的方波 信号。本实验即将利用这 2 路信号发生器
圈上文通大学 机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 未命名前面板· 石▣☒ 文件四瑞标)童看D项目作0)工具)窗口)利助创) 夕圆●口2t应用程序字体口o坐了 挑索二查看？ 旋形园 曲线· 新式 上布尔 gmo 9w国a网 两止 20 停止 卜经奥 时间 控 选挥控件一 事，ET与AqtiveX 步骤I:打开LabVIEW,在前面板上放置“波形图”控件与“停止”控件。 与未命名】程序框园· 回☒ 文件)潮描)查看0项目)操作)工具)厨口)5助的 图●川图如后2应用程乐于体 Q独紫8二查看， ,父得/0 「。视觉与运动 数学 连接口 ·控制设计与仿真 肤形刻 SigolExpress 曜 L粮入 DAQ Asss stin 物面墨函 画阿7 附即工具包 步骤2：打开程序面板，放置函数面板中“Express'”一“输入”一“DAO Assistant”控 件。 -3-
机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 - 3 - 步骤 1：打开 LabVIEW，在前面板上放置“波形图”控件与“停止”控件。 步骤 2：打开程序面板，放置函数面板中“Express”—“输入”—“DAQ Assistant”控 件
圈上海支大学 机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 Create New Express Task... NI-DAO AQ Assistant INSTRUMENTS the for the Analog Input Voltage ngggengm8eha Tenperature To have multiple measurement typer Strain within a single task,you must first create Current Resistance urement type to the task. Frequency A Position Acceleration Custon Voltage vith Ex... 量Sound Pressure Analog Output Counter Input Counter Output Back Nei Finish Cancel 步骤3：当“DAQ-Assistant'”控件放置后，会跳出导引窗口“Create New Express Task”, 在其中选择“Analog Input'”一“Voltage”,即选择外部模拟量输入，输入信号形式为电 压信号。在图中可以看到，除了电压信号外，还有温度，电流，电阻，频率，位置等各 种信号形式可供选择。 Create New Express Task... NI-DAQ DAO Assistant INSTRUMENTS 画Physical Virtual chanmel()to Supported Physical Channels 日Iev1A9Cr6024) same measurement type as the ai0 task,click the Virtual tab to add lovirtual cha ail 9i2 2。 ai3 ai4 ai5 For hardware that supports ai6 multiple channels in a task,you ai7 ai8 aig ai1O aill Ctrl>or Shift>click to seleet nultiple <Back Nex Finish Cancel 步骤4：在下一个窗口中选择“Physical”一“Devl(DAQCard-6024E)”一“ai0”。其中 “Physical”是指对应数据卡实际物理通道，Devl(DAQCard-6024E)是指数据采集卡（注 意，同学们电脑上的数据采集卡为PCI-6023E),ai0ai15对应具体物理通道号（数据采 -4-
机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 - 4 - 步骤 3：当“DAQ-Assistant”控件放置后，会跳出导引窗口“Create New Express Task”， 在其中选择“Analog Input”—“Voltage”，即选择外部模拟量输入，输入信号形式为电 压信号。在图中可以看到，除了电压信号外，还有温度，电流，电阻，频率，位置等各 种信号形式可供选择。 步骤 4：在下一个窗口中选择“Physical”—“Dev1(DAQCard-6024E)”—“ai0”。其中 “Physical”是指对应数据卡实际物理通道，Dev1(DAQCard-6024E)是指数据采集卡（注 意，同学们电脑上的数据采集卡为 PCI-6023E），ai0~ai15 对应具体物理通道号（数据采
圈上海支大峰 机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 集卡上有多路采样通道，PC1-6024E共有16路模拟量通道)。由于正弦/三角信号发生器通 过BNC-BNC线缆连接到BNC2120段子板的通道O(ACHO),ACH0对应到数据采集卡 的通道O,即ai0。因此，根据接线的实际物理通道选择相应的通道号。 色DA9 Assistant O X 9 敬消)重做R) Test Add Channels Remove Channels Show Help Show Details》 Voltage Input Setup Voltage 图Settings 乐Calibration Signal Input Range Scaled Units Max 5 Volts Min Terminal Configuration Differential Clfck the Add Channels Custom Scaling Button to add more channels to the task. 回Task Timing LTask Triggering Acquisition Mode ○1 Sample0 n Demand) Clock Settings 1 Sample (W Timed) Samples To Read 100 ON Samples OContinuous Rate (Hz) 1k Advanced Clock Settings Clock Type Active Edge Clock Source Internal Risingv [n Express Task Connection Diagram 确定」 取消 步骤5：选择通道后，点击“finish”,进入新窗口，如上图所示。在“Voltage Input Setup” 一“Settings”一“Signal Input Range'”设置“Max”5,“Min”-5,单位“Scaled Units” 为Volts。.“Terminal Configuration”设置为Differential,即为差分方式。“Custom Scaling” 设置为“”。“Task Timing”中，设置“Acquisition Mode”为N Samples,即 -次采集N个采样点。“Clock Setting”中设置“Samples To Read'”l00,即N为l00,每 -5-
机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 - 5 - 集卡上有多路采样通道,PCI-6024E 共有 16 路模拟量通道）。由于正弦/三角信号发生器通 过 BNC-BNC 线缆连接到 BNC2120 段子板的通道 0(ACH0)，ACH0 对应到数据采集卡 的通道 0，即 ai0。因此，根据接线的实际物理通道选择相应的通道号。 步骤 5：选择通道后，点击“finish”，进入新窗口，如上图所示。在“Voltage Input Setup” —“Settings”—“Signal Input Range”设置“Max”5，“Min”-5，单位“Scaled Units” 为 Volts。“Terminal Configuration”设置为 Differential，即为差分方式。“Custom Scaling” 设置为“”。“Task Timing”中，设置“Acquisition Mode”为 N Samples，即 一次采集 N 个采样点。“Clock Setting”中设置“Samples To Read”100,即 N 为 100，每
圈上海支大峰 机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 运行一次读取100个采样点，“Rate(Hz)”为1k,即采样频率为1000HZ。其余设置如图 所示。当每次程序运行后，将以1000HZ的采样频率采集100个采样点。 DAQ Assistant ☒ Analog Input Test Panel Voltage入 0.2- 0.15 0.1- 0.05- 0 -0.05 -0.1- -0.15 Display -0.2 Graph 0 25m 50m75m100m Time (sec) Start AutoScale Y-Axis☑ Close 步骤6：设置完成后，点击“Tst”,可以对配置进行测试采样。如图所示，显示出正弦 信号波形，说明配置正确。 未命名1程序柜图· 5▣图 文件)瑞格)童看心项目)作Q)工具)窗口①利助如 图●川网品如时时t皮用程序字体一了中 来8查香 1/0 视觉与运动 信号处理 》对写通信 连摇口 ,控制设计与物真 史光四 事S:a.l星DFESS DAQ Arsistan w面器 ☑画E 回 附P工具包 ，收准 ,用户军 选驽江. 步骤7：完成设置后，系统会自动配置“DAQ Assistant”,然后按照图示，将“DAQ Assistant” 的“data”与“波形图”控件相连。 -6-
机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 - 6 - 运行一次读取 100 个采样点，“Rate(Hz)”为 1k，即采样频率为 1000HZ。其余设置如图 所示。当每次程序运行后，将以 1000HZ 的采样频率采集 100 个采样点。 步骤 6：设置完成后，点击“Test”，可以对配置进行测试采样。如图所示，显示出正弦 信号波形，说明配置正确。 步骤 7：完成设置后，系统会自动配置“DAQ Assistant”,然后按照图示，将“DAQ Assistant” 的“data”与“波形图”控件相连
图上支大学 机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 巨未命名1前面板年 日▣风 文件)编位)查活)项目)操作0)工具)密口)形动) 中@●可2t应用程序字体~扣心✉些中， Q被紫8二查行？ 新式 上和冰 02 0.15 0.1 006 量 9m网回 01 -0.5 停止 0.2 卜系统 0 0.020.04 0.e0.0e 0.1 经典 停止 时 Er 控制设计与仿真 ,, 附工具包 用户控件 选茳件.，， .ET与hetivaX 步骤8：运行程序，可以发现波形图己经能够显示出正弦波形。调节BNC-2120信号发 生器波形幅值旋钮，运行程序，观察变化。 包未命名1程年框阳本 固☒ 女件)撕递)蚕看的项目)染作)工具)窗口)括助的 包图■四回②图o同时12t应用程厚字体~扣习 程 L结构 破形图 魔 量0 卜视觉与运动 物学 ,信号处理 ,数据通信 团 互连裙口 ·控领计与仿真 SignalExprets 收 ●用户库 选挥VI, 步骤9：为了能够连续进行数据采集，可以加上“While”循环，如图所示。运行程序， 调节BNC-2120上的幅值和频率旋钮，观察效果。切换到三角波，继续观察。 -7-
机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 - 7 - 步骤 8：运行程序，可以发现波形图已经能够显示出正弦波形。调节 BNC-2120 信号发 生器波形幅值旋钮，运行程序，观察变化。 步骤 9：为了能够连续进行数据采集，可以加上“While”循环，如图所示。运行程序， 调节 BNC-2120 上的幅值和频率旋钮，观察效果。切换到三角波，继续观察
图上支大学 机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指号书 末命名1前面板” 口回☒ 文件)偏糍)查若项目)操作0)工具)幽口Y)帮助) 内@●川2应用程序字体-口出：的- 速形图 Voltage 0 Q批深8二查者· 新试 ·布家 停上 停止 0.20.040.00.e 0.1 显示顶 查线好班线汽 9✉阿 转换为核入控件 8 说明胞提示 果统 创腱 督湖 经奥 数据操作 Express 》控制设计与仿真 燕知 知工且包 控件配格 用户控件 根据窗格缩啦对辣 沈择控件.， 标尺 ET与ActivaX 刻发问隔 /自丽整图网大小 除刻发 /叙时包标识 总店屏性 格式化 性 自动硫整标尺 √近似请进上下限 √显示标尺标签 步骤10：为了能够更直观的观察波形变化，对“波形图”控件进行调整，鼠标右击“波 形图”，取消“Y标尺”一“自动调整Y标尺”前面的勾，即Y轴坐标不再自动调整。 再点击“波形图”Y坐标轴上下限数值，分别改为3与3。然后再运行程序，观察波形 变化。 2.用标准DAQmx控件完成对正弦信号发生器的数据采集 实验简介：在实验1中，我们利用Express控件中的DAQ Assistant完成了一个数据采 集系统，通过实验，我们充分理解了Express控件快速便捷的特性。然而Express控件 由于其集成度过高导致代码效率较低，所以并不会在实际的虚拟仪器设计中大量使用， 否则会导致仪器运行效率降低。接下来，在实验2中，我们将采取标准的DAQmx函数 来完成同样的数据采集系统。DAQmx相对DAQ Assistant而言，其集成度大大降低， 因此有利于代码优化，提高仪器效率。此外，DAQmx尽管开发复杂度略高于DAQ Assistant,.但实际开发起来也非常便捷。 -8-
机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 - 8 - 步骤 10：为了能够更直观的观察波形变化，对“波形图”控件进行调整，鼠标右击“波 形图”，取消“Y 标尺”—“自动调整 Y 标尺”前面的勾，即 Y 轴坐标不再自动调整。 再点击“波形图”Y 坐标轴上下限数值，分别改为 3 与-3。然后再运行程序，观察波形 变化。 2. 用标准 DAQmx 控件完成对正弦信号发生器的数据采集 实验简介：在实验 1 中，我们利用 Express 控件中的 DAQ Assistant 完成了一个数据采 集系统，通过实验，我们充分理解了 Express 控件快速便捷的特性。然而 Express 控件 由于其集成度过高导致代码效率较低，所以并不会在实际的虚拟仪器设计中大量使用， 否则会导致仪器运行效率降低。接下来，在实验 2 中，我们将采取标准的 DAQmx 函数 来完成同样的数据采集系统。DAQmx 相对 DAQ Assistant 而言，其集成度大大降低， 因此有利于代码优化，提高仪器效率。此外，DAQmx 尽管开发复杂度略高于 DAQ Assistant，但实际开发起来也非常便捷
图上文大学 机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 包未命名1前面版。 5▣☒ 文件)偏指)查看)项目)染作)工具)的口和助0 个@@川应用程序字体区和0世可 被形团 就0 10 -5 10 停 60 止 时日 步骤1：在前面板上添加“波形图”和“停止”控件 园未命名1前面板本 ☒ 文件)编指)查着项目)染作0)工具留口)帮动0 堂@●Π2t应用程序字体区如0些的 旋形阳 就0y 区逃装二查吞： 物理引透道 10 t/o D的x名称控伴 a网型时 ●经奥 Express 止 60 控制设计与仿真 停止 助间 附加工具包 用户件 选程件 步骤2：添加“新式”一“IVO”一“DAQmx名称控件”一“DAQmx物理通道”，改控 件用于提供实际采样对应的物理通道。 -9-
机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 - 9 - 步骤 1：在前面板上添加“波形图”和“停止”控件 步骤 2：添加“新式”—“I/O”—“DAQmx 名称控件”—“DAQmx 物理通道”，改控 件用于提供实际采样对应的物理通道
图上文大学 机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 复未命名1前面板 回☒ 艾件)演辑)查看项目)操作)工具)亩口健)帮助0 中@●川p应用程序字体一如出的， 平新式 L数值 形园 曲暖0入 亚网网恶解 物理通道 【 5 是大须 0 0 采样率 过四区 0 五国” 每次深样点数 0 图 100 时1间 系统 卜经典 停止 控制设计与仿真 附加工具包 用户控件 沈挥程件 亚r与ActivaX 步骤3：添加4个“新式”一“数值”一“数值输入控件”，分别改名为“最大值”、“最 小值”、“采样频率”、“每次采样点数”。 包未命名1前面板年 ▣☒ 文件)端错)查看项目)操作)工A)窗口)附动) @●112@用释序字体一扣”世的- 【跳家查看， 被兆图 线0入 物型通i 大一 是小值 0 样学 次采样点数 40 △△77 A 显在 经典 Express 事整制设计与仿真 附加工具包 用户症件 边泽控神 步骤4：进行界面优化设计。在“新式”一“装饰”中选取满意的装饰图案，并合理调 整控件尺寸与位置。 -10-
机械与动力工程学院 虚拟仪器独立实验实验指导书 - 10 - 步骤 3：添加 4 个“新式”—“数值”—“数值输入控件”，分别改名为“最大值”、“最 小值”、“采样频率”、“每次采样点数”。 步骤 4：进行界面优化设计。在“新式”—“装饰”中选取满意的装饰图案，并合理调 整控件尺寸与位置