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NI X系列多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備新特性介紹
北京泛華恒興科技有限公司

圖4 M系列Counter(左)與X系列Counter芯片對比

過去定時和觸發(fā)功能往往需要板卡上的Counter或外部信號路由來實現(xiàn)，而使用NI STC3技術(shù)可以給模擬I/O，數(shù)字I/O，計數(shù)器I/O通道分別提供不同的采樣時鐘和觸發(fā)信號。M系列產(chǎn)品只有Counter可以實現(xiàn)硬件定時觸發(fā)，所以當需要重觸發(fā)采集時我們通常需要使用一個Counter重復生成有限脈沖序列，而將這個脈沖序列作為AI的時鐘源，控制AI進行采集（通過軟件重復創(chuàng)建和結(jié)束任務(wù)來進行重采樣速度慢，容易造成觸發(fā)信號丟失）。而X系列產(chǎn)品使用NI STC3技術(shù)，AI通道可以直接設(shè)置而獨立地進行重觸發(fā)進行采樣，不再依賴Counter。X系列產(chǎn)品還可以直接對DIO口設(shè)置采樣時鐘來進行數(shù)字波形的采集和生成，這在M系列卡中也是需要通過Counter的配合來完成的。

X系列 Counter的板載FIFO從原來的每路1個樣本增加到127個，可進行很多帶緩沖的脈沖輸出或測量，這是M系列卡所無法實現(xiàn)的。帶緩沖的Counter輸出使用戶可以將需要輸出的多個脈沖周期提前寫入到緩沖區(qū)中，這樣可以生成多頻率方波疊加的復雜脈沖波形。這些信息包括各周期中脈沖的脈寬，延遲時間，頻率，占空比等，決定了各脈沖高低狀態(tài)各需要多少個內(nèi)部或外部時基表示。

可以通過兩種方法輸出脈沖序列，隱式定時和使用采樣時鐘。使用隱式定時時，緩沖區(qū)中的脈沖將會自動依次向外發(fā)出，用戶可以自定義向外一次或連續(xù)不斷地輸出緩沖區(qū)中的脈沖（圖5）。M系列數(shù)據(jù)采集卡通常采用這種方式生成脈沖。

X系列產(chǎn)品還支持設(shè)置采樣時鐘的方式生成脈沖。這種方式需要設(shè)置一個時鐘源，當一個時鐘到來時連續(xù)不斷地輸出緩沖區(qū)的一個脈沖，直到下一個采樣時鐘邊沿的到來，接著Counter不斷輸出緩沖區(qū)第二個脈沖，這樣循環(huán)下去，一次或多次重復地輸出緩沖區(qū)中脈沖（圖6）。

圖6 設(shè)置采樣時鐘生成脈沖

M系列產(chǎn)品進行帶緩沖的Counter測量時會根據(jù)需要選擇隱式定時或設(shè)置采樣時鐘定時的方式。如果是一個帶緩沖的邊沿計數(shù)，可以支持設(shè)置采樣時鐘控制Counter的Gate信號將數(shù)據(jù)讀取到緩沖區(qū)中。而如果要測量脈沖的周期或頻率信息，則需要使用隱式定時的方式。用戶通過選擇通知NI DAQmx驅(qū)動設(shè)置隱式定時，測量的頻率或周期值將在輸入信號每一個周期結(jié)束后鎖存到緩沖區(qū)中。

NI STC3的技術(shù)也提升了帶緩沖Counter測量的性能。在測量脈沖周期或頻率時除了可使用隱式定時方式，也支持設(shè)置采樣時鐘。設(shè)置采樣時鐘定時方式測量周期或頻率實際上引用了一個內(nèi)部時基對未知的測量信號進行比較。當一個采樣時鐘信號到來時，會計算出和前一個采樣時鐘信號之間內(nèi)部時基產(chǎn)生了多少個上升沿，由于引用的內(nèi)部時基頻率已知，實際上可以精確計算出這兩個采樣時鐘信號之間的時間，再除以這段時間未知信號的周期數(shù)就是信號的平均頻率。這些計算的過程是芯片自動進行的，測得的頻率或周期值直接寫入到緩沖區(qū)中。引用的內(nèi)部時基是板卡上內(nèi)部晶振自動分頻得到的，但是采樣時鐘必須由用戶進行設(shè)置。

圖7 設(shè)置采樣時鐘的Counter測量

NI STC3技術(shù)使得X系列產(chǎn)品還在數(shù)字I/O和PFI口上增添了很多新特性。看門狗定時器可以通過軟件設(shè)置數(shù)字輸出安全狀態(tài)來防止系統(tǒng)崩潰或者X系列產(chǎn)品與外部設(shè)備連接時硬件的損壞。當使用看門狗功能時，X系列板卡需要不斷地得到看門狗重置指令，如果在指定時間內(nèi)沒有得到這個指令，數(shù)字輸出就會置為用戶提前設(shè)置的一個安全狀態(tài)下，設(shè)備將會忽略所有的數(shù)字寫入，直到看門狗被取消或者設(shè)備重新啟動。M系列中邊沿檢測功能僅限于Port0，而X系列每個Port均具有這項功能。M系列產(chǎn)品PFI口上可以設(shè)置數(shù)字濾波，但只能選擇3個級別的固定最小脈寬(表4)，而X系列可供客戶自定義設(shè)置最小脈寬，只需是板載晶振的整數(shù)倍即可(表5)。另外X系列產(chǎn)品在數(shù)字I/O線上也提供了3個級別的數(shù)字濾波。

表5 X系列PFI口數(shù)字濾波選擇

X 系列板卡新增加了2個定時引擎供數(shù)字輸入和數(shù)字輸出使用。在過去的M系列產(chǎn)品中，如果為DIO設(shè)置定時任務(wù)需要引用其他通道的采樣時鐘，如AI的采樣時鐘或使用Counter的輸出，這種使用方式稱之為相關(guān)數(shù)字I/O。現(xiàn)在X系列產(chǎn)品可以獨立地執(zhí)行數(shù)字波形輸出或是采集，不但節(jié)省了板卡其他資源，還允許為DIO配置和其他通道不同的采樣率。

X系列產(chǎn)品DI和DO均有1路DMA通道負責與PC之間的數(shù)據(jù)傳輸。

支持多核CPU并行線程的驅(qū)動

X系列采集卡需要 NI DAQmx9.0以上版本的驅(qū)動支持，高執(zhí)行效率的驅(qū)動和應(yīng)用軟件可以更好地表現(xiàn)出DAQ硬件支持多線程并行工作的優(yōu)越性能。NI DAQmx提供了簡單方便的多態(tài)API函數(shù)滿足各種測量和控制需求，支持多線程意味著可以在同一個程序里配置多個任務(wù)同時工作。這些API函數(shù)不但可以被LabVIEW，CVI調(diào)用，也支持很多第三方軟件，如C/C++, Visual Basic和.NET平臺下的編程工具。LabVIEW8.6以后的版本支持多核PC下的編程，只需直接在程序中放上多個While循環(huán)，LabVIEW便會自動進行線程分配，充分利用了CPU。

NI DAQmx9.0和以前的NI驅(qū)動相比也進行了優(yōu)化，最顯著地是增加了以下兩個強大的特性：

快捷簡便的數(shù)據(jù)存儲：我們經(jīng)常需要快速有效地保存采集來的數(shù)據(jù)，NI DAQmx9.0提供了DAQmx Configure Logging.vi這個API函數(shù)，只需在采集的任務(wù)中添加這個VI，即可將采集的數(shù)據(jù)保存到TDMS格式的文件中，十分簡便。這種寫入TDMS文件的方式使數(shù)據(jù)存入磁盤的速度也得到了優(yōu)化，理論上最快速率可以達到1G/s。

支持配置多設(shè)備任務(wù)：我們可以更簡單地同步多塊X系列的設(shè)備。兩張PCIe的X系列采集卡通過RTSI總線連接，在軟件中只需創(chuàng)建一個線程，在配置通道時將使用的兩塊設(shè)備的通道名都寫上，便能自動共享設(shè)置的采樣時鐘，達到同步的目的(圖8)。

圖8 多張X系列板卡配置同步任務(wù)

為了方便用戶在測試系統(tǒng)中對過去產(chǎn)品，如M系列數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品進行升級。X系列采集卡的端口以及引腳定義仍然沿用多功能數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的一貫標準，使用68-Pin連接口，外部附件依然為M系列所使用的電纜、端子盒，可達到直接替換的目的。

以上列舉了NI新一代X系列多功能數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的部分新特性。一直以來，NI通過不斷進取地革新技術(shù)，始終保持著行業(yè)的領(lǐng)先地位，在測試測量行業(yè)掀起了一次又一次的技術(shù)革命。使用X系列多功能數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，可以幫助您快速建立起一個安全，穩(wěn)定，精確且符合成本的測量控制系統(tǒng)，還猶豫什么呢？期待您正確的選擇。

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