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2024-06-02 03:42:45| 来源: 网络整理| 查看: 265

1模拟输出方式 1.1模拟输出再生模式

        再生是指 DAQ 设备“重新生成”之前生成的样本的能力。换句话说,当启用再生时,写入用户缓冲区或 FIFO 的数据将被 DAQ 设备重复使用。通过这种方式,可以实现连续输出,而无需 LabVIEW(或其他 ADE)不断将新数据写入缓冲区。例如,可以将正弦波的单个周期写入缓冲器,并且可以使用再生来输出连续波形。

        有两种再生模式:用户缓冲区(PC 内存)再生和 FIFO 再生。         NI-DAQ™ 默认采用用户缓冲区再生,即使用 PC 内存中的用户缓冲区来写入和重新生成数据。在 LabVIEW 中,DAQmx Write 属性节点可用于操纵数据写入缓冲区的方式并禁用重新生成。在这种情况下,我们感兴趣的具体属性是 RegenMode 属性。请看下图。  

        通过 FIFO 再生,数据直接从板载 FIFO 再生。没有数据通过总线传输。此外,所有数据都必须适合 FIFO。要在 DAQmx 中启用 FIFO 再生,必须使用 DAQmx 通道属性节点。将“true”连接到 AO.UseOnlyOnBrdMem 属性。请看下图。

        除 FIFO 再生模式外,用户缓冲区再生和非再生模式都可以随时将新数据写入 PC 缓冲区。因此,模拟输出信号可以随时更改。 

        然而,在用户缓冲区再生的情况下,可能会出现毛刺效应,即新旧样本的混合。另一种情况,即非再生模式,当程序写入新数据的速度不如生成速率时,可能会发生下溢错误。

1.2动态/编程模拟输出

        为了将 DAQ 设备配置为执行波形的模拟输出(您可以在输出波形时以编程方式更改该波形),您需要将设备的再生模式属性设置为“不允许再生” 。 这是通过 DAQmx 写入属性节点完成的。将此属性设置为“不允许再生”会强制电路板在电路板的板载 FIFO 输出旧数据时从 PC 缓冲区请求新数据。

​C#.NET:myTask.Stream.WriteRegenesisMode = WriteRegenesisMode.DoNotAllowRegenesis         当不允许再生模式时,您需要在循环中使用 DAQmxWrite 函数来持续更新缓冲区。        注意:为了使该属性正常工作,您必须在启动 AO 任务​​ (Start Task.vi) 之前下载波形 (Analog Write.vi)。         当您将此属性设置为“  不允许重新生成”时 ,您还可以配置“数据传输请求条件”属性。该属性可在  模拟输出 » 常规属性 » 高级 » 数据传输和内存 » 数据传输请求条件下的 DAQmx 通道属性节点下找到。设置此属性可确定更改后的波形在输出上实际出现的速度。下面描述了您可以将此属性设置为的三个不同值。 板载内存未满 当再生模式设置为 板载内存未满时,每次板载 FIFO 小于满时,板将请求将新数据发送到卡。这意味着,如果您想要更改波形输出,则需要几秒钟的时间才能在输出上看到更改,因为新的波形数据需要通过电路板的整个 FIFO 传播。通过此设置,主板的 FIFO 保持满状态。

板载内存为空 当此属性设置为 Onboard Memory Empty时,板载 FIFO 为空时将请求新数据。这意味着当您想要更改波形输出时,新波形将很快在输出上看到。由于当新数据发送到主板时,其 FIFO 几乎为空,因此新数据在输出之前不需要传播整个 FIFO。当新数据到达 DAQ 板时,它已经位于 FIFO 的末尾,并立即出现在输出处。

板载内存未超过半满 当使用 板载内存未超过半满时,您需要将缓冲区设置为至少与设备的板载 FIFO 一样大。设置此属性意味着您的主板正在使用其 FIFO 的一小部分进行操作。因此,您可以将缓冲区大小设置得小得多。建议您从 500 的缓冲区大小开始,然后增加或减少该数字以获得最佳性能。

1.3软件定时模拟输出 持续更新模拟输出电压,直到用户点击停止按钮。

1.4带缓冲的有限点波形生成

1.5 使用采样时钟的连续波形生成

2.模拟输出技巧 2.1关闭模拟信号的设备会话后,DAQ设备继续输出电压或电流

        对于NI大多模拟数输出DAQ设备(X系列,M系列,E系列,R系列,F-Gen等),这个情况是预期的行为。应用程序完成后,写入设备的最后一个值将被继续保留。若您要将这个情况改变,您可以尝试以下:

在程序结束之前,将零伏特(0V)写入通道。实现此目的的有效方法是在状态机上实施“关闭”状态。

您也可以在 LabVIEW 软件使用DAQmx重置设备 VI重置设备。但是,此方法可能与设备正在执行的其他任务冲突。 2.2生成具有正确频率的信号

要从给定波形生成所需的输出频率:

计算波形每个周期的样本数根据以下公式计算您的设备所需的更新率:

                                        更新速率=输出频率*每个周期的样本数

                        AO 更新率 = ((所需频率) * ((每个缓冲区的样本) / (每个缓冲区的周期))        注意: 如果所需的更新速率高于您设备的规格,我们将需要修改波形、使用更快的设备或选择生成较低频率的信号。 要以给定的更新速率生成所需的输出频率:

根据以下公式计算每个周期的样本数:每个周期的样本数=更新率/输出频率  创建所需信号的波形,每个周期具有正确的样本数

                注意:根据奈奎斯特定理,每个周期需要有 2 个以上的样本。

        一般来说,这是计算输出模拟信号频率的公式:输出频率=更新率/每周期采样数                注意:根据奈奎斯特定理,至少 10 个采样可显着提高信号质量每期

2.3 更改模拟输出任务的速度

         如果您希望以最快的速度响应模拟输出值的变化,那么您需要禁用再生,以便 USB 缓冲区不会被重复的数据填满,而在读取更改之前必须先读取这些数据。         因此,最优的解决方案将是:

将启动任务和停止任务 VI 置于 while 循环之外为任务配置的非再生不使用板载缓冲区

        因此,这将是通过更改输出值来更改模拟输出的最佳(尽管是简单的)解决方案:请参见下图

        注意:您可以将板载缓冲区与 DAQmx 通道属性一起使用,但它不能达到优化循环速度的目的。 

        如果您在DAQmx通道属性上设置了仅使用板载内存,则不允许在运行时更新缓冲区,因此需要在while循环内启动任务和停止任务VI。见下图。

        但答案是,这不会加速您的代码,除非您知道自己在做什么,否则不应使用。如果目标是加快执行时间,则将启动任务和停止任务移到 while 循环内会适得其反,因为启动任务和停止任务是资源密集型的。          将启动和停止任务保留在 while 循环之外可以比使用板载缓冲区提供的任何好处更显着地优化代码速度。 

2.4模拟输出的频率分辨率

        您可以生成的模拟频率 (F Analog ) 由更新时钟频率 (F update ) 和每个周期的样本数 (S Cycle )决定。用于生成 F update 的板载 20 MHz 时钟只能除以整数。 

          例如,如果我们需要生成 2 kHz 的干净正弦波,每个周期大约需要 50 个样本。所以:                          F模拟= F更新/ S周期                         2 kHz = F更新/ 50 F更新= 100 kHz           现在,                          20 MHz / x = 100 kHz                          x = 200           该计算表明板载时钟必须除以 200 才能获得 100 kHz 的更新时钟速率。我们可以使用除数 199 或 201 生成下一个可用更新时钟。如果我们选择 201,它将产生以下结果:                        更新时钟 = 20 MHz / 201 = 99502.48 Hz                         F模拟= 99502.48 Hz / 50 = 1990.05 Hz         在这种情况下,我们可以生成的最小频率变化约为 10 Hz。另一个限制因素是所使用的 DAQ 设备的代码宽度,但这很少是一个因素,因为大多数用户不希望那么多样本代表一个周期。 2.5使用模拟输出模块生成PWM信号

        为了生成信号,我们需要使用基本函数生成器 VI,它将波形类型、样本数量、相位以及要生成的波形频率(以 Hz 为单位)作为输入。         1. 创建一个包含 3 个数字和一个无符号字的簇,描述波形类型(正弦波、锯齿波、方波、三角波)、频率、幅度和占空比。

         2.VI框图如下:

2.6 模拟输出存在信号延迟现象解决方案

        可能是DAQ 设备上的缓冲区与低采样率相结合导致的延迟。缓冲区包含要在 FIFO 基础上输出的信号,需要以指定的采样率输出,然后才能输出新信号。 详细来说,如果输出缓冲区为 8192 个样本,并且信号以 1000 S/s 写入,则在新信号最终输出之前将有8 秒的延迟。减少这种滞后的一种解决方案是提高采样率(例如100kHz),以便存储在缓冲区中的数据不需要时间来输出。

2.7如何提高模拟输出信号的分辨率

           在模拟输出期间,考虑您的信号在数模转换器 (DAC) 的整个范围内的适应程度也很重要。进行模拟输入时,可以利用板载放大器将信号放大到 ADC 的整个范围内,从而将信号调整到您的范围内。一旦信号被数字化,NI-DAQ 驱动程序就会将其缩小到原始范围。虽然模拟输出的概念相同,但其实现方式有所不同。相反,您可能会期望首先将所需的输出信号缩放到 DAC 的整个范围,将其转换为模拟信号,然后使用模拟电路将信号衰减回其原始比例。然而,NI DAQ 板没有所需的可用衰减电路,因此需要在外部完成此操作。         提高模拟输出信号分辨率的一种简单方法是增加 代码宽度。 DAQ 板的整个范围内有 2^位的分辨率步长。对于范围为 -10 至 10 伏的 12 位 DAQ 板,最小步长或代码宽度为 20 伏/4096 步 = 0.00488281 V。使用此等式,很明显将范围减半(0 至 10伏)将使您的分辨率提高 2 倍。

National Instruments M 系列 DAQ 设备如何提高模拟输出分辨率         E 系列设备提供两种模拟输出范围 - 双极 (+/- 10 V) 和单极(0 至 10 V) 。另一方面,一些 M 系列 DAQ 设备具有可编程输出范围,可将分辨率位分布在较小的电压范围内,从而获得更好的输出分辨率。M 系列板还具有可编程直流偏移功能。例如,如果您想使用所有位来输出在 0 到 2 V 之间变化的信号,则可以将电压范围设置为 -1 到 1 V,并具有 +1V DC 偏移。 

使用外部参考电压:         在不使用外部电路的情况下最大化模拟输出信号分辨率的最佳方法是向 DAC 应用外部参考。该板通常对双极模式(-10 至 10 伏)和单极模式(0 至 10 伏)使用内部 10 伏参考电压。如果您的信号非常适合所选范围,则首选内部参考。但是,如果您的信号范围远小于电路板的正常范围,那么您就没有充分利用电路板的分辨率。您可以使用开发板的 EXTREF 引脚连接您自己的参考电压(查看手册以了解您的开发板是否有 EXTREF 引脚)。DAC 将使用您提供的电压参考将信号从数字转换为模拟。您可以有效地更改 DAC 的范围以适应信号的范围。         应该注意的是,如果外部参考存在偏移,则会影响数模转换的准确性。例如,如果您的参考电压有 +/- 1% 的偏移,那么您的信号读数也会有 +/- 1% 的偏差。如果 5 伏参考电压实际上是 5.05 伏,那么所需的 1 伏信号实际上将是 1.01 伏,所需的 2 伏信号将是 2.02 伏。显然,这违背了减小 DAC 范围的目的,因此您必须使用尽可能精确的外部参考。 

2.8如何消除模拟输出的毛刺

一张 DAQ 卡,您可能会看到以纳伏秒 (nV*s) 为单位指定的毛刺能量,而不是幅度和持续时间。 某些设备,例如 NI 9264 和 NI 9263,不会有可检测到的毛刺(无法从噪声中识别出来)。其他一些卡,例如 NI 9262 和 NI 9269 以及 X 系列多功能 DAQ 卡确实存在可检测到的故障。 在为您的应用选择器件时,请务必考虑毛刺能量水平。  为了减少这些故障的影响,您可以尝试以下操作:

您可以构建一个低通抗毛刺滤波器来消除毛刺的高频分量。根据输出信号的频率和性质,毛刺的低频分量可能不会被过滤。有关抗尖峰脉冲电路的更多信息,请参阅相关链接。您可以构建一个外部抗尖峰脉冲电路。这一特定想法的基础是使用采样和保持电路来保持先前的值,同时 DAC 稳定在当前值上。 由于最大的毛刺能量出现在输出范围的中点转换处(请参阅下面附加信息中的注释),因此您可以尝试避免让输出电平穿过此转换。通常,中点转换发生在信号跨越 0 V 时。例如,您可以输出 2 到 4 V 之间的正弦波,而不是输出以 0 V 为中心的 +/- 1 V 正弦波。幅度仍为相同,但您引入了 DC 偏移,以便波形永远不会低于 0 V。只要您将信号连接到差分或无参考浮动输入,这应该是可以接受的。


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