第3章 输入和输出
信号的来源
在基于计算机的测试、测量领域，如果使用LabVIEW话，对你是否是一个电脑（编程）高手并不十分重要，重要的是你的综合技术能力，包括物理、电工、电子学、自控原理、数字信号处理等等学科的基础知识。
基于计算机的测试、测量，最首要的任务是数据采集，在数据采集之前最首要的任务是将物理信号变换成为电信号。传感器可以担当起这个任务，无论是声、光、电信号还是温、压、流信号，各种物理信号通过相应的传感器都可以变成电信号。在开始设计数据采集系统之前，深入、仔细地了解每一种传感器的特点、特性是非常重要的。
传感器——将一个物理量转换成为另一种物理量的转换器。
信号调理——将输入信号放大或衰减、滤波、线性化等功能。
基于计算机测量过程中，上面的例图给出了反映物理量的数据到达计算机前所涉及使用的部件。
信号的另一个来源就是我们设计产生的激励信号或来自于信号发生器。
信号的种类
信号基本上可以分成模拟信号和数字信号两种。从严格意义上讲，数字信号只是模拟信号的特殊情况。
模拟信号包括直流信号和交流信号。对于交流信号存在着时域分析和频域分析两种方法。同时表示交流信号的参数也比较多，比如：峰值、峰峰值、有效值、谐波失真、频率、相位等等。
对于直流信号的测量，可以选用采集速度比较慢些的数据采集卡，或者是多通道轮询的数据采集卡。
对于交流信号的测量就没那么简单了，信号频率越高要求采集卡的采样速率就越高。如果还要求信号间的相位关系，那就必须使用同步数据采集卡了，这可能导致系统价格成倍的增加。
信号的连接
信号的连接是比较容易忽视的问题，不正确的连接会导致测量出现莫名其妙的测量结果甚至可能危及测量人员的人身安全。虽然这部分内容不属于测量技术，但对测量工作可能会产生重大影响，而且通常的教科书很少介绍这方面的内容。
仅就电路中接地而言，就包含很多种的说法，比如：大地、公共地、系统地、信号地、数字地、模拟地等等，综合起来不外乎就以下几点。
1、接安全地（接大地）
接大地通常可以起到这样的作用：所有仪器设备通过接入大地可以释放仪器所产生的漏电，对操作者的人身安全起到保障作用。
在实验室中，这种接地线都是事先设计安装好的。从下图中我们可以看到，两个最大的机箱外壳（系统地）被接入到大地（公共地），每个小的机箱的外壳也通过大机箱被连接到大地上，连接信号的屏蔽线的一端（传感器一侧）也被接到大地上。
大地通常也称为安全地。
2、电源线的地线系统
这里还需要注意一个问题，就是电源的插座。对于单相供电的电源最好是三线制的，尽可能避免使用二线制电源插座，这样大地线可以间接接到仪器的外壳上（而不是零线）。
3、信号地（公共）
信号地提供给所有测量电路一个公共的参考电位，通常是不与安全地相接的。见下图中的信号连接（－）端。
信号地也必须遵循一点接地的原则，要求比安全接地更严格，这在测量中是要充分注意的，良好的接地方法是减少噪声干扰的有效方法。
在电路中，信号地包括模拟地和数字地，通常是将模拟地与数字地在一点相接，避免形成地电流。
从信号连接的角度看，最好使用屏蔽线。从上图的屏蔽线的连接可以看出，屏蔽线是一点接地的，一点接地可以避免产生地回路电流。从另一方面也告诉我们接地的原则是所有地线会集一点接地。请牢记这个原则。
除了屏蔽线以外还可以使用双绞线。
电磁场
电磁场是干扰信号的又一个来源，并且非常不好处理，特别来自50Hz的电磁干扰的处理尤为困难。所以在设计中要特别注意电源变压器的屏蔽、测量电路尽量远离电源变压器等等，一点接地也可以降低这方面的影响。
我特别注意到cDAQ、RIO模块的设计使用了很大一部分铸铁件（号称是空客A380技术），与其说是从坚固性考虑，到不如说考虑到兼顾电磁兼容性的要求。因为铸铁对50Hz的屏蔽效果最好。
消除电磁干扰是件棘手的事情，好在NI的设计在这方面下了很大的功夫，我们在使用中把注意力放在外围电路上就可以了，比如：信号线使用屏蔽线、加装滤波器等等。
其它注意事项
尽可能的使传感器的输出信号最大化和使用A/D量程的50％以上区间，这样可以提高信噪比。
输入回路尽可能的采用差分输入方式，提高抗干扰能力。
加入硬件滤波器电路降低噪声带宽。
输入信号回路在距离较远时，可以考虑以电流方式来传输信号，或使用屏蔽线、双绞线。
在多路测量中，要注意信号和通道间的相互影响问题。
小结
上面我们给出一些概念性或者说是理论上的说法，就本章的内容而言，实际上是要求实践性很强的，丰富的实践经验对于解决这些问题会显得更容易一些。多实践、多总结、减少随意性是提高这方面能力的最佳途径。
我没有对数据采集卡的输入信号连接方式给出更多的说明，因为每块卡的使用手册对此都做了更详细的说明。
