3.1 PCI-6023E数据采集卡简介

3.1.1 PCI-6023E数据采集卡的功能

PCI-6023E是NI公司E系列多功能数据采集卡之一，是一种性能优良的低价位的适合PC及其兼容机的采集卡。可与PC的PCI总线相连，它能够完成模拟量输入（A/D）、数字I/O及计数I/O等功能，具体功能如下。

1）模拟信号输入（A/D）部分。

输入通道：16路单端接地8路差分的模拟输入通道；信号的输入方式：差动方式、单端有参考地、单端无参考地；采样速率：最高采样率为200kHz；位数：12位；增益：设有0.5、1.0、10.0和100.0四种增益可选；输入电压范围：±50mV、±500mV、±5V、±10V、单/双极性各有4挡可选。

2）其他

8路数字量I/O；2个24位计数器。

PCI-6023E数据采集卡如图3-1所示，与其配套进行数据采集的接线端子板是CB-68LP型，如图3-2所示。

将PCI-6023E数据采集卡插入计算机主板上PCI扩展插槽内，通过电缆与CB-68LP接线端子板相连，就可在PC的控制下完成模拟信号输入/输出，数字信号输入/输出等功能。

用PCI-6023E板卡构成的测控系统框图如图3-3所示。

图3-4是CB-68LP接线端子板引脚图，下面对其接线进行简要说明。

AI为模拟信号输入端口，当选择单端（single-ended）测量方式时，接线方式就是把信号源的正端接入AIn（n=0，1，…，15）、信号源的负端接入AI GND。

当选择差分（differential）测量方式时，接线方式是把信号源的正端接入AIn（n=0，1，…，7）、信号源的负端接入AIn+8。

例如，单端时，通道0的正负接入端就分别是AI 0和AI GND；通道1的正负接入端就分别是AI 1和AI GND。

差分时，通道0的正负接入端就分别是AI 0和AI 8；通道1的正负接入端就分别是AI 1和AI 9。

P0.0～P0.7为8个数字信号输入/输出通道，可以通过软件设置每个数字通道为输入或者输出，对应接开关量的输入和输出。

PCI-6023E有2个计数器：CTR 0和CTR 1，如果计数器信号只有1个、希望实现简单的计数功能，那么只需要把计数器信号接到CTR 0 SRC或者CTR 1sRC。

3.1.2 安装DAQ设备驱动程序

设备驱动程序是完成对某一特定设备的控制与通信的软件程序集合，是应用程序实现设备控制的桥梁。每个设备都有自己的驱动程序，每一种设备驱动程序都是为增加编程灵活性和提高数据吞吐量而设计的。硬件驱动程序是应用软件对硬件的编程接口，它包含着对硬件的操作命令，完成与硬件之间的数据传递。每个设备驱动程序都具有一个共同的应用程序接口（API），因此，不管虚拟仪器所使用的计算机或者操作系统是什么，最终所编写的用户应用程序都是可移植的。

数据采集系统的一个主要方面就是驱动软件的使用。驱动软件直接对数据采集硬件系统注册来进行设计的软件层，管理着系统的操作以及和计算机资源的组合，如CPU中断、DMA传送、存储器等，驱动软件在保持高性能、让用户易于理解的同时，隐藏了复杂、详细的硬件级程序设计。越来越复杂的DAQ硬件、计算机、软件等实际上更提高了驱动程序的重要性和价值。合适的驱动软件不但减少了组合DAQ板系统的时间，而且是高性能和系统性的重要保证。

对于市场上的大多数计算机内置插卡，厂家都配备了相应的设备驱动程序。用户在编制应用程序时，可以像调用系统函数那样，直接调用设备驱动程序，进行设备操作。

如果所用计算机内置插卡和外设插卡没有设备驱动程序，用户也可以采用高级语言自己编写。

由于NI公司以研制开发先进的DAQ产品起家，因此，功能强大的DAQ产品软件支持是其板卡的显著特色之一。

目前，基于NI公司DAQ产品的数据采集软件已经得到了成功的商业应用。在各种开发软件环境中控制各种DAQ卡完成特定的功能，都离不开DAQ驱动程序的支持。依靠硬件驱动程序可以大大简化编程工作，提高开发效率，降低开发成本。

NI公司对其全部的DAQ产品提供了专门的驱动程序库，因此，应用NI的DAQ产品无须专门考虑驱动程序问题。

如果购买NI公司数据采集硬件，它会免费提供一个NI-DAQ软件，目的是使用户得到最新版本的设备驱动程序。

NI-DAQ的DLL支持所有的NI公司出品的DAQ卡，它还提供了50多个厂家的700余种仪器的驱动程序。安装NI数据采集驱动程序NI-DAQ之后，在程序菜单中会出现“Measurement&Automation”选项。

Windows系统设备管理器会自动跟踪计算机中所装的硬件。如果有一块即插即用型的DAQ卡（PCI-6023E数据采集卡就是即插即用型的）被正确插入计算机PCI扩展插槽，Windows设备管理器就会自动检测到该DAQ卡，如图3-5所示。右键单击板卡名称，选择“属性”项，可以查看计算机分配给板卡的各项资源设置。

3.1.3 数据采集卡的参数设置与测试

1.参数设置

将DAQ卡装入计算机后，在使用该卡之前，针对该DAQ卡的实际应用，必须先对其进行参数设置。

对于NI公司生产的I/O接口设备，如DAQ卡、GPIB、VISA、VXI、IMAQ等，在进行数据采集前的参数设置和板卡测试是在NI公司提供的驱动程序用户接口Measurement & Automation软件窗口中进行的，它是在安装完驱动程序后自动产生的。

展开Configuration窗口中的Devices and Interfaces项。当设备同时被Traditional NI-DAQ和NI-DAQmx支持时，设备将以不同的名称同时出现。一台计算机中可以安装多块数据采集卡，当只有一块数据采集卡时，设备号则默认为“1”。

下面以PCI-6023E数据采集卡为例说明参数设置。

在桌面双击“Measurement & Automation”软件图标，出现“My System→Measurement & Automation Explorer”程序运行画面，选择“Configuration→My System→Devices and Interfaces”列表，单击“NI-DAQmx Devices”项前面的“+”号，出现设备名“NI PCI-6023E Dev1”，单击“Traditional NI-DAQDevices”项前面的“+”号，出现设备名“PCI-6023E（Device1）”，如图3-6所示。

在设备名“Traditional NI-DAQDevices /PCI-6023E（Device1）”上单击鼠标右键弹出快捷菜单，选“Properties…”项（也可直接在图3-6右侧上面单击Properties…）即可进入参数设置对话框。

设置参数有5项：System、AI、Accessory、OPC、Remote Acess，在相应用户界面逐项设置。

1）System设置项

显示了设备占用的系统资源及设备的编号，如图3-7所示。

Device为1，表示分配给PCI-6023E数据采集卡的设备号为1，设备号用来区分计算机中的每块DAQ卡。

Resources表示分配给PCI6023E系统资源情况。

Memory Range 0xFC000000～0xFC000FFF 板卡的输入/输出地址范围
Interrupt Request 18 板卡的中断号为18
Direct Memory Access 0 板卡的直接访问内存的地址号为0

2）AI设置项

设置模拟信号输入时的量程和输入方式，如图3-8所示。

Polarity：根据输入信号极性，选择合适量程。若信号为0.1～6V单极性信号，则量程为0～10V；若信号为-6～+6V双极性信号，则选量程为-10.0～+10.0V。

Mode：模拟信号的输入方式，有三种方式可供选择，即Differential表示差动输入；Referenced Single Ended表示单端有参考地输入；Nonreference Single Ended表示单端无参考地输入。

3）Accessory设置项

数据采集卡的附件，附件一般包括接线排和端子板等。选择CB-68LP，如图3-9所示。

4）OPC设置项

将测试数据存储到OPC服务器，只有当使用NI-DAQ的OPC服务器时才可用，如图3-10所示。

5）Remote Acess设置项

设置远端客户对此设备访问的口令，在利用RDA技术进行远程数据采集时，RDA客户端必须提供正确密码才能使用该设备，如图3-11所示。

至此，就完成了PCI-6023E数据采集卡的配置。

2.测试板卡

数据采集设备要根据测试条件与测试目的进行正确的设置才能正常工作。一个数据采集系统进行调试之前和运行中发生异常时，需要首先对数据采集设备进行测试，以排除硬件故障。设置与测试在驱动程序的用户接口Measurement&Automation中进行。这里以美国NI公司的PCI-6023E数据采集卡为例，说明数据采集设备测试的方法。

单击System窗口中的“run Test panels…”按钮，出现测试画面。

1）模拟输入测试

选择Analog Input标签，弹出图3-12的对话框进行模拟输入测试。选择0信道输入，输入范围为-10～10V，使用条形图数据模式，Y轴范围选Full Range，如果0信道有电压输入，测试画面可以看到信号波形。

2）计数器测试

选Counter I/O标签，弹出图3-13所示的对话框进行计数器测试。选择计数器模式为Pulse Train Generation和计数器GPCTRO，单击“Start”按钮会看到计数器0状态绿色指示灯亮。选择计数器模式为Simple Event Counting，单击“Start”按钮会看到计数器内部100K时基计数值迅速增加，证明计数器工作正常。

3）数字输入/输出测试

选择Digital I/O标签，弹出图3-14的对话框进行数字输入/输出测试。设置4到7线为输出，选中它们的Logic Level选框后，对应端口会有数字信号输出。另外，若属性配置成功，PCI-6023E数据采集卡正常工作，单击System窗口中的“Test Resources”按钮，系统就会弹出一个对话框，告知用户DAQ设备通过了测试。