虚拟仪器的原理与实现方法【应用ＮＩ虚拟仪器平台实现通用ＤＡＱ系统】
时间：2018-12-23 19:43:11 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：本文介绍了NI PXI-1050虚拟仪器开发平台的的硬件结构和开发软件配置，探讨了它具有的一系列优点。本文应用该平台设计了一个通用振动信号处理系统，并已投入实际应用。该实例说明了该平台的应用方法，并且为类似系统的设计提供了一定参考，具有较强的工程性和实用性。
关键词：PXI LabVIEW 信号处理
1. PXI总线
PXI是基于PCI总线实现模块化仪器和CPU间数据传输的技术，其核心内部总线带宽达到132MB/s。PXI通过增加专门的系统参考时钟、触发总线、星形触发线来满足高精度定时、同步和数据通信要求，电气结构如图1所表示。
(1)参考时钟：PXI规范定义了将10MHz参考时钟分布到系统中所有模块的方法。该参考时钟可被用作同一测量或控制系统中的多卡同步信号。
(2)触发总线：PXI定义了8根TTL触发线，使用触发总线的方式可以是多种多样的。例如，通过触发线可以同步几个不同PXI模块上的同一种操作，或者通过一个PXI模块可以控制同一系统中其它模块上一系列动作的时间顺序。
(3)星形触发：星形触发总线是在紧邻系统槽的第一个模块槽与其它六个槽之间各配置了一根唯一确定的触发线形成的。使得从星形触发控制模块发出的触发信号能够同时同步而且迅速地到达其它的模块，从而保证了系统中每个模块间非常精确的触发关系。
(4)局部总线：PXI局部总线是每个仪器模块插槽与左右相邻槽之间相连的链状总线。该局部总线具有13位的数据宽度，可用于在模块之间传递信号，也可以进行高速边带通讯而不影响PCI总线的带宽。
PXI的优点使得实现多信号数据采集系统成为可能。针对不同的测量信号类型，选用不同的采集模块。而且在采集模块的前端，使用信号调理模块对各种信号进行一定的调理，包括去噪、隔离、放大、驱动等，从而保证信号的质量。
2. NI PXI-1050虚拟仪器系统配置
PXI-1050拥有完善的数据采集硬件和软件配置。硬件方面包含PXI系统控制器、PXI DAQ模块和信号调理SCXI模块，并且所有的模块集中在一个机箱，PXI控制器、PXI DAQ都通过机箱背板上的PXI总线互联，所有的SCXI模块与最靠近SCXI一侧的PXI模块实互联，从而实现对SCXI模块的片选和参数配置。PXI-1050拥有8个PXI模块槽位，4个SCXI模块槽位，外部的各类型的传感器通过接线盒进入到SCXI模块，经SCXI调理后进入DAQ模块实现数字化，然后进入计算机主机以实现对信号的处理。通过在各槽位上配置不同的模块，该系统能够适应广泛的应用需求，例如，PX16133是一块8路动态信号采集板卡，具有8路A/D，能够真正实现同时采集信号；当信号的同步时序要求很高时，就可选用PXI6133；PX16250信号采集板的采样模式是轮询式，这样采集到的信号会有一定的时间延迟，所以当信号的同步时序要求不高时，就可选用PXI625O；PXI6528是一块静态数字I/0板卡，专门针对某些变化缓慢的数字信号，并且具有24路输入和24路输出，既可以采集数字信号，又可以向外输出；PXI6552是高速数字I/O板卡，用来采集高速的数字信号，最高采样率能够达到100M/s，完全可以满足对高速数字信号的采集要求；系统还可以通过配置开关矩阵与DAQ模块配合使用，以增加A/D采样的通道数。
NI提供了完善的应用软件开发环境，ComponentWorks是基于NI DAQ驱动程序的用于数据采集和仪器控制的软件，提供了以标准OLE控件和DLLs提供高性能的编程接口；LabVIEW拥有强大的图形语言编程能力和最新的用户界面，并且包含了大量的硬件操作节点、信号处理节点等元素；LabWindows/CVI同LabVIEW一样具有交互式的图形和最新的用户界面，但使用C语言编程，以适应习惯于文本编程的工程师和使用者应用。这些应用软件开发环境的基础是NI的DAQ驱动程序(如图2所示)。
3. 应用PXI-1050实现对振动信号处理实例
该振动信号处理系统通过对在被测对象如发动机、筛子等采集振动信号，并对其进行分析与处理以获取关心的信息。设计内容主要包括硬件和软件两个方面。基于PXI-1050的硬件平台如图3所示，可见其十分易于使用，并且拥有高性能。
软件设计方面一般需要五个模块：数据采集模块、显示记录模块、数据回放模块、数据处理模块、数据分析模块，程序流图如图4所示。这些模块在LabVIEW中应用G语言十分易于开发，图5反映了其中的多通道的FFT分析模块的实现。
小结
本文介绍了NI PXI-1050虚拟仪器开发系统的特性，系统具有低成本、易用性以及灵活性，能快速方便地组建用户定制的数据采集系统等。本文应用PXI-1050组建了一个通用的振动系统的方法和途径，为快速测试分析系统的开发提供了一定参考价值。
参考文献：
［1］National Instruments.NI PXI-1050 User Manual［Z］. Texas National Instruments，2005.
［2］National Instruments.LabVIEW User Manual［Z］.Texas National Instruments，2003.
［3］杨乐平，李海涛等.LabVIEW高级程序设计［M］.北京：清华大学出版社，2003.
