nidaq实现数字控制波形输出研究(附件)
基于计算机的数据采集和信号产生可以帮助人们有效地开发测量与控制系统，在工业自动控制、国防、教育和医疗仪器等领域有广泛的应用。与传统仪器相比，基于PCI总线的虚拟仪器系统在灵活性、易用性和性价比等方面有绝对的优势。本课题以NI-DAQ中的PCI6713数据采集卡作为研究对象，利用MFC创建控制界面，并在面板上提供参数交互界面。通过激发程序面板上的按钮，完成相应的功能, 实现可视化操作。以Visual C++为开发所用的工具，在控制界面的框架上，根据具体的需求添加相应的代码，实现虚拟信号发生器功能。利用示波器，记录所用NI-DAQ卡的输出波形，再利用输出波形对控制软件进行分析优化，实现方波、正弦波、锯齿波以及复合波的输出。关键词 虚拟仪器，数据采集，波形输出，PCI6713
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 本课题研究的主要内容 2
2 NI数据采集卡及其驱动软件 3
2.1 NI数据采集卡 3
2.2 NIDAQmx驱动软件 5
2.3 本章小结 5
3 外围硬件的安装与调试 5
3.1 硬件的安装 5
3.2 硬件的调试 7
3.3 本章小结 8
4 系统软件的设计 8
4.1 Visual C++和MFC的介绍 8
4.2 程序界面的设计 9
4.3 波形的产生 12
4.4 本章小结 20
5 系统的调试与验证 21
5.1 输出波形的调试 21
5.2 波形输出的实验验证 24
5.3 本章小结 25
结论 26
专利申报 27
致谢 28
参考文献 29
附录A 31 1 绪论
1．1 课题研究背景及意义
虚拟仪器是一种计算机仪器系统，它使用通用计算机作为硬件平台，通过测试软件实现测量功能 [1]。以软件为中心的虚拟仪器系统提供了创新的技术，用户可以根据自己的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
需求来定义、组建测量和自动化系统，而不用受传统的具有固定功能的仪器的限制 [2]。虚拟仪器在智能，处理能力，性价比和可操作性方面与传统仪器相比具有明显的优势[3]。
在现代工业和仪器技术领域，模块化数据采集板卡（Data Acquisition Card，简称DAQ卡），它已被广泛应用于信号采集，过程控制与虚拟仪器[4]。目前，以数据采集（DAQ）、数据采集与信号处理（DASP）软件技术及计算机为载体的虚拟仪器技术都取得了显著进展。它利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出测试结果；利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调整；通过计算机实现对信号的操作、分析和处理，从而完成各种测试功能[5]。随着科学技术的发展，各种系统的建模和仿真也变得越来越复杂[6]。
基于PC的数据采集和信号产生可以帮助人们有效地开发测量与控制应用，是工程技术领域的一项重要工作[7]。根据DAQ数据采集卡的工作方式，可利用其输出所需要的电子波形，从而实现虚拟信号发生器功能。信号发生器也称为信号源，可以由仪器的核心部分根据用户对波形，频率和其他参数的设置生成。再经过放大、衰减等信号处理之后，将信号输出到仪器的外部 [8]。美国国家标准仪器公司（NI）开发的NIDAQ是专门用来驱动NI公司生产的数据采集卡的软件包，包含了DAQ函数库和各种文档等[9]。NI为其生产的数据采集卡提供了完整的驱动软件和开发工具包，支持多种开发语音，可以帮助用户快速高效的开发所需要的功能。
有趋势表明，虚拟仪器最终要取代大量的传统仪器，成为测量、分析、控制、自动化仪表的核心及主流产品，并成为机器人的核心技术[10]。因此，虚拟仪器的研究和发展具有重大的社会意义与经济意义。
1．2 国内外发展现状
上世纪八十年代末，美国NI公司提出了“软件就是仪器”的口号，将日益普及的计算机技术、测量技术和通信技术完美结的合起来，提出虚拟仪器（Virtual Instruments）的概念[11]。虚拟仪器提出到现在，已开发了许多实用的虚拟仪器系统，是将来仪器产业发展的一个非常重要的方向。如今在许多应用中，都能看到虚拟仪器的身影。与传统仪器相比，虚拟仪器的特点是：（1）硬件成本大大降低；（2）用户可自定义功能；（3）开放、灵活；（4）便于组成测试系统[12]。近些年，世界上已有许多大型自动测控和仪器公司都开发出了虚拟仪器开发平台。
我国虚拟仪器的研究最早是从引进NI的产品开始的。随着我们国家经济的快速发展，企业对虚拟仪器的需求越来越强烈。国内许多大学，如清华大学、复旦大学、国防科技大学等已经展开了对虚拟仪器技术领域的研究、开发和教学，并且取得了实际的成果。国家自然科学基金委员会也曾将虚拟仪器研究列入“十五”期间优先资助的领域。有些研究已取得可喜的成绩，如836项目“虚拟仪器关键技术的研究及其产业化”，所研制的“一体化虚拟仪器”就是一种不同与欧美虚拟仪器产品的技术。这表明了我国在虚拟仪器这方面正在走自主创新的道路，同时也表明了我国在虚拟仪器这方面的发展潜力非常巨大。
按照测控功能硬件的不同，我们可以把虚拟仪器分为GPIB、VXI、PXI和DAQ等4种标准体系结构。DAQ数据采集卡是基于计算机标准总线的内置功能卡，它充分利用计算机的总线、系统内存、机箱、电源以及软件的方便性，大大增加了测试系统的灵活性和扩展性[13]。在本毕业设计工作中，我们选用了NIPCI6713DAQ卡作为研究对象。NIPCI6713多功能数据采集卡可以直接插入计算机的PCI卡槽，具有8条模拟电压输出通道，电压输出范围±10v，电压输出精度为12位，可以以1MS/s的最高采样速率完成模拟输出[14]。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 本课题研究的主要内容 2
2 NI数据采集卡及其驱动软件 3
2.1 NI数据采集卡 3
2.2 NIDAQmx驱动软件 5
2.3 本章小结 5
3 外围硬件的安装与调试 5
3.1 硬件的安装 5
3.2 硬件的调试 7
3.3 本章小结 8
4 系统软件的设计 8
4.1 Visual C++和MFC的介绍 8
4.2 程序界面的设计 9
4.3 波形的产生 12
4.4 本章小结 20
5 系统的调试与验证 21
5.1 输出波形的调试 21
5.2 波形输出的实验验证 24
5.3 本章小结 25
结论 26
专利申报 27
致谢 28
参考文献 29
附录A 31 1 绪论
1．1 课题研究背景及意义
虚拟仪器是一种计算机仪器系统，它使用通用计算机作为硬件平台，通过测试软件实现测量功能 [1]。以软件为中心的虚拟仪器系统提供了创新的技术，用户可以根据自己的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
需求来定义、组建测量和自动化系统，而不用受传统的具有固定功能的仪器的限制 [2]。虚拟仪器在智能，处理能力，性价比和可操作性方面与传统仪器相比具有明显的优势[3]。
在现代工业和仪器技术领域，模块化数据采集板卡（Data Acquisition Card，简称DAQ卡），它已被广泛应用于信号采集，过程控制与虚拟仪器[4]。目前，以数据采集（DAQ）、数据采集与信号处理（DASP）软件技术及计算机为载体的虚拟仪器技术都取得了显著进展。它利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出测试结果；利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调整；通过计算机实现对信号的操作、分析和处理，从而完成各种测试功能[5]。随着科学技术的发展，各种系统的建模和仿真也变得越来越复杂[6]。
基于PC的数据采集和信号产生可以帮助人们有效地开发测量与控制应用，是工程技术领域的一项重要工作[7]。根据DAQ数据采集卡的工作方式，可利用其输出所需要的电子波形，从而实现虚拟信号发生器功能。信号发生器也称为信号源，可以由仪器的核心部分根据用户对波形，频率和其他参数的设置生成。再经过放大、衰减等信号处理之后，将信号输出到仪器的外部 [8]。美国国家标准仪器公司（NI）开发的NIDAQ是专门用来驱动NI公司生产的数据采集卡的软件包，包含了DAQ函数库和各种文档等[9]。NI为其生产的数据采集卡提供了完整的驱动软件和开发工具包，支持多种开发语音，可以帮助用户快速高效的开发所需要的功能。
有趋势表明，虚拟仪器最终要取代大量的传统仪器，成为测量、分析、控制、自动化仪表的核心及主流产品，并成为机器人的核心技术[10]。因此，虚拟仪器的研究和发展具有重大的社会意义与经济意义。
1．2 国内外发展现状
上世纪八十年代末，美国NI公司提出了“软件就是仪器”的口号，将日益普及的计算机技术、测量技术和通信技术完美结的合起来，提出虚拟仪器（Virtual Instruments）的概念[11]。虚拟仪器提出到现在，已开发了许多实用的虚拟仪器系统，是将来仪器产业发展的一个非常重要的方向。如今在许多应用中，都能看到虚拟仪器的身影。与传统仪器相比，虚拟仪器的特点是：（1）硬件成本大大降低；（2）用户可自定义功能；（3）开放、灵活；（4）便于组成测试系统[12]。近些年，世界上已有许多大型自动测控和仪器公司都开发出了虚拟仪器开发平台。
我国虚拟仪器的研究最早是从引进NI的产品开始的。随着我们国家经济的快速发展，企业对虚拟仪器的需求越来越强烈。国内许多大学，如清华大学、复旦大学、国防科技大学等已经展开了对虚拟仪器技术领域的研究、开发和教学，并且取得了实际的成果。国家自然科学基金委员会也曾将虚拟仪器研究列入“十五”期间优先资助的领域。有些研究已取得可喜的成绩，如836项目“虚拟仪器关键技术的研究及其产业化”，所研制的“一体化虚拟仪器”就是一种不同与欧美虚拟仪器产品的技术。这表明了我国在虚拟仪器这方面正在走自主创新的道路，同时也表明了我国在虚拟仪器这方面的发展潜力非常巨大。
按照测控功能硬件的不同，我们可以把虚拟仪器分为GPIB、VXI、PXI和DAQ等4种标准体系结构。DAQ数据采集卡是基于计算机标准总线的内置功能卡，它充分利用计算机的总线、系统内存、机箱、电源以及软件的方便性，大大增加了测试系统的灵活性和扩展性[13]。在本毕业设计工作中，我们选用了NIPCI6713DAQ卡作为研究对象。NIPCI6713多功能数据采集卡可以直接插入计算机的PCI卡槽，具有8条模拟电压输出通道，电压输出范围±10v，电压输出精度为12位，可以以1MS/s的最高采样速率完成模拟输出[14]。
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