一、引言
近年來，面向儀器的軟件開發(fā)平臺，如美國NI公司LabVIEW的成熟和商業(yè)化，使用者在配有專用或通用插卡式硬件和軟件開發(fā)平臺的個(gè)人計(jì)算機(jī)上，可按自己的需求，設(shè)計(jì)和組建各種測試分析儀器和測控系統(tǒng)。由于LabVIEW提供的是一種適應(yīng)工程技術(shù)人員思維習(xí)慣的圖形化編程語言，圖形界面豐富，內(nèi)含大量分析處理子程序，使用十分方便，個(gè)人儀器發(fā)展到了使用者也能設(shè)計(jì)，開發(fā)的新階段。
鑒于是工程技術(shù)人員自己編制，調(diào)用軟件來開發(fā)儀器功能，軟件成了儀器的關(guān)鍵。故人們也稱這類個(gè)人儀器為虛擬儀器，稱這種主要由使用者自己設(shè)計(jì)，制造儀器的技術(shù)為虛擬儀器技術(shù)（Virtual Instrumentation Technology）。使用虛擬儀器技術(shù)，開發(fā)周期短、儀器成本低、界面友好、使用方便、可靠性高, 可賦于檢測儀初步智能，能共享PC機(jī)豐富的軟硬件資源，是當(dāng)前儀器業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方面。
虛擬儀器的典型形式是在臺式微機(jī)系統(tǒng)主板擴(kuò)展槽中插入各類數(shù)據(jù)采集插卡，與微機(jī)外被測信號或儀器相連，組成測試與控制系統(tǒng)。但NI公司出售的，直接支持LabVIEW的插卡價(jià)格十分昂貴，嚴(yán)重限制著人們用LabVIEW來開發(fā)各種虛擬儀器系統(tǒng)。在LabVIEW中如何驅(qū)動其它低價(jià)位的數(shù)據(jù)采集插卡，成為了國內(nèi)許多使用者面臨的關(guān)鍵問題。
二、三種在LabVIEW中使用國產(chǎn)數(shù)據(jù)采集插卡的方法
筆者將近年來工程應(yīng)用中總結(jié)出的三種在LabVIEW中驅(qū)動通用數(shù)據(jù)采集插卡的方法介紹如下。介紹中，以某市售8通道12位A/D插卡為例。設(shè)插卡基地址為base=0x100，在C語言中，選擇信號通道ch的指令是 _outp（base，ch），啟動A/D的指令是_inp（base），采樣量化后的12位二進(jìn)制數(shù)的高4位存于base+2中，低8位存于base+3中。
1、直接用LabVIEW的 In Port , Out Port圖標(biāo)編程
LabVIEW的Functions模板內(nèi)Adevanced Memory中的In Port 、Out Port 圖標(biāo)，與_inp、_outp功能相同，因此可用它們畫程序方框圖, 設(shè)計(jì)該A/D插卡的驅(qū)動程序。N個(gè)通道掃描，各采集n點(diǎn)數(shù)據(jù)的LabVIEW程序方框圖如圖1所示。圖中用LabVIEW的計(jì)時(shí)圖標(biāo)控制掃描速率。
圖1 N個(gè)通道掃描，各采集n點(diǎn)數(shù)據(jù)的程序方框圖
顯然，若采樣速率要求較低，這不失為最方便、直觀的方法，而且可隨畫隨改。
2、用LabVIEW的CIN圖標(biāo)生成A/D插卡驅(qū)動程序的子VI
LabVIEW的Functions模板內(nèi)Adevanced 中有一個(gè)CIN（Code InteRFace Node）圖標(biāo)，用來在LabVIEW程序方框圖中直接調(diào)其它編程語言（如VC）寫的代碼。現(xiàn)以生成一個(gè)對指定的通道采集n點(diǎn)數(shù)據(jù)的LabVIEW子VI為例，其主要步驟為：
圖2 CIN圖標(biāo)
（1）在LabVIEW下，點(diǎn)出CIN圖標(biāo)，拖大并聯(lián)接入兩個(gè)控件和一個(gè)顯件，如圖2所示。其中控件用于選擇模擬信號輸入通道和選擇數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)，數(shù)組顯件顯示所采集的數(shù)據(jù)。
（2）在CIN圖標(biāo)上單擊鼠標(biāo)右鍵彈出菜單，選Create .c file.，產(chǎn)生并存入一個(gè)×××.C程序框架。
（3）在VC++5.0下完成×××.C程序框架的數(shù)據(jù)采集部分的編寫，編譯該×××.C程序（示例見附1），生成×××.obj代碼。在coustom build方式下用nmake / f ×××.lvm 指令將×××.lvm接口程序（示例見附2）編譯成×××.lsb代碼。
（4）在LabVIEW的CIN圖標(biāo)下裝載×××.lsb。運(yùn)行成功后將該CIN作成子VI，存入某個(gè)文件夾。
在以后的LabVIEW應(yīng)用程序框圖中，該子VI圖標(biāo)即可作此A/D插卡驅(qū)動圖標(biāo)使用。
若A/D插卡上有晶振作基準(zhǔn)時(shí)鐘，有可編程計(jì)數(shù)/定時(shí)器，附錄1示例的C語言程序還可加入定時(shí)采集語句，以實(shí)現(xiàn)在子VI中選擇采樣速率。圖3是調(diào)用按上述步驟生成的子VI編程所采集的方波信號及其自功率譜。
圖3 采集的方波信號及其自功率譜
用CIN結(jié)點(diǎn)生成A/D插卡驅(qū)動程序的子VI的方法可較充分發(fā)揮A/D的高轉(zhuǎn)換速度，獲得高的采樣速率。但編程較煩雜，不能由LabVIEW直接修改
3、用LabVIEW的Call Library Functions圖標(biāo)，動態(tài)鏈接數(shù)據(jù)采集插卡的 .DLL庫函數(shù)
許多數(shù)據(jù)采集插卡附有.DLL庫函數(shù)形式的驅(qū)動程序，用戶可使用某種DLL鏈接庫的編程工具，如VC、VB，編寫應(yīng)用程序來調(diào)用它。LabVIEW也提供了一個(gè)動態(tài)鏈接庫函數(shù)的圖標(biāo)Call Library Function，放在Functions模板內(nèi)的Adevanced子模板中。在example/dll目錄中有使用該圖標(biāo)的例子,可參照它們完成對數(shù)據(jù)采集插卡的.DLL庫函數(shù)的調(diào)用。
三、兩個(gè)測試系統(tǒng)實(shí)例
1、滾動軸承振動虛擬檢測儀
該滾動軸承振動虛擬檢測儀是為檢測低噪聲軸承強(qiáng)調(diào)的“異音”而開發(fā)的。目前國內(nèi)滾動軸承出廠振動分類檢測的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和檢測儀器(如S0910型) 都只能檢測振動加速度的均方根值,遠(yuǎn)不能適應(yīng)低噪聲軸承的要求。
我們在LabVIEW下，用PC機(jī)加國產(chǎn)12位A/D插卡，開發(fā)出的虛擬檢測儀，采樣速率最高達(dá)80KHz。按每2秒檢測一個(gè)軸承的迫節(jié)，以加速度均方值的分貝值，峰值因子，峭度，超某幅值峰數(shù)四個(gè)參數(shù)來綜合評定軸承振動級別。PC機(jī)14″的CRT，對檢驗(yàn)員有極佳的可視性，檢測確定的軸承等級由軟指示燈閃爍顯示，在面板上十分醒目，便于檢驗(yàn)后歸類。每個(gè)軸承的檢驗(yàn)結(jié)果自動寫入當(dāng)班統(tǒng)計(jì)文件中，供生產(chǎn)和質(zhì)檢部門使用。檢測程序讀入各類設(shè)置文件便可適應(yīng)不同類型軸承或不同的檢測分類標(biāo)準(zhǔn)。
2、空調(diào)散熱器試驗(yàn)測溫系統(tǒng)
為對某空調(diào)散熱器進(jìn)行散熱性能試驗(yàn)，開發(fā)出多點(diǎn)熱電偶測溫的虛擬儀器系統(tǒng)。
硬件選用一國產(chǎn)有A/D及DIO的PC機(jī)插卡，外串接三塊前端信號處理板。每塊前端信號處理板提供一個(gè)冷端補(bǔ)償電路，并可接16路熱電偶。每塊前端板的冷端補(bǔ)償電壓和熱電偶電勢各占用插卡的一個(gè)模擬輸入通道，由插卡的發(fā)出的4位數(shù)字輸出選擇各熱電偶電勢輸入。
由于溫度采集速率甚低，直接用LabVIEW的 In Port , Out Port 圖標(biāo)編程完全可滿足要求。編程中調(diào)用了LabVIEW中Functions模板內(nèi)Data Acquisition Signal ConditioningConvert Thermcouple Reading圖標(biāo)，稍作修改，生成了各類標(biāo)準(zhǔn)熱電偶溫度轉(zhuǎn)換為電壓，電壓轉(zhuǎn)換為溫度的新的子VI。編程十分簡便，且能用于各類標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測溫。
附1 ×××.C源程序
#include "c:labviewcintoolsextcode.h"
#include "conio.h"
typedef struct {
int32 dimSize;
float32 arg1[1];
} TD1;
typedef TD1 **TD1Hdl;
CIN MgErr CINRun(int32 *n, TD1Hdl xarray, int32 *ch);
CIN MgErr CINRun(int32 *n, TD1Hdl xarray, int32 *ch)
{
int base，i, ns,c;
uInt8 h,l;
float *xarrayElmtp;
ns=*n;
c=*ch;
SetCINArraySize((UHandle)xarray,1,ns);
(*xarray)->dimSize=ns;
xarrayElmtp=(*xarray)->arg1;
base=0x100;
_outp(base,c);
for (i=0;i{
_outp(base+1,0); do {;}
while ((_inp(0x101)&0x01)!=0);
h=_inp(base+2);
l=_inp(base+3)&0xf0;
*xarrayElmtp=(h*16+l/16)/409.6-5.0;
xarrayElmtp++;
}
return noErr;
}
附2 ×××.lvm接口程序
IDE=VC
name= ×××
type=CIN
cintoolsdir=c:labviewcintools
! include
