Одновременная выборка

Если временные соотношения между сигналами играют важную роль, можно использовать интервальную выборку, но в ряде случаев интервальная развертка не может с достаточной точностью обеспечить временных соотношений между сигналами. В этом случае необходимо использовать одновременную выборку, как показано на следующем рисунке.

При одновременной выборке (simultaneous sampling) используется по одному АЦП для каждого из каналов, так что вы можете оцифровывать сигналы во всех каналах одновременно. Хотя это требует более дорогостоящей архитектуры, чем при интервальной выборке, зато исключается запаздывание между каналами, обусловленное совместным использованием АЦП всеми каналами. Поскольку при такой дискретизации выборки из каналов происходят одновременно, для задания частоты выборки достаточно только ТГВ.

Сравним все три типа дискретизации, определяя фазовый сдвиг, возникающий при оцифровке четырех 50 кГц сигналов с частотой 200 кГц. При циклической дискретизации все выборки должны быть равномерно распределены во времени, что является причиной 15 мкс задержки между временем выборки в канале 0 и временем выборки в канале 3. Это соответствует фазовому сдвигу 270 градусов. При интервальной дискретизации будем считать, что межканальная задержка составляет 5 мкс. Снова получаем 15 мкс задержку между нулевым и третьим каналами. При одновременной дискретизации задержка между крайними каналами составит три наносекунды, что приведет к фазовому сдвигу 0.054 градуса. Таким образом, одновременная выборка имеет громадное преимущество, сохраняя временные соотношения между сигналами, хотя и достигается это более высокой стоимостью. Одновременную выборку могут осуществлять устройства серии PCI/PXI-611X (S-серия).

Упражнение 4-3. Сравнение интервальной и циклической выборок.

Задача: Наблюдать различия между циклической и интервальной выборками.

1. Сделайте следующие подключения и настройки на испытательной коробке:

a. Подайте синусоидальный сигнал с функционального генератора на аналоговые вводы 1 и 2 испытательной коробки.

b. Поверните в крайнее левой положение ручку подстройки частоты Frequency Adjust. Убедитесь, что переключатель частотного диапазона Frequency Range находится в положении 100 Hz – 10 kГц.

2. Откройте ВП Interval vs. Round-Robin Sampling Example, расположенный в директории C:\Exercises\LabVIEW DAQ. Его лицевая панель показана на следующей иллюстрации.

Этот ВП получает осциллограммы из двух каналов аналогового ввода и отображает их на графике.

3. Введите следующие значения для элементов управления:

• Физический канал DAQmx: Dev X/ai1, Dev X/ai2, где X – это номер вашего DAQ устройства в MAX.

• Частота выборки: 5000

• Режим выборки: Round-Robin

4. Запустите ВП. Обратите внимание, что осциллограммы сдвинуты относительно друг друга, хотя в обоих каналах оцифровывается один и тот же сигнал. Вспомните две особенности циклической выборки:

• Сигналы в нескольких каналах не могут быть оцифрованы одновременно. Мультиплексор по очереди подключает каналы аналогового ввода к АЦП. Поскольку подключением мультиплексора управляет тактовый генератор каналов, возникает фазовое смещение между выборками двух соседних каналов. Таким образом, циклическая дискретизация подходит для тех приложений, где временные соотношения между каналами не играют важной роли.

• Максимальная частота дискретизации в одном канале обратно пропорциональна числу оцифровываемых каналов. Например, DAQ устройство, производящее дискретизацию 10 каналов с частотой 700 кГц, производит выборку из каждого канала с эффективной частотой только 70 кГц.

5. Измените значение элемента управления Режим выборки на Interval Sampling и снова запустите ВП. Обратите внимание, что сигналы наложились друг на друга, как при одновременной дискретизации двух каналов. Циклическая выборка использует только генератор каналов, отвечающий за частоту выборки и межканальную задержку. При циклической дискретизации ТГВ отвечает только за частоту выборки из канала. Другой генератор – ТГП – управляет временем задержки. Использование двух генераторов позволяет установить частоту ТГП максимально большой, что создает эффект одновременной выборки.

6. Закройте ВП. Не сохраняйте никаких изменений.

Конец упражнения 4-3

E. Многоточечный (буферизированный) аналоговый ввод

Для того чтобы получить несколько точек данных за раз, выберите настройку конфигуратора входов ВП DAQmx Read, отвечающую за считывание нескольких выборок (Multiple Samples). Для создания ВП для буферизированного аналогового ввода с аппаратным тактированием используйте ВП DAQmx Read совместно с виртуальными приборами DAQmx Timing, DAQmx Start Task и DAQmx Stop Task.

• Сбор данных с аппаратным тактированием (Hardware-Timed) – Сигналы, сгенерированные аппаратно, такие как импульсы тактового генератора выборки или преобразователя, управляют скоростью сбора данных. Подобные тактовые генераторы гораздо более быстры, чем созданные программно с использованием циклов. Поэтому вы можете оцифровывать сигнал в большем диапазоне частот без опасения, что возникнет эффект наложения спектров. Кроме этого, аппаратные тактовые генераторы более точны, чем программные циклы. На последние могут оказывать влияние различные действия с компьютером, такие как открытие другой программы, в то время как тактовый генератор не подвержен подобного рода воздействиям.

• Буферизированный сбор данных – Получение нескольких точек данных за один вызов устройства. Перед считыванием в LabVIEW, выборки передаются из устройства в промежуточный буфер в памяти.

ВП DAQmx Timing

ВП DAQmx Timing (ВП DAQmx Тактирование) настраивает частоту выборки, число выборок для сбора или генерации и создает буфер в случае необходимости. Конфигуратор этого полиморфного ВП задает тип тактирования, используемого в задаче. Существуют следующие типы тактирования: Sample Clock (Тактовые импульсы выборки), Handshaking (Квитирование), Implicit (Неявное) и Use Waveform (Использовать осциллограмму).

Для ввода аналогового сигнала, выберите опцию Sample Clock в выпадающем меню этого ВП. При такой настройке конфигуратора ВП содержит следующие параметры:

• sample mode (режим выборки) – Определяет, будет ли задача выполняться непрерывно или в течение ограниченного промежутка времени.

• samples per channel (количество выборок на канал) – Задает количество выборок для сбора или генерации, если вход sample mode имеет значение Finite Samples (Ограниченное кол-во выборок). Эта величина определяет размер промежуточного буфера памяти, который хранит данные во время их передачи из DAQ устройства в LabVIEW.

• rate (частота) – Задает частоту выборки в единицах количества выборок на канал в секунду. Если вы используете внешний источник тактовых импульсов выборки, установите значение этого входа в максимальное ожидаемое значение внешнего генератора.

• source (источник) – Задает терминал источника тактовых импульсов выборки. Оставьте этот ввод неподключенным для использования стандартного генератора, встроенного в DAQ устройство.

• active edge (активный фронт) – Определяет, какой фронт тактового импульса использовать для получения или генерации выборок. Можно выбрать нарастающий (rising) или спадающий (falling) фронты импульсов ТГВ.

• task/channels in (входная задача/каналы) – Задает имя задачи или список виртуальных каналов, в которых будет проводиться сбор данных. При использовании списка каналов NI-DAQmx автоматически создает задачу.

Опция Handshaking (Квитирование) конфигуратора ВП DAQmx Timing определяет число выборок дискретного сигнала для сбора или генерации с использованием подтверждения установления связи (квитирования) между DAQ устройством и периферийным устройством. За большей информацией о данной настройке конфигуратора ВП DAQmx Timing обращайтесь к восьмому занятию, Цифровой ввод/вывод.

При выборе неявного (Implicit) типа тактирования можно задать только число выборок для сбора или генерации без какой-либо информации о временных параметрах. Обычно эта опция используется, когда задача не требует тактирования выборки, например, в случае использования счетчиков для буферизированного измерения частоты/периода или генерации последовательности импульсов.

При выборе опции Use Waveform (Использовать осциллограмму) конфигуратора ВП DAQmx Timing для определения частоты ТГВ используется компонента dt осциллограммы, подключенной к входу waveform. dt – это время между выборками, выраженное в секундах. Если на вход sample mode подано значение Finite Samples, то NI-DAQmx генерирует столько выборок, сколько их есть в осциллограмме. Этот ВП на самом деле не генерирует ни одной выборки. Для того чтобы сгенерировать сигнал, необходимо соединить этот ВП с ВП DAQmx Write. За большей информацией о данной настройке конфигуратора ВП DAQmx Timing обращайтесь к седьмому занятию, Аналоговый вывод.