# NI DAQmx

$\quad$ NI DAQmx 是 National Instruments（NI）公司开发的一款数据采集和控制软件。DAQmx 是 Data Acquisition (DAQ) Measurement eXperience 的缩写。它提供了一套强大而灵活的工具和 API，用于在计算机上进行数据采集、信号生成和控制的应用开发。NI DAQmx 支持多种硬件平台，包括 NI 的数据采集卡和模块、传感器、执行器等。它可以与各种传感器和信号源进行连接，如温度传感器、压力传感器、加速度计、光电开关等，以及模拟输出和数字输出设备。使用 NI DAQmx，开发人员可以通过简单易用的编程接口来配置和控制硬件设备，进行数据采集和信号生成。它提供了丰富的功能，包括多通道同步采集、高速采样、定时触发、硬件校准等。开发人员可以使用各种编程语言（如 LabVIEW、C、C++、Python 等）来编写应用程序，并通过 NI DAQmx 库与硬件设备进行交互。

# NI PXIe-6536 板卡

# PXIe 系统简介

$\quad$ PXIe 具体写为 PXI Express，是一种基于 PCI Express 的仪器互连架构，广泛应用于自动化测试和测量系统中。
$\quad$ PXIe 系统通常由一个控制器控制，该控制器可以是嵌入式的，也可以是连接电脑的。我们实验室就是连接电脑的。连接电脑与 PXIe 机箱的主要方法是使用专用的高速接口连接线缆，一些可以用某些接口的线连接，一些也可以用以太网连接实现远程控制。
$\quad$ 插入到 PXIe 机箱中的各种 PXIe 板卡则可以连接各种仪器来实现各种功能。例如：

数据采集板卡：用于从外部传感器、设备或信号源中获取数据，并将数据传输到计算机进行分析和处理。这些板卡通常具有多个输入通道和高分辨率的模数转换器（ADC）。
信号生成板卡：用于生成各种类型的信号，如连续波形、脉冲信号、数字信号等，以用于测试、仿真或通信应用。这些板卡通常具有数字信号处理器（DSP）或波形发生器。
控制板卡：用于控制外部设备、执行器或系统的操作，例如运动控制、温度控制、电源管理等。这些板卡通常具有数字输入 / 输出（DIO）通道和各种接口。
......

不同的 PXIe 板卡可以根据需要组合在一起，以构建符合特定应用要求的完整测试和测量系统。

# NI PXIe-6536 板卡介绍

$\quad$ NI PXIe-6536 板卡的官方介绍：32 通道、25 MHz、100 MB/s PXI 数字 I/O 模块。PXIe‑6536 可以通过 PXI Express 总线连续地传输数据。它是连接和测试图像传感器或显示面板的理想解决方案。该模块也非常适用于其他常用数字应用程序，如：模式 I/O、变化检测、协议仿真或其他自定义数字接口。它具有可选择的电压电平以及数字线路每通道方向控制功能。

$\quad$ 在我们的实验室，就是利用 NI PXIe-6536 板卡的 32 路数字输出通道（Digital I/O）连接到不同的仪器实现控制（例如各种激光对应的声光晶体的光电开关中实现光电控制）。

# python 编程时域控制激光

# 编程思路

设置一个周期的总时间 $T$ ，和采样率 $r$ 。
写入时间信号序列，写入规则为：正数代表高电平的持续时间，负数代表低电平的持续时间。例：总时间设为 100ms，输入序列为：20, -30, 30, -20，对应的就是依次循环产生 20ms 的高电平、30ms 的低电平、30ms 的高电平、20ms 的低电平。（若输入序列的总时长低于设定的总时间，则后续时间会被默认补齐为低电平；若输入序列的总时长高于设定的总时间，则会报错）
根据每毫秒的采样点来生成采样点序列，将时间信号序列转化为布尔序列，例如在总时间 $T=100(\text{ms})$ 采样率 $r=10^6(\text{s}^{-1})$ 的条件下，时间序列 $[20,-50,30]$ 将转化为 $[\underbrace{\text{True},\cdots,\text{True}}_{2\times10^{4}个},\underbrace{\text{False},\cdots,\text{False}}_{5\times10^{4}个},\underbrace{\text{True},\cdots,\text{True}}_{3\times10^{4}个}]$ 的布尔序列。注意布尔序列的个数与采样率是匹配的。
将布尔序列 “写入” 相应的通道，则可以完成对于仪器开关的时域控制。

# 一个编程误区：

$\quad$ 一开始的编程思路并不是采取如上所述的。最初高低电平的持续时间的是打算采用 “延迟” 实现的，即若总时间设置为 $T=100(\text{ms})$ ，时间序列为 $[20,-30,50]$ ，则在 $0 \text{ms}$ 时刻输出高电平，再将程序延迟 $20 \text{ms}$ 后再输出低电平，之后再延迟 $30\text{ms}$ 后再输出高电平。
$\quad$ 这样的编程思路在只需要用到单个通道时是没太大问题的（除了波形有十分十分微小的抖动之外）。但当我们需要控制多个光开关时，即需要设置多个通道的时间序列时，就会出现一个很严重的问题：窜扰，或通俗称为窜信号。
$\quad$ 出现该情况的原因我的想法如下。NI PXIe-6536 板卡的 32 个通道是并行的。并行传输总线是多个数据同步传输的，这就要做到三点：

传输数据出去之前，需要让数据排排站对齐好；
传输数据过程中，也需要让数据排排站对齐好；
到了目的地后，还需要让数据排排站对齐好。

若采取最初的编程思路，就会在 “排排站对齐好” 这一步出错，因为各个通道在一个周期内输出的数据数是不同步的。例如若 $A$ 通道的时间序列为 $[50,-50]$ ，则它的一个周期内只会输出两个数据（在 $0\text{ms}$ 时刻输出代表高电平的数据 $1$ ，在 $50\text{ms}$ 时刻输出代表低电平的数据 $0$ ）；但 $B$ 通道的时间序列可能为 $[20,-30,20,-30]$ ，则它在一个周期内就会输出四个数据。这两个通道输出数据的量不同，输出的对应时间也不同，自然就做不到 “排排站对齐好”，于是就会出现严重的窜信号！

$\quad$ 如果我们采取正确的编程思路，设置一个采样率（默认的采样率为 $1000 \text{~ms}^{-1}$ ），才用布尔数组作为序列，这样每个通道都会每隔 $10^{-3}\text{~ms}$ 输出一个数据，这就保证了并行所要求的 “排排站对齐好”，于是窜信号的问题得以解决。

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