模拟输入
        模拟输入需要考虑的参数——模拟输入的技术说明中将给出关于数据采集产品的精度和功能的信息。基本技术说明适用于大部分数据采集产品CONTROL ENGINEERING China版权所有，包括通道数目、采样速率、分辨率和输入范围等方面的信息。
        通道数 
        对于采用单端和差分两种输入方式的设备，模拟输入通道数可以分为单端输入通道数和差分输入通道数。在单端输入中，输入信号均以共同的地线为基准。这种输入方法主要应用于输入信号电压较高（高于1V），信号源到模拟输入硬件的导线较短（低于15ft）的情况，所有的输入信号共用一个基准地线。如果信号达不到这些标准，应该使用差分输入。对于差分输入，要用到两个通道进行比较控制工程网版权所有，由于共模噪声可以在它们之间消除，从而减小了噪声误差。采用非参考单端输入方式的设备与单端输入方式的类似，不过各通道共同的地线是与参考地浮置的。差分接法时通道数量是单端接法和非参考单端接法的一半。
        采样速率 
        这一参数决定了每秒种进行模数转换的次数。一个高采样速率可以在给定时间下采集更多数据，因此能更好地反映原始信号。
        多路复用 
        多路复用是使用单个模数转换器来测量多个信号的一种常用技术多路复用是使用单个测量设备来测量多个信号的常用技术。模拟信号的信号调理硬件常对如温度这样缓慢变化的信号使用多路复用方式。ADC采集一个通道后，转换到另一个通道并进行采集，然后再转换到下一个通道，如此往复。由于同一个ADC可以采集多个通道而不是一个通道，每个通道的有效采样速率和所采样的通道数呈反比。
        分辨率 
        模数转换器用来表示模拟信号的位数即是分辨率。分辨率越高，信号范围被分割成的区间数目越多，因此，能探测到的电压变量就越小。图1显示了一个正弦波和使用一个理想的3位模数转换器所获得相应数字图像。一个3位变换器（此器件在实际中很少用到，在此处是为了便于说明）可以把模拟范围分为23，或8个区间。每一个区间都由在000至111内的一个二进制码来表示。很明显，用数字来表示原始模拟信号并不是一种很好的方法，这是由于在转换过程中会丢失信息。然而，当分辨率增加至16位时，模数转换器的编码数目从8增长至65,536，由此可见，在恰当地设计模拟输入电路其它部分的情况下，可以对模拟信号进行非常准确的数字化。
        量程 
        量程是模数转换器可以量化的最小和最大电压值。NI公司的多功能数据采集设备能对量程范围进行选择，可以在不同输入电压范围下进行配置。由于具有这种灵活性，可以使信号的范围匹配ADC的输入范围，从而充分利用测量的分辨率。

        图1三位分辨率下正弦波的数字化

        编码宽度
        数据采集设备上可用的量程、分辨率和增益决定了最小可探测的电压变化。此电压变化代表了数字值上的最低有效位1（LSB），也常被称为编码宽度。理想的编码宽度为电压范围除以增益和2的分辨率次幂的乘积。例如，NI的一种16位多功能数据采集设备,可供选择的范围为0～10V或－10～10V；可供选择的增益：1，2，5，10，20，50或100。当电压范围为0～10V，增益为100时，理想的编码宽度由以下公式决定：
        尽管前面所提到的数据采集设备具有16位分辨率的ADC和100kS/s采样率这样的基本指标，但是您可能无法在16个通道上进行全速采样，或者得不到满16位的精度。例如，目前市场上的某些带有16位ADC的产品所得到的有效数据要低于12位。为了确定您所要用的设备是否能满足您所期待的结果，请仔细审查那些超出产品分辨率的技术指标。
        评估数据采集产品时，还需要考虑微分非线性度(DNL)、相对精度、仪用放大器的稳定时间和噪声等。
        微分非线性度（DNL） 
        在理想情况下，当提高一个数据采集设备上的电压值时，模数转换器上的数字编码也应该线性增加。如果对一个理想的模数转换器测定电压值与输出码的关系，绘出的线应是一条直线。这条理想直线的离差被定义为非线性度。DNL是指以LSB为测量单位，和1LSB理想值的最大离差。一个理想的数据采集设备的DNL值为0，一个好的数据采集设备的DNL值应在±0.5LSB以内。对于一个编码应该有多宽，我们没有更多的限制。编码不会比0LSB更小，因此，DNL肯定是小于1LSB。一个性能较差的数据采集设备可能有一个等于或非常接近零的编码宽度，这意味着会有一个丢失码。对一个有丢失码的数据采集设备无论输入什么电压，设备都无法将此电压量化为丢失码所表示的值。有时DNL指标显示数据采集设备没有丢失码，这意味着DNL低于1LSB，但是没有上边界的技术指标。所有NI系列设备都保证没有丢失码，并且其技术说明上清楚地标明DNL的技术指标，因此就可以知道设备的线性度。
        如果以上文提到的数据采集设备为例，其编码宽度为1.5μV，略高于500μV时会有一个丢失码，此时，增加电压至502μV的情况将不会被探测到。在这个例子中，只有电压值再增加一个LSB，大于503μV时，电压改变值才能被探测到。因此较差的DNL会降低设备的分辨率。
        相对精度 
        相对精度是指相对理想数据采集的转换函数（一条直线），最大离差的LSB测量位数。数据采集设备的相对精度是通过连接一个负的满量程电压来确定的，采集电压，增加电压值，重复这些步骤直至覆盖设备的整个输入范围。当描绘这些数字化点时，结果应是如图2(a)所示的一条近似直线。然而，从数字化值中减去理想直线值，可描绘出这些计算结果所得到的点，如图2(b)所示。距零的最大离差值即为设备的相对精度。

        图2 决定一个数据采集设备的相对精度

        数据采集设备的驱动软件将模数转换器输出的二进制码值通过乘以一个常数转化为电压值。良好的相对精度对数据采集设备很重要，因为它确保了将模数转换器输出的二进制码值能被准确地转化为电压值。获得良好的相对精度需要正确地设计模数转换器和外围的模拟电路。
        稳定时间
        稳定时间是指放大器、继电器、或其它电路达到工作稳定模式所需要的时间。在高增益和高速率下进行多通道采样时，仪用放大器是最不容易稳定下来的。在这种条件下，仪用放大器很难追踪出现在多路复用器不同通道上的大变化的信号。一般而言，增益越高并且通道的切换时间越短时，仪用放大器越不容易稳定。事实上，没有现成的可编程增益放大器可在2μs时间内、增益为100时，稳定地达到12位精度。NI为数据采集应用专门开发了芯片NI-PGIA2，所以应用NI-PGIA2的设备在高增益和高采样速率下具有一致的稳定时间。
        噪声 
        在数据采集设备的数字化信号中不希望出现的信号即为噪声。因为PC是一个有噪声的数字化环境，所以在插入式设备上作采集工作需要经验丰富的模拟电路设计人员在多层数据采集设备上精心布线。简单地把一个模数转换器、仪用放大器和总线接口电路布置在一个一层或两层板上，这样开发出的设备会有非常大的噪声。设计者可以在数据采集设备中使用金属屏蔽来降低噪声。恰当的屏蔽不仅用于数据采集设备上敏感的模拟部分，而且体现在设备的板层间使用接地层。图3显示了当输入范围为±10 V，增益为10时的一个直流噪声。当1LSB = 31μV，20LSB噪声水平相当于620μV的噪声电压。图4显示了两个数据采集产品的直流噪声曲线，它们使用的是相同的ADC，两个数据采集产品的质量可由这些噪声曲线来决定——噪声的范围和分布情况。从图4a的曲线可以看出NI的产品在0处有高的采样分布，而它在其它码值上的点数量极少。这种分布为高斯分布，它是随机噪声。从曲线可以得知，峰值噪声在±3 LSB以内。在图4b中，此产品是另一家厂商生产的数据采集设备，它的噪声分布很不同。设备生成的噪声高于20LSB，出现了许多非期望值的采样点。

        图3 当信号通过一个切换40路DC信号的多路复用器输入仪用放大器时，表现为一个高频率AC信号

        图4 尽管采用了相同16位ADC，两种数据采集产品的噪声曲线还是具有明显的不同

        对于复杂的测量硬件如插入式数据采集设备，根据所使用设备的不同，所得到的精度有很大的差别。NI一直致力于提供高精度的产品，在许多情况下，这些产品的精度甚至比台式仪器还要高。在NI产品的技术规范中有这些精度的说明。同时要注意那些没有详细说明的板卡；所省略的技术指标可能会导致测量的不精确。通过评估更多的模拟输入技术指标，而不是简单地参考模数转换器的分辨率，您可以确定所选的数据采集产品对于您的应用是否具有足够的精度。
        模拟输出
        经常需要模拟输出电路来为数据采集系统提供激励源。数模转换器（DAC）的一些技术指标决定了所产生输出信号的质量－稳定时间、转换速率和输出分辨率。
        稳定时间 
        稳定时间是指输出达到规定精度时所需要的时间。稳定时间通常由电压上的满量程变化来规定。这里的稳定时间和模拟输入的稳定时间类似。
        转换速率 
        转换速率是指数模转换器所产生的输出信号的最大变化速率。稳定时间和转换速率一起决定模数转换器改变输出信号值的速率。因此，一个数模转换器在一个小的稳定时间和一个高的转换速率下可产生高频率的信号，这是因为输出信号精确地改变至一个新的电压值这一过程所需要的时间极短。
        关于应用方面的一个例子是音频信号的产生，它需要上述参数具有高性能指标。数模转换器需要一个高的转换速率和小的稳定时间来产生高频率信号来覆盖音频范围。与此相对照，另一个应用示例是利用一个电压信号源来控制一个加热器，它不需要高速数/模转换。这是因为加热器对电压值的改变不能很快地响应，没有必要使用高速数/模转换器。
        输出分辨率 
        输出分辨率与输入分辨率类似，它是产生模拟输出的数字码的位数。较大的位数可以缩小输出电压增量的量值，因此可以产生更平滑的变化信号。对于要求动态范围宽、增量小的模拟输出应用，需要有高分辨率的电压输出。
        触发器
        许多数据采集的应用过程需要基于一个外部事件来起动或停止一个数据采集的工作。数字触发使用外部数字脉冲来同步采集与电压生成。模拟触发主要用于模拟输入操作，当一个输入信号达到一个指定模拟电压值时，根据相应的变化方向来起动或停止数据采集的操作。
        RTSI总线
        NI公司为数据采集产品开发了RTSI总线。RTSI总线使用一种定制的门阵列和一条带形电缆，能在一块数据采集卡上的多个功能之间或者两块甚至多块数据采集卡之间发送定时和触发信号。通过RTSI总线，可以同步模数转换、数模转换、数字输入、数字输出、和计数器/计时器的操作。例如，通过RTSI总线，两个输入板卡可以同时采集数据，同时第三个设备可以与该采样率同步的产生波形输出。
        数字I/O(DIO)
        DIO接口经常在PC数据采集系统中使用，它被用来控制过程、产生测试波形、与外围设备进行通信。在每一种情况下，最重要的参数有可应用的数字线的数目、在这些通路上能接收和提供数字数据的速率、以及通路的驱动能力。如果数字线被用来控制事件，比如打开或关掉加热器、电动机或灯，由于上述设备并不能很快地响应，因此通常不采用高速输入输出。
        数字线的数量当然应该与需要被控制的过程数目相匹配。在上述的每一个例子中，需要打开或关掉设备的总电流必须小于设备的有效驱动电流。
        然而，通过应用恰当的数字信号调理配件，可以使用进/出数据采集硬件的低电流TTL信号来监测/控制工业硬件产生的高电压和电流信号。例如，在打开或关闭一个高阀门时，电压和电流的值可能达到2A、100VAC的数量级。因为一个DIO设备的输出为几个毫安，电压为0～5VDC，所以可以使用如SSR系列、ER-8/16，SC-206x，或 SCXI模块来开关电源信号，控制阀门。
        一个常见的DIO应用是传送计算机和设备之间的数据，这些设备包括数据记录器、数据处理器以及打印机。因为上述设备常以1个字节（8位）来传送数据，插入式DIO设备的数字线常排列为8位一组，许多具有数字能力的板卡具有带同步通信功能的握手电路。通道数、数据速率和握手能力都是很重要的技术指标www.cechina.cn，您需要了解这些指标并且它们要与应用的要求相匹配。
        计数器/定时器（Counter）
        计数器/定时器在许多应用中具有很重要的作用，包括对数字事件产生次数的计数、数字脉冲计时，以及产生方波和脉冲。您通过三个计数器/计时器信号就可以实现所有上述应用——门、输入源和输出。
        门 
        门是指用来使计数器开始或停止工作的一个数字输入信号。
        输入源 
        输入源是一个数字输入，它的每次翻转都导致计数器的递增控制工程网版权所有，因而提供计数器工作的时间基准。
        输出 
        在输出线上输出数字方波和脉冲。
        应用一个计数器/计时器时最重要的指标是分辨率和时钟频率。
        分辨率 
        指计数器所应用的位数。简单地说，高分辨率意味着计数器可以计数的位数越高。
        时钟频率 
        决定了可以翻转数字输入源的速度有多快。当频率越高，计数器递增的也越快，因此对于输入可探测的信号频率越高，对于输出则可产生更高频率的脉冲和方形波。在NI的数据采集设备中采用了DAQ-STC计数器/计时器控制工程网版权所有，其时钟频率为20MHz，共有16个24位计数器。在NI 660x计数器/计时器设备中，所用的NI-TIO计数器/计时器最高时钟频率为80MHz，共有8个32位计数器。
        DAQ-STC2 
        这是NI的一种定制的专用集成电路 (ASIC) ， 它是为数据采集应用专门设计的。与应用在数据采集设备上的其他现有计数器/计时器芯片相比较，DAQ-STC2是与众不同的。例如，DAQ-STC是一个正向/反向的计数器/计时器控制工程网版权所有，意味着它可以使用附加的外部数字信号，根据“高”或“低”电平，来正向计数或反向计数。这种类型的计数器/计时器可用于旋转或线性编码器来测量位置。其它的专有功能还有生成缓冲式脉冲系列、对相同的采样时间进行定时、相关时间戳记、以及采样速率的瞬间改变。
        NI-TIO
        也是一种针对计时应用特定设计的定制的ASIC芯片。它将所有的DAQ-STC计数器/计时器的功能进行合并，并且还加入了新的特点，如自身编码器的兼容性、消除反冲过滤器和两个信号的边缘分离测量。