基于LabVIEW和PCI-5124的數(shù)據采集系統(tǒng)設計

摘要：設計一種基于虛擬儀器LabVIEW和高速數(shù)字化儀NI PCI-5124的高采樣率、長時間的數(shù)據采集分析實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)20 MHz甚至更高采樣率以及數(shù)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(tǒng)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(yōu)點。
關鍵詞：數(shù)字化儀；數(shù)據采集；虛擬儀器；LabVIEW

傳統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)一般由單片機與硬件采集電路或數(shù)據采集卡配置計算機組成。這種數(shù)據采集系統(tǒng)存在開發(fā)難度大、可移植性差、數(shù)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(shù)據采集卡的板載內存的大小，一般只有8 MB或12 MB，而現(xiàn)代工程運用中的數(shù)據采集系統(tǒng)需具有很高的采樣速率，完成海量數(shù)據的實時存儲。針對傳統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)存在的不足，這里采用虛擬儀器(LabVIEW)和高速數(shù)字化儀NI PCI-5124設計一種可以長時間連續(xù)采集、實時存儲的數(shù)據采集系統(tǒng)。
本系統(tǒng)只使用PC機、數(shù)據采集卡以及編程語言即可在Windows操作系統(tǒng)下實現(xiàn)對數(shù)據的采集、存儲、處理，開發(fā)成本低，通訊能力強，易于使用。系統(tǒng)改善了傳統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)的存儲量小、采集效率低等缺點，可實現(xiàn)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(tǒng)硬件設備簡介
該系統(tǒng)硬件設計結構原理框圖如圖l所示。

系統(tǒng)硬件設計主要包括PC控制機和高速數(shù)據采集卡。由于許多插入式的數(shù)據采集DAQ(Data Acquisition)設備采集數(shù)據不僅受到采樣速率的限制，而且受到板載內存和數(shù)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(shù)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(xiàn)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(tài)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(shù)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(huán)、視頻和數(shù)字等觸發(fā)方式，主要用于高通道和混合信號應用。
專用數(shù)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(shù)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(shù)據采集卡提供對LabVIEW豐富且完備的支持，驅動函數(shù)在底層的基礎函數(shù)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(shù)輸入／輸出端口的意義，就能進行數(shù)據采集開發(fā)。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(tǒng)開發(fā)環(huán)境中，即可實現(xiàn)采集、存儲以及回放等功能。