2 硬件介紹

    基于LabVIEW軟件和多功能數(shù)據(jù)采集卡,，可以實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字信號(hào)的采集,，以及信號(hào)產(chǎn)生等多種功能,。性價(jià)比較高。NI公司提供了大量不同接口和不同檔次能與LabVIEW軟件很好結(jié)合的數(shù)據(jù)采集卡,，使用者可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇,。這里選擇NI公司的M系列多功能數(shù)據(jù)采集卡NI PCI－6229。采用NI公司的產(chǎn)品,，配合NI－DAQmx測(cè)量服務(wù)軟件可以省去硬件驅(qū)動(dòng)程序兼容性等麻煩,。NI PCI－6229數(shù)據(jù)采集卡基于PCI接口，共有4路16位模擬輸出,，輸出速率達(dá)833 kS／s,，輸出電壓范圍為－10～+10 V；32路單通道或16路雙通道16位的模擬輸入，通道采樣頻率可達(dá)250 kS／s,；48路數(shù)字輸入／輸出通道,，輸出為TTL電平，板載10 MHz時(shí)鐘的硬件定時(shí)數(shù)字輸入／輸出,，能以硬件定時(shí)精度來同步數(shù)字和模擬功能,；兩個(gè)80 MHz，32位的計(jì)數(shù)器／定時(shí)器,；采用兩個(gè)DMA通道,，能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)功能。該板卡具有輸入／輸出路數(shù)較多,，配備板載硬件時(shí)鐘源,，分辨率較高，穩(wěn)定性好,，性價(jià)比較高,，時(shí)鐘精度可滿足大多數(shù)系統(tǒng)的要求。

3 時(shí)序脈沖信號(hào)產(chǎn)生的方法

    基于LabVIEW的虛擬時(shí)序脈沖信號(hào)產(chǎn)生一般采用定時(shí)翻轉(zhuǎn)輸出狀態(tài)的方法,。具體有：

3．1 狀態(tài)延時(shí)法

    如圖1所示,，先輸出低電平，然后保持低電平并延時(shí),，再輸出高電平,，再保持高電平并延時(shí)，一個(gè)過程可以產(chǎn)生一個(gè)周期脈沖信號(hào),。循環(huán)上述過程,，就可以周期性地輸出脈沖信號(hào)。

    這種產(chǎn)生方法的脈寬和延時(shí)精度決定于高低電平的延時(shí)精度,。軟件延時(shí)通過調(diào)用延時(shí)函數(shù)(即Wait函數(shù))來實(shí)現(xiàn),，而LabVIEW中的Wait延時(shí)函數(shù)最小只能到毫秒級(jí)，并且受Windows操作系統(tǒng)中多任務(wù)運(yùn)行的影響,，在同時(shí)運(yùn)行其他程序時(shí),，延時(shí)時(shí)間不穩(wěn)定。因此,，這種方法只有在延時(shí)和脈寬調(diào)節(jié)精度不高的場(chǎng)合可以適用,，而對(duì)穩(wěn)定性和精度要求較高的場(chǎng)合，并不適用,。

3．2 時(shí)鐘信號(hào)法

    利用數(shù)據(jù)采集卡自帶的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器直接產(chǎn)生周期性的脈沖波形,。這種方法可以結(jié)合NI公司的DAQ Insistant(助手)方便地設(shè)置參數(shù)，產(chǎn)生所需的脈沖波形,。由于采用板卡的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器是完全基于硬件定時(shí)的,，所以延時(shí)時(shí)間和脈寬調(diào)節(jié)精度及穩(wěn)定性較高,，具體參數(shù)取決于板卡的時(shí)鐘頻率。但這種方法受數(shù)據(jù)采集卡的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器個(gè)數(shù)和輸出的路數(shù)限制,，一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的發(fā)生器只能輸出一路信號(hào),，而普通的數(shù)據(jù)采集卡只有一個(gè)或幾個(gè)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，所以產(chǎn)生信號(hào)路數(shù)較少,。

3．3 數(shù)字波形法

    先通過軟件產(chǎn)生波形(模擬波形),，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字波形，然后從數(shù)字通道輸出,，循環(huán)上述過程,，就可以連續(xù)產(chǎn)生一路周期性的TTL脈沖信號(hào)。如果需要產(chǎn)生多路的時(shí)序脈沖信號(hào),，只要采用多路數(shù)字信號(hào)序列同步輸出的方法產(chǎn)生即可,。比如：需要產(chǎn)生如圖2所示的兩路脈沖信號(hào)波形，可以同步地以1 kS／s的樣本輸出速率,。分別在兩個(gè)數(shù)字通道輸出如圖3所示的兩列數(shù)字波形,。

    如果是多路時(shí)序脈沖，只需要增加同步輸出路數(shù)就可以實(shí)現(xiàn),。然而時(shí)序脈沖信號(hào)的延時(shí)精度和脈寬精度調(diào)節(jié)取決于每個(gè)數(shù)字通道的樣本輸出速率,，如采用1 MS／s的樣本輸出速率，則可以實(shí)現(xiàn)1μs(1 s／1 MHz)的調(diào)節(jié)精度,，延時(shí)時(shí)間和脈沖寬度調(diào)節(jié)則通過改變延時(shí)數(shù)字樣本數(shù)和脈寬數(shù)字樣本數(shù)實(shí)現(xiàn),，具體關(guān)系為：

    延時(shí)時(shí)間一精度×延時(shí)數(shù)字個(gè)數(shù)，

    脈沖寬度一精度×脈沖寬度數(shù)字個(gè)數(shù)

    采用數(shù)字波形法來產(chǎn)生時(shí)序脈沖波形,。由于NIPCI－6229數(shù)據(jù)采集卡數(shù)字I／O的同步時(shí)鐘采用板卡自帶的硬件時(shí)鐘定時(shí),，所以不受計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)多任務(wù)運(yùn)行時(shí)的影響，穩(wěn)定性好,。PCI－6229共有48路DIO通道,，因此時(shí)序脈沖輸出路數(shù)擴(kuò)充方便。在此,，采用數(shù)字波形法和PCI－6229數(shù)據(jù)采集卡,，實(shí)現(xiàn)了多路時(shí)序脈沖信號(hào)發(fā)生器，其延時(shí)和脈寬調(diào)節(jié)精度可以穩(wěn)定地達(dá)到微秒數(shù)量級(jí),。

4 軟件編程

4．1 程序框圖

    圖4為兩路脈沖信號(hào)發(fā)生器的程序框圖,，多路脈沖發(fā)生器只需增加相應(yīng)的輸入端即可,。

    先用Pulse Pattern．vi子模板產(chǎn)生一個(gè)模擬脈沖波形,，其中延時(shí)、脈寬,、周期(即樣本數(shù))用控件調(diào)節(jié),，再用Analog to　Digital Waveform．vi子模板將模擬脈沖波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字波形,，同時(shí)設(shè)定正負(fù)邏輯轉(zhuǎn)換開關(guān)。再把各單路數(shù)字波形用bundle函數(shù)進(jìn)行捆綁,，再通過DAQmx Write．vi子模板從選定的數(shù)字I／O通道寫出,，故在各個(gè)數(shù)字輸出通道產(chǎn)生脈沖波形。然而時(shí)序脈沖信號(hào)的周期性通過For Loop循環(huán)實(shí)現(xiàn),，一次循環(huán)產(chǎn)生一個(gè)脈沖波形,，即實(shí)現(xiàn)一次控制過程，如果需要進(jìn)行多次控制,，只要設(shè)定循環(huán)次數(shù)即可,。

    數(shù)字信號(hào)輸出過程中的關(guān)鍵是數(shù)字通道的樣本輸出速率。樣本輸出速率通過一個(gè)樣本時(shí)鐘控制,，在本發(fā)生器中由計(jì)數(shù)器／定時(shí)器通過編程輸出設(shè)定頻率的連續(xù)矩形脈沖,，再?gòu)臄?shù)據(jù)采集卡的PFI12接口輸入，作為控制各路數(shù)字波形輸出的同步時(shí)鐘,，控制各數(shù)字通道同步輸出波形,。其中，同步時(shí)鐘脈沖的周期就是時(shí)序脈沖延時(shí)和脈寬調(diào)節(jié)精度,。實(shí)際測(cè)量表明,，在該數(shù)據(jù)采集卡中最小可達(dá)到0．5μs的調(diào)節(jié)精度。

4．2 前面板圖

    圖5所示為四路時(shí)序脈沖發(fā)生器的前面板圖,。其中,，時(shí)鐘頻率為延時(shí)和脈寬調(diào)節(jié)精度，也就是數(shù)字通道的樣本輸出速率,，如頻率為1 kHz,，即為1 ms，在該發(fā)生器中最大可以穩(wěn)定達(dá)到2 MHz,，即最小延時(shí)可達(dá)0．5μs,。其中，各通道的周期在本發(fā)生器中相同,，設(shè)定為統(tǒng)一調(diào)整(也可以設(shè)定為不同的周期),。每個(gè)通道的延時(shí)時(shí)間，脈沖寬度可調(diào),，并設(shè)有正負(fù)邏輯開關(guān),，可以輸出正脈沖或負(fù)脈沖波形。信號(hào)周期數(shù)為過程控制的次數(shù),。同時(shí)設(shè)有產(chǎn)生波形的圖形顯示(圖示為一個(gè)周期的波形),，所見即所得，非常直觀,。

5 脈沖信號(hào)的硬件輸出

    信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)數(shù)字I／O通道輸出,，可以使用專用連接電纜連接到接線盒,，再由接線盒從相應(yīng)的端口輸出到相關(guān)控制設(shè)備。其中,，輸出為TTL信號(hào)電平,，如不能直接驅(qū)動(dòng)設(shè)備，則需要根據(jù)具體設(shè)備情況連接相應(yīng)的接口電路,。

    設(shè)計(jì)開發(fā)完成的時(shí)序脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)示波器實(shí)際測(cè)試,，信號(hào)的延時(shí)最小值可以穩(wěn)定地達(dá)到0．5 μs，而脈沖信號(hào)的上升沿可以達(dá)到50 ns,。完全能滿足大多數(shù)控制的要求,。

6 結(jié) 語

    基于LabVIEW軟件和數(shù)據(jù)采集卡可以方便地實(shí)現(xiàn)虛擬的多路時(shí)序脈沖信號(hào)發(fā)生器，具有一定的通用性,，可以廣泛地應(yīng)用到各種自動(dòng)測(cè)量和過程控制中,，與傳統(tǒng)基于硬件設(shè)計(jì)的脈沖信號(hào)發(fā)生器相比，具有時(shí)序脈沖延時(shí)和脈寬調(diào)節(jié)精度高,，脈沖上升沿時(shí)間短,，路數(shù)較多，界面友好,，調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn),。選用不同功能的數(shù)據(jù)采集卡，還可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制場(chǎng)合,。另外,，利用數(shù)據(jù)采集卡的模擬I／O，還可以產(chǎn)生同步的模擬控制信號(hào),，控制不同的設(shè)備,。因此，基于LabVIEW的時(shí)序信號(hào)發(fā)生器不失為一種實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的好方法,。