数据采集(DAQ)基础知识

　　图5当信号通过切换40路DC信号的多路复用器输入仪用放大器时，表现为一个高频率AC信号

　　图6 尽管采用了相同16位ADC，两种数据采集产品的噪声曲线还是具有明显的不同。

　　图6(a)是NI AT-MIO-16XE-10;图6(b)是另一家厂商的数据采集产品。

　　对于复杂的测量硬件如插入式数据采集设备，根据所使用设备的不同，您所得到的精度有很大的差别。NI一直致力于提供高精度的产品，在许多情况下，这 些产品的精度甚至比台式仪器还要高。在NI产品的技术规范中有这些精度的说明。同时您要注意那些没有详细说明的板卡;所省略的技术指标可能会导致测量的不 精确。通过评估更多的模拟输入技术指标，而不是简单地参考模数转换器的分辨率，您可以确定所选的数据采集产品对于您的应用是否具有足够的精度。

　　模拟输出

　　经常需要模拟输出电路来为数据采集系统提供激励源。数模转换器(DAC)的一些技术指标决定了所产生输出信号的质量-稳定时间、转换速率和输出分辨率。

　　稳定时间——稳定时间是指输出达到规定精度时所需要的时间。稳定时间通常由电压上的满量程变化来规定。需要更多关于稳定时间的信息，请参考模拟输入这一章节。

　　转换速率——转换速率是指数模转换器所产生的输出信号的最大变化速率。稳定时间和转换速率一起决定模数转换器改变输出信号值的速率。 因此，一个数模转换器在一个小的稳定时间和一个高的转换速率下可产生高频率的信号，这是因为输出信号精确地改变至一个新的电压值这一过程所需要的时间极 短。

　　关于应用方面的一个例子是音频信号的产生，它需要上述参数具有高性能指标。数模转换器需要一个高的转换速率和小的稳定时间来产生高频率信号来覆盖音 频范围。与此相对照，另一个应用示例是利用一个电压信号源来控制一个加热器，它不需要高速数/模转换。这是因为加热器对电压值的改变不能很快地响应，没有 必要使用高速数/模转换器。

　　输出分辨率——输出分辨率与输入分辨率类似;它是产生模拟输出的数字码的位数。较大的位数可以缩小输出电压增量的量值，因此可以产生更平滑的变化信号。对于要求动态范围宽、增量小的模拟输出应用，需要有高分辨率的电压输出。

　　触发器

　　许多数据采集的应用过程需要基于一个外部事件来起动或停止一个数据采集的工作。数字触发使用外部数字脉冲来同步采集与电压生成。模拟触发主要用于模拟输入操作，当一个输入信号达到一个指定模拟电压值时，根据相应的变化方向来起动或停止数据采集的操作。

　　RTSI总线

　　NI公司为数据采集产品开发了RTSI总线。RTSI总线使用一种定制的门阵列和一条带形电缆，能在一块数据采集卡上的多个功能之间或者两块甚至多 块数据采集卡之间发送定时和触发信号。通过RTSI总线，您可以同步模数转换、数模转换、数字输入、数字输出、和计数器/计时器的操作。例如，通过 RTSI总线，两个输入板卡可以同时采集数据，同时第三个设备可以与该采样率同步的产生波形输出。

　　数字I/O (DIO)

　　DIO接口经常在PC数据采集系统中使用，它被用来控制过程、产生测试波形、与外围设备进行通信。在每一种情况下，最重要的参数有可应用的数字线的 数目、在这些通路上能接收和提供数字数据的速率、以及通路的驱动能力。如果数字线被用来控制事件，比如打开或关掉加热器、电动机或灯，由于上述设备并不能 很快地响应，因此通常不采用高速输入输出。

　　数字线的数量当然应该与需要被控制的过程数目相匹配。在上述的每一个例子中，需要打开或关掉设备的总电流必须小于设备的有效驱动电流。

　　然而，通过应用恰当的数字信号调理配件，您可以使用进/出数据采集硬件的低电流TTL信号来监测/控制工业硬件产生的高电压和电流信号。例如，在打 开或关闭一个高阀门时，电压和电流的值可能达到2A、100VAC的数量级。因为一个DIO设备的输出为几个毫安，电压为0～5VDC，所以可以使用如 SSR系列、ER-8/16，SC-206x，或 SCXI模块来开关电源信号，控制阀门。