LabVIEW数据采集设备的定时与触发.docx

1、LabVIEW数据采集设备的定时与触发1.4多路复用采样和同步采样 102.8.3模拟窗触发 153.7与同步相关的概念 24定时与触发一、硬件定时和软件定时的比较 软件定时或硬件定时用于控制信号生成的时间。硬件定时，例如，设备上的时钟（数字信号），控制信号生成的速率。软件定时就是由操作系统和软件来控制采样生成，而不是由测量设备来控制。硬件时钟运行远比软件快。硬件时钟比软件更为精确。 在NI-DAQmx中，选择采样时钟定时函数/VI来确定硬件定时，或设置采样时钟的采样定时类型属性。如不进行上述设置，将采样定时类型属性设置为按需采集，表示已选择软件定时。 注： 有些设备不支持硬件定时。关于设备是

2、否支持硬件定时，请查看设备的说明文档。 1.1 时钟 周期性的数字边沿可当作时钟用来计时。采样时基时钟和20 MHz时基时钟表示消耗的时间，用于将信号按时间对齐。时钟，顾名思义通常不像触发一样引起某个动作。采样时钟例外。 下列是DAQ设备常用的时钟。关于设备上时钟的详细信息，见设备的说明文档。 AI转换时钟多路复用设备上直接引发ADC转换的时钟。与设备最快的AI转换时钟速率相比，默认AI转换时钟另需要通道间10s的稳定时间。当采样时钟频率过高而导致无法使用10 s额外稳定时间时，默认AI转换时钟频率将使用采样时钟频率所允许的最高稳定时间。如一个任务中有多台设备，即使这些设备最大允许的AI转换时

3、钟速率可能不同，任务中的所有设备均使用相同的额外稳定时间。 AI转换时钟时基被分成更精确的时间精度，用作AI转换时钟。 AI采样时钟控制采样时间间隔的时钟。采样时钟每滴答一次（生成一次脉冲），即在每条通道上采集一个样本。 AI采样时钟时基作为AO采样时钟源的板载时钟。AO采样时钟时基被划分为更细的精度，生成AO采样时钟。 计数器时基连接至计数器源接线端的时钟（例如，Ctr0Source）。 DI采样时钟控制采样时间间隔的时钟。采样时钟每滴答一次（生成一次脉冲），即在每条通道上采集一个样本。 DO采样时钟控制采样时间间隔的时钟。采样时钟每滴答一次（生成一次脉冲），即在每条通道上采集一个样本。 D

4、O采样时钟时基作为DO采样时钟源的板载时钟。DO采样时钟时基被划分为更细的精度，生成DO采样时钟。 主时基设备上其他计数器时钟的板载时钟。主时基被划分为更细的精度，用于生成更慢的时钟测量消耗的时间。该时基是板载时钟作为AI采样时钟时基、AO采样时钟时基和计数器时基的源。 12.8 MHz时基主时基的板载时钟源，由此派生出其他时基。该时基用于在机箱之间同步任务。 13.1072 MHz时基主时基的板载时钟源，由此派生出其他时基。该时基用于在机箱之间同步任务。 20 MHz时基主时基的板载时钟源，由此派生出其他时基，如设备不支持 80 MHz时基。否则，通过将80 MHz时基除以4，生成一个新的时

5、钟。 80 MHz时基主时基的板载时钟源，由此派生出其他时基。 100 MHz时基主时基的板载时钟源，由此派生出其他时基。 100 kHz时基 通过将20 MHz除以200形成的时钟。注： M系列、C系列和X系列设备没有随机频率的主时基。这些设备直接使用20 MHz/80 MHz/100 kHz时基。 下图显示了使用模拟输入和模拟输出定时的M系列时钟。框图中的黑色圆圈表示接线端。 下图显示了使用模拟输入和模拟输出定时的C系列时钟。 下图显示了使用模拟输入、模拟输出、数字输入和数字输出定时的X系列时钟。框图中的黑色圆圈表示接线端。 下图显示了使用模拟输入和模拟输出定时的E系列时钟。框图中的黑色圆

6、圈表示接线端。 注意：触发和时钟的区别当作为触发使用的数字边沿具有周期性时，触发和时钟的区别不大。在上述情况下，触发就是引起设备进行一个操作的时钟信号。采样时钟就是一个很好的例子。生成一个采样的激励通常为一个时钟信号，所以，NI-DAQmx配置采样时钟，而不是采样触发。将采样时钟看作一种提供触发信号的方式，两者的区别就显而易见了。 1.2采样定时类型NI-DAQmx引入了采样定时类型的概念。每种定时类型都是激励信号生成的不同方式。通过“定时”函数/VI选择采样定时类型。也可通过属性设置下列采样定时类型： 采样时钟产生各个采样的数字边沿。几乎所有的设备都有一个专门的板载时钟用于周期性产生这些边沿

7、。当时钟源不是专用的板载时钟时，边沿可能是非周期性的。即使边沿是非周期性的，仍需使用采样时钟定时。采样时钟定时是硬件定时的一种。 按要求每次读取或写入函数/VI执行时，设备尽快生成所需的采样。在该模式下，采样质量属性被忽略。按需采集是一种软件定时。 检测更改当NI-DAQmx在数字线或数字端口检测到改动（上升沿、下降沿或两者兼而有之），改动检测定时从数字物理通道采集样本。改动检测定时减少了应用程序需处理的数字数据。在某些设备上需注意改动检测造成的过溢。NI-DAQmx在下一次改动检测事件之前无法读取采样，即会发生过溢。造成一个或多个采样丢失。 使用“改动检测定时”函数/VI，指定要检测改动的上

8、升沿和下降沿。任务开始后，可使用过溢属性查询是否有过溢发生。 握手握手采样定时类型用于通过8255协议采集或生成数字数据。许多设备具有8255芯片，部分仿8255协议的设备默认支持握手定时类型。 突发握手突发握手定时在数据线上使用时钟协议采集或生成数字数据。该定时类型有三种控制信号：采样时钟、暂停触发和传输就绪事件。如外围设备置暂停触发无效，DAQ设备置“传输就绪”事件有效，每个活动采样时钟边沿均会发生数据传输。 根据是否导入或导出采样时钟，可以有单独的突发握手事件函数/VI。因为在两台设备之间共享时钟会有诸多限制（例如，设置和保持时间），所以选用合适的函数/VI较为重要。 隐式隐式采样模式用

9、于使用计数器采集周期或频率采样。也用于生成脉冲。定时类型被称为隐式，因为待测量的信号是定时信号本身，或定时在生成的脉冲序列中是隐式的。 1.2.1采样时钟设备使用采样时钟控制采集样本和生成样本的速率。采样时钟设置两个采样之间的时间间隔。时钟的每次计时周期都在每个通道上开始一次采样或生成一个采样。在传统NI-DAQ (Legacy)中，采样时钟被成为扫描时钟或扫描间隔计数器。也可将外部时钟源作为采样时钟。在软件中，通过指定采样率指定间隔（时钟采集或生成信号的速度），在传统NI-DAQmx中被称为扫描速率或更新速率。可通过应用于信号的信号调理和应用程序中的通道数量限制采样率。但是，只有当采样率接近

10、设备的最大采样率时，通道数量才会影响到测量。 注： 不是所有设备都支持数字I/O的采样时钟定时。 1.2.2握手 如要通过交换信号实现与外部设备通信，请求和确认数据传输，可使用握手信号。 例如，需从扫描仪获取一个图像。整个过程分为下列步骤： 1.扫描仪扫描图像并传输数据就绪后发送一个脉冲至测量设备。 2.测量设备读取8位、16位或32位数字采样。 3.测量设备发送一个脉冲至扫描仪，告知扫描仪数字采样读取完毕。 4.扫描仪准备发送另一个数字采样时再发送一个脉冲。 5.测量设备接收到该数字脉冲后，设备开始读取采样。 上述过程重复执行直到采样全部传输完毕。 注： 不是所有设备都支持握手通信。关于设备

11、是否支持握手，请查看设备的说明文档。对于E系列设备，只有超过8条数字线的设备（有附加8255芯片）支持握手通信。 一、突发握手信号 支持突发握手定时的设备使用下列三个信号： 暂停触发（旧称：REQ） 传输事件就绪（旧称：ACK） 采样时钟 对于数字输入任务，暂停触发信号为逻辑低，传输就绪为逻辑高，采样被发送至测量设备。对于数字输出任务，暂停触发信号为逻辑低，传输事件就绪为逻辑高，采样被发送至测量设备。采样时钟，无论是板载的，还是外部的，都用于控制定时机制。数据传输或采集载采样时钟的上升沿或下降沿发生。 突发握手信号的默认接线端因设备而异。 二、仿8255协议设备的握手信号仿8255协议设备支持

12、两种握手信号： 握手触发也称为选通脉冲输入(STB)和确认输入(ACK)。 握手事件也称为输入缓冲区满(IBF)和输出缓冲区满(OBF)。 对于输入任务，当握手触发信号为低，采样被发送至测量设备。当发送采样后，握手触发为高，即告知周围设备数据已被读取。对于数字输出，NI-DAQmx设备发送采样至外围设备时握手事件为低。外围设备接收到采样后发送低脉冲至握手触发线。关于数字端口的握手信号配置的详细信息，请参考设备的说明文档。 握手信号的默认接线端因设备而异。 三、8255设备的握手信号握手通信的8255设备支持下列四种握手信号： 选通脉冲输入(STB) 输入缓冲区满(IBF) 输出缓冲区满(OBF

13、) 确认输入(ACK) STB和IBF信号用于数字输入操作，OBF和ACK信号用于数字输出操作。当STB线为低时，采样被发送至测量设备。当发送采样后，IBF为高，即告知周围设备数据已被读取。对于数字输出，当软件发送采样至外围设备时，OBF为低。外围设备接收到采样后发送低脉冲至ACK线。关于数字端口的握手信号配置的详细信息，请参考设备的说明文档。 多个端口上的数字数据对于8255设备，任务中的端口决定使用哪条握手线。始终使用任务中高阶端口相关的握手线。例如，如将端口1和端口2组合至一个任务，使用与端口2相关的握手线。 如端口用于数字输入，则将所有STB线连接起来，如下图所示。将任务中最高阶端口的

14、IBF线连接至其他设备。其他端口的IBF信号无需连接。 如在8255设备上组合数字输出的端口，仅连接端口列表中最后一个端口的握手信号，如下图所示。 进行握手通信时，一些数字线自动被预留为用于控制，无法使用。使用哪条控制线取决于当前使用的端口和握手通信的通道（输入或输出）。端口中未用于控制的其他数字线仍可使用。如在握手任务中通过任意线传输数据，整个端口都被预留为握手数据，端口中的其他线无法使用。1.3硬件定时单点采样模式在硬件定时单点采样模式下，采样通过硬件定时方式连续生成和采集，不带缓冲机制。必须使用采样时钟或改动检测定时类型。其他定时类型不支持。 如要获知循环是否在规定时间内（例如，控制应用

15、）完成，请使用硬件定时单点采样模式。 因为使用硬件定时单点采样模式时没有缓冲区，所以要确保读取和写入的速度能满足硬件定时的速度。如读取或写入操作延迟，将会返回错误。 连续脉冲（硬件定时更新）是硬件定时单点的计数器输出。 1.4多路复用采样和同步采样设备的采样方式有多路复用采样和同步采样两种。同步采样设备的每条模拟通道上都有一个模数转换器，可同时从所有通道上采样，如下图所示。 多路复用采样设备的所有模拟输入通道共享一个模数转换器。这些设备使用采样时钟和转换时钟。采样时钟在扫描列表中列出的所有通道上开始样本采集。转换时钟使每条独立的通道开始模数转换。下图显示了使用多路复用采样的设备的三通道模拟输入任务。与S系列不同，样本的数字化不是同时发生的。 为了达到指定的采样速率，转换时钟运行速度远快于采样时钟。例如，如指定8条模拟输入通道上的采样速率为10 S/s，转换时钟必须至少是采样率的8倍(80 Hz)，以保证每条通道均以每秒10个采样的速度进行采样。在较快的采样速率下，还必须考虑通道间采样的稳定时间。 1.5设置和保持时间