连接数字输入信号至DAQ设备

本节内容包含

事前准备

本文档主要介绍连接和配置NI DAQ设备进行数字输入信号测量的详细步骤。使用NI DAQ硬件设备前,请确保已安装应用程序开发环境和NI-DAQmx驱动程序。详细信息,请参阅安装LabVIEW和NI-DAQmx

数字输入测量基础

数字信号有两个离散电平,即高电平和低电平。数字输入设备可监视和转换脉冲的状态。数字输入线可逐线进行编程可也将线集合为端口(通常为4条或8条线)进行编程。此外,计数器也可监视和检测上升沿(逻辑低至逻辑高)和下降沿(逻辑高至逻辑低)。

数字输入信号主要有三种类型,分别对应不同的逻辑家族:TTL、漏极和源级。信号的连线方式根据信号源和DAQ设备不同而有所不同。

TTL数字输入

晶体管 - 晶体管逻辑(TTL)兼容信号具有下列特点:

  • 0 V至0.8 V = 逻辑低
  • 2 V至5 V = 逻辑高

许多NI DAQ产品支持TTL数字I/O线测量。不同设备的数字线数量不同,但均支持双向传输和相同的逻辑电平。您可在软件中将线或端口配置为输入或输出。此外,大部分设备还拥有上拉/下拉(或两者兼备)电阻,在无信号连接的情况下也能控制逻辑电平。数字输入应用有接收TTL信号和传感外部设备的状态(如下图所示的开关状态等)。数字输出应用有发送TTL信号和设置外部设备状态(如图中的LED的状态)等。

图1. TTL 数字I/O连接

漏极数字输入

漏极输入是指外部设备电流或电压流入数字输入端子或引脚(DI)时,电流或电压可通过DI端子接地。漏极输入不能给外部设备供源。漏极设备的常见术语有NPN、集电极开路、常高和IEC负逻辑等。

您可连接2线、3线和4线源级输出设备至漏极输入。源级输出设备提供电流或电压到数字输入,集电极开路PNP就是一种源极输出设备。

请将源极输出设备的输出连接至漏极数字输入,并将外部设备的公共端连接至COM/DGND端子。

图2. 连接源极输出设备至漏极数字输入(3线设备)

如源极输出设备提供的电流或电压在输入ON范围内,则数字输入通道为ON状态。如源极输出设备提供的电流或电压在输入OFF范围内,则通道为OFF状态。如没有设备连接至输入端子,通道为OFF状态。关于ON和OFF状态的范围,请参阅设备的产品规范。

源级数字输入

源级数字输入是指数字输入(DI)端子从Vsup引脚获取电流提供给漏极输出设备。因此,源级输入给外部设备提供电源。描述源级设备的常见术语有PNP、发射极开路、常低和IEC正逻辑等。

您可将2线、3线或4线漏极输出设备连接至NI 9426 C系列源级数字输入模块。漏极输出设备提供DI引脚至低于Vsup电压的通路。NPN集电极开路即为一个典型的漏极输出设备。

请将漏极输出设备连接至数字输入通道的DI引脚,并将外部设备的电源正极连接至Vsup引脚。图2为连接漏极输出设备至源级数字输入的示意图。

图3. 连接漏极输出设备至源级数字输入(3线设备)

如漏极输出设备提供的输入电压低于Vsup且符合输入ON电压范围,则DI通道为ON状态。如漏极输出设备未提供输入低电平且符合输入OFF电压范围,则通道为OFF状态。如无漏极输出设备连接至DI引脚,通道为OFF状态。关于ON和OFF状态的范围,请参阅设备的产品规范。

找出DAQ设备的引脚分布

连接信号前,请先了解设备的引脚分布。

  1. 打开Measurement & Automation Explorer (MAX),展开“设备和接口”。
  2. 右键单击设备名称,选择“设备引脚”。

图4. 设备引脚帮助

下列引脚类型对应于数字输入测量:

  • DIx:数字输入—后接数字表示通道号。举例来说,如DAQ设备有8个数字输入通道,则引脚分布图上连接器的引脚为DI 0至DI 7。
  • PFI: Programmable Function Input(可编程函数输入) —该端子可通过软件配置为数字输入或输出通道。
  • Px.y:端口X线Y—与数字输入引脚(DI)相同,为方便起见指定了端口中的线。
  • D GND:数字地—该引脚提供DI通道的参考地。在部分多功能DAQ设备上,D GND可能在电气上与AI GND和AO GND相连。
  • COM:公共地—所有DI通道的公共地端子。根据设备的不同,该地可能与大地隔离,也可能没有与大地隔离。

配置数字输入

通过MAX,您可快速验证测量系统的精度。使用NI-DAQmx的全局虚拟通道可在不编程的情况下配置数字输入测量任务。虚拟通道是NI-DAQmx驱动构架的一个概念,它表示包括名称、物理通道、输入端连接、信号测量或生成的类型以及换算信息在内的一组属性设置。

请按照下列步骤进行操作:

  1. 在NI MAX中,右键单击“数据邻居”并选择“新建”。
  2. 选择“NI-DAQmx全局虚拟通道”,并单击“下一步”。
  3. 选择“采集信号»数字输入»线输入”。

图5. 创建NI-DAQmx虚拟通道

  1. 选择line 0或其他用于连接数字输入的物理通道。物理通道指测量和产生模拟信号或数字信号的接线端或引脚。

图6. 设备物理通道

  1. 单击“下一步”,输入全局虚拟通道的名称或使用默认名称。
  2. 单击“完成”,即可在MAX中看到以下屏幕:

图7. 在MAX中设置数字输入通道

  1. 在“设置”选项卡上单击“线取反”可反转线的极性。

连接数字信号至设备

接下来,请将数字信号实际连接至数字输入设备。数字信号应与输入配置一致。请将TTL信号连接至双向TTL输入端子(如图1)。请将源级数字输出设备连接至漏极数字输入端子(如图2)。请将漏极数字输出设备连接至源级数字输入端子(如图3)。

测试信号

NI-DAQmx全局虚拟通道可预览测量结果。

  1. 在MAX中单击“NI-DAQmx全局通道”选项卡,然后单击“运行”按钮。测得数字值将在窗口顶部显示。

图8. 在MAX中预览数字输入测量

此外,您也可保存NI-DAQmx全局虚拟通道的配置以供未来参考。

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