基于USB-1408FS的DAQ虚拟实验仪器开发

黄陈英 杨 霞

[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。

参考文献:

[1]陆绮荣,基于虚拟仪器技术个人实验室的构建,电子工业出版社,2006.

[2]USB-1408FS用户手册,http://www.mccdaq.com/.

作者简介:

黄陈英(1975-),女,汉族,四川新都人,讲师,硕士,研究方向:教育技术、教育软件开发;杨霞(1977-),女,汉族,四川渠县人,讲师,硕士,研究方向:信息处理,数据挖掘。