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NI公司的M系列數據采集設備(DAQ)，以全新的革命性架構，為數據采集硬件功能設定了新標準。這些設備除集成了市面上最先進(jìn)的技術(shù)之外，還吸納了一些全新設計優(yōu)勢，顯著(zhù)改善其性能，準確性與I/O通道密度： NI-STC2–自定義的定時(shí)控制器ASICNI-MCal技術(shù)–具有革命性的校準和線(xiàn)性化方法NI-PGIA2技術(shù)可自定義的增益放大器 NI-STC2是專(zhuān)門(mén)為M系列DAQ設備設計的專(zhuān)用集成電路(ASIC)。它增加了每個(gè)設備的I/O通道數目，并將數據總吞吐率提高了1200%。NI-MCal技術(shù)是一種線(xiàn)性化校準工具，可在所有輸入范圍內獲得無(wú)與倫比的精度改善。另外，NI-PGIA2的可自定義放大器技術(shù)，提供了更快的采樣速率和更高的分辨率。NI-PGIA2有三個(gè)分別針對成本、速度和精度而優(yōu)化的版本。 圖1新型M系列技術(shù)提供了更高性能、更多I/O數與更大價(jià)值 NI-STC2–自定義的系統定時(shí)控制器ASIC NI-STC2是一款可自定義的ASIC，它可以控制系統的定時(shí)、同步以及所有輸入輸出數據采集操作的路由功能。NI-STC2提供了： 6條DMA通道–每個(gè)功能都有專(zhuān)屬的scatter-gatherDMA控制器時(shí)鐘定時(shí)的數字I/O(高達10MHz)與編碼器兼容的32位計數器/定時(shí)器RTSI總線(xiàn)信號路由，用于多個(gè)設備的同步內部和外部定時(shí)信號路由用于時(shí)鐘同步的PLL NI-STC2–6個(gè)DMA通道 許多即插式數據采集設備并不受限于它們的采樣或更新速率，而是受限于它們將數據傳送到PC機內存的速度。老式數據采集設備使用中斷請求線(xiàn)路(IRQ)將數據從設備傳送至PC機，并且需要設定跳線(xiàn)以避免內存沖突。IRQ使用計算機處理器來(lái)控制數據傳輸，這樣會(huì )封鎖其它PC機正在處理的操作，從而使效率下降�，F代數據采集設備擁有板上直接存儲器存取(DMA)通道，可以不需要通過(guò)CPU，直接將數據從數據采集設備傳送至PC內存。DMA可以高速傳輸數據，并使CPU同時(shí)執行其它工作。 新一代數據采集設備(包括M系列設備)，都擁有六條DMA通道。將這項技術(shù)應用到NI-STC2的設備系統和定時(shí)控制器中，只需一個(gè)設備就可以同時(shí)執行模擬輸入、模擬輸出、數字輸入、數字輸出和兩個(gè)計數器/定時(shí)器操作；同時(shí)，PC處理器可以執行其他一些操作，如數據換算及分析等。因為其它數據采集設備大部分都只有一條DMA通道，所以要同時(shí)執行兩個(gè)或兩個(gè)以上的操作就必須使用IRQ。隨著(zhù)數據傳輸率的增加及更多操作的同時(shí)進(jìn)行，這些IRQ將開(kāi)始占用PC處理器時(shí)間，使系統變慢，最終將導致緩沖區溢出錯誤。而M系列DAQ設備則采用NISTC2技術(shù)，最多可同時(shí)執行六項高速操作，同時(shí)將數據丟失或緩沖區溢出的錯誤造成的錯誤減到最小。 圖2NI-STC2擁有6條DMA通道，可大幅度地提高數據吞吐率 NI-STC2–數字I/O與計數器/定時(shí)器 除了16個(gè)靜態(tài)數字I/O線(xiàn)路之外，NI-STC2還包括了最多可達32個(gè)的硬件定時(shí)的數字I/O線(xiàn)路，可以以最高10MHz的速率輸入或輸出數字模式。每個(gè)信號都可獨立地設置為數字輸入、靜態(tài)輸出或者波型輸出。NI-STC2的數字輸入輸出有專(zhuān)用的FIFO緩沖區，每個(gè)緩沖區都有專(zhuān)用的DMA通道向FIFO和PC內存中讀寫(xiě)數據。你可以使用線(xiàn)路組來(lái)產(chǎn)生或測量32位寬的數字模式。這種模式I/O功能對于那些讀取條形碼或讀取模數轉換器(ADC)之類(lèi)的部件定性應用來(lái)說(shuō)是非常有用的；任何要求微秒數量級定時(shí)精度的應用中也需要這種功能。 你還可以將數字線(xiàn)路與其它硬件定時(shí)的操作(如模擬輸入、模擬輸出和計數器等)相關(guān)聯(lián)，使設備上的多個(gè)操作同步。為了使信號相關(guān)，NI-STC2內部會(huì )安排一根外部或內部信號線(xiàn)，為那些相關(guān)的信號提供單一時(shí)鐘源。 所有M系列DAQ設備都包含了兩個(gè)32位計數器/定時(shí)器，用于脈沖生成和頻率測量。與常規的24位計數/定時(shí)寄存器相比，M系列設備擁有256倍的測量容量。另外，與老式數據采集設備上常見(jiàn)的20MHz時(shí)間基頻相比，板上80MHz的時(shí)間基頻將脈沖測量精度提高了400%，而且允許測量更高速的波形�；谶@個(gè)計數器，你可以利用正交編碼器或者雙脈沖編碼器來(lái)進(jìn)行位置測量，或者利用X1、X2和X4角度編碼器來(lái)進(jìn)行角度測量。 NI-STC2–定時(shí)與同步 NI-STC2通過(guò)分割80MHz的主頻而生成多個(gè)時(shí)間基頻。這些信號可以作為模擬輸入、模擬輸出、數字I/O和計數器/定時(shí)器的時(shí)鐘來(lái)源來(lái)內部使用。每個(gè)M系列設備也能夠從這個(gè)80MHz時(shí)鐘中生成自身的10MHz的參考時(shí)鐘，用來(lái)同步多個(gè)設備。這個(gè)10MHz的參考時(shí)鐘可以通過(guò)RTSI總線(xiàn)連接至同一系統中的其它設備上。 傳統上，使用RTSI總線(xiàn)來(lái)同步設備將使每個(gè)設備的最大時(shí)鐘頻率速率限制在10MHz上。采用NI-STC2技術(shù)的M系列設備中都有一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)，它可以讓系統中的每個(gè)設備將自身的80MHz基頻同步到10MHz主頻上。有了這項技術(shù)，所有設備不僅可以同步到同一個(gè)主頻上，還可以利用板上所生成的更快的80MHz定時(shí)信號。 圖3M系列設備生成一個(gè)板上80MHz頻率與一個(gè)PLL，以同步多個(gè)設備 NI-MCal技術(shù)–校準和線(xiàn)性化方法 ADC以及可編程放大器等電子元件，都具有非線(xiàn)性特征以及由于時(shí)間和溫度影響而引起的漂移。要補償這些固有誤差，就需要設備的自校準。老式的數據采集設備使用板上的精確參考電壓，在某個(gè)測量范圍內進(jìn)行兩點(diǎn)式修正。這種方法無(wú)法避免ADC元件本身的非線(xiàn)性誤差，因此降低了設備的測量精度。另外，這種方法只能在某一輸入范圍內進(jìn)行校準，那么對多個(gè)不同輸入范圍的通道而言，測量精度就會(huì )受限于電阻網(wǎng)絡(luò )的容差。 M系列設備則采用了NI-MCal技術(shù)。這是一種線(xiàn)性化與校準引擎(專(zhuān)利申請中)，可以在所有輸入范圍內校準數千個(gè)電壓準位。NI-MCal將脈沖寬度調制(PWM)和高精度的參考電壓結合在一起使用。PWM的占空比用來(lái)改變電平，以便能在多點(diǎn)進(jìn)行自校準。在板載EEPROM中生成并存儲校準參數，以模擬ADC元件的非線(xiàn)性特性，并更正后續的測量任務(wù)。 與傳統的兩點(diǎn)式校準相比，NI-MCal技術(shù)的實(shí)現將測量的精度提高了5倍之多。另外，大部份M系列設備都改善了參考精度，將建議的校準時(shí)間間隔由一年提高到兩年，從而降低了設備的維護成本。 表1：M系列與E系列的校準比較 NI-PGIA2技術(shù)–專(zhuān)用放大器 ADC在快速掃描多個(gè)通道時(shí)，其建立時(shí)間會(huì )大幅影響轉換精度。所謂建立時(shí)間，是指放大某信號使之達到某一特定測量精度標準所需的時(shí)間。如果放大器沒(méi)有足夠短的建立時(shí)間，則被測量信號的量化將不準確。更短的建立時(shí)間可以在保證精度的條件下，允許進(jìn)行更高速的采樣。因此，對任意給定的分辨率或精度，都需要更短的建立時(shí)間。 為了保證測量精度，NI在設計M系列設備時(shí)引入了定制NI-PGIA2技術(shù)。M系列的每臺設備中NI-PGIA2技術(shù)都針對成本、速度和精度進(jìn)行了優(yōu)化。例如，高精度的M系列設備中的NI-PGIA2技術(shù)，針對18位的短建立時(shí)間、低噪音、高線(xiàn)性進(jìn)行了優(yōu)化。NI-PGIA2技術(shù)通過(guò)最小化建立時(shí)間，可以在最大采樣頻率下保證設備的指定分辨率，從而提高了精度。圖4表明，高速的M系列NI-PGIA2在20V電階(最糟的案例)情況下，可以在1.5μs內達到虛零誤差。 圖4NI-PGIA的建立時(shí)間比傳統產(chǎn)品更短 更多的I/O和其他特征 M系列設備為即插式數據采集新增了一些額外功能，以提高測量精度和安全性，并易于使用。盡管12位和16位的數據采集設備已經(jīng)成為現今的測量標準，但M系列的設備卻有18位的分辨率。18位ADC所能檢測到的最小電壓變化，僅僅是16位設備的1/4，更是12位設備的1/64。這些18位的設備還包含一個(gè)可編程的低通濾波器，可以避免高頻噪聲的量化。 M系列設備的數字線(xiàn)路具有過(guò)壓、低壓及過(guò)電流保護裝置，可以在過(guò)高的信號被意外加到數字線(xiàn)路上時(shí)，避免對設備及PC造成損壞。另外，工業(yè)繼電器和交換器中常常有數字跳躍(digitalbounce)現象，而計數器/定時(shí)器線(xiàn)路中的輸入濾波器可以避免這種現象。數字保護和計數器/定時(shí)器的線(xiàn)路濾波器，對于工業(yè)及控制應用都特別有用。 所有M系列設備都具有NI-DAQmx的測量服務(wù)及驅動(dòng)程序軟件。NI-DAQmx為數據采集的生產(chǎn)率和性能帶來(lái)空前的改進(jìn)。集成的DAQ助手提供了一個(gè)一步一步的向導工具，幫助對測量任務(wù)進(jìn)行配置、測試和編程。另外，NI-DAQmx支持多線(xiàn)程，這樣便可以在一塊處理器上同時(shí)執行多個(gè)操作。 M系列的DAQ設備可以與IEEE1451.4的智能傳感器無(wú)縫合作。你可以采用M系列的DAQ設備、NI的信號調理和NI-DAQmx測量服務(wù)軟件來(lái)讀取智能傳感器的數據。這樣便無(wú)需手動(dòng)輸入傳感器數據，取而代之，可以自動(dòng)讀取傳感器的電子數據表，并用它對傳感器測量進(jìn)行定標。 表2中總結了NI的M系列和老式E系列的DAQ設備之間的差異。 表2M系列和E系列DAQ設備之間的功能差異 總結 隨著(zhù)M系列設備的推出，NI公司一直在擴展其功能，同時(shí)降低數據采集的成本。其中，OEM客戶(hù)會(huì )非常感謝M系列設備的擴展I/O功能，因為它使每I/O通道的單位價(jià)格下降了30%多。 NI-STC2、NI-MCal和NI-PGIA2技術(shù)提供了以前即插式DAQ設備所不具備的功能，而且M系列可以與NILabVIEW圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境和NI-DAQmx測量服務(wù)軟件無(wú)縫結合，以提供更佳的性能、更高的價(jià)值和更多的I/O。 |
