多功能智能DAQ設備配有自定義式板載處理功能，最大限度地為系統定時及觸發提供靈活性能。 與控制設備功能的固定ASIC不同，智能DAQ采用基于FPGA的系統定時控制器，令所有模擬和數字I/O能夠根據特定應用操作接受相應的配置。 本指南展示了：如何使用R系列智能DAQ板卡和NI LabVIEW FPGA，靈活自如地執行數據采集任務。

1. 入門

NI LabVIEW FPGA模塊幫助DAQ系統的開發者靈活自如地進行應用程序編程以實現各類輸入/輸出操作。 用戶無需預先了解VHDL等硬件設計工具，便可將LabVIEW代碼嵌入FPGA芯片并獲得硬件定時的速度和可靠性。

讓我們先從數據采集硬件的常用組件切入論題。 假設您擁有了模數轉換器(ADC)、數模轉換器(DAC)和數字輸入/輸出線，則所有I/O便要根據實際操作接受某種方式的定時和控制。 典型的多功能數據采集設備采用功能齊全的ASIC，滿足了大多數的功能性需求。 比如：M系列DAQ設備通過DAQ-STC2，控制著各類硬件組件的定時和觸發。 智能DAQ硬件（如：R系列DAQ設備）區別于市面上的其他任何數據采集設備，因為在控制設備功能方面智能DAQ用基于FPGA的系統定時控制器取代了傳統ASIC，從而使得所有模擬和數字I/O都能根據特定應用操作接受相應的配置。 可重配置FPGA芯片通過NI LabVIEW FPGA模塊進行編程，此時NI LabVIEW的數據流模式仍舊適用，不過采用了一組新函數控制最底層的設備I/O。 LabVIEW FPGA I/O節點并不通過NI-DAQmx函數負責實現常見的任務和功能，而是靈活自如地在各個通道最底層上運行。 通過以下各部分的內容，我們將了解NI-DAQmx的特定實例，并學習如何通過智能DAQ定制各類數據采集任務。

2. 定時和觸發

實現高級數據采集的智能DAQ主要用于定制定時和觸發。 下方的范例程序框圖展現了：NI-DAQmx幫助實現的觸發式模擬輸入任務。

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圖1. 通過NI-DAQmx實現的觸發式模擬輸入

如圖1所示，智能DAQ并未使用不同函數配置通道，而是通過名為I/O節點的函數讀寫各路模擬和數字通道。 讓我們看看使用NI LabVIEW FPGA中I/O節點所獲得的相同功能。

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圖2. 通過智能DAQ和NI LabVIEW FPGA實現的觸發式模擬輸入

上圖既沒有針對全局通道、采樣時鐘、觸發的配置函數，也沒有開始、停止和清除等任務。 所有內容都被1個簡單的模擬I/O讀取所取代；全部定時都為本地LabVIEW結構（如：While循環和條件結構）所控制。由于整個程序框圖均在FPGA硬件內執行，LabVIEW代碼的運行便體現出硬件定時的速度和可靠性。 讓我們更深入地了解一下該程序框圖的運行方式。 模擬I/O節點并不指定某個采樣速率，而使用For循環采集各個樣本。 與之對應的ADC在I/O節點被調用時，負責對輸入信號進行實際數字化，因而通過For循環接受定時。 若想在100 kHz的頻率下進行信號采樣，針對循環的延遲就必須設定為10 μs。 循環的定時器函數從第2輪循環迭代開始便確保著特定的時間延遲，用戶因而能夠通過順序結構保證樣本之間存在著指定的時間間隔。 NI LabVIEW FPGA中功能強大的條件結構，實際代表了用于封裝各類代碼的硬件觸發。 由于所有的函數和結構都通過邏輯單元在硬件內運行，所以條件結構確保開始具有實時10 μs時間精度的采樣。 最后需指出的是，由于操作位于硬件層，只涉及幾個層次的抽象處理，因此用戶無需清除任務ID或釋放內存。

就基于FPGA的智能DAQ硬件而言，其真正的優勢是能夠定制各類定時和觸發，并在硬件中進行信號處理和決策。 現在讓我們了解一下：針對某類自定義應用，需對模擬輸入觸發做出哪些修改。 若我們希望在2路模擬輸入通道的某路電壓超過指定范圍時便觸發采集，又該如何修改呢？ 借助NI LabVIEW FPGA，此類任務的執行易如反掌。

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圖 3. 通過智能DAQ和NI LabVIEW FPGA實現的自定義觸發式模擬輸入

這里，我們已經為程序框圖添加了第2個I/O節點和第2個比較函數，以及1個布爾“或”函數。 智能DAQ硬件為所有的模擬輸入通道提供專用ADC，因而2路通道能夠接受同步采樣；同時，只要任何1路通道的電壓超過了指定范圍，條件結構便會執行“真”條件，并開始以10 μs時間精度進行采樣。 請記住：缺少智能DAQ便不可能生成類似的觸發；在其他DAQ硬件上應用時，觸發需要具有更高延遲的軟件定時來實現。 如果此后我們希望通過擴展將監控范圍從2路通道延伸至全部8路通道，甚至希望添加數字觸發，就需要簡化自定義代碼。 添加預觸發掃描后，用戶便可對輸入通道不斷進行采樣并將數據傳送至FIFO緩沖器。 觸發器一旦接受讀取，FIFO緩沖器和此后的采樣便可經由DMA通道，被傳送至主機。

如果我們希望借助NI-DAQmx驅動，對第2模擬輸入通道進行采樣，則該程序框圖與圖1所示的內容相差無幾。然而限制依然存在，因為2路通道均被迫引用相同的觸發器并以相同的時鐘頻率進行采樣。 現在我們來看看：智能DAQ和NI LabVIEW FPGA幫助實現的各類多通道采樣。

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圖4. 通過智能DAQ實現的觸發式同步模擬輸入

圖4（上圖）展現了：如何基于模擬輸入通道0中的模擬觸發器，對2路不同的模擬輸入通道進行同步采樣。由于智能DAQ設備均配有獨立的ADC，在同一I/O節點中的2路通道可在完全相同的時刻接受采樣。 典型的多功能DAQ設備可通過一個ADC多路復用所有通道，因此，各路通道必須共享相同的采樣時鐘和觸發線。 圖5（下圖）展現了：智能DAQ硬件其實能夠以獨立的速率，對不同的模擬輸入通道進行采樣。 在獨立回路中放置模擬輸入I/O節點后，每路通道會以完全不同的速率進行采樣，然后各自通過2條DMA通道讀寫硬盤。

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圖5. 通過智能DAQ實現的觸發式多速率模擬輸入

最后需指出的是，我們若是希望2路通道具有相互獨立的采樣率和開始觸發，則可參照圖6，將所有I/O節點都部署在并行循環結構中。該方式充分利用了FPGA的并行性，確保了各項任務能夠使用專用資源并在執行時完全獨立于其他采集任務。

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圖6. 通過智能DAQ實現的獨立觸發式多速率模擬輸入