NI（National Instruments）数据采集卡的"协议"涉及多个层面，从底层的硬件通信到上层的编程接口，以下是一些详细的介绍：

NI DAQ 系统架构与协议栈

整体协议层次

text

应用层 (LabVIEW, C++, Python, MATLAB)

    ↓

NI-DAQmx API (编程接口)

    ↓

设备驱动层 (NI-DAQmx驱动)

    ↓

硬件通信协议 (USB, PCIe, Ethernet, PXI)

    ↓

物理层 (硬件接口)

硬件通信协议

1. PCI Express (PCIe)

协议：PCIe 2.0/3.0

特点：高带宽、低延迟

应用：PCI, PXIe 设备

典型设备：PCIe-6323, PCIe-6353

2. USB

协议：USB 2.0/3.0

特点：即插即用、便携

应用：便携式测量系统

典型设备：USB-6000系列, USB-6300系列

3. PXI

协议：PCI + 触发总线 + 参考时钟

特点：模块化、高精度同步

应用：自动化测试系统

典型设备：PXIe-6368, PXI-6259

4. 以太网 (Ethernet)

协议：TCP/IP, UDP

特点：远距离传输、网络化

应用：分布式测量

典型设备：NI CompactDAQ以太网机箱

5. CompactDAQ

协议：专有高速串行协议

特点：模块化、坚固耐用

应用：工业环境测量

软件协议与API

1. NI-DAQmx驱动协议

这是NI DAQ的核心软件协议：

特性：

统一API：不同硬件使用相同的编程接口

多语言支持：LabVIEW, C, C#, Python, MATLAB

状态机模型：任务配置、验证、执行、清理

编程模型：

text

创建任务 → 配置通道 → 配置定时 → 配置触发 →

开始任务 → 读取/写入数据 → 停止任务 → 清除任务

2. VISA协议 (Virtual Instrument Software Architecture)

用途：仪器控制标准化

支持：GPIB, Serial, USB, Ethernet

应用：与外部仪器通信

数据传输协议

1. DMA (直接内存访问)

特点：高吞吐量、低CPU占用

应用：高速数据流

优势：数据直接从设备传输到内存

2. 中断传输

特点：低延迟、事件驱动

应用：触发、数字事件检测

3. 编程I/O

特点：CPU控制传输

应用：低速控制操作

通信协议详解

PCIe协议栈

text

应用数据

    ↓

NI-DAQmx驱动

    ↓

Windows内核驱动

    ↓

PCIe设备驱动

    ↓

PCIe链路层

    ↓

PCIe物理层

USB DAQ协议

text

测量数据

    ↓

设备固件

    ↓

USB批量传输

    ↓

USB协议栈

    ↓

USB物理接口

编程接口协议

1. C API

c

// 创建任务

DAQmxCreateTask("", &taskHandle);

// 配置模拟输入通道

DAQmxCreateAIVoltageChan(taskHandle, "Dev1/ai0", "",

                         DAQmx_Val_Diff, -10.0, 10.0,

                         DAQmx_Val_Volts, NULL);

// 开始任务

DAQmxStartTask(taskHandle);

2. Python (nidaqmx库)

python

import nidaqmx

with nidaqmx.Task() as task:

    task.ai_channels.add_ai_voltage_chan("Dev1/ai0")

    data = task.read(number_of_samples_per_channel=1000)

3. LabVIEW

协议：图形化数据流编程

组件：DAQmx VI、属性节点、方法节点

同步与触发协议

1. 定时协议

时钟源：内部时钟、外部时钟

采样率：精确的定时控制

时基：高精度参考时钟

2. 触发协议

数字触发：上升沿、下降沿

模拟触发：电平触发、窗口触发

软件触发：程序控制触发

3. 同步协议

星形触发：通过PXI背板

参考时钟：10MHz或100MHz时钟分发

触发总线：PXI专用触发线

安全与可靠性协议

1. 错误处理协议

错误代码：统一的错误代码体系

状态查询：设备状态监控

超时机制：操作超时保护

2. 数据完整性

校验和：数据传输验证

缓冲管理：防止数据丢失

流控制：速率匹配

网络协议（以太网DAQ）

1. 发现协议

mDNS：设备自动发现

NI服务定位：专用发现协议

2. 数据传输

TCP：可靠数据传输

UDP：低延迟数据流

HTTP：配置和监控

3. 安全协议

SSL/TLS：加密通信

身份验证：设备访问控制

协议选择指南

根据应用需求选择：

需求 推荐协议 典型设备

最高性能 PCIe PCIe-63xx系列

便携性 USB USB-63xx系列

系统集成 PXI PXIe-63xx系列

远程测量 以太网 cDAQ-91xx系列

工业环境 CompactDAQ cDAQ-92xx系列

协议监控与调试

诊断工具：

NI MAX：设备状态监控

NI-DAQmx诊断面板：详细通信诊断

系统资源管理器：硬件资源查看

数据监听工具：实时数据流监控

常见协议问题：

驱动程序冲突：多个驱动版本共存

资源冲突：IRQ、DMA冲突

带宽不足：USB带宽被其他设备占用

电缆质量问题：信号完整性问题

如需进一步技术支持，可联系18682985902（同微信）