基于USB的数据采集卡应用

引言

随着工业技术的发展和现场监控要求的提高，许多应用场合对数据采集的要求也越来越高。在性能方面，要求数据采集卡的釆样速率快，通道数多，分辨率高;在使用方面，要求其编程容易，携带方便，可移 植性好。NI USB-6009数据釆集卡正好可以满足这些需求，它具有的USB接口使设备能即插即用，并且具有较高的传输速度，是实现数据采集比较理想的一款数据采集卡。

1 数据釆集卡的组成

数据釆用卡通常由多路开关、放大器、采样/保持器、A/D转换器、D/A转换器等部分组成。下面对各部分进行简要说明。

通过系统中的多路开关可将各路信号轮流切换到放大器的输入端,实现多参数多路信号的分时采集。

放大器可将前一级多路开关切换进来的待采集信号放大或衰减至采样环节的量程范围内。实际系统中，通常将其做成增益可调的放大器，设计者可根据输入信号的不同幅值选择不同的增益倍数；

采样/保持器的任务是取出待测信号某一瞬时值 (即实现信号的时间离散化)，并在A/D转换过程中保持信号不变，如果被测信号变化缓慢，也可以不用采样/保持器；

A/D转换器可将输入的模拟量转换为数字量输出，并完成信号幅值的量化。随着电子技术的发展，目前，通常将釆样/保持器和A/D转换器集成在同一块芯片上；

D/A转换器的作用是将计算机输出的数字量信号转换为模拟量，以实现控制功能。

2  NI USB-6009数据采集卡介绍

NI USB-6009数据采集卡是一款用于USB的14位、48 k/s的多功能数据釆集卡，它釆用方便而便于携带的总线型设计，拥有8路12位模拟输入通道、14位数字I/O线、2路模拟输出通道和1个计数器。NI USB-6009的特性如表1所列。图1为NI USB- 6009主要功能组件。图2所示为NIUSB_6OO9信号标签。NI USB-6009拥有一个用于模拟信号的可拆卸式螺栓端子连接器和一个用于数字信号的可拆卸螺栓端子连接器。两个端子连接器可提供16个连接，它们使用16AWG至28AWG导线。

图3所示是NI USB-6OO9的模拟输入电路。NI USB-6009带有模数转换器（ADC）。卡上的多路复用器（MUX）每次可将一个AI通道多路复用至PGA。

当卡上的可编程增益放大器配置为差分测量模式时，可为输入端提供1,2,4,5,8,10,16或20倍的增益选择；而配置为单端测量模式时，则增益倍数为1。PGA增益主要根据测量应用选择的电压量程来自动换算。

NI USB-6OO9的信号说明如表2所列。该数据采集卡可对固定或无限次数釆样执行单个或多个A/D 转换。在AI采集过程中，主要通过先进先出（FIFO）缓存来存储数据,这样可以确保没有数据丢失。

3  NI USB-6009数据釆集卡的软件编程

由于NI USB-6009上安装有Easy I/O for DAQ 函数库，因此，在安装NI-DAQ程序后，就可以通过VC﹢﹢来使用Easy I/O for DAQ函数库。

在对NI USB-6009进行编程时，其常用函数如下：

(1)nidaqAlCreateTask 函数

该函数可用于创建模拟输入采样任务。其函数原型为:long nidaqAlCreateTask ( char Channel_Path[], long Task_Type, long * Number_of_Channels, long * Task_ID)；

Channel_Path[]用于设定采样的通道号。如设备 1,通道0,则Channel_Path = " daq：：1! ( 0 ) ”，Task_Type用于模拟输入任务类型的设定；Number_of_ Channels为通道数；Task_ID用于设定采样任务ID。

(2)nidaqAIStart 函数

用于启动模拟输入采样任务。函数原型为long nidaqAIStart (long Task_ID_In)；

(3)nidaqAIStop 函数

停止采样任务函数，函数原型为：long nidaqAIStop (long Task_ID_In)；

(4)nidaqAIRead 函数

该函数用于读取缓冲区中的数据。函数原型为: long nidaqAIRead (long Task_ID_In, char Channel _Path[]long Number_of_Scans , double Time_ Limit_sec, double Data[]);

其中Task_ID_In用于釆样任务ID； Channel_Path[]用于采样通道号；Number_of_Scans用于每次采集所扫描的数据;Time_Limit_sec用于等待数据的最大时间;Data[]用于存放数据的数据数组。

基于NI USB-6OO9的数据采集软件流程图如图4所示。

4 应用优势

图5所示是某干扰源频谱图，该频谱图是通过数据釆集卡釆集频谱仪直接下变频的模拟信号所绘制而成的。与传统的频谱仪直接扫描相比,该数据采集卡 的优点有三:其一是它有更高的采样率,可使频谱图的 数据点大大增加，从而绘制出更精确地频谱图;其二是 可多通道同时工作，因而可以对多台频谱仪或其他设 备进行数据釆集，进而形成一套强大的数据釆集系统; 其三是它强大的数据处理能力，可以结合VC﹢﹢对数 据进行进一步的处理，从而得到满足用户要求的图形。

5结论

本文主要讨论了基于USB的数据釆集卡的应用。由于USB接口使用简单、即插即用、高速稳定, 故使得这类采集卡已经得到了广泛的使用。另外, NI USB-6009数据釆集卡采样率高，通道数多，编程容易，携带方便，可大大提高数据采集的能力和速度, 因而能够在数据采集和处理中达到令人满意的效果。