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NI X系列多功能数据采集设备新特性介绍
北京泛华恒兴科技有限公司
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图4 M系列Counter(左)与X系列Counter芯片对比
 
    过去定时和触发功能往往需要板卡上的Counter或外部信号路由来实现,而使用NI STC3技术可以给模拟I/O,数字I/O,计数器I/O通道分别提供不同的采样时钟和触发信号。M系列产品只有Counter可以实现硬件定时触发,所以当需要重触发采集时我们通常需要使用一个Counter重复生成有限脉冲序列,而将这个脉冲序列作为AI的时钟源,控制AI进行采集(通过软件重复创建和结束任务来进行重采样速度慢,容易造成触发信号丢失)。而X系列产品使用NI STC3技术,AI通道可以直接设置而独立地进行重触发进行采样,不再依赖Counter。X系列产品还可以直接对DIO口设置采样时钟来进行数字波形的采集和生成,这在M系列卡中也是需要通过Counter的配合来完成的。
    X系列Counter的板载FIFO从原来的每路1个样本增加到127个,可进行很多带缓冲的脉冲输出或测量,这是M系列卡所无法实现的。带缓冲的Counter输出使用户可以将需要输出的多个脉冲周期提前写入到缓冲区中,这样可以生成多频率方波叠加的复杂脉冲波形。这些信息包括各周期中脉冲的脉宽,延迟时间,频率,占空比等,决定了各脉冲高低状态各需要多少个内部或外部时基表示。
    可以通过两种方法输出脉冲序列,隐式定时和使用采样时钟。使用隐式定时时,缓冲区中的脉冲将会自动依次向外发出,用户可以自定义向外一次或连续不断地输出缓冲区中的脉冲(图5)。M系列数据采集卡通常采用这种方式生成脉冲。
    X系列产品还支持设置采样时钟的方式生成脉冲。这种方式需要设置一个时钟源,当一个时钟到来时连续不断地输出缓冲区的一个脉冲,直到下一个采样时钟边沿的到来,接着Counter不断输出缓冲区第二个脉冲,这样循环下去,一次或多次重复地输出缓冲区中脉冲(图6)。
 
图6 设置采样时钟生成脉冲
    M系列产品进行带缓冲的Counter测量时会根据需要选择隐式定时或设置采样时钟定时的方式。如果是一个带缓冲的边沿计数,可以支持设置采样时钟控制Counter的Gate信号将数据读取到缓冲区中。而如果要测量脉冲的周期或频率信息,则需要使用隐式定时的方式。用户通过选择通知NI DAQmx驱动设置隐式定时,测量的频率或周期值将在输入信号每一个周期结束后锁存到缓冲区中。
    NI STC3的技术也提升了带缓冲Counter测量的性能。在测量脉冲周期或频率时除了可使用隐式定时方式,也支持设置采样时钟。设置采样时钟定时方式测量周期或频率实际上引用了一个内部时基对未知的测量信号进行比较。当一个采样时钟信号到来时,会计算出和前一个采样时钟信号之间内部时基产生了多少个上升沿,由于引用的内部时基频率已知,实际上可以精确计算出这两个采样时钟信号之间的时间,再除以这段时间未知信号的周期数就是信号的平均频率。这些计算的过程是芯片自动进行的,测得的频率或周期值直接写入到缓冲区中。引用的内部时基是板卡上内部晶振自动分频得到的,但是采样时钟必须由用户进行设置。
 
图7 设置采样时钟的Counter测量
    NI STC3技术使得X系列产品还在数字I/O和PFI口上增添了很多新特性。看门狗定时器可以通过软件设置数字输出安全状态来防止系统崩溃或者X系列产品与外部设备连接时硬件的损坏。当使用看门狗功能时,X系列板卡需要不断地得到看门狗重置指令,如果在指定时间内没有得到这个指令,数字输出就会置为用户提前设置的一个安全状态下,设备将会忽略所有的数字写入,直到看门狗被取消或者设备重新启动。M系列中边沿检测功能仅限于Port0,而X系列每个Port均具有这项功能。M系列产品PFI口上可以设置数字滤波,但只能选择3个级别的固定最小脉宽(表4),而X系列可供客户自定义设置最小脉宽,只需是板载晶振的整数倍即可(表5)。另外X系列产品在数字I/O线上也提供了3个级别的数字滤波。
 
表5 X系列PFI口数字滤波选择
 
X    系列板卡新增加了2个定时引擎供数字输入和数字输出使用。在过去的M系列产品中,如果为DIO设置定时任务需要引用其他通道的采样时钟,如AI的采样时钟或使用Counter的输出,这种使用方式称之为相关数字I/O。现在X系列产品可以独立地执行数字波形输出或是采集,不但节省了板卡其他资源,还允许为DIO配置和其他通道不同的采样率。
    X系列产品DI和DO均有1路DMA通道负责与PC之间的数据传输。
 
支持多核CPU并行线程的驱动
 
    X系列采集卡需要NI DAQmx9.0以上版本的驱动支持,高执行效率的驱动和应用软件可以更好地表现出DAQ硬件支持多线程并行工作的优越性能。NI DAQmx提供了简单方便的多态API函数满足各种测量和控制需求,支持多线程意味着可以在同一个程序里配置多个任务同时工作。这些API函数不但可以被LabVIEW,CVI调用,也支持很多第三方软件,如C/C++, Visual Basic和.NET平台下的编程工具。LabVIEW8.6以后的版本支持多核PC下的编程,只需直接在程序中放上多个While循环,LabVIEW便会自动进行线程分配,充分利用了CPU。
    NI DAQmx9.0和以前的NI驱动相比也进行了优化,最显著地是增加了以下两个强大的特性:
    快捷简便的数据存储:我们经常需要快速有效地保存采集来的数据,NI DAQmx9.0提供了DAQmx Configure Logging.vi这个API函数,只需在采集的任务中添加这个VI,即可将采集的数据保存到TDMS格式的文件中,十分简便。这种写入TDMS文件的方式使数据存入磁盘的速度也得到了优化,理论上最快速率可以达到1G/s。
 
    支持配置多设备任务:我们可以更简单地同步多块X系列的设备。两张PCIe的X系列采集卡通过RTSI总线连接,在软件中只需创建一个线程,在配置通道时将使用的两块设备的通道名都写上,便能自动共享设置的采样时钟,达到同步的目的(图8)。

图8 多张X系列板卡配置同步任务
    为了方便用户在测试系统中对过去产品,如M系列数据采集产品进行升级。X系列采集卡的端口以及引脚定义仍然沿用多功能数据采集产品的一贯标准,使用68-Pin连接口,外部附件依然为M系列所使用的电缆、端子盒,可达到直接替换的目的。
    以上列举了NI新一代X系列多功能数据采集产品的部分新特性。一直以来,NI通过不断进取地革新技术,始终保持着行业的领先地位,在测试测量行业掀起了一次又一次的技术革命。使用X系列多功能数据采集产品,可以帮助您快速建立起一个安全,稳定,精确且符合成本的测量控制系统,还犹豫什么呢?期待您正确的选择。
 

 

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