CompactDAQ技术：多个定时引擎、多路信号流等

NI提供60多款可满足不同测量需求的C系列I/O模块，其中包括：热电偶、电压、电阻温度探测器、电流、电阻、应变、数字（TTL和其他）、加速度计和麦克风。 单个模块上通道数从1路到32路不等，可满足多种系统需求。 C系列I/O模块将信号调理、连接、数据采集功能整合到一个小型模块中，用于支持各个特定测量类型，不仅降低了系统复杂度，也提高了测量精度。 这些模块可插入各种C系列机箱或控制器中，搭建不同的系统。 您可以选择所需的模块，并将它们安装到一个CompactDAQ系统，以便在一个系统中使用多个通道和多种测量类型。 通过CompactDAQ，您可以搭建可满足测量应用需求的系统。

图1. 60多款可选的C系列I/O模块

CompactDAQ控制器通过将处理器、数据存储与数据采集和信号调理功能整合到一个坚固耐用的小尺寸结构中，强化了DAQ系统的集成。NI与英特尔(Intel)携手合作，向DAQ市场推出了四核和双核Atom处理器等工业处理器。此外，搭载NI-DAQmx的CompactRIO控制器也采用上述集成方式，将处理器、数据存储、DAQ和信号调理功能集成到DAQ系统中，同时支持用户可编程FPGA，可直接在硬件中执行自定义定时、触发和控制算法，以便最大限度提高系统的可靠性和确定性。

进一步了解使用CompactDAQ的优势

进一步了解搭载NI-DAQmx的CompactRIO控制器

仪器放置和安装是测试设置过程中的一个重要环节。将测试仪器紧靠测试对象放置，可以最大程度的减少环境中的电气噪声。这是因为：USB、以太网、802.11 WiFi和其他几种协议使用的数字信号不易受到电磁干扰。在多通道测量时，CompactDAQ采用了坚固耐用的小型封装，这样就可以安装在待测设备附近。CompactDAQ系统具有以下机械设计特性。

坚固耐用的多功能机箱，安装方式灵活

• 能够容纳1、4、8或14个C系列I/O模块 
• 可通过USB、以太网或802.11 WiFi传输数据，或选择带有嵌入式计算机的独立选项
• 采用A380铝合金结构，持久耐用
• 大部分机箱符合IEC-60068-2-27/64标准，可承受30 g冲击和0.3 grms工作振动
• cDAQ-9185/9189机箱符合IEC-60068-2-27/64标准，可承受50 g冲击和5 g工作振动
• 大部分机箱和控制器的作温度范围在-20 °C至55 °C之间
• cDAQ-9185/9189机箱的工作温度范围在-40 °C至70 °C之间
• 提供面板安装、机架安装、DIN导轨安装和桌面安装套件
• 二维和三维尺寸图（请参阅ni.com上的尺寸图数据库）

图2. CompactDAQ机箱和控制器提供1槽、4槽、8槽或14槽选项

线缆和信号线应变释放件，可确保稳固的连接

• 电源接头通过螺丝紧固到机箱上，且包含保护性背板以确保使用安全
• USB线通过手拧螺丝固定在USB机箱上（USB束缆已包含在USB机箱套件中）
• 以太网线缆通过锁扣装置固定（标准以太网线缆单独销售）
• 所有模块均随附应变释放件或可提供此类配件，以免连线松脱
• 冲击和振动测试是在接通电源、通信和模块信号线的情况下进行的

内置数字时钟导入/导出触发线

• 8槽和14槽USB机箱有两处用于触发线的BNC连接器
• cDAQ-9185/9189机箱包含用于触发器的SMB连接器
• 带宽最高可支持1 MHz时钟
• 能够同步多个系统（系统同步并不兼容所有模块，详情请参阅机箱手册）

图3.cDAQ-9178的电源输入、BNC触发线和固定USB端口的特写

自动同步模块和通道

• 插入更多模块可为系统添加更多测量类型和通道
• 模块支持热插拔，将模块插入CompactDAQ机箱或控制器后即可自动检测出来
• 单个CompactDAQ系统可以同步传输高速模拟输入、模拟输出、数字输入和数字输出
• 多个支持TSN的CompactDAQ机箱可以通过使用标准以太网线缆通过网络来进行同步
• 多个CompactDAQ USB机箱可以通过NI 9469模块和RJ50线缆进行同步

访问CompactDAQ机箱型号页面，了解价格和订购信息

A/D转换器是DAQ系统中的重要组成部分，它需要时钟信号来指定何时执行采样。不同的系统使用共享同一时钟的多个A/D转换器，可实现所有通道的同步测量。CompactDAQ系统在定时引擎方面具备灵活性优势，其效果比标准同步更好。

CompactDAQ机箱包含三个模拟输入定时引擎。这使得程序员可以将所有模拟输入分为最多三个不同的组（也可称为任务）：

• 每个任务可以按不同的速率运行，如图4所示。对于需要同时进行温度测量（通常速度较慢）与声音与震动测量（通常速度较快）的系统，这是理想的选择。
• 这三个任务是独立运行的，可以通过程序中单独的循环或线程执行，并且可以同时开始。
• 每个任务的所有通道都是自动同步的。当多路复用模块与同步采样模块接入同一任务时，会同步多路复用模块中的第一个通道，然后依次扫描多路复用模块中的后续通道。
• 单个任务中的所有通道（包括同步通道和多路复用通道）均按指定的采样速率返回结果。
• 所有模块可被配置在一个任务中，这样可实现所有通道与同一时钟保持同步。

CompactDAQ可以支持同步执行最多七个任务。用户可尝试使用下列任务选项：

• 与最多三个定时引擎同步的模拟输入
• 与指定定时引擎同步的数字输入
• 与指定定时引擎同步的数字输出
• 与指定定时引擎同步的模拟输出
• 用于正交​编码​器、​PWM、​事件、​周期​或者​频率​测量​的​计数​器/​计数​器​任务​（CompactDAQ机箱包含4个内置计数器/定时器，可以通过数字模块接入）

由于包含指定时钟源，数字和模拟输出任务可以独立运行，无需彼此共享时钟信号。这使得编程更加方便直观。指定时钟源可与机箱的其他子系统共享。例如，通过共同数字输入时钟和模拟输出时钟，以利用数字输入的上升/下降沿生成电压信号。

多定时引擎以及切换和共享时钟源的能力，使得CompactDAQ比大多数现成即用的DAQ系统更具灵活性。

图4. 不同的模拟输入任务在同一机箱中以不同的速率运行

搭载NI-DAQmx的CompactRIO控制器在定时引擎方面有更高的灵活性，让用户可以在控制器的每个插槽上使用单独的定时引擎。用户可以在每个控制器上使用最多8个定时引擎，灵活配置这8个定时引擎，并通过NI-DAQmx对8个模拟输入任务编程，使这些硬件定时任务以各自的采样率同步运行。

单击此处，进一步了解CompactDAQ的并行任务

进一步了解搭载NI-DAQmx的CompactRIO

CompactDAQ​机​箱​采用​了​与​其他​NI​ DAQ产品​相同​的​一些​核心​技术。该​技术​就是​第三​代​系统​定​时​控制器​（NI-​STC3）。很多​设备​使用​市场​上​现成​的​时钟​和​振荡​器​为​系统​定​时。NI技术依靠定时引擎和30年基于PC的仪表经验发展起来，自诞生之初就专为提升性能而设计。NI-​STC3​技术​将​专有​源​代码​植​入​专用​集成​电路(ASIC)，​使得CompactDAQ​这类​系统​与​市场​上​的​其他​设备​区分​开​来。

4个高级32位计数器/定时器

• 计数器可用于事件计数、正交编码器测量、PWM、生成脉冲序列、周期或频率测量。
• NI-​STC3​计数​器​的​优势​在于​它​拥有​一个​内​嵌​或​板​载​的​辅助​计数​器。用户虽然不能直接访问该计数器，但一些频率测量的驱动程序可访问。这类流程一般需要两个级联计数器，但是​采用​NI-​STC3​技术，​这些​高级​计数​器​可以​在​较​少​的​时钟​源​的​情况​下​更好​的​工作。
• 通过​共用​时钟​源​保证​计数​任务​与​其他​计数​器、​数字​或​模拟​任务​同步。

图5.计数器0和频率发生器示意图

内置频率发生器

• 10 MHz、20 MHz和100 kHz基准时钟
• 分频数为16(n=1..16)
• 通过安装的硬件定时数字模块或内置BNC触发线（内置触发线有1 MHz带宽限制）输出信号

高级计数器和数字功能

• 更改检测事件
• 硬件触发（开始触发、参考触发和暂停触发）
• 可编程函数接口(PFI)端子，用于为模拟、数字或计数函数提供输入/输出的定时信号
• 8个计数器输入功能
• 5个计数器输出功能

USB、以太网和802.11 WiFi等通信总线有标准化的数据结构和明确的设备与主机通信的方法，但并非所有设备都使用完全一样的通信方式。NI专利的信号流技术使得NI DAQ设备在更多总线标准间高效地工作。多数消费品只需要一到两条定向数据流。比如​音乐​播放​器​和​存储​设备​从​PC​主机​上​传​或​下载，​通常只在​一个​方向​上​大量​传输​数据测试​系统​常常​包含同步​进行​的​多​路​输入​输出。NI信号​流​技术​使得​CompactDAQ​系统​拥有​高速、​双向​流动​的​数据​传输​能力。

图6.在只有很少处理器参与的情况下，信号流技术可支持并行传输来自多个任务的数据

阅读NI信号流技术白皮书

使用CompactDAQ系统，您可以在多种编程环境（比如ANSI C/C++、Visual C#和Visual Basic .NET）中开发测量和测试应用。然而，紧密的硬件和软件集成使LabVIEW开发环境成为以较少的编程工作实现较高性能的CompactDAQ系统的最佳选择。

LabVIEW是用于开发复杂测量、测试和控制系统的编程环境，它采用类似流程图的直观图形图标和连线。LabVIEW能够集成包括CompactDAQ平台在内的数千种硬件设备，也能通过上百个内置库实现高级分析和数据的可视化。这是其他编程软件无可企及的。使用这个行业标准工具，您可以实现对多个设备的测量自动化，实时分析数据，并在短短几分钟内生成自定义报告。

图7.图形化编程和数据流能够让您轻松实现编程想法，进而提高工作效率

• 配置您专属的CompactDAQ系统
• 查看CompactDAQ机箱的价格和规格
• 规格说明：cDAQ和cRIO机箱及控制器