基于USB-1408FS的DAQ虚拟实验仪器开发

[摘 要 ]介绍虚拟仪器的构建方法,结合MCC公司的USB-1408FS数据采集卡,介绍基于USB的DAQ虚拟实验仪器的开发过程和方法.

[关 键 词 ]DAQ虚拟仪器设计

中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210083-01

一、引言

随着计算机技术和电子技术的不断发展,推动了虚拟仪器的广泛应用.为了掌握开发虚拟仪器的技术,除了必须了解虚拟仪器本身的工作原理和机制,熟练掌握其开发技术尤为重要.

二、虚拟仪器的构建

虚拟仪器是传统仪器的一种模拟,数据采集、仪器控制、过程监控和自动测试是实验室研究和自动测试领域广泛存在的任务.一台普通的仪器一般由信号采集、数据处理和结果输出三大功能模块组成.虚拟仪器是传统仪器的模拟,也是按照“信号的采集-数据的分析与处理-结果的输出显示”的结构模式建立的.USB-1408FS是美国MCC(Measurement Computing Corporation)公司的基于USB接口的用于DAQ虚拟仪器开发的产品,主要应用于数据采集开发.数据采集卡是构建虚拟DAQ仪器的必要的硬件部分.本文将以USB-1408FS为例探讨DAQ虚拟仪器的开发.

三、基于USB-1408FS的DAQ虚拟仪器硬件设计

虚拟仪器的第一个结构模块为信号的采集.这个部分采用USB-1408FS作为数据采集卡.USB-1408FS是一种基于USB接口的DAQ模块,带有8个模拟输入通道,达到14-bit分辨率,采样速度48kS/s,2个D/A输出端和16位的数字I/O.模拟信号可以从USB-1408FS的8个模拟输入通道输入,用USB接口与计算机连接.可以采用传感器,也可以采用多功能信号发生器作为USB-1408FS的数据源.USB-1408FS不需要外接电源,通过USB数据线可以直接把信号输入到计算机的USB接口.虚拟仪器的输出与显示部分由计算机完成.计算机上安装了USB-1408FS的驱动控制程序,同时安

装了虚拟仪器设计软件,利用软件实现对采集来的数据进行进一步的处理,并利用显示器实现对信号的输出.

四、DAQ虚拟仪器软件设计与开发

(一)软件设计框图

USB-1408FS支持VB、VC/C++、VB.NET、C#.NET、LabVIEW等软件开发.其中LabVIEW框图代替复杂的程序代码,用图标、连线构成程序流程图,是采用工业标准的高效快速的图形化编程语言,开发容易.

虚拟仪器的设计包括硬件设计和软件设计.软件设计开发遵从一定的开发流程.DAQ虚拟仪器开发流程图如图1:

(二)开发DAQ虚拟仪器

1.分析USB-1408FS接口功能.在硬件设计阶段,已经了解到该数据采集卡的各项参数指标.USB-1408FS有40个引脚,采用不同的接线模式可以实现8通道单端模拟输入通道和4差分模拟输入通道.两种通道模式,各引脚输出内容会发生变化.在软件设计时,应该结合这两种不同的模式设计程序.

2.确定开发的产品功能.结合USB-1408FS的硬件特征,可以构建单通道数据采集系统、多通道数据采集系统.利用单通道单点采样可以实现测量直流电压信号.采用简单缓冲区技术可以实现多个波形采集.根据USB-1408FS的功能特点,可以分别实现模拟输入、直流电压测量、波形采集、频率测量.

3.确定开发平台.USB-1408FS支持VB、VC/C++、VB.NET、C#.NET,也支持NI的LabVIEW开发语言.USB-1408FS为LabVIEW提供了强大的VI库,它配套的MCC-DAQ软件包为LabVIEW提供了一个名为MCC Data Acquisition

的用户函数库.该库包括了模拟信号输入输出、数字信号输入输出、计数器等,为在LabVIEW中使用USB-1408FS提供了有利条件.另外,LabVIEW中有很多频率分析函数,提供了多种频率分析方法.LabVIEW还为用户提供了多种用于数据采集的函数、VIs和Express VIs.这些组建主要位于函数模板中的Measurement I/O,Instrument I/O子模板中.虚拟仪器的硬件部分只是计算机I/O端口与外界的接口,软件部分才是虚拟仪器的主体.笔者选择采用LabVIEW作为虚拟实验仪器的开发工具.

4.开发虚拟仪器软件.在前面已经分析确定了要开发的产品后,在LabVIEW中进行程序设计.在LabVIEW中开发虚拟仪器,主要分为两个部分的设计.一是前面板的设计.根据设计的产品不同,前面板仪器会有所不同,设计首要考虑的因素是界面友好、操作方便.接下来是流程图的设计,这是对前面板控件的对应端口进行连线、设计输入输出显示等.流程图的编程在后面板中进行,主要是对端口图标的连接.

5.程序调试运行.这里主要是对程序进行运行,看看结果是否正常.通常有两种办法,一是直接运行程序,看测试结果是否正确.另一个办法是在程序流程图中设置断点,检查各断点数据是否正常.对于一般的语法错误,LabVIEW会自动检测出来,工具条上的程序运行按钮会变成断线,错误的程序不能运行.如果是逻辑错误,就需要设置断点检查.程序运行无误后,虚拟仪器开发工作就完成了.

五、结束语

本文介绍了用USB-1408FS开发DAQ虚拟实验仪器的基本方法和流程.采用了LabVIEW作为开发平台,具有开发周期短,操作方便,效率高的特点.USB接口的虚拟仪器安装方便,是未来虚拟仪器的一个发展方向.

注:本文是乐山师范学院校级课题,课题名称为《计算机虚拟实验仪器研究与开发》,项目编号为z0824.此文为该项目阶段性成果.参加人员还有:杨霞、张贵红、唐前军、刘毅.