數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)_8.ppt

1 教學內(nèi)容 第8章數(shù)據(jù)的接口板卡采集 2 第8章數(shù)據(jù)采集接口板卡 8 1概述 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 本章教學內(nèi)容 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 8 5數(shù)據(jù)采集的新技術(shù) 3 第8章數(shù)據(jù)采集接口板卡 8 1概述 4 8 1概述 本節(jié)教學目標 掌握數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)建 掌握數(shù)據(jù)采集板卡的類型及特征 5 8 1概述 數(shù)據(jù)采集板卡 在一塊印刷電路板上集成了模擬多路開關(guān) 程控放大器 采樣 保持器 A D轉(zhuǎn)換器等芯片而構(gòu)成的器件 1 數(shù)據(jù)采集板卡的定義 6 8 1概述 優(yōu)點 將數(shù)據(jù)采集板插入計算機主板上的擴展槽 就能迅速組成一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 7 8 1概述 2 微型計算機的分類 以CPU的體系分類 X86體系 Intel AMD 聯(lián)想 HP Dell 非X86體系 PowerPC Apple 8 8 1概述 X86體系微型計算機的類型 計算機類型 商用PC機 工業(yè)計算機 IPC 9 8 1概述 商 家 用PC計算機 10 8 1概述 工業(yè)計算機 IPC 生產(chǎn)廠商 研華 研祥等 11 8 1概述 3 主板總線擴展槽的類型 商用P4機主板 PCI插槽 CNR插槽 AGP插槽 12 8 1概述 工業(yè)計算機主板 13 8 1概述 4 數(shù)據(jù)采集板卡的類型 ISA數(shù)據(jù)采集板卡 PCI數(shù)據(jù)采集板卡 板卡類型 14 8 1概述 40芯插座 ISA數(shù)據(jù)采集板卡 15 8 1概述 PCI數(shù)據(jù)采集板卡 16 8 1概述 ISA數(shù)據(jù)采集板卡 PCI數(shù)據(jù)采集板卡 區(qū)別 1 插排長 金手指間距寬 2 需要自設(shè)定板卡地址 1 插排短 金手指間距窄 2 不需要自設(shè)定板卡地址 3 數(shù)據(jù)總線為16位 地址總線24位 3 總線為32位 64位 17 8 1概述 數(shù)據(jù)采集板卡插入ISA插槽 5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)建 18 8 1概述 板卡插入計算機ISA擴展槽的過程 19 8 1概述 計算機的ISA擴展槽 模擬信號 連接模擬信號 20 8 1概述 板卡安裝I 內(nèi)存條 CPU卡 21 8 1概述 板卡安裝II 數(shù)據(jù)采集板卡 8255板卡 開關(guān)量輸出板卡 22 8 1概述 實際接線情況 23 第8章數(shù)據(jù)采集接口板卡 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 24 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 本節(jié)教學目標 能夠正確寫出數(shù)據(jù)采集板卡的地址 能夠編寫出模擬信號采集程序 能夠正確設(shè)置數(shù)據(jù)采集板卡的工作方式 25 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 1 特點 該卡適用于符合PC ISA總線標準的PC機 該卡采用三總線光電隔離技術(shù) 使被測量系統(tǒng)與計算機之間完全電氣隔離 適用于惡劣環(huán)境的工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集以及必須保證人身安全的人體信號采集 26 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 2 主要技術(shù)指標 A D通道數(shù) 輸入信號范圍 最大允許輸入電壓 15V 輸入阻抗 100M 共模抑制比 典型值 單端32路 雙端16路 0V 10V 5V 10V 90dB G 1 110dB G 10 130dB G 100 27 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 放大器可選增益 A D轉(zhuǎn)換器位數(shù) 12位 A D轉(zhuǎn)換時間 10 s 系統(tǒng)最快采樣速率 15kHz 系統(tǒng)綜合誤差 0 2 FSR 1倍時 A D啟動方式 程序啟動 外觸發(fā)啟動 A D工作方式 程序查詢 中斷請求 1 10 100 1000 倍 28 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 A D轉(zhuǎn)換輸出碼制 隔離形式 隔離電壓 500V 電源功耗 5V 10 900mA 雙極性 偏移二進制碼 單極性 二進制碼 三總線光電隔離型 29 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 3 模入接口卡工作原理 圖8 1模入接口卡工作原理 D0 D4 A0 A1 IOW IOR RESET IRQn D0 D7 D7 A4 A9 模擬信號 STS 30 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 40芯插座 PC 6319光電隔離模入接口卡 31 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 板卡組成 光電隔離器 多路開關(guān) 4片八選一模擬開關(guān) 高性能放大器 AD620 A D轉(zhuǎn)換芯片 AD1674 內(nèi)部自帶采樣 保持器 精密基準電源 接口控制邏輯 DC DC電源電路 32 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 4 使用與操作 器件的調(diào)整 主要可調(diào)整器件的位置見圖8 2 33 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 圖8 2PC 6319接口卡可調(diào)元件的位置 34 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 I O基地址選擇 I O基地址選擇 開關(guān)撥至ON ON 1 2 3 4 5 6 7 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 相應位為0 反之為1 設(shè)置地址開關(guān) K1 35 地址的選擇范圍一般為 0210H 02FFH 0300H 036FH 0100H 01FFH 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 圖8 3I O基地址選擇舉例 ON 1 2 3 4 5 6 7 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 0100H 1 2 3 4 5 6 7 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 0280H 1 2 3 4 5 6 7 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 0318H ON ON 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 0100H A2A1A0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 A9A8A7A6A5A4A3 0280H 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 8 2 37 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 跨接插座的用法 單 雙端輸入方式選擇 K2 K3為單 雙端輸入方式選拔跨接插座 二者應共同使用 38 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 圖8 4單 雙輸入方式選擇 a 單端輸入方式 b 雙端輸入方式 放大器增益選擇 K4為放大器增益選擇插座 請看書 自習 39 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 轉(zhuǎn)換碼制的選擇 K5為轉(zhuǎn)換碼制的選擇插座 應根據(jù)輸入信號的極性進行選擇 選擇方法如圖8 5所示 a 雙極性偏移碼 b 單極性原碼 40 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 輸入信號接口定義 接口卡采用40芯插座作為輸入信號接口 插座各腳的信號定義見圖8 8 41 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 圖8 8輸入信號插座定義 用戶可根據(jù)實際需要選擇連接 單端接法 例如 CH1 CH2 雙端接法 CH1與CH17為一組 CH2與CH18為一組 例如 42 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 注意 為了減少信號通道之間的串擾和保護通道開關(guān) 凡不使用的信號端均應與模擬地短接 43 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 計算機的ISA擴展槽 傳感器輸出的模擬信號 模擬信號輸入 44 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 實際接線情況 45 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 控制口地址與有關(guān)數(shù)據(jù)格式 控制端口的操作地址與功能 46 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 表8 1端口地址與功能 注 BASE為I O基地址 端口操作地址 操作命令 功能 BASE 0 寫通道代碼 選通道 BASE 1 啟動A D轉(zhuǎn)換 寫入任意數(shù)值 BASE 2 查詢A D轉(zhuǎn)換狀態(tài) 讀高4位轉(zhuǎn)換結(jié)果 BASE 3 讀A D低8位轉(zhuǎn)換結(jié)果 清A D轉(zhuǎn)換狀態(tài)及中斷標志 47 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 查詢A D轉(zhuǎn)換狀態(tài)數(shù)據(jù)格式 表8 2A D轉(zhuǎn)換狀態(tài)數(shù)據(jù)格式 表示任意 操作命令 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A D轉(zhuǎn)換狀態(tài) 1 正在轉(zhuǎn)換 0 轉(zhuǎn)換結(jié)束 1 27 0 26 0 25 0 24 0 23 0 22 0 21 0 20 128 A D正在轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)據(jù) 48 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 通道代碼數(shù)據(jù)格式 通道代碼數(shù)據(jù)格式見表8 3 49 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 表8 3通道代碼數(shù)據(jù)格式 50 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 A D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)格式 表8 4A D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)格式 端口地址 操作命令 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 意義 基地址 2 0 0 0 0 DB11 DB10 DB9 DB8 高4位數(shù)據(jù) 基地址 3 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 低8位數(shù)據(jù) 51 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 5 模入碼制以及數(shù)據(jù)與模擬量的對應關(guān)系 單極性方式工作 輸入信號的電壓為0V 10V時 轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)碼為二進制碼 此12位數(shù)碼表示一個正數(shù)碼 其數(shù)碼與模擬電壓值的對應關(guān)系為 模擬電壓值 數(shù)碼 12位 10 4096 V 即1LSB 2 44mV 52 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 雙極性方式工作 轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)碼為二進制偏移碼 此時12位數(shù)碼最高位 DB11 為符號位 0 表示負 1 表示正 輸入信號為 5V 5V時 模擬電壓值 數(shù)碼 10 4096 5 V 即1LSB 2 44mV 53 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 輸入信號為 10V 10V時 模擬電壓值 數(shù)碼 20 4096 10 V 即1LSB 4 88mV 9 編程舉例 用BASIC程序控制A D轉(zhuǎn)換 54 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 例 以單極性方式對通道1連續(xù)采樣100次 程序啟動A D轉(zhuǎn)換 程序查詢?nèi)?shù) QuickBASIC程序如下 CLS 清屏 ADDER H300 板卡基地址設(shè)為0300H A INP ADDER 3 清轉(zhuǎn)換及中斷標志 CH 0 選擇通道1 OUTADDER CH 送通道代碼 FORI 1TO300 NEXTI 延時 等待多路開關(guān)穩(wěn)定 55 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 FORI 0TO99 設(shè)采樣次數(shù) OUTADDER 1 0 啟動A D轉(zhuǎn)換 80IFINP ADDER 2 128THEN80 查詢A D轉(zhuǎn)換狀態(tài) H INP ADDER 2 讀高4位結(jié)果 L INP ADDER 3 讀低8位結(jié)果 100U H 256 L 10 4096 PRINT U U V NEXTI END 56 8 2PC 6319光電隔離模入接口卡 注意 如果是雙極性信號 則100行改為 100U H 256 L 10 4096 5 由于高4位數(shù)據(jù)是通過數(shù)據(jù)總線的D3 D0傳送 因此 在合成12位數(shù)據(jù)時 必須 將高4位各位均上移8位 十進制為256 故100語句行中的 H 256 完成高4位上 移8位的操作 57 第8章數(shù)據(jù)采集接口板卡 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 58 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 本節(jié)教學目標 了解Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程方法 59 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 背景情況 自上世紀90年代以來 PC計算機的操作系統(tǒng)已由DOS轉(zhuǎn)移到Windows 軟件編程技術(shù)也由 面向過程 發(fā)展到 面向?qū)ο?出現(xiàn)了多種可視化高級編程語言 如 VisualBasic VisualC Delphi C Builder 60 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 使用中的問題 在Windows98環(huán)境下 CPU運行于保護模式且統(tǒng)一管理硬件資源 不支持應用程序直接訪問硬件 這一機制確保系統(tǒng)的安全 32位的Delphi5以上版本均不再支持硬件端口操作 61 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 解決問題的希望 Delphi的宿主語言是TurboPascal 仍然可以像TurboPascal一樣 在Delphi中使用嵌入?yún)R編語言 這就為在Windows98環(huán)境下開發(fā)數(shù)據(jù)采集程序提供了基礎(chǔ) 62 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 使用Delphi內(nèi)嵌匯編語言編寫了讀寫數(shù)據(jù)采集板卡的Port pas單元文件 實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集板卡的讀寫操作 解決問題的方法 63 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 具體的編程方法和Port pas的源代碼如下 unitport interfaceusesWindows SysUtils Dialogs WinSvc procedureOutp Port Data dword functionInp Port dword dword implementation 64 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 procedureOutp Port dword Data dword beginasmmovedx Port eax ebx edx為32moveax data 位通用寄存器outdx al dx為16位通用寄存器end al為低8位通用寄存器end 65 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 functionInp Port dword dword varI integer beginasmmovedx Port xoreax eax inal dx movi eax end 66 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 result i end end 只需在調(diào)用Port pas的單元文件的Implementation行下面加入 usesPort 就可以在應用程序中直接對數(shù)據(jù)采集板卡進行操作 67 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 以PC 6319板卡為對象 對任意通道進行采樣 相應的Delphi數(shù)據(jù)采集程序界面可設(shè)計如圖8 19所示 示例 圖8 19數(shù)據(jù)采集程序界面 68 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 用Delphi5 0語言編寫的數(shù)據(jù)采集程序清單如下 unitPortTest1 interfaceusesWindows Messages SysUtils Classes Graphics Controls Forms Dialogs StdCtrls ExtCtrls procedureCaiJi varCH Integer varavu Real 69 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 typeTForm1 class TForm Panel1 TPanel Edit1 TEdit Label1 TLabel Label2 TLabel Button1 TButton Button2 TButton procedureButton2Click Sender TObject procedureButton1Click Sender TObject 70 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 private Privatedeclarations public Publicdeclarations end varForm1 TForm1 Implementationusesport 調(diào)用Port pas單元文件 R DFM 71 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 procedureCaiJi varCH Integer varavu Real vari j address integer u sum Real a h l Integer beginsum 0 0 address 100 a Inp address 3 Outp address CH fori 1to1500do 72 8 4Windows98數(shù)據(jù)采集板卡編程 forj 1to5dobeginOutp address 1 0