虛擬儀器硬件技術(shù)

6-3DAQ虛擬儀器硬件技術(shù)引言3.1數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3.2信號獲取與信號調(diào)理技術(shù)3.3采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)3.3數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)3.5PCI總線及其接口技術(shù)3.6多通道的組建方案3.7多功能數(shù)據(jù)采集卡典型實(shí)例分析引言言DAQ虛擬儀器器又稱PC-DAQ儀器系統(tǒng)統(tǒng)，其組組成如下下圖所示示。它由由一臺PC機(jī)和基于于標(biāo)準(zhǔn)總總線的采采集卡（（儀器卡卡）構(gòu)成成，同時(shí)時(shí)還配備備有儀器器驅(qū)動軟軟件來支支持硬件件工作。。3.1數(shù)據(jù)采集集（DAQ）及數(shù)據(jù)據(jù)采集系系統(tǒng)（DAS）3.1..1數(shù)據(jù)采集集的基本本概念“數(shù)據(jù)采采集”（（DataAcquisition,DAQ）是指將將模擬量量（模擬擬信號））采集、、轉(zhuǎn)換成成數(shù)字量量（數(shù)字字信號））后，再再由計(jì)算算機(jī)進(jìn)行行存儲、、處理、、顯示或或輸出的的過程。。用于數(shù)數(shù)據(jù)采集集的成套套設(shè)備稱稱為數(shù)據(jù)據(jù)采集系系統(tǒng)（DataAcquisitionSystem,,DAS）。數(shù)據(jù)采集集是計(jì)算算機(jī)與外外部世界界聯(lián)系的的橋梁，，是獲取取信息的的重要途途徑。數(shù)數(shù)據(jù)采集集技術(shù)是是信息科科學(xué)的重重要組成成部分，，已廣泛泛應(yīng)用于于國民經(jīng)經(jīng)濟(jì)和國國防建設(shè)設(shè)的各個(gè)個(gè)領(lǐng)域，，并且隨隨著科學(xué)學(xué)技術(shù)的的發(fā)展，，尤其是是計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)的的發(fā)展與與普及，，數(shù)據(jù)采采集技術(shù)術(shù)將有廣廣闊的發(fā)發(fā)展前景景。3.1..2數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)基基本組成成1.DAS的基本組組成數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)包包括硬件件和軟件件兩大部部分，硬硬件部分分又可分分為模擬擬部分和和數(shù)字部部分。下下圖是硬硬件基本本組成示示意圖。。DAS的基本結(jié)結(jié)構(gòu)圖表表示如下下3.1..3數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)的的主要性性能指標(biāo)標(biāo)（1）系統(tǒng)分分辨率下表列出出了滿度度值為10V時(shí)數(shù)據(jù)采采集系統(tǒng)統(tǒng)的分辨辨率。位

數(shù)級數(shù)1LSB（滿度值的百分?jǐn)?shù)）1LSB（10V滿度）82560.391%39.1mV1230960.0233%2.33mV16655360.0015%0.15mV2010385760.000095%9.53μV23167772160.0000060%0.60μV（2）系統(tǒng)精精度（3）采集速速率（3）動態(tài)范范圍數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)的的動態(tài)范范圍通常常定義為為所允許許輸入的的最大幅幅值Vimax與最小幅幅值Vimin之比的分分貝數(shù)，，即式中最大大允許輸輸出幅值值Vimax是指使數(shù)數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)的的放大器器發(fā)生飽飽和或者者是使模模數(shù)轉(zhuǎn)換換器發(fā)生生溢出的的最小輸輸入幅值值。瞬時(shí)動態(tài)態(tài)范圍是是指某一一時(shí)刻系系統(tǒng)所能能采集到到的信號號的不同同頻率分分量幅值值之比的的最大值值，即幅幅度最大大頻率分分量的幅幅值A(chǔ)fmax與幅度最最小頻率率分量的的幅值A(chǔ)fmin之比的分分貝數(shù)。。用I表示瞬時(shí)時(shí)動態(tài)范范圍，則則有（5）非線性性失真諧波失真真系統(tǒng)用用來衡量量系統(tǒng)產(chǎn)產(chǎn)生非線線性失真真的程度度，它通通常用下下式表示示式中A1——基波振幅幅；Ak——第k次諧波（（頻率為為kf）的振幅幅。3.2信號獲取取與信號號調(diào)理技技術(shù)3.2..1信號獲取取方法和和途徑1．信號獲獲取作為采集集系統(tǒng)，，為了獲獲取被測測對象的的信息，，需要拾拾取必要要的原始始參量信信號。為為此，首首先要通通過敏感感元件、、傳感器器將現(xiàn)場場非電參參量，如如壓力、、溫度、、速度、、位移等等物理量量轉(zhuǎn)換成成電量。。1）通過敏敏感元件件拾取被被測信號號2）通過傳傳感器拾拾取被測測信號3）通過接接口直接接拾取被被測信號號3）通過測測量儀表表拾取被被測信號號2．輸入通通道特點(diǎn)點(diǎn)作為信號號獲取的的門戶和和通道，，輸入通通道具有有以下特特點(diǎn)：1）輸入通通道要靠靠近信號號拾取對對象2）輸入通通道常常常是一個(gè)個(gè)模擬和和數(shù)字的的混合電電路3）輸入通通道電路路設(shè)計(jì)與與多種因因素相關(guān)關(guān)3）輸入通通道的環(huán)環(huán)境無主主觀選擇擇余地5）輸入通通道靠近近現(xiàn)場，，易受干干擾3.2..2采集信號號調(diào)理的的主要功功能1、被采集集信號的的特點(diǎn)傳感器感感應(yīng)物理理現(xiàn)象并并生成與與被檢測測的物理理量成比比例的電電信號。。傳感器器輸出信信號的類類型，主主要有電電阻、電電壓、電電流和頻頻率等四四類信號號。2、信號調(diào)調(diào)理功能能信號調(diào)理理功能主主要有：：1）放大功功能2）隔離功功能3）多路復(fù)復(fù)用功能能3）濾波功功能5）激勵(lì)功功能6）線性化化功能3.2..3模擬開關(guān)關(guān)1．模擬開開關(guān)的分分類2．模擬開開關(guān)的主主要技術(shù)術(shù)指標(biāo)模擬開關(guān)關(guān)的主要要技術(shù)參參數(shù)如下下：（1）通道數(shù)數(shù)量（2）泄漏電電流IS（3）導(dǎo)道電電阻Ron（3）導(dǎo)通電電阻的平平坦度（5）切換速速度（6）電源電電壓范圍圍3.2..3測量放大大電路1．測量放放大器電電路原理理測量放大大器原理理電路測量放大大器的增增益由下下列公式式來確定定從而測量量放大器器輸出電電壓為為了提高高測量放放大器的的共模抑抑制比和和降低溫溫度漂移移，測量量放大器器的電路路結(jié)構(gòu)采采用對稱稱行式，，一般取取，可得增增益表達(dá)達(dá)式為很顯然，，調(diào)節(jié)Rg可以很方方便地改改變測量量放大器器的增益益大小。。2．測量放放大器主主要技術(shù)術(shù)指標(biāo)測量放大大器的主主要技術(shù)術(shù)指標(biāo)有有下面六六個(gè)方面面1）共模抑抑制比共模抑制制比CMRR可表示為為2）溫度漂漂移3）非線性性度4）建立時(shí)時(shí)間5）恢復(fù)時(shí)時(shí)間6）電源引引起的失失調(diào)3.2..5模擬量（（激勵(lì)信信號）輸輸出1.D/A轉(zhuǎn)換原理理根據(jù)疊加加原理，，D為任意數(shù)數(shù)時(shí)四位位D/A轉(zhuǎn)換器的的總輸出出電壓R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器原原理2．D/A轉(zhuǎn)換器的的主要技技術(shù)指標(biāo)標(biāo)1）分辨率率2）轉(zhuǎn)換精精度3）轉(zhuǎn)換時(shí)時(shí)間4）尖峰誤誤差D/A轉(zhuǎn)換器尖尖峰誤差差及消峰峰原理3．D/A轉(zhuǎn)換電路路輸入與與輸出形形式1）輸入方方式2）輸出方方式輸出輸入入關(guān)系式式為D/A轉(zhuǎn)換器單單極性輸輸出電路路D/A芯片連接接成雙極極性輸出出的電路路圖及數(shù)數(shù)字量與與模擬量量的關(guān)系系如下圖圖所示D/A轉(zhuǎn)換器雙雙極性輸輸出電路路3.3采樣保持持與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)術(shù)3.3..1采樣保持持器1．采樣保保持的必必要性在A/D轉(zhuǎn)換期間間，輸入入的模擬擬信號發(fā)發(fā)生變化化，將會會使A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生生誤差，，而且信信號變化化的快慢慢將影響響誤差的的大小。。假設(shè)輸輸入信號號是正弦弦波，而而且要求求對輸入入信號的的瞬時(shí)值值進(jìn)行測測量，為為了使模模擬信號號變化產(chǎn)產(chǎn)生的A/D轉(zhuǎn)換誤差差小于A/D轉(zhuǎn)換器分分辨率的的1/2，需要滿滿足下式式：式中，為A/D轉(zhuǎn)換器的的滿度值值，tc為轉(zhuǎn)換時(shí)時(shí)間，為輸入信信號，假假定，且，則有：：2．采樣保保持器的的組成原原理采樣保持持器（S/H）可以取取出輸入入信號某某一瞬間間的值并并在一定定時(shí)間內(nèi)內(nèi)保持不不變。采采樣保持持器有兩兩種工作作方式，，即采樣樣方式和和保持方方式。在在采樣方方式下，，采樣保保持器的的輸出必必須跟蹤蹤模擬輸輸入電壓壓；在保保持方式式下，采采樣保持持器的輸輸出將保保持采樣樣命令發(fā)發(fā)出時(shí)刻刻的電壓壓輸入值值，直到到保持命命令撤銷銷為止。。其原理理如圖所所示采樣保持持器電路路原理3．采樣保保持器的的主要性性能指標(biāo)標(biāo)主要性能能指標(biāo)如如下（1）捕獲時(shí)時(shí)間tAC（2）孔徑時(shí)時(shí)間tAP（3）保持建建立時(shí)間間tHS（4）孔徑抖抖動（5）衰減率率采樣保持持器的動動態(tài)特性性3.3..2A/D轉(zhuǎn)換器的的分類和和指標(biāo)1．A/D轉(zhuǎn)換器分分類分類方式類

型按器件工藝結(jié)構(gòu)1.組件型A/D轉(zhuǎn)換器2.混合（集成）電路A/D轉(zhuǎn)換器3.單片式A/D轉(zhuǎn)換器（1）雙極型（2）MOS型（3）雙極-MOS型按轉(zhuǎn)換器工作原理1.間接型A/D轉(zhuǎn)換器（1）積分型（電壓-時(shí)間變換型）A/D轉(zhuǎn)換器（2）電壓-頻率變換型A/D轉(zhuǎn)換器（V-F變換器）2.比較型（直接型）A/D轉(zhuǎn)換器（1）反饋比較型（2）無反饋比較型3.型A/D轉(zhuǎn)換器按轉(zhuǎn)換器精度1.低精度（8位及8位以下）2.中精度（9~12位）3.高精度（13~16位）3.超高精度（16位以上）按轉(zhuǎn)換速率1.低速（≥1ms）2.中速（1ms≥1μs）3.高速（1μs≥0.01μs）3.超高速（＜0.01μs）表3-3列出了6種常用的的A/D轉(zhuǎn)換器比比較類

型并聯(lián)比較式分級型逐次逼近式型積分式V/F型主要特點(diǎn)超高速高速速度精度價(jià)格等綜合性價(jià)比較高高分辨率高精度高精度，低成本高抗干擾能力低成本高分辨率分辨率（位）6~108~168~1616~2312~168~16轉(zhuǎn)換時(shí)間幾十ns幾十~幾百ns幾~幾十μs幾~幾十ms幾十~幾百ms幾十~幾百ms采樣頻率幾十MS/s幾MS/s幾十~幾百kS/s幾十kS/s幾~幾十S/s幾~幾十S/s價(jià)

格高高中中低低主要用途超高超視頻處理視頻處理高速數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集工業(yè)控制音頻處理數(shù)字儀器數(shù)字儀器數(shù)字儀器簡易A/D2．技術(shù)指指標(biāo)A/D轉(zhuǎn)換器常常用以下下幾項(xiàng)技技術(shù)指標(biāo)標(biāo)來評價(jià)價(jià)其質(zhì)量量水平。。1）分辨率率與量化化誤差A(yù)/D轉(zhuǎn)換器的的量化誤誤差2）轉(zhuǎn)換精精度3）轉(zhuǎn)換速速率轉(zhuǎn)換速率率是指A/D轉(zhuǎn)換器在在每秒鐘鐘內(nèi)所能能完成的的轉(zhuǎn)換次次數(shù)。這這個(gè)指標(biāo)標(biāo)也可表表述為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)間間，即A/D轉(zhuǎn)換從啟啟動到結(jié)結(jié)束所需需的時(shí)間間，兩者者互為倒倒數(shù)。例例如，某某A/D轉(zhuǎn)換器的的轉(zhuǎn)換速速率為10MHz，則其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)間間是100ns。轉(zhuǎn)換速速度是一一項(xiàng)重要要的技術(shù)術(shù)指標(biāo)，，速度越越高價(jià)格格越貴。。3）滿刻度度范圍滿刻度范范圍是指指A/D轉(zhuǎn)換器所所允許最最大的輸輸入電壓壓范圍。。滿刻度度值只是是個(gè)名義義值，實(shí)實(shí)際的A/D轉(zhuǎn)換器的的最大輸輸入電壓壓值總比比滿刻度度值小1/2n（n為轉(zhuǎn)換器器的位數(shù)數(shù)）。這這是因?yàn)闉?值也是2n個(gè)轉(zhuǎn)換狀狀態(tài)中的的一個(gè)。。例如12位的A/D轉(zhuǎn)換器，，其滿刻刻度值為為10V，而實(shí)際際允許的的最大輸輸入電壓壓值為3.3..3高速A/D轉(zhuǎn)換器的的原理目前高速速ADC主要有逐逐次逼近近式、并并行式和和分級式式等幾種種類型，，現(xiàn)簡介介如下。。1．逐次逼逼近式ADC逐次逼近近式ADC是目前應(yīng)應(yīng)用最普普遍的一一種ADC，其電路路結(jié)構(gòu)簡簡單。2．并行（（或稱閃閃爍）式式ADC并行（或或稱閃爍爍）式ADC是一種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換速率率最快的的ADC3．分級式式ADC將兩個(gè)或或多個(gè)較較低分辨辨率的閃閃爍式ADC組合起來來，構(gòu)成成一個(gè)高高分辨率率的ADC是能夠?qū)崒?shí)現(xiàn)的，，這就是是目前流流行的分分級式ADC，又稱流流水線或或多級式式ADC（subranging,pipelined,multi--stageormultistepADC）。分級式ADC結(jié)構(gòu)框圖圖AD9220//AD9221/AD9223的12位流水線線型A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)結(jié)構(gòu)框圖圖3.3數(shù)據(jù)存儲儲與數(shù)據(jù)據(jù)傳輸技技術(shù)3.3..1ADC與CPU直接數(shù)據(jù)據(jù)傳輸1．程序控控制的數(shù)數(shù)據(jù)傳輸輸方式2．DMA控制的數(shù)數(shù)據(jù)傳輸輸方式3.3..2基于高速速數(shù)據(jù)緩緩存技術(shù)術(shù)的數(shù)據(jù)據(jù)傳輸方方式1．基于雙雙口RAM的高速數(shù)數(shù)據(jù)緩存存方式2．基于FIFO的高速數(shù)數(shù)據(jù)緩存存方式FIFO（FirstInFirstOut）是先進(jìn)進(jìn)先出存存儲器，，其特點(diǎn)點(diǎn)是：同同一存儲儲器配備備有兩個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)端端口，一一個(gè)是輸輸入端口口，只負(fù)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)據(jù)的寫入入；另一一個(gè)是輸輸出端口口，只負(fù)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)據(jù)的輸出出。IDT72251是一個(gè)8KB××9的FIFO存儲器3.5PCI總線及其其接口技技術(shù)3.5..1基于PCI總線數(shù)據(jù)據(jù)采集卡卡總體設(shè)設(shè)計(jì)方案案整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)分成以以下四大大模塊：：（1）信號調(diào)調(diào)理模塊塊。（2）高速AD轉(zhuǎn)換模塊塊。（3）PCI總線接口口模塊。。（3）CPLD時(shí)序控制制模塊。。3.5..2PCI總線概述述1．PCI總線特點(diǎn)點(diǎn)PCI局部總線線具有如如下特點(diǎn)點(diǎn)：（1）高性能能（2）線性突突發(fā)傳輸輸（3）采用總總線主控控和同步步操作（3）不受處處理器限限制（5）兼容性性強(qiáng)，適適合于各各種機(jī)型型2．PCI總線系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)PCI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)原理框框圖3．PCI總線信號號定義C/BE#[3]C/BE#[2]C/BE#[1]C/BE#[0]命令類型0000中斷響應(yīng)0001特殊周期0010I/O讀0011I/O寫0110內(nèi)存讀0111內(nèi)存寫1010配置讀1011配置寫1100內(nèi)存重復(fù)讀1101雙周期1110高速緩存讀1111高速緩存寫PCI總線操作作命令表表PCI局部總線線信號3.5..3PCI總線接口口設(shè)計(jì)1．總線接接口方案案選擇PCI接口設(shè)計(jì)計(jì)和ISA等I/O接口設(shè)計(jì)計(jì)有著完完全不同同的設(shè)計(jì)計(jì)思想。。PCI總線設(shè)備備需要通通過橋路路控制器器將PCI總線協(xié)議議轉(zhuǎn)換成成本地總總線協(xié)議議，設(shè)計(jì)計(jì)相對復(fù)復(fù)雜。大大致有以以下三種種實(shí)現(xiàn)方方法：（1）采用普普通FPGA實(shí)現(xiàn)（2）CPLD+集成總線線控制器器（3）采用特特殊FPGA實(shí)現(xiàn)2．PCI9053簡介PCI9053的主要功功能特點(diǎn)點(diǎn)如下：：（1）符合PCIV2.2規(guī)范，是是一種新新型的32位、33MHz總線主控控接口控控制器（2）采用通通用總線線主控接接口（3）有32位多路復(fù)復(fù)用或非非多路復(fù)復(fù)用本地地局部總總線（5）支持PCI雙地址周周期（DAC）（3）與PCIV2..2電源管理理規(guī)范兼兼容3．PCI接口電路路設(shè)計(jì)基于PCI9053的PCI總線接口口電路形形式比較較簡單。。原理框框圖如圖圖所示。。PCI接口設(shè)計(jì)計(jì)原理圖圖PCI9053的本地總總線仲裁裁信號包包括：LHOLD、LHOLDA、ADS##、BLAST#和READY#。應(yīng)答握握手信號號LHOLD和LHOLDA直接相連連。ADS##、BLAST#和READY#與CPLD實(shí)現(xiàn)的本本地仲裁裁邏輯相相連，如如圖所示示。本地仲裁裁邏輯圖圖3．PCI配置空間間的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)（1）配置空空間簡介介頭域空間間的組織織結(jié)構(gòu)如如表所示示設(shè)備ID廠商ID00H狀態(tài)命令03H類型碼版本ID08HDIST頭域類型延時(shí)計(jì)數(shù)器Catch行0CH基地址寄存器10H保留28H保留2CH擴(kuò)展ROM基地寄存器30H保留33H保留38HMax-LatencyMin-Latency中斷引腳中斷線3CH頭域空間間的組織織結(jié)構(gòu)（2）配置寄寄存器的的訪問配置空間間的訪問問可以采采用兩種種方式：：一種是是采用BIOS訪問，第第二種是是采用I/O口訪問，，I/O訪問比較較簡單。。PLX公司提供供的PLXMON軟件可對對設(shè)備卡卡進(jìn)行調(diào)調(diào)試，該該軟件可可以訪問問設(shè)備卡卡的配置置空間。。在這個(gè)個(gè)基礎(chǔ)之之上又在在Windows98下采用C語言寫了了一段小小程序?qū)ε渲每湛臻g進(jìn)行行了訪問問，參考考程序代代碼如下下：#include<<stdio.h>#include<<conio.h>Voidmain(()){unsingnedlongdata,,address;;Address=0x80000000++9*8*0x100;////插槽號為為9_outpd(0xocf8,address);;Data=_inpd(0x0cfc);;

Printf(‘%x”,,data));Address=0x80000003+9*8**0x100;;///訪問第二二個(gè)寄存存器_outpd(0x0cf8,address);Data=_inpd(0x0cfc);printf(“%x”,data);}3.6多通道的的組建方方案3.6..1不帶采樣樣/保持器的的A/D轉(zhuǎn)換通道道模擬輸入入信號的的最大變變化率與與A/D轉(zhuǎn)換器的的轉(zhuǎn)換速速率有如如下關(guān)系系：式中：ts—A/D轉(zhuǎn)換器的的轉(zhuǎn)換時(shí)時(shí)間；UFS—A/D轉(zhuǎn)換器的的滿量程程電壓；；n—A/D轉(zhuǎn)換器的的位數(shù)。。對于正弦弦輸入信信號，模擬信信號電壓壓的最大大變化率率發(fā)生在在正弦信信號過零零時(shí)，則則可得3.6..2帶采樣/保持器的的A/D轉(zhuǎn)換通道道當(dāng)模擬輸輸入信號號變化率率較大時(shí)時(shí)，A/D通道需要要使用采采樣/保持器。。這時(shí)模模擬輸入入信號的的最大變變化率取取決于采采樣/保持器的的孔徑時(shí)時(shí)間tAP，用tAP代替tC，其關(guān)系系為如果將保保持命令令提前發(fā)發(fā)出，提提前的時(shí)時(shí)間與孔孔徑時(shí)間間相等時(shí)時(shí)，則模模擬輸入入信號的的最大變變化率取取決于孔孔徑時(shí)間間的不穩(wěn)穩(wěn)定性，，即孔徑徑不確定定度可由下式式?jīng)Q定【例3．1】采樣頻率率問采樣頻頻率是是否太高高？解因因?yàn)樗圆桓?。但但是，?dāng)當(dāng)=100MHz時(shí)，若其其它值不不變，則則這時(shí)太太高了，，不能保保證整個(gè)個(gè)A/D轉(zhuǎn)換正常常進(jìn)行，，所以并并不是只只要有采采樣/保持器，，采樣頻頻率就可可以不受受限制，，而是仍仍然存在在最高采采樣頻率率的限制制。帶采樣/保持器的的A/D通道的形形式有以以下幾種種。1．多通道道共享采采樣/保持與A/D轉(zhuǎn)換器多路通道道共享采采樣/保持與A/D轉(zhuǎn)換器【例3．2】設(shè)數(shù)據(jù)采采集系統(tǒng)統(tǒng)為8路巡回采采集，A/D轉(zhuǎn)換器的的位數(shù)為為8位，信號號幅值Um=UFS,，孔徑不不定解可可得而根據(jù)孔孔徑誤差差確定的的信號上上限頻率率為由于

信號的上上限頻率率取決于于每路信信號的吞吞吐時(shí)間間，而非非孔徑誤誤差。。2．多通道道共享A/D轉(zhuǎn)換器多通道共共享A/D轉(zhuǎn)換器3．多通道道并行A/D轉(zhuǎn)換下圖為多多通道并并行A/D轉(zhuǎn)換的系系統(tǒng)框圖圖。3.7多功能數(shù)數(shù)據(jù)采集集卡典型型實(shí)例分分析3.7..1多功能數(shù)數(shù)據(jù)1、板卡的的測量功功能多功能DAQ板卡通常常包括模模擬量輸輸入、模模擬量輸輸出，數(shù)數(shù)字I/O、定時(shí)/計(jì)數(shù)以及及觸發(fā)等等多種測測量功能能。1）信號采采集（模模擬量輸輸入）2）信號產(chǎn)產(chǎn)生（模模擬量輸輸出）3）計(jì)數(shù)與與定時(shí)4）數(shù)字I/O5）觸發(fā)2、板卡的的通信功功能1)板卡與計(jì)計(jì)算機(jī)的的連接總總線（1）內(nèi)插插式DAQ板卡（2）外掛掛式DAQ板卡2)板卡與被被測對象象連接的的輸入信信號線DAQ板卡的模模擬信號號輸入模模式有單單端和差差分兩種種，其作作用和連連接方式式是不同同的。（1）單端端電壓信信號輸入入（2）差模模電壓信信號輸入入3、對板卡卡的基本本要求根據(jù)測試試對象及及系統(tǒng)的的技術(shù)指指標(biāo)，主主要考慮慮下列因因素：1)輸入信號號的特性性2)對輸入通通道性能能的要求求輸入入通道的的主要技技術(shù)指標(biāo)標(biāo)有：（1）通道的的通過速速率（2）通道的的分辨率率（3）通道的的精度3)接口特性性3.7..2PCI-1200的組成原原理及技技術(shù)性能能1、PCI--1200卡的組成成原理1）PCI--1200卡的組成成原理框框圖2)I/O連接器PCI--1200卡通過I/O連接器輸輸入或輸輸出模擬擬和數(shù)字字信號，，I/O連接器引引腳分布布如圖所所示。PCI--1200卡的I/O連接器引引腳說明明如表所所示引腳信號名方向參考說明1-8ACH<7..0>AIAGNDA/D通道——模擬輸入通道0—7。9AISENSE/AIGNDI/OAGND模擬輸入傳感/模擬輸入地——在RSE模式中接AGND，在NRSE模式中接模擬輸入傳感。10DAC0OUTAOAGNDD/A通道——模擬輸出通道0。11AGNDN/AN/A模擬輸出地——模擬輸出電壓的參考地，差分測量中的偏置電流返回點(diǎn)。12DAC1OUTAOAGNDD/A通道——模擬輸出通道1。13，50DGNDN/AN/A數(shù)字地——數(shù)字信號和+5V電源的參考地。13-21PA<7..0>DIODGND數(shù)字I/O端口——端口A的雙向數(shù)據(jù)線，A7至A0。PA7為高位，PA0為低位。22-29PB<7..0>DIODGND數(shù)字I/O端口——端口B的雙向數(shù)據(jù)線，B7至B0。PB7為高位，PB0為低位。30-37PC<7..0>DIODGND數(shù)字I/O端口——端口C的雙向數(shù)據(jù)線，C7至C0。PC7為高位，PC0為低位。38EXTTRIGDIDGND外部觸發(fā)——觸發(fā)DAQ操作的外部控制信號。39EXTUPDATE*DIDGND外部更新——更新DAQ輸出的外部控制信號。30EXTCONV*DIODGND外部轉(zhuǎn)換——定時(shí)A/D轉(zhuǎn)換（DI）和使用SCXI時(shí)驅(qū)動SCANCLK（DO）的外部控制信號。31OUTB0DODGNDB0輸出——計(jì)數(shù)器B0的數(shù)字輸出信號。32GATB0DIDGNDB0門控——計(jì)數(shù)器B0的門控外部控制信號。33OUTB1DIODGNDB1輸出——計(jì)數(shù)器B1的數(shù)字輸出信號，定時(shí)掃描間隔的外部控制信號。33GATB1DIDGNDB1門控——計(jì)數(shù)器B1的門控外部控制信號。35CLKB1DIDGNDB1時(shí)鐘——計(jì)數(shù)器B1的外部控制時(shí)鐘信號。36OUTB2DODGNDB2輸出——計(jì)數(shù)器B2的數(shù)字輸出信號。37GATB2DODGNDB2門控——計(jì)數(shù)器B2的門控外部控制信號。38CLKB2DIDGNDB2時(shí)鐘——計(jì)數(shù)器B2的外部控制時(shí)鐘信號。39+5VDODGND+5V電壓——范圍+3.65V~+5.25V，電流為時(shí)熔斷。2、PCI--1200板卡的組組態(tài)1)板卡模擬擬I/O的組態(tài)2)模擬輸出出極性3)模擬輸入入極性參數(shù)組態(tài)模擬輸出CHO極性雙極性——±5V（復(fù)位態(tài)）單極性——0至10V模擬輸出CHI極性雙極性——±5V（復(fù)位態(tài)）單極性——0至10V模擬輸入極性雙極性——±5V（復(fù)位態(tài)）單極性——0至10V模擬輸入模式有參數(shù)的單端（RSE）（復(fù)位態(tài)）無參數(shù)的單端（NRSE）差分（DIFF）3）模擬輸輸入方式式(1)RSE輸入（8通道，復(fù)復(fù)位態(tài)））(2)NRSE輸入（8通道）(3)DIFF輸入（3通道）輸入方式說明RSERSE方式提供了8個(gè)單端輸入（它們通過多路器接測量放大器的正輸入端），其儀用測量器的負(fù)輸入端是參考模擬地。NRSENRSE方式提供了8個(gè)單端輸入（經(jīng)多路器接測量放大器的正輸入端），其測量放大器的負(fù)輸入端接AISENSE/AIGND端，而不接地。DIFFDIFF方式提供了3個(gè)差分輸入，其選用的通道對分別為（0，1）、（2，3）、（3，5）或（6，7）。測量放大器的正輸入端接通道0、2、3或6，而負(fù)輸入端接通道1、3、5或7。3、主要性性能模擬輸入入（1）模擬通通道數(shù)：：8路單端輸輸入或3路雙端輸輸入，DC耦合。（2）信號輸輸入方式式：單端端輸入（（有參考考地和無無參考地地兩種）），差分分輸入。。（3）A/D轉(zhuǎn)換器：：逐次逼逼近型，，12位，100KS/s。（3）輸入范范圍：±5V（雙極性性）、0～10V（單極性性）劃分分為七檔檔。（5）每檔通通道增益益分別為為：1、2、5、10、20、50、100（6）FIFO緩存容量量：3096次采樣值值。2)模擬輸出出（1）輸出通通道數(shù)：：2路電壓輸輸出（2）分辨力力：12位、（1/3096）（3）典型更更新速率率：20S//S～1KS//S，取決于于系統(tǒng)（3）D/A轉(zhuǎn)換器：：雙緩沖沖，12位，5μs（滿量程程建立時(shí)時(shí)間）（5）輸出范范圍：0～10V，±5V電壓輸出出，DC耦合（6）輸出特特性：0.2ΩΩ（輸出阻阻抗典型型值），，±2mA（驅(qū)動電電源）3)數(shù)字I/O（1）通道數(shù)數(shù)：23I//O（三個(gè)8位端口，，用82C55并行接口口芯片））（2）兼容性性：TTL電平（3）上電狀狀態(tài)：全全部端口口為方式式O輸入4)定時(shí)I/O（1）通道數(shù)數(shù)：3路計(jì)數(shù)器器/定時(shí)器（2）分辨力力：16位（3）兼容性性：TTL電平（3）基本時(shí)時(shí)鐘：2MHz3.7..3模擬輸入入信號的的連接1、模擬輸輸入信號號的連接接1)輸入的連連接模擬輸入入信號范范圍增益倍數(shù)雙極性輸入范圍單極性輸入范圍125102050100-5.0～3.99756V-2.5～2.39878V-1.0～0.99951V-500～399.756mV-250～239.877mV-100～99.951mV-50～39.975mV0～9.99756V0～3.99878V0～1.99951V0～999.756mV0～399.877mV0～199.951mV0～99.975mV2)信號源類類型當(dāng)組態(tài)PCI--1200卡的輸入入模式和和進(jìn)行信信號連接接時(shí)，首首先必須須明確被被測信號號源是浮浮空的還還是有參參考地的的。這兩兩種類型型的信號號源說明明如下。。（1）浮空信信號源（2）有參考考地信號號源2、輸入組組態(tài)的應(yīng)應(yīng)用PCI--1200卡可以組組態(tài)成RSE、NRSE或DIFF三種輸入入方式中中的任何何一種。。輸入方式信號源類型浮空信號源（與固定地?zé)o連接）有參考地信號源例子：不接地?zé)犭婑?；帶隔離輸出的信號調(diào)理；電池組設(shè)備；例子：非隔離輸出的插入式儀器差分（DIFF）單端——有地參考（RSE）單端——無地參考（NRSE）AIGNDRAISENSEACHV1AIGNDAISENSEACHV1AIGNDACH(-)ACH(+)V1RAIGNDACH(-)ACH(+)V1AIGNDACHV1+Va-ACHV1地環(huán)泄漏Vg將混入被測信號中不推薦1)差分連接接（DIF組態(tài)）的的應(yīng)用(1)有參考地地信號源源的差分分連接下圖表示示了有參參考地的的信號源源與組態(tài)態(tài)成DIFF輸入模式式的PCI--1200卡的連接接方法。。（2）浮空信信號源的的差分連連接下圖表示示了浮空空信號源源與組態(tài)態(tài)成DIFF輸入模式式的PCI--1200卡的連接接方法。。2)單端連接接的應(yīng)用用單端連接接是指PCI--1200卡所有模模擬輸入入信號均均以一個(gè)個(gè)公共地地作為參參考的連連接。輸輸入信號號連接在在測量放放大器的的正輸入入端，它它們的共共地點(diǎn)接接在測量量放大器器的負(fù)輸輸入端。。（1）浮空信信號源的的單端連連接（RSE組態(tài)）下圖表示示了浮空空信號源源與組態(tài)態(tài)成RSE模式的PCI--1200卡的連接接方法（2）有參考考地信號號源的單單端連接接（NRSE組態(tài)）下圖表示示了有參參考地信信號源與與組態(tài)成成NRSE模式的PCI--1200卡的連接接方法。。3．共模信信號抑制制3.7..3PCI-1200卡的功能能單元PCI--1200卡包含PCI接口電路路、定時(shí)時(shí)電路、、模擬輸輸入電路路、模擬擬輸出電電路、數(shù)數(shù)字I/O等5個(gè)功能單單元。1、PCI接口電路路PCI--1200卡接口電電路由PCI接口芯片片和數(shù)字字邏輯控控制芯片片構(gòu)成，，如下圖圖所示。。2、定時(shí)電電路1）定時(shí)電電路組成成PCI--1200卡用兩片片82C53定時(shí)/計(jì)數(shù)器為為內(nèi)部A/D、D/A轉(zhuǎn)換及通通用I/O提供定時(shí)時(shí)功能。。下圖為為A、B兩片定時(shí)時(shí)電路的的組成框框圖。2）通用功功能的定定時(shí)信號號連接帶外部開開關(guān)門的的事件計(jì)計(jì)數(shù)頻率測量量3、模擬擬輸入電電路1）模擬輸輸入通道道的組成成2）多路輸輸入及通通道掃描描3)抖動（Dither）電路4)ADC的輸出4、模擬輸輸出電路路1）模擬輸輸出電路路下圖所示示為模擬擬輸出電電路。2)DAC定時(shí)下圖中描描述了一一種使用用EXTUPDATE**信號和延延遲更新新模式實(shí)實(shí)現(xiàn)的波波形發(fā)生生定時(shí)過過程。3)模輸出信信號連接接（1）輸出信信號范圍圍：雙極極性±5V；單極性性0～10V。（2）最大負(fù)負(fù)載電流流：±2mA（對12位線性度度）5、數(shù)字I/O1)數(shù)字I/O邏輯數(shù)字I/O電路圖如如下圖所所示，2)數(shù)字I/O信號連接接下圖描述述了數(shù)字字I/O的三種典典型應(yīng)用用的信號號連接。。3）端口C的引線連連接下表總結(jié)結(jié)了在各各種可編編程工作作方式下下的C口信號分分配?？删幊坦ぷ鞣绞紸組B組PC7PC6PC5PC3PC3PC2PC1PC0方式0I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O方式1(輸入)I/OI/OIBFASTB