基于LabVIEW和PCI-5124的数据采集系统设计

摘要：设计一种基于虚拟仪器LabVIEW和高速数字化仪NI PCI-5124的高采样率、长时间的数据采集分析实验系统。该系统可实现20 MHz甚至更高采样率以及数据信号长时间的实时采集，并具有实时存储、回放、信号分析、报表打印功能。实验表明：该系统具有程序设计简单、通用性好、可移植性高、界面设计简单大方、易于操作等优点。

关键词：数字化仪；数据采集；虚拟仪器；LabVIEW

传统数据采集系统一般由单片机与硬件采集电路或数据采集卡配置计算机组成。这种数据采集系统存在开发难度大、可移植性差、数据采集效率低、实时存储容量小等缺点。其存储容量取决于数据采集卡的板载内存的大小，一般只有8 MB或12 MB，而现代工程运用中的数据采集系统需具有很高的采样速率，完成海量数据的实时存储。针对传统数据采集系统存在的不足，这里采用虚拟仪器(LabVIEW)和高速数字化仪NI PCI-5124设计一种可以长时间连续采集、实时存储的数据采集系统。

本系统只使用PC机、数据采集卡以及编程语言即可在Windows操作系统下实现对数据的采集、存储、处理，开发成本低，通讯能力强，易于使用。系统改善了传统数据采集系统的存储量小、采集效率低等缺点，可实现信号的长时间实时采集、存储、回放、分析、报表打印等功能。

1 系统硬件设备简介

该系统硬件设计结构原理框图如图l所示。

系统硬件设计主要包括PC控制机和高速数据采集卡。由于许多插入式的数据采集DAQ(Data Acquisition)设备采集数据不仅受到采样速率的限制，而且受到板载内存和数据到PC机内存的传输速率的限制。

针对以上问题，本设计选用插入式DAQ产品中价位低、速率快、精度高的高速数字化仪NI PCI-5124。它可以直接插入计算机的PC捕槽，即插即用使用方便，具有200 MS／s的实时采样至4．0 GS／s的等效时段采样；标准8～256 MB大容量板载内存；基于PCI总线的12位分辨率的双同步采样通道；使用新技术实现在2个150 MHz带宽的、带有去噪和抗混叠滤波器的输入信道中同步采样；高达75 dBc的无寄生动态范围SFDR(Spufious-Free Dynamic Range)；基于NI同步和存储核心SMC (Synchronization and Memory Core)构架，具备每通道512 MB板载内存、快速数据传输和紧密的同步功能。工程师们可以在几十皮秒(ps)内同步基于SMC的模块化仪器，主要有边缘、视窗、滞环、视频和数字等触发方式，主要用于高通道和混合信号应用。

专用数据采集长的驱动方式分为外挂式驱动和内置式驱动两种。对于NI公司生产的各种专用数据采集卡，可使用LabVIEW内的DAQ库直接对端口进行各种操作，即内置式驱动。NI数据采集卡提供对LabVIEW丰富且完备的支持，驱动函数在底层的基础函数上进行高度封装，用户无需深入了解采集卡的具体工作，只要掌握驱动函数输入／输出端口的意义，就能进行数据采集开发。因此用户使用NI PCI-5124时，只需将所需接口从程序中直接调用至系统开发环境中，即可实现采集、存储以及回放等功能。

2 数据采集系统设计

2．1 程序设计

LabVIEW是一种基于图形语言编程的可视化软件开发平台，与VC、VB等其他可视化编程语言相比，其函数库丰富、调试方便，而且开发界面简单，界面风格与传统仪器相似。LabVIEW是一个外观和操作均能模仿实际仪器的程序开发环境，类似于C、BASIC等编程语言。但LabVIEW的特点在于使用图形化编程G语言在流程图中创建源程序，而非使用基于文本的语言产生源程序代码。与传统C、C++等编程语言不同，LabVI-EW采用强大的图形化语言编程，面向测试工程师而非专业程序员，编程方便，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力。

本实验系统主要由数据采集、存储和数据处理等部分组成。其中数据采集包括采集设置和数据采集波形显示；数据处理包括信号时频域参量测量、信噪比测量以及报表打印等。系统工作流程如图2所示。

本系统基本工作过程是：肩动LabVIEW程序后，首先设置高速数据采集卡PCI-5124的通道、采样模式、采样频率、触发类型、触发电平等，然后启动采集，进行长时间连续的数据采集并利用流艋技术将采集到的信息实时存储于计算机硬盘，由于采集到的信息量很大，因此对采集到的数据进行离线处理，以减轻计算机CPU负担，提高数据处理速度。

作者：任璐娟 韩 焱 中北大学   来源：电子设计工程