连接数字输出信号至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设备进行数字输出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

数字输出基础

数字信号有两个离散电平,即高电平和低电平。数字输出设备可控制和转换数字脉冲的状态。数字输出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,计数器设备也可产生数字输出脉冲及脉冲序列。

数字输出信号主要有四种类型,分别对应不同的逻辑家族:TTL、漏极、源级和继电器。信号的连线方式根据负载和DAQ设备不同而有所不同。

TTL数字输出

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

漏极数字输出

漏极数字输出是指通道开启后数字输出(DO)引脚被驱动至COM(参考地)。漏极输出不能给外部设备提供电源。描述漏极设备的常见术语有NPN、集电极开路、常高和IEC负逻辑等。

漏极数字输出通道可以直接与多种工业设备相连,如螺线管、电机、激励器、继电器和照明设备等。请确保连接至DO通道的设备符合DAQ设备的输出规范。更多信息请参阅设备的产品规范。

请将外部设备两端分别连接DO端子和外部电源的正极,并将电源负极连接至4个COM引脚,如图2所示。

图2. 连接源极输入设备至漏极数字输出

模块启动/闭合电感或诸如螺线管、电机和继电器等储能设备时,如设备没有回扫保护功能,则需外接一个反激式二极管,如图3所示。

图3. 连接反激式二极管

源级数字输出

源极数字输出是指通道开启后数字输出(DO)引脚被驱动至Vsup。因此,源级输出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。

源级数字输出通道可以直接与多种工业设备相连,如螺线管、电机、激励器、继电器和照明设备等。请确保连接至DO通道的设备符合DAQ设备的输出规范。更多信息请参阅设备的产品规范。

源级数字输出DAQ设备必须连接一个外部电源。该电源为连接至数字输出通道的设备提供电流。请将电源正极连接至Vsup,电源负极连接至COM引脚。数字I/O设备的各Vsup引脚在内部相连,因此只需连接一个外部电源至设备。更多信息请参阅设备的产品规范。请连接外部设备或负载至DO端子,连接设备的公共端至COM端子(参考地),如图4所示。

图4. 连接漏极输入设备至源级数字输出

继电器输出

每个继电器通道带有2个可互换的端子CHa和CHb。连接负载至NI 9481 C系列源级数字输出模块时,请将负载正接线端连接至CHa或CHb端子,负载接地端连接电源正极或负极。请将剩下的CHa或CHb端子连接至电源的另一接线端。图5为接线图示例。

图5. 连接负载至继电器输出

通道开启后,与负载连接的端子为负载提供电流或电压。通道断开后,端子不再提供电流或电压。

感性负载连接至继电器输出时,由于感性负载会存储一定的能量,继电器打开和闭合时会产生一个较大的反电动势。该回扫电压可能会损坏继电器输出和外部电源。请连接一个外部反激式二极管来保护直流感性负载,或使用MOV保护交流感性负载,如图6所示。

图6. 保护DC和AC感性负载

可编程上电状态

NI-DAQmx支持多种NI DAQ设备的PFI和DIO线可编程上电状态。用户可设置计算机启动或在NI-DAQmx中重置设备时设备的物理通道状态。您可通过软件对PFI和DIO线编写上电时的值:

  • 高阻抗输入
  • 输出驱动0
  • 输出驱动1

设备写入EEPROM的数量有限,因此请不要频繁更改上电状态。

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7. 设备引脚帮助

下列引脚类型对应于数字输出测量:

  • DOx:数字输出—后接数字表示通道号。举例来说,如DAQ设备有8个数字输出通道,则引脚分布图上连接器的引脚为DO 0至DO 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—与数字输出引脚(DO)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DO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DO通道的公共地端子。根据设备的不同,该接地端可能与大地隔离,也可能不与大地隔离。

配置数字输出

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出。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“生成信号»数字输出»线输出”。

图8. 创建NI-DAQmx虚拟通道

  1. 选择line 0或其他用于连接数字输出的物理通道。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9. 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”,在MAX中看到以下屏幕:

图10. 在MAX中设置数字输出通道

  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出设备。数字信号应与输出配置一致。请将TTL信号连接至双向TTL输出端子(如图1)。请将源级数字输入设备连接至漏极数字输出端子(如图2)。请将漏极数字输入设备连接至源级数字输出端子(如图4)。请将负载正负极接线端连接至继电器输出的CHa和CHb(也可相反)端子(如图5)。

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。
  2. 单击圆形按钮开始/暂停数字输出。

图11. 在MAX中预览数字输出产生

此外,您也可保存NI-DAQmx全局虚拟通道的配置以供未来参考。

配置可编程上电状态

如设备支持可编程上电状态(参考设备产品规范),请按照下列步骤在MAX中配置数字I/O线。

  1. 右键单击“设备和接口”下的设备名称,选择“属性”。
  2. 单击“上电状态”选项卡。设备的数字线按端口(线的集合)列出。

图12. 在MAX中设置上电状态

  1. 数字线的上电状态可设为逻辑低、逻辑高或三态(浮动)。点击全选按钮可应用至端口下的所有线。
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