高速同步數(shù)據(jù)采集卡(系統(tǒng))原理

1、16位，12通道，500K，同步，數(shù)據(jù)采集卡YG-EB1309用戶手冊(cè)1. 概述YG-EB1309高精度數(shù)據(jù)采集卡適用于提供了PC104 總線的嵌入式微機(jī)。其操作系統(tǒng)可選用經(jīng)典的MS-DOS、Linux或目前流行的 Windows 系列等多種操作系統(tǒng)。YG-EB1309高精度模入接口卡安裝使用簡便、功能齊全。其A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式可以選用程控頻率觸發(fā)、程控單步觸發(fā)、以及外部時(shí)鐘同步觸發(fā)等多種方式。A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果通過先進(jìn)先出存儲(chǔ)器（FIFO）緩存后由PC104總線讀出。為方便用戶，本卡還提供了符合TTL電平的8路數(shù)字量輸入和24路數(shù)字量輸出信號(hào)通道。2. 主要技術(shù)參數(shù)2.1模入部分2.1

2、.1輸入通道數(shù)：12路同步2.1.2 輸入信號(hào)范圍：2.5V；5V；6V；10V；12V；2.1.3 輸入阻抗：10M2.1.4 輸入通道選擇方式：12通道同步2.1.5 A/D轉(zhuǎn)換分辯率：16位2.1.6 A/D最高轉(zhuǎn)換速率：500KHz2.1.7 A/D采樣程控頻率：1KHz/5KHz/10KHz/50KHz/100KHz/200KHz/500KHz/外部時(shí)鐘2.1.8 A/D啟動(dòng)方式：程控頻率觸發(fā)/程控單步觸發(fā)/外部TTL信號(hào)觸發(fā)2.1.10 FIFO存儲(chǔ)器容量：20K16bit（全滿）/10K16bit（半滿）2.1.11 數(shù)據(jù)讀取識(shí)別方式：FIFO半滿查詢/FIFO非空查詢/FIFO

3、半滿中斷2.1.12 系統(tǒng)綜合誤差：0.02 F.S2.2 開關(guān)量部分2.2.1 輸入路數(shù)：8路TTL電平2.2.2 輸出路數(shù)：24路TTL電平2.3 電源部分2.3.1 支持外部電源輸入或PC104接口取電。2.3.2 功率：+5V(10)500mA2.4環(huán)境要求： 工作溫度：1040 相對(duì)濕度： 4080 存貯溫度：-55+852.5 外型尺寸：長高90mm96mm 3. 工作原理YG-EB1309高精度模入接口卡主要由高速高精度放大電路、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、先進(jìn)先出(FIFO)緩沖存儲(chǔ)器電路、開關(guān)量輸入輸出電路和接口控制邏輯電路等部分組成。3.1 高速高精度跟隨電路 本電路由兩個(gè)高速高精

4、度運(yùn)放、阻容件組成，用以對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行變換處理，以提供模數(shù)轉(zhuǎn)換電路所需要的信號(hào)。3.3 高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 本電路由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS8556組成，用以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。通過調(diào)整電位器RW1、RW2、和RW3可以微調(diào)1.25V，2.5V，3.0V基準(zhǔn)電壓，通過跳線JP1和JP2可以選擇其中一路參考電壓和輸入信號(hào)的范圍。例如：跳線JP1跳到4，JP2選擇2.5V，則輸入信號(hào)的范圍為2.5V*4=10V，即10V。3.4 先進(jìn)先出（FIFO）緩沖存儲(chǔ)器電路 本電路用于將A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行緩沖存儲(chǔ)。并相應(yīng)的給出“空”，“半滿”和“全滿”的標(biāo)志信號(hào)。用戶在使用過程中可以隨時(shí)根據(jù)這些標(biāo)

5、志信號(hào)的狀態(tài)以單次或批量的方式讀出A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。3.5 開關(guān)量輸入輸出電路本卡還提供了各8路的開關(guān)量輸入以及24路輸出信號(hào)通道。使用中需注意對(duì)這些信號(hào)應(yīng)嚴(yán)格符合TTL 電平規(guī)范。3.6 接口控制邏輯電路接口控制邏輯電路用來將PC104總線控制邏輯轉(zhuǎn)換成與各種操作相關(guān)的控制信號(hào)。4. 接口及安裝使用說明4.1 板卡接口布局本卡的安裝十分簡便，在關(guān)電情況下，將本卡上的PC104總線連接器正確的插入主機(jī)或其它功能板卡的總線連接器中并輕輕壓緊。為避免兩層板卡上的元器件互相接觸造成不可預(yù)計(jì)的后果，應(yīng)正確選用適當(dāng)高度的支柱并在本卡安裝完成后將其緊固。本卡采用的模擬開關(guān)是COMS 電路，容易因靜電擊穿或

6、過流造成損壞，所以在安裝或用手觸摸本卡時(shí)，應(yīng)事先將人體所帶靜電荷對(duì)地放掉，同時(shí)應(yīng)避免直接用手接觸器件管腳，以免損壞器件。禁止帶電插拔本接口卡。本卡跨接選擇器較多，使用中應(yīng)嚴(yán)格按照說明書進(jìn)行設(shè)置操作。設(shè)置接口卡開關(guān)、跨接套和安裝接口帶纜時(shí)均應(yīng)在關(guān)電狀態(tài)下進(jìn)行。當(dāng)模入通道不全部使用時(shí)，應(yīng)將不使用的通道就近對(duì)地短接，不要使其懸空，以避免造成通道間串?dāng)_和損壞通道。為保證安全及采集精度，應(yīng)確保系統(tǒng)地線（計(jì)算機(jī)及外接儀器機(jī)殼）接地良好。特別是使用雙端輸入方式時(shí)，為防止外界較大的共模干擾，應(yīng)注意對(duì)信號(hào)線進(jìn)行屏蔽處理。5. 硬件接口詳細(xì)說明5.1 電源輸入JP7J1PC104圖5-1 電源輸入接口位置本卡工作

7、需要單5V電源，接口在PCB板位置如圖5-1所示。單5V電源可以由外部接口JP7輸入，也可以由PC104總線輸入。通過跳線J1進(jìn)行選擇。使用方法見圖5-2.JP7+5V GNDJP7信號(hào)定義J1跳線選擇J1外部輸入J1PC104輸入圖5-2 電源輸入信號(hào)選擇示意圖5.2 基準(zhǔn)信號(hào)校準(zhǔn)及模擬信號(hào)輸入范圍選擇本卡設(shè)置1.25V，2.5V，3.0V共3個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)，分別通過RW1，RW2，RW3三個(gè)電位器進(jìn)行校準(zhǔn)。模擬信號(hào)輸入范圍通過跳線JP1，JP2共同選擇，各接口在PCB板上位置見圖5-3。RW1RW2RW3TEST1TEST2TEST3JP2JP1圖5-3 基準(zhǔn)信號(hào)調(diào)節(jié)及選擇接口位置基準(zhǔn)信號(hào)校準(zhǔn)

8、方法：1.調(diào)節(jié)電位器RW1，同時(shí)用高精度電壓表測試TEST1處信號(hào)電壓，使TEST1處電壓穩(wěn)定到1.25V2.同樣的方法，依次調(diào)節(jié)RW2，測試TEST2處電壓，調(diào)節(jié)RW3，測試TEST3處的電壓，使TEST2處電壓穩(wěn)定到2.5V，TEST3處電壓穩(wěn)定到3.0V模擬信號(hào)輸入范圍選擇方法：通過調(diào)節(jié)跳線JP1和JP2，選擇模擬信號(hào)輸入范圍。跳線連接方法見圖5-4，模擬信號(hào)輸入范圍選擇方法見表5-1.JP1JP1跳線JP2241.25V2.5V3.0VJP2跳線圖5-4 模擬信號(hào)輸入范圍選擇示意圖表5-1 JP1和JP2位置對(duì)應(yīng)模擬信號(hào)輸入范圍JP1(2）JP1(4）JP2(1.25V)2.5V5V（

9、注1）JP2(2.5V)5V（注1）10VJP2(3.0V)6V12V注1：如果輸入信號(hào)范圍為5V，建議選擇為：JP1(2）和JP2(2.5V)5.3 模擬信號(hào)輸入 12路模擬信號(hào)輸入通過JP3輸入。JP3在PCB板上位置如圖5-5所示。JP3圖5-5 模擬信號(hào)輸入接口模擬信號(hào)輸入接口位置見圖5-6，接口定義見表5-2，CH1CH12分別為12路模擬信號(hào)輸入。JP31357911131517192123252729312468101214161820222426283032圖5-6 JP3接口信號(hào)位置表5-2 JP3接口定義PIN定義PIN定義1CH122AGND3CH114AGND5CH10

10、6AGND7CH98AGND9CH810AGND11CH712AGND13CH614AGND15CH516AGND17CH418AGND19CH320AGND21CH222AGND23CH124AGND5.4 數(shù)字信號(hào)輸入輸出8路數(shù)字信號(hào)輸入，24路數(shù)字信號(hào)輸出，外部觸發(fā)信號(hào)輸入接口為JP4。JP4在PCB板上位置如圖5-7所示。JP4圖5-7 數(shù)字信號(hào)輸入接口數(shù)字信號(hào)輸入輸出接口位置見圖5-7，接口定義見表5-3，其中DIN1DIN8為8路數(shù)定量輸入，DOUT1到DOUT24為24路數(shù)字量輸出，EC/T為外部觸發(fā)信號(hào)輸入。JP438363432302826242220181614121083

11、735333129272523211917151311976543123940圖5-7 JP4接口信號(hào)位置表5-3 JP4接口定義PIN定義PIN定義1+5V2+5V3DIN14DIN25DIN36DIN47DIN58DIN69DIN710DIN811GND12GND13DOU114DOU215DOU316DOU417DOU518DOU619DOU720DOU821DOU922DOU1023DOU1124DOU1225DOU1326DOU1427DOU1528DOU1629DOU1730DOU1831DOU1932DOU2033DOU2134DOU2235DOU2336DOU2437GND38

12、GND39EC/T40+5V6. 軟件接口詳細(xì)說明主板通過PC104總線訪問采集卡，寄存器偏移地址可在0x0000x3ff之間設(shè)置，默認(rèn)0x300。6.1 版本寄存器1（VER1）,偏移地址：0x0位域讀寫值描述復(fù)位值15-0VER1R版本低16位（十六進(jìn)制格式）0x31116.2 版本寄存器2（VER2）,偏移地址：0x2位域讀寫值描述復(fù)位值15-0VER2R版本高16位（十六進(jìn)制格式）0x11106.3 開出寄存器1（DOUT1）,偏移地址：0x4位域讀寫值描述復(fù)位值15-0OUT1R/W01Bit15bit0分別設(shè)置開出16開出1的值低電平高電平06.4 開出寄存器2（DOUT2）,偏移

13、地址：0x6位域讀寫值描述復(fù)位值7-0OUT2R/W01Bit7bit0分別設(shè)置開出24開出17的值低電平高電平06.5 開入寄存器（DIN）,偏移地址：0x8位域讀寫值描述復(fù)位值7-0INR01Bit7bit0分別對(duì)應(yīng)開入8開入1的當(dāng)前狀態(tài)低電平高電平開入 狀態(tài)6.6 AD采樣配置寄存器（AD_CFG）,偏移地址：0xa位域讀寫值描述復(fù)位值11-0CHL_ENR/W01Bit11bit0分別對(duì)應(yīng)模擬量通道121使能，只有使能通道的數(shù)據(jù)才存入FIFO不使能使能01512FREQR/W0123456789101112131415AD采樣頻率1K5K10K20K30K40K50K60K70K80K

14、90K100K150K200K外同步時(shí)鐘方式單步方式06.7 AD采樣控制寄存器（AD_CTRL）,偏移地址：0xC位域讀寫值描述復(fù)位值0AUTO_BEGINR/W該位上升沿程控自動(dòng)開始按照設(shè)定采樣率采樣，下降沿停止采樣01EXT_BEGINR/W該位上升沿之后，開始檢測外部觸發(fā)信號(hào)上升沿，檢測到之后再按照設(shè)定采樣率采樣，下降沿停止采樣06.8 FIFO狀態(tài)寄存器（FIFO_STATUS）,偏移地址：0xE位域讀寫值描述復(fù)位值0EMPTYR01FIFO空標(biāo)志非空空11HALF_FULLR01FIFO半滿標(biāo)志 *1FIFO用量沒有達(dá)到最大容量一半FIFO用量達(dá)到或超過最大容量一半02ALL_FU

15、LLR01FIFO全滿標(biāo)志未全滿全滿03FLOWR01溢出標(biāo)志，開始采樣時(shí)自動(dòng)清零，在采樣過程中一旦出現(xiàn)溢出，該標(biāo)志鎖存一直為1沒有溢出溢出07 FIFO已使用量寄存器（FIFO_USED）,偏移地址：0x10位域讀寫值描述復(fù)位值15-0USEDR當(dāng)前FIFO的使用量（單位：WORD）08 FIFO讀數(shù)據(jù)寄存器（FIFO_DATA）,偏移地址：0x12位域讀寫值描述復(fù)位值15-0DATARFIFO讀數(shù)據(jù)，16bit有符號(hào)補(bǔ)碼格式0*.例如5V參考電壓系統(tǒng)的換算公式：V（電壓）= 5.0 * （signed）DATA / 327689 校正參數(shù)指針寄存器（PARA_PTR）,偏移地址：0x14位

16、域讀寫值描述復(fù)位值7-0PTRR/W0111223設(shè)置訪問PARA_DATA時(shí)，參數(shù)含義分別指向12個(gè)通道的零漂寄存器分別指向12個(gè)通道的校正系數(shù)寄存器X10 校正參數(shù)數(shù)據(jù)寄存器（PARA_DATA）,偏移地址：0x16位域讀寫值描述復(fù)位值15-0PTRR/W零漂參數(shù)：16位帶符號(hào)補(bǔ)碼格式，例如：（+1：0x0001）；（-1：0xffff）0校正系數(shù)：16位無符號(hào)Q15格式：例如：（1.1：32768*1.1 = 0x8ccd）（0.9：32768*0.9 = 0x7333）0x8000*.系統(tǒng)上電默認(rèn)的零漂系數(shù)為0，校正系數(shù)為1。7.軟件編程舉例：acp500.h文件如下：#define

17、CHL_NUM 12 /模擬采樣通道數(shù)#define FIFO_SIZE 20480 /采集卡FIFO容量，單位WORD#define ACP_BASE 0x300 /采集卡基地址 #define VER_ADDR1 (ACP_BASE + 0) / 版本號(hào)地址1#define VER_ADDR2 (ACP_BASE + 2) / 版本號(hào)地址2#define OUT_ADDR1 (ACP_BASE + 4) / 開出控制寄存器地址1#define OUT_ADDR2 (ACP_BASE + 6) / 開出控制寄存器地址2#define IN_ADDR (ACP_BASE + 8) / 開入狀態(tài)

18、寄存器地址#define AD_CFG_ADDR (ACP_BASE + 10) / AD采樣配置寄存器地址#define AD_CTRL_ADDR (ACP_BASE + 12) / AD采樣控制寄存器地址#define FIFO_STATUS_ADDR (ACP_BASE + 14) / FIFO狀態(tài)寄存器地址#define FIFO_USED_ADDR (ACP_BASE + 16) / FIFO當(dāng)前用量寄存器地址#define FIFO_DATA_ADDR (ACP_BASE + 18) / FIFO數(shù)據(jù)寄存器地址#define PARA_PTR_ADDR (ACP_BASE + 20

19、) / 校正參數(shù)指針寄存器地址#define PARA_DATA_ADDR (ACP_BASE + 22) / 校正參數(shù)數(shù)據(jù)寄存器地址#define F_1K 0 / 采樣率1K#define F_5K 1 / 采樣率5K#define F_10K 2 / 采樣率10K#define F_20K 3 / 采樣率20K#define F_30K 4 / 采樣率30K#define F_40K 5 / 采樣率40K#define F_50K 6 / 采樣率50K#define F_60K 7 / 采樣率60K#define F_70K 8 / 采樣率70K#define F_80K 9 / 采樣率

20、80K#define F_90K 10 / 采樣率90K#define F_100K 11 / 采樣率100K#define F_150K 12 / 采樣率150K#define F_200K 13 / 采樣率200K#define F_EXT 14 / 外同步時(shí)鐘方式#define F_SINGLE 15 / 單步方式 #define EN_CHL1 0x0001 / 使能AD采樣通道1#define EN_CHL2 0x0002 / 使能AD采樣通道2#define EN_CHL3 0x0004 / 使能AD采樣通道3#define EN_CHL4 0x0008 / 使能AD采樣通道4#d

21、efine EN_CHL5 0x0010 / 使能AD采樣通道5#define EN_CHL6 0x0020 / 使能AD采樣通道6#define EN_CHL7 0x0040 / 使能AD采樣通道7#define EN_CHL8 0x0080 / 使能AD采樣通道8#define EN_CHL9 0x0100 / 使能AD采樣通道9#define EN_CHL10 0x0200 / 使能AD采樣通道10#define EN_CHL11 0x0400 / 使能AD采樣通道11#define EN_CHL12 0x0800 / 使能AD采樣通道12#define EN_AD1_CHL (EN_C

22、HL1 | EN_CHL2 | EN_CHL3 | EN_CHL4 | EN_CHL5 | EN_CHL6) / 使能AD1 6個(gè)通道#define EN_AD2_CHL (EN_CHL7 | EN_CHL8 | EN_CHL9 | EN_CHL10| EN_CHL11| EN_CHL12) / 使能AD2 6個(gè)通道#define EN_ALL_CHL (EN_AD1_CHL | EN_AD2_CHL) / 使能全部12個(gè)通道#define AUTO_BEG 0x0001 / 程控自動(dòng)開始采樣#define EXT_BEG 0x0002 / 檢測外部觸發(fā)信號(hào)開始采樣#define FIFO_E

23、MPTY 0x0001 / FIFO空標(biāo)志#define FIFO_HF 0x0002 / FIFO半滿標(biāo)志#define FIFO_FF 0x0004 / FIFO全滿標(biāo)志#define FIFO_FLOW 0x0008 / FIFO溢出標(biāo)志acp500.c文件如下：#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include acp500.h #define BUF_SIZE short int data_bufBUF_SIZE;long

24、 int wr_ptr = 0, rd_ptr = 0;#define outportb(addr, data) outb(data, addr)#define inportb(addr) inb(addr)#define outport(addr, data) outw(data, addr)#define inport(addr) inw(addr)int main(int argc, char *argv) int i = 0; int rd_words = 0; FILE * fp; int ret = 0; int ver; int fifo_status; if(iopl(3) 0) / 申請(qǐng)IO空間訪問權(quán)限 perror(