河北工业大学
硕士学位论文
基于PCI总线数据采集卡的电机参数测试系统的研究
姓名：杨纪伟
申请学位级别：硕士
专业：计算机应用技术
指导教师：刘教民
20061101
河北工业大学硕士学位论文
基于PCI总线数据采集卡的电机参数测试系统的研究
摘要
人们通过测试可以取得研究对象的有关信息，能够正确地了解被测物理对象的量值或特性。测试技术在工业生产中的主要作用之一是提供设备在运转中或其他情况下的有关信息，以便监督生产过程，使之保持在最佳工作状态运行，或将生产过程的各种数据信号测出，经处理后，分析其工作状态是否正常，如不正常，则可判断出故障位置、性质和量值，以决定是否继续生产或进行维修。
试验技术的计算机化是目前测试技术的一个研究热点，虚拟仪器、自动测试和自动分析将成为电机测试技术的主流。电机参数测试系统的研究，以目前使用最为广泛的一般用途鼠笼式中小型三相异步电动机为对象，研究其参数无载测试的理论与方法，借助于人工智能技术、数字信号处理技术以及高速接口技术，研制开发出具有电机参数测试与智能分析的测试虚拟仪器，降低试验的时间与费用，实现对可疑电机的安检。
论文概述了PCI(Peripheral Component Interconnect)总线数据采集的系统组成，详述了总线的发展，PCI总线技术，可编程逻辑器件FPGA(Field Programmable Gate Array)的设计，并介绍了整个系统的硬件部分及软件部分，包括PCI总线及接口设计、对电机参数的高速采集、WDM(Win32 Driver Model)驱动程序的编写等，并做了总结。
课题为河北省自然科学基金资助项目，项目编号：F2006000101。
关键词：虚拟仪器，PCI总线，数据采集，FPGA，WDM
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基于PCI总线数据采集卡的电机参数测试系统的研究
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THE RESEARCH OF DATA ACQUISITION
IN THE MEASURING REACTANCE
PARAMETER SYSTEM BASED ON PCI BUS
ABSTRACT
P eople could acquire the information of research object and find out magnitude or
characters of physical object by testing technology. One of the major functions in industrial production was that testing technology afford related information when apparatus was working or on other conditions, people could make it work on the optimal conditions so as to control industrial production process; it detected every kind of data signals in production processing, people analysis the working conditions after disposal, as if it was abnormality, then estimate fault location, character and magnitude, and then decide whether continue to product or repair.
At present, computerization of experimental technique is a hot spot in testing technology. Virtual device, automatic testing and automated analysis shall become the master stream in electric machinery testing technique. With the help of artificial intelligent technology, digital signal processing and high speed interface technology, the research of electric machinery parameter testing based on squirrel cage type micromidi three phase asynchronous motor, it researches the parameter of no load testing theoretics and methods, develops the virtual device with electric machinery parameter testing and aptitude analytic testing, it depresses tentative hour and cost, and achieves the detailed examination to questionable electric machinery.
This dissertation summarized the system composition of PCI (Peripheral Component Interconnect)bus data acquisition, dilated the development of bus, PCI bus technologies, the design of programmable logic device, and introduced hardware and software part of entire system, it consisted of PCI bus and interface design, high speed acquisition of electric machine parameter, the compile of WDM (Win32 Driver Model) driver, and it summed up the article.
This work was supported by the Natural Science Foundation of Hebei province.
No. F2006000101.
KEY WORDS:virtual device, PCI bus, data acquisition, FPGA, WDM
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第一章绪论
§1-1选题背景及意义
异步电机是一种重要的机电产品，它广泛地应用于从工农业生产到人们日常生活的各个领域和部门。在机械、钢铁、矿山、冶金、化工、石油、纺织、造纸、水泥、船舶、铁道等行业中，发达国家的绝大部分生产机械都采用电动机作为原动机，而异步电机的用电量在其中又占有最重要的地位[1]。据统计，在我国电网的总负荷中，异步电机约占60%以上，同时，电机制造是我国的传统行业，按照94年的统计数字：全国中小型电机生产厂有上千家，其中有一定规模的企业有300多家，职工人数30万人以上，产值达77.46亿元。
大部分的中小型异步电动机采用散嵌绕组和铸铝的鼠笼转子。虽然使用条件和技术要求千差万别，但质量却是其共同的要求。异步电机特别是中小型鼠笼式三相异步电动机的性能、质量具有非常重要的社会和经济意义[2]。
异步电机的测试技术，即关于其电气与机械性能测试，对于其产品质量具有重要意义，因而多年来一直受到电机界的重视。国内外的专家学者们也一直没有中断过这一领域的研究。国际电机会议是国际电机界最重要的学术会议之一，从1974年至今的历次会议中，关于鼠笼式三相异步电动机的参数测试的论文经常可以见到，多种相关学术会议及各种IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)出版物中也经常可以见到相关文献。
异步电动机起动频繁，工作繁重，环境恶劣，因而故障的发生不可避免。如何及时、准确地在线检测出电机故障，是运行部门十分关心的一个重要问题。传统的定期检查和维修具有一定的盲目性，据有关资料统计，有效性只占10%左右。利用电机发生故障时所出现的电的和机械的特征分量监视电机的运行，可以保证安全生产，降低维修成本。
我国的机械工业在今后相当长的一段时期内的发展，主要不是靠建设大量新厂，而是靠改进生产技术、改革设备状况、加强和改善经济管理、提高劳动生产率来实现扩大再生产。在企业内部每一部分的变革都离不开测试技术。
系统对电机的检测、新产品开发及提高产品可靠性，具有十分重要的意义。可广泛应用于电机检测站、电器研究实验室、电机生产厂家单位对电机进行科学的检测，具有良好的经济效益和社会效益。
§1-2微机总线的发展
总线是数据、地址及控制信号线的集合，是计算机各模块间进行信息传输的通道，允许设备通过它进行通信。一些总线很宽，允许许多数据和控制同步传输，另一些则只不过是一根导线而已，允许设备串行地传输数据和控制。
总线在计算机内起传递信息的作用，存在着一个毎秒内传送的数据位数(简称带宽)的问题。随着计算机的不断发展，总线也在不断改进。正因为如此，很多业内人士已倾向于把总线也看成是计算机内功能独立的模块，并成立了相应的研究机构。这些机构的研究结果证明计算机信息传输的速度不仅仅取决于CPU并行处理的能力，在很大程度上还取决于信息在总线上的传输速度。
下面是几种比较有代表性的总线。
(1) ISA总线
ISA（Industry Standard Architecture即工业标准体系结构总线）是20世纪80年代早期IBM为PC/AT
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基于PCI总线数据采集卡的电机参数测试系统的研究
规定的总线，它支持8位和16位的设备，由于它起源较早，ISA不但速度不快，而且结构复杂。总线时钟频率为8.33MHz。因为即使16位传输都至少要消耗两个时钟周期，最大传输速率只有8MB/s左右。
(2) EISA总线
EISA（Extended Industry Standard Architecture 即扩展工业标准结构总线）是对原始ISA总线体系
结构的工业标准的扩展，EISA的尝试是为了去除ISA的限制，而不会对遗留的ISA卡产生不适应的兼容问题，它是为32位中央处理器（386、486、586等）设计的总线扩展工业标准。
当然，这一兼容性要求必然在许多方面限制了结构。例如，虽然数据总线宽度扩大到32位，而时钟频率保持在8MHz，最大传输速率只有32MB/s。此外，因为EISA槽必须承认ISA卡，这就不可能修复由ISA线路布置而产生的电气噪声问题。
(3) MCA总线
MCA（Micro Channel Architecture 即微通道总线结构）是IBM公司专为其PS/2系统（使用各种Intel 处理器芯片的个人计算机系统）开发的总线结构。该总线的总线宽度是32位，最高总线频率位10MHz。虽然MCA总线的速度比ISA和EISA快，但是IBM对MCA总线执行的是使用许可证制度，因此，MCA总线没有像ISA，EISA总线一样得到有效推广。
(4) PCI总线
PCI (Peripheral Component Interconnect 即连接外部设备的计算机内部总线) 是美国SIG（Special Interest Group of Association for Computer Machinery即美国计算机协会专业集团）推出的新一代64位总线。
快速网络、全动图像（full-motion video）及24位像素显示都要求非常高的传输速度。PCI总线就是为了满足此类高要求硬件的一种尝试。虽然PCI的最初设计由Intel完成，但是PCI相对独立于处理器。PCI已被用于Alpha（DEC）和PowerPC（Motorola）系统。PCI结构能够以132MB/s速度进行持续的32位传输，而对于64位传输则能够达到上述速度的2倍。
根据586系列主板的技术标准，主板应该淘汰传统的EISA总线，而使用PCI总线结构，但由于很多用户还在使用ISA总线或EISA总线接口卡，所以大多数586系列主板仍保留了EISA总线。
(5) USB总线
USB（Universal Serial Bus 即通用串行总线）是在1994年，由Intel，Compaq，Digital，IBM，Microsoft，NEC，Northern，Telecom等世界著名的计算机和通讯公司花了两年的时间形成了统一的意见，形成了USB规范，1997年开始有真正符合USB技术标准的设备出现。旨在为数字成像、PC电话技术和多媒体游戏提供低费用、中速总线。
USB是用于将适用USB 的外围设备连接到主机的外部总线结构，其主要是用在中速和低速的外设。USB 是通过PCI 总线和PC 的内部系统数据线连接实现数据的传输。USB 同时又是一种通信协议，他支持主系统(host) 和USB 的外围设备(device) 之间的数据传输。
这几年，随着大量支持USB的个人电脑的普及，USB逐步成为PC机的标准接口已经是大势所趋。在主机(host)端，最新推出的PC机几乎100%支持USB；而在外设(device) 端，使用USB接口的设备也与日俱增，例如数码相机、扫描仪、游戏杆、磁带和软驱、图像设备、打印机、键盘、鼠标等。
(6) IEEE1394总线
最初由苹果计算机公司提出和实施，电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）定义了一种高速、对等的串行总线，以弥补低速USB的不足。IEEE1394描述了一种总线标准，支持三种传输速率，100Mb/s、200 Mb/s和400 Mb/s。即使在最低速率，传输速率也能达到10 Mb/s，比原来的ISA主板总线快。
(7) PC卡（PCMCIA）总线
大约10年以前，几家公司联合开发了一种移动设备标准总线结构。最初重点在于存储卡，并且这个联合组织成了现在的个人计算机存储卡协会（Personal Computer Memory Card International Association，PCMCIA）。移动环境具有尺寸和电源资源小的特点，因此开发时间应考虑小规格因素，同时还把重点放在电源管理上。今天，300多家公司成为PCMCIA成员。
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术语PCMCIA卡往往与PC卡混为一谈，PCMCIA是一个组织，而PC卡定义了一个总线接口。现在，PCMCIA定义了（至少）三个总线接口：PC卡、DMA和Card_Bus。因此，一个PCMCIA卡不具体表明是哪一种卡。
§1-3数据采集系统概述
在工业生产和科学研究的各行业中，常常利用PC或工控机对数据进行采集。
数据采集的对象多种多样，如常见的有温度、压力、位移、速度、频率等，和模拟系统相比，数字系统有精度高、稳定性好等一系列优点，但是数字系统只能处理离散的数字信号。外部世界的各种各样的信息经过传感器转换以后，除了极小部分为数字信号和开关信号之外，绝大部分以电压或电流等模拟量的形式存在，所以往往需要将这些模拟信号转化为便于处理和存储的数字信号，这部分工作就需要数据采集系统来完成。所谓数据采集就是将模拟信号转化为数字信号，并进一步予以处理、显示、存储和记录的过程。实验的数据采集系统框图，如图1.1所示。
图1.1 数据采集系统框图
Fig.1.1 Schematic diagram of data acquisition system
随着信息科学的飞速发展，数据采集和存储技术已经是数字信号处理中非常重要的环节，将决定整个系统的性能。它广泛应用于雷达，通信，遥测遥感等领域。它己经成为人们获得外界信息的重要手段。基于总线的数据采集与存储系统，由于可靠且易于实现、经济等优点，得到了广泛的应用。但当数据传输率很高时，保持高速数据存储过程的可靠性、实时性将会成为一个比较棘手的问题。数据采集系统的发展目前集中在传输速度、采集精度、可靠性和成本效益上，因而关键也在这上面要提高数据采集系统的性能。
数据采集系统是一个独立的应用系统，它有自己专门的硬件和软件子系统，为了适应高速数据采集的需要，迫切需要高速数据采集系统的出现。而数据采集卡是数据采集系统的主要组成部分，它是外界电信号与计算机之间的桥梁，完成对数据的测量和传输。
§1-4论文的内容概括
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基于PCI总线数据采集卡的电机参数测试系统的研究
1-4-1研究的主要内容
论文的撰写是建立在基于电机参数测试虚拟仪器的研究的基础之上的，其主要内容如下：
详细分析了基于PCI总线数据采集卡的特点，以及实现PCI总线接口的途径，根据电机参数测试系统的发展现状，以及电子设计自动化的特点，引入可编程逻辑器件（FPGA），结合PCI局部总线，对以往的数据采集部分进行改进，采用16路通道模拟开关选择的高速数据采集结构，提高了数据采集的精度和灵活性，结合软件可实现对电机的多种试验参量进行高速采集与分析。针对目前主要使用的并且比较稳定的操作系统是WINDOWS2000，设计了基于WDM在WINDOWS 2000操作系统平台下的驱动程序设计，其稳定且有利于系统升级。该系统在河北省电机股份有限公司电机检测中，发挥了重大作用。
最后，制作了数据采集系统的印制电路板，通过对电路的各个部分的试验调试证实是可行的，在硬件功能上，该数据采集系统达到了最初的设计要求，并且配合上位机的通信驱动程序通过用户界面显示了它与上位机的通信运行状况良好。
1-4-2 论文结构安排
论文的研究内容按下面的组织结构展开，论文共分如下六章：
第一章绪论，简要提出课题的研究背景和意义，总线的发展情况，数据采集的系统结构和论文的主要内容。
第二章PCI局部总线，介绍了PCI局部总线的特点，系统结构，PCI总线的仲裁机制，并详述了公平仲裁算法，讲述了PCI总线延迟。
第三章电机参数辨识原理与试验方法，介绍电机测试的原理、方法，并详述了异步电动机的试验方法。
第四章数据采集卡的硬件电路设计，介绍PCI数据采集卡的硬件系统组成及工作原理，并详述了可编程逻辑器件(FPGA)的设计。
第五章PCI总线数据采集卡软件设计，详述了PCI总线数据采集卡的驱动程序开发的方法，驱动程序的安装结果，并介绍了电机参数测试系统界面的设计。
第六章结论，对论文的工作做了一个总结，并且提出当前工作的一些局限性，对将来需要进一步进行的的工作做了一个展望。
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第二章PCI局部总线
§2-1 PCI局部总线简介
PCI总线是目前流行的计算机总线，它的概念是由Intel公司于1991年提出来的，随后Intel联合IBM，DEC，AST，HP，Compaq等100多家公司联合制定的标准。1992年6月推出1.0版本，1993
年4月推出2.0版本，1995年6月2.1版本，1998年12月推出2.2版本。PCI总线是一种高性能的局部总线，可以同时支持多组外围设备[3]。
2-1-1 PCI总线的特点
PCI局部总线支持64位数据传送、多总线主控和线型突发方式（Burst），其数据传输率为132MB/s，这给其发展提供了有利条件。
PCI主要特点如下：
(1) 独立于处理器。为PCI局部总线设计的器件是针对PCI，而不是针对处理器的，因此，设备的设计独立于处理器的升级。
(2) 并行总线操作。桥支持完全总线并行操作，与处理器总线、PCI局部总线和扩展总线同步使用。
(3) 每个PCI局部总线支持约80个PCI功能。一个典型的PCI支持约10个电气负载。每一个设备对于总线是一个负载，因此，每一个设备可以包括8个PCI功能。
(4) 支持多达256个PCI局部总线。技术规范提供对256个局部总线的支持。
(5) 在全部读写传送中可实现突发传送。32位PCI局部总线在读写传送中支持132MB/s的峰值传送速率，对于64位PCI传送支持264MB/s的峰值传送速率。对于64位66MHz的PCI局部总线，传送速率可达到528MB/s。
(6) 总线速度2.0版规范支持的PCI局部总线频率达到33MHz，2.1以上版本增加了对66MHz总线操作的支持。
(7) 访问时间快。当停靠在PCI局部总线上的主设备写PCI目标时，在33MHz总线速度下，访
问时间只需要60ns。
(8) 总线主设备支持。全面支持PCI局部总线主设备，允许同级PCI局部总线访问和通过PCI－PCI 与扩展总线桥访问主存储器和扩展总线设备。另外，PCI主设备能够访问驻留于总线级别较低的另一个PCI局部总线上的目标。
(9) 3类地址空间。即指存储器、I/O和配置地址空间。
(10) 自动配置。配置寄存器的全位级别规范，支持自动的设备检测与配置。
(11) 软件透明。在与PCI设备或面向扩展总线的同类设备通信时，软件驱动程序使用相同的命令集和状态定义。
(12) 插入卡。规范包括PCI连接器和插入卡的定义，规范定义了3种插卡尺寸，即长卡、短卡和变高短卡。
2-1-2 PCI总线系统结构
PCI总线的系统结构如图2.1所示。其中与PCI局部总线直接连接的部件都称为PCI设备，有PCI 主设备和PCI从设备之分，主设备是能够获得总线控制权的设备，而从设备是不能获得PCI总线控制权而只能被动地接收经过PCI主桥转发来自CPU的或PCI总线上主设备的传输请求。PCI局部总线能
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够配合要求彼此间快速访问或快速访问系统存储器的适配器工作，也能让处理器以接近自身总线全速的速度访问适配器。
图2.1 PCI总线系统框图
Fig.2.1 System block diagram of PCI bus
主桥还提供了数据缓冲的功能，使得CPU与PCI设备可以并行工作而不必互相等待。其它面向PCI 的音频处理系统、视频处理系统、网络处理系统、网络连接器、SCSI/IDE控制器等都可以直接挂接到PCI总线上。主桥还可以把CPU总线与PCI总线隔离起来，使PCI总线独立于CPU，PCI总线的所有驱动都由PCI主桥控制。扩展总线桥使得PCI总线能够与其它总线互连，在X86微机上的ISA插槽就是通过PCI-ISA扩展桥挂接到PCI总线上的。
此外，桥实现了PCI总线的全部驱动控制，在一个PCI系统中，可以做到高速外部设备和低速外部设备共存，在PCI总线与ISA/EISA 总线并存，CPU高速缓存、系统内存子系统经过一个PCI主桥连接到PCI总线上，PCI主桥是一个关键的PCI设备，其中包括DRAM控制器，它提供一个高速通路，可以使CPU直接访问通过它映射到主机内存空间或I/O空间的PCI设备，也可以让PCI主设备直接访问主机的系统内存。
PCI局部总线元件和插件接口与处理机是相互独立的，这样有助于将其应用到新型处理机上去，并适合于多种处理机体系结构的要求。同时，这种独立性可使PCI局部总线根据I/O功能的需求而优化，总线的操作与处理机/存储器子系统并行工作，以适应图形、运动图像、LAN、SCSI、FDDI和硬盘驱动器等多种高性能外部设备。
PCI扩充板连接器也可以用在ISA、ESIA及MAC总线的系统中。扩展总线桥(标准总线接口)的设置是为了能在PCI总线上接出一条标准I/O设备，以增加PCI总线兼容性和选择范围。一般地，典型的PCI局部总线系统中，最多支持三个插槽(连接器)。但这样的扩充能力并不一定是必要的。PCI接插卡连接器属于微通道类型的连接器。
2-1-3 PCI总线信号定义
PCI局部总线的信号如图2.2所示。
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注：图中，#表示低电平有效，否则为高电平有效。对于仲裁器，REQ#为输入，GNT#为输出，其它适用于仲裁器的PCI 信号的方向与主设备和目标设备相同，即
IN 表示输入，是标准的只作输入的信号。
OUT 表示输出，是标准的图腾柱式输出驱动信号。
T/S 表示双向的三态输入/输出信号。
S/T/S 表示持续的并且低电平有效的三态信号。
O/D 表示漏极开路，以线或形式允许多个设备共同驱动和分享。
(1) 系统信号
CLK IN ：对于所有的PCI 设备都是输入信号。其频率范围为0～33MHz 或0～66MHz ，这一频率也称为PCI 的工作频率。对于PCI 的信号，除RST#、INTA#、INTB#、INTC#、INTD#之外，其余信号都在CLK 的上升沿有效。该时钟信号用于所有PCI 设备的同步，系统中所有的信号都以他为基准，该信号的频率称为总线的工作频率。
RST# IN ：复位信号。用来使PCI 专用的特性寄存器、配置寄存器、定时器、主设备、目标设备以及输出驱动器恢复为规定的初始状态。
RST#和CLK 可以不同步，但要保证其撤消边沿没有反弹。当设备请求引导系统时，将响应复位，复位后响应系统引导。
地址/数据线
接口控制信号错误报告信号仲裁信号系统信号64位总线扩展信号接口控制中断信号边界扫描信号
必选信号可选信号
{
{}}}
图2.2 PCI 局部总线信号
Fig.2.2 Signal of PCI local bus
（2）地址和数据信号
AD[31::0] T/S :地址、数据多路复用的输入/输出信号。一个总线交易由一个地址期和一个或多个数据期构成。在FRAME#有效时，是地址期；在IRDY#和TRDY#同时有效时，是数据期。PCI 局部总线支持突发方式的读写功能。
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8 在FRAME#信号有效时，该组信号上传输的是32位的物理地址。对于I/O端口，这是一个字节地
址。对于配置空间和内存空间，这是一个双字地址。在数据传送节拍，该组信号线上传送的是数据信号，AD[7::0]包含最低字节数据，而AD[31::24]包含最高字节数据。
C/BE#[3::0]# T/S: 总线命令和字节使能多路复用信号线。在交易的地址期中，这四条线上传输的是总线命令；在交易的数据期内，它们传输的是字节使能信号，并在整个数据期中有效，用来确定AD[31::0]线上哪些字节为有效数据。C/BE[0]#应用于字节0（最低字节），C/BE[3]#应用于字节3（最高字节）。
PAR(Parity) 奇偶校验信号，双向三态，该信号对AD[31::0]和C/BE#[3::0]信号作奇偶校验，以保证数据的有效性。当AD[31::0]和C/BE#[3::0]中“1”的个数为偶数时，PAR=1(高电平)。
(3) 接口控制信号
FRAME# S/T/S：帧周期信号,低电平有效。由当前主控设备驱动，表示一个总线周期的开始和结束。当该信号有效，表示开始总线传输操作，AD[31::0]和C/BE#[3::0]上传送的是有效地址和命令。在整个总线周期内，该信号一直有效，当该信号变为高电平时，表示进入最后一个数据节拍，传送结束。
IRDY# S/T/S：主设备准备好信号，双向三态，低电平有效，该信号由系统主控设备驱动。它与TRDY#同时有效时可完成数据的传输。在写周期IRDY#表示AD[31::0]上数据有效，在读周期改信号表示主控设备已经准备好接受数据。
TRDY# S/T/S：从设备准备好信号，双向三态，低电平有效，从设备驱动。当该信号有效，表示从设备准备好传送数据。在写周期表示从设备准备好接受数据；在读周期，表示AD[31::0]上的数据有效。
STOP# S/T/S：从设备要求主设备停止当前数据传送，双向三态信号，低电平有效，主控设备驱动，用于请求总线主控设备停止当前数据传送。
LOCK# S/T/S：锁定信号，双向三态，低电平有效，主控设备驱动，用于保证主设备对存储器的锁定操作。
IDSEL IN：初始化设备选择信号，输入信号，高电平有效，在配置读写操作阶段，用于芯片选择。
DEVSEL# S/T/S：设备选择信号，双向三态，低电平有效，从设备驱动，当该信号有效时(输出) ，表示所译码的地址是在设备的地址范围内；当作为输入信号时，表示总线上有某个设备是否被选中。
(4) 仲裁信号(这两个信号只被总线主控设备使用)
REQ# T/S：总线请求信号，双向三态，低电平有效，由希望成为总线主控设备驱动。他是一个点对点信号，并且每一个主控设备都有自己的REQ#。
GNT# T/S：总线请求允许信号，双向三态，低电平有效。当该信号有效时表示总线请求被响应。这也是一个点对点信号，每个总线主控设备都有自己的GNT#。
(5) 错误报告信号
PERR# S/T/S：数据奇偶校验错信号，双向三态，低电平有效。该信号有效时，表示总线数据错，一个主控设备在完成数据传送节拍后，根据结果驱动PERR#信号。当发现奇偶校验错时，主设备重新接受数据。
SERR# O/D：系统错误信号，漏级开路信号，低电平有效。该信号用于报告地址奇偶错、数据奇偶错、命令错等。
(6) 中断请求信号
INTx#：中断信号(x=A、B、C、D)，漏级开路信号，电平触发信号，低电平有效。PCI为每一个单功能设备定义一个中断线。对于多功能设备最多可有4条中断线。对于单功能设备，只能使用INTA#，其余的三条无意义。
2-1-4 PCI总线操作命令
总线命令是用来规定主、从（目标）设备之间的传输类型的，它出现于地址期的C/BE[3::0]#线上。这里的主设备是指通过仲裁而获得总线控制权的设备；目标设备是指在C/BE[3::0]#上出线命令的同时，被AD[31::0]线上的地址所选中的设备。
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当一个主设备获得PCI局部总线的拥有权时，它可以启动表2.1中的任何一种交易类型。在一个交易的地址期，命令/字节使能总线C/BE[3::0]#用于表明交易命令和类型。表2.1给出了总线命令的编码及类型说明，其中，命令编码中的“1”表示高电平，“0”表示低电平，字节使能为低电平有效。
表2.1 PCI总线操作命令
Table2.1 Operating command of PCI bus
C/BE[3::0]# 命令类型说明C/BE[3::0]# 命令类型说明0000 中断应答（中断识别）1000 保留
0001 特殊周期1001 保留
0010 I/O读（从I/O口地址中读数据）1010 配置读
0011 I/O写（向I/O地址空间写数据）1011 配置写
0100 保留1100 存储器多行读
0101 保留1101 双地址周期
0110 存储器读（从内存空间映象中读数）1110 存储器一行读
0111 存储器写（向内存空间映象写数据）1111 存储器写并无效
§2-2 PCI总线的仲裁机制
PCI总线的仲裁是基于设备访问，一般不是基于时间分配的。在任一时刻，总线上的一个主设备要想获得对总线的控制权，就必须发出它的请求信号，如果此刻该设备有权控制总线，总线仲裁器就使该设备的总线占用允许信号有效，进而获得总线的使用权。当有多个主设备同时发出总线控制请求时，就必须由仲裁器根据一定的算法判定，当前应该由哪个主设备获得控制权。
为了减小传输延迟，PCI仲裁机制是基于连接的而不是基于时间片的。也就是说，总线上的Master 必须对每一次连接做出仲裁。PCI使用一个中心仲裁机制，每一个Master有一个唯一的REQ# 和GNT#信号。仲裁是隐藏的，即仲裁由前一次连接发出，这样就可以不花费PCI总线周期，除非总线闲置。
中心仲裁机构必须实现一定的特殊仲裁算法，因为它是最坏情况下的仲裁基础。通常采用轮转优先级、公平性等仲裁算法。在具体实施中，系统设计者可以选择或修改算法，这是因为，从根本上看仲裁算法并不属于PCI局部总线技术规范。但有一点应注意，系统设计者在考虑具体算法时，必须为所选用的I/O控制器及其接插件所要求的访问延迟提供保障。
在任意时刻，可能有一个或多个PCI局部总线主设备要求使用PCI局部总线，以将数据传送到另一个PCI设备。每个发出请求的主设备使其REQ# 信号有效，通知总线仲裁器它正在请求使用总线。如图2.3所示，PCI主设备与中央PCI资源间的关系就是总线仲裁器。有七个可能的主设备直接连接到PCI局部总线仲裁器，每个主设备都是通过一对独立的REQ#/GNT#信号连接到仲裁器的，虽然仲裁器是一个独立器件，但它通常都集成到PCI芯片组中。PCI仲裁算法如图2.3所示。
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图2.3 PCI局部总线仲裁器Fig.2.3 Arbitrator of PCI bus
2-2-1仲裁算法
如图2.3所述，PCI规范没有定义当多个设备同时请求总线所有权时，PCI局部总线仲裁器用来决定竞争优胜者的机理。仲裁器可以使用任何机理，如基于固定或循环优先级的机理，或者是这二者的组合。
总线仲裁器采用系统可编程是最理想的。如果是，那么启动配置软件能够通过读每个总线主设备的最大延迟配置寄存器，确定分配到每个总线主设备的优先级。总线主设备的设计者硬连线该寄存器，表明主设备要求快速访问总线以达到足够的性能，并以250ns递增。
为了将PCI局部总线授予总线主设备，仲裁器设备使相应的GNT# 信号有效，这样将PCI局部总线授予主设备完成一次交易。如果主设备发出请求，随后被授予总线，并在总线空闲后的16个PCI时钟内未启动交易，仲裁器可以认为主设备功能错误，在这种情况下，仲裁器采取的行动是由系统设计决定的。
2-2-2公平仲裁举例
为了实现公平算法，系统可以将PCI局部总线上的全部总线主设备分为两个级别。第一级别总线主设备的总线需求量大于第二级别的总线主设备。也就是说，一级总线主设备是指为了达到高性能，要求快速访问总线流通量的总线主设备，例如显示适配器、A TM网络接口或FDDI网络接口；二级总线主设备是指不要求快速访问总线流通量以达到高性能的总线主设备，例如，SCSI主总线适配器或规范扩展总线主设备。二级总线主设备之间对总线的访问权限是平等的。如果将所有二级总线主设备作为一组对待，则这个组与一级中的每个总线主设备之间对总线的访问权限是均等的。
下面将视频、A TM或FDDI作为一级总线主设备，将SCSI、LAN或标准扩展总线主设备来对仲裁算法做一分析。
如图2.4所示，第一级包括主设备A、主设备B和二级组，这里的二级组指的是该组中请求访问总
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线的下一个主设备；第二级包括主设备X、主设备Y和主设备Z。
图2.4 具有两个级别的仲裁示意
Fig.2.4 Hint of two level arbitrage
假如有下列情况：在第一组中下一个接收总线的设备是主设备A；在第二组中下一个接收总线的设备是主设备X；在第一组中下一个接收总线的设备是某个主设备；所有主设备都使REQ# 有效并希望执行多次交易（在启动交易后，它们仍然保持相应的REQ#有效）。则接收访问总线的主设备的次序是：主设备A→主设备B→主设备X→主设备A→主设备B→主设备Y→主设备A→主设备B→主设备Z→主设备A→主设备B→主设备X→……
§2-3 PCI总线的访问延迟
PCI总线是一种吞吐量高、访问延迟小的I/O总线。无论是主设备还是目标设备，在一次交易过程中能够插入的等待状态数均受限制，而且，每个主设备有一个可编程定时器来限制它在总线繁忙期间对总线的占有期。根据这两个限制和总线仲裁顺序，能够以较高精度来预测任何PCI总线主设备在最坏情况下的总线获取延迟，甚至能够将具有较长访问时间的标准扩展总线（ISA、EISA或MC）桥设计为对PCI总线的影响很小且仍能保持PCI总线获取延迟的可预测性[4]。
(1) 目标延迟
目标延迟是指目标设备在TRDY# 有效之前等待的时钟数。初始数据期和后续数据期对目标延迟的要求是不同的。
所谓目标初始延迟，是指在完成初始数据期时从FRAME# 有效到TRDY# 有效之间所需的时钟数，或者是在重试和目标设备废止时从FRAME#有效到STOP# 有效之间所需要的时钟数。该时钟数的变化取决于总线命令是读操作还是写操作。如果是写命令，还取决于它能否报告。一个存储器写命令应由目标设备在缓冲区予以报告并紧接着写入最终目标。在这种情况下，由于交易是一个寄存器到寄存器的简单传输，因此目标初始延迟很小。在一个读交易中，要满足目标初始延迟是很困难的，这是因为，此时的延迟是存储媒体（磁盘、DRAM等）的访问时间和接口逻辑延迟的组合。I/O交易和配置写交易的初始延迟与读交易类似。
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基于PCI总线数据采集卡的电机参数测试系统的研究
12 目标初始延迟要求依赖于系统操作的状态。系统操作可以是初始化也可以是运行，初始化开始于
RST# 无效，初始化完成之后便是运行。
如果一个目标设备在初始化期间被访问，它可采取如下措施的任何一种：
①忽略该请求，除非它是引导设备的请求。
②声明访问并保持在等待状态直到它能够完成该请求，但不能超过初始化时间的末尾。
③声明访问并用重试终止。
在大多数设计中，当设备的设计完成时，该设备完成后续数据期的延迟已确定。在这种情况下，如果到数据期“N＋1”的延迟增量大于8个时钟，那么，目标设备必须操纵TRDY# 和STOP# 以使交易在数据期“N”（N＝1，2，3，…）之前结束。例如，假设一个PCI主设备要对扩展总线进行读操作，而且完成每个数据期至少需要15个时钟，应用上述规则并取N＝1，则到数据期2的延迟增量为15个时钟，因此，目标设备必须在完成第一个数据期时终止传输。
在设计过程中，不能事先确定完成后续数据期的延迟。这时，如果TRDY# 无效，允许目标设备实现一个计数器，该计数器引起目标设备在8个时钟内或之前使STOP# 有效。如果计数器计满以前TRDY# 有效，计时器就被复位而且目标可以继续交易。
(2) 主设备数据延迟
所谓主设备数据延迟，是指主设备使IRDY# 有效以表明已做好数据传输的准备到数据开始传输之间的时间量。要求所有的主设备在初始数据期中的FRAME# 有效后的8个时钟内使IRDY# 信号有效，也要求在所有后续数据期的8个时钟内使IRDY# 信号有效。一般在一个交易的第一个数据期，主设备没有理由对写交易多延迟1个或2个时钟后再使IRDY# 有效。对于读交易，主设备绝不能使IRDY# 延迟有效，如果主设备没有存储读数据的缓冲区，它应该延迟使用总线的请求直到缓冲区可以使用为止。对于写交易，在请求总线传输数据之前，主设备应该具有可利用的有效数据。为了获得最佳性能，在PCI局部总线上的数据传输应该像寄存器到寄存器的传输一样。
(3) 仲裁延迟
所谓总裁延迟，是指从一个主设备使它的REQ# 信号有效到总线进入空闲状态且主设备的GNT#有效之间的时间量。在一个轻载系统中，仲裁延迟恰好是总线仲裁为主设备建立GNT# 信号所花费的时间。如果当主设备的GNT# 有效时一个交易正在进行中，那么，主设备必须等待一段附加时间以使当前交易能够完成。
一个主设备的总的仲裁延迟是一个函数，此函数不但与在该设备之前获得的总线权的设备数量有关，而且与每个设备对总线的使用时间有关。获得总线权的设备数量是由总线总裁器决定的，而每个主设备对总线的占有期，当它的GNT# 无效时，受限于它的主设备延迟定时器[5]。
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第三章电机参数辨识原理与试验方法
§3-1电机测试技术
电机是一种进行能量转换或信号变换的电磁机械装置。电机是为了适应国民经济各部门的使用方法，在性能、结构形式、安装方法以及使用环境方面都有许多不同，其种类和品种是非常繁多的[6]。
3-1-1电机测试的特点
所谓测量，就是通过物理实验的方法，把被测量与其同种类的、已知的标准量进行比较，以求得被测量的值，达到定量的认识过程。实际上，简单的说，测量就是将被测量直接或间接地与作为测量单位的同类量进行比较的过程。电机中物理量的测量，主要包括以下三个方面：
(1) 测量对象。
(2) 测量方式和测量方法。
(3) 测量设备，其中包括测量仪器仪表与电源（负载）。
在测量工作过程中，需要对一些术语有所了解，常用的几个术语如下：
(1) 准确度：测量结果与被测量真实值之间相接近的程度。它是测量结果准确度的量度。
(2) 精密度：在测量过程中所测数据重复一致的程度。它是测量重复性的量度。
(3) 灵敏度：仪器仪表读数的变化量与相应的被测量的变化的比值。
(4) 分辨率：仪器仪表所能反映的被测量的最小变化值。
(5) 量程（量限）：仪器仪表在规定的准确度下对应于某一测量范围内所能测量的最大值。
电机测试过程中，除要确定合理的试验方法外，测量仪器仪表和设备还必须满足测量准确度和速度的要求。在科学研究试验中，应根据所制定的特殊试验项目选择仪器仪表的准确度。在工业试验中，应根据国家有关标准的规定，确定所采用仪器仪表的准确度和量程。例如在国家标准中规定，采用的电气测量仪表的准确度应不低于0.5级（绝缘电阻表除外）；三相瓦特表的准确度应不低于1.0级；互感器的准确度应不低于0.2级；电量变送器的准确度应不低于0.5％（检查试验时应不低于1％）；数字式转速测量仪（包括十进频率仪）及转差率测量仪的准确度应不低于0.1％个字；转矩测量仪及测功机的准确度应不低于1％；测力计的准确度应不低于1.0级。
3-1-2电机测试的方法
在控制理论中，对一些物理现象或过程按需要进行模型化，用观测后得出的输入、输出数据来确定模型的参数及结构称为系统辨识。辨识的方法又可分为两类：
(1) 利用辨识对象正常运行条件下的输入、输出信息，在一初始估计下开始，靠递推算法，逐步修正估计值的在线辨识，其特点是在一定条件下能进行实时处理。
(2) 将辨识对象由系统中分离出来受时间限制的离线辨识，其特点是信息存储量大。
电机的参数辨识既是基础理论课题，又是实际应用课题。由于电机的复杂电磁状态，其中的部分参数又表现出非线性，因此难度较大。对此，人们做了许多工作，形成了一些理论体系与方法。电机的参数识别按辨识手段的特点又可分为两类：
一为频域响应法。该方法起源于50年代，在70-80年代形成了高潮。目前该方法在分析理论、测试及处理技术等方面都已有了根本的改进。总结近年来对频域相应法本身理论的研究与实践可发现该法
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基于PCI总线数据采集卡的电机参数测试系统的研究
在计算方法上已较为成熟，算法稳定性较好且具有滤波功能。其缺点就是对输入的信号要求严格：频域分析建立在线型系统基础上，不能反映动态过程中的非线型。由于方法本身限制，目前国内外电机频域响应法研究较少。
二为时域辨识法。该方法于70年代末，开拓电机参数测试的广阔前景。其最大优点是能够自动记量工作影响，一旦辨识成功，很多自然的因素都包含在参数的估计值中，简单易行、计算方便、不附加任何其它条件。但在线辨识也存在一些问题：如周围环境的影响，辨识信号不能太大否则会影响电机的正常工作，在线辨识还有可能遇到不同试验或同一试验所识别的参数相差较大，即参数不稳定的问题。目前时域辨识法主要有卡尔曼滤波法和最小二乘法。这两种方法一是存在局部最小或收敛性问题，二是往往采取线性化而带来误差。
3-1-3转子故障检测
电机转子绕组匝间短路，是一种常见的发电机故障。匝间短路会导致发电机的励磁电流升高和轴承不平衡振动增加，这类故障会造成严重的后果，如转子机械损坏。为避免出现这种情况，需要对电机进行定期维护，但这就会增加电机停机时间，从而造成经济损失。因此进行匝间短路故障诊断十分必要。
异步电机正常运行时，定子电流只含有基波分量，如果出线断条等故障使转子不对称后，转子电流的对称系统就会被破坏，这样的不对称的系统产生的磁场就形成正向旋转或反向旋转的磁场。当鼠笼转子感应电动机转子出现断条时，会产生一个二倍滑差频率的脉振转矩，此脉振转矩将使得电机转速发生颤动。
一旦转子出现导条断裂，转子将成为一个非对称的多回路系统。即使定子外加三相对称基波电压，由于转子的非对称性，定子电流中将出现故障特征分量。
国家标准制定的检测转子线圈匝间短路故障的方法是测量转子静态下交流阻抗加以检测，系统就是用的此方法。
3-1-4定子故障检测
绕组匝间短路故障的明显标志是定子绕组局部过热，电机运转运行不稳定，转矩下降严重。
假设一台感应电机，正常时a、b、c三项定子绕组中每项绕组都是n匝线圈，故障时a相绕组有两匝绕线相互短路，则a相实际绕组数为n-1匝。此时，a、b、c三项绕组不再对称，故通过检测三项绕组阻抗是否对称可判断定子绕组间是否存在匝间短路。
§3-2异步电动机试验方法
3-2-1绝缘电阻的测定
测量电动机绝缘电阻的绕组时，应分别在实际冷却状态下和热状态下进行。检查试验时，在实际冷却状态下进行。
根据电动机的额定电压，选择合适的兆欧表。测量埋置式检温计的电阻时，应采用不高于250V的兆欧表。
测量时，如各项绕组的始末端未均引出机壳外，则应分别测量每项绕组对机壳及其相互间的绝缘电阻。如三项绕组已在电动机内部连接仅引出三个出线端时，则测量所有绕组对机壳的绝缘电阻。对绕线转子电动机，应分别测量定子绕组和转子绕组的绝缘电阻。
测量后，应将绕组对地放电。
3-2-2绕组在实际冷却下对绝缘电阻的测定
将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电动机绕组端部或铁心的温度。当所测温度与冷却介质14
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温度之差不超过2K 时，则所测温度即为实际冷却状态下绕组的温度。若绕组端部或铁心的温度无法测量时，允许用机壳的温度代替。对大、中型电机，温度计的放置时间应不少于15min 。
绕组的直流电阻用双臂电桥或单臂电桥测量。电阻在1欧及以下时，必须采用双臂电桥测量。 当采用自动检测装置或数字式微欧计等仪表测量绕组的电阻时，通过被测绕组的试验电流，应不超过正常运行时其电流的10％，通电时间不应超过1min 。
测量时，电动机的转子静止不动。定子绕组的电阻应在电机的出线端上测量。对绕线转子电动机，转子绕组的电阻应尽可能在绕组与集电环连接的接线片上测量。
每一电阻测量三次。每次读数应与三次读数的平均值之差应在平均值的0.5%范围内，取其平均值作为电阻的实际值。
检查试验时，没一电阻可仅测量一次。
如果电机的每项绕组由始末端引出时，应测量每项绕组的电阻。若三项绕组已在电动机内部连接仅引出三个出线端时，可在每两个出线端测量电阻，则各项电阻值按下式计算。
对星形接法的绕组按式（3.1）、式（3.2）和式（3.3）所示。
a med bc R R R =? （3.1）
b med ca R R R =? （3.2）
c me
d ab R R R =? （3.3）
对三角形接法的绕组按式（3.4）、式（3.5）和式（3.6）所示。
bc ca a ab med med ab
R R R R R R R =+?? （3.4） ca ab b bc med med bc
R R R R R R R =+?? （3.5） ab bc c ca med med ca R R R R R R R =
+?? （3.6） 式中：ab bc ca R R R 、、分别为出线端A 与B 、B 与C 、C 与A 间测得的电阻值，结果按式（3.7）计算。
2
ab bc ca med R R R R ++=
（3.7） 3-2-3转子电压的测定 绕线转子电动机及交流换向器电动机需进行转子电压的测定。测量时，转子应静止并开路，定子绕组上施以额定电压，在转子集电环间分别测量各线间的电压值。
对转子电压高于600伏的电动机，施于定子绕组上的电压可以适当降低。
3-2-4温升试验方法
温升试验方法有直接负载法和等效负载法。应优先采用直接负载法。直接负载法的温升试验应在额定频率、额定电压、额定功率下进行。
试验时，被测电机应保持额定负载，直到电机各部分温升达到稳定状态为止。试验过程中，每隔半小时记录被测电机的电压、电流和输入功率以及定子铁心、轴承、风道进出口的冷却介质和周围冷却介质的温度。如采用带电测温法时，还应每隔半小时以及试验结束前测量绕组的电阻。
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16 试验期间，应采取措施，尽量减少冷却介质温度的变化。为了缩短试验时间，在温升试验开始时，可以适当过载。
如采用外推法确定绕组的温升，电机停机后，应立即测量绕组的电阻。采用外接冷却器及管道通风冷却的电机，在电机切离电源的同时，应停止冷却介质的供给。
§3-3空载试验
空载试验的目的是确定电动机的励磁参数m r 和m x 、铁耗Fe P 和机械损耗fw P 。试验是在转子轴上不带任何负载，电源频率f=1N f ，转速s n n ≈的情况下进行的。用调压器改变电源电压的大小，使定子端电压从1N U 一直下降到0.21N U 左右为止，每次记录电动机的电压、空载电流、空载功率和转速，即可得到电动机的空载特性10101()I P f U =、，如图3.1所示。
I10、P 10
U1N U1
图3.1 异步电动机的空载特性
Fig.3.1 Idle load character of induction motor
在测取转速数据时需注意，当定子电压很低时，电动机的空载转速可能比同步转速n 低很多，此时，该组数据即无效，舍去不用。
空载时，电动机的三相输入功率全部用以克服定子铜耗、铁耗和转子的机械损耗，如式（3.8）所示。
c me
d ab R R R =?21011F
e fw P m I r P P =++ （3.8）
所以从空载功率减去定子铜耗，就可得到铁耗和机械损耗两项之和，如式（3.9）所示。
10101()I P f U =、2101101Fe fw P m I r P P ?=+ （3.9）
由于功耗的大小随电压的变化而变化，而机械损耗的大小仅与转速有关，而与端电压的高低无关，因此把不同电压下的机械损耗和铁耗两项之和与端电压的二次方值画成曲线2
1()Fe fw P P f U +=。
如果条件许可，能够用另一台辅助计算机把异步电机拖到同步转速进行试验（这种试验称为理想空
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17 载试验），则铁耗和机械损耗的确定将更为简便。因为在理想空载时，s=0，转子的机械损耗由辅助电机供给，此时异步电机的定子电流为纯粹的励磁电流，即0s ≈'
10m I I =，定子输入功率仅用以克服定子铜耗和铁耗，如式（3.10）所示。
''2101101Fe p m I r P =+ （3.10）
故从输入功率'10p 减去定子铜耗后，即可得到铁耗Fe p 。铁耗决定后，再由实际空载试验的数据，即可确定出机械损耗的大小。
USB2002数据采集卡使用说明书 北京阿尔泰科贸有限公司
USB简介 USB（UNIVERSAL SERIER BUS）又称之为通用串行总线，不仅仅简单地将计算机和外设连接在一起，而是使我们进入了一个全新的PC机时代。 USB是您进行数字图象处理的最佳选择，同时她也为数字化设计提供了无限的创造空间，一但您尝试使用了USB，势必爱不释手。 为什么USB越来越受到用户的青赖呢？ 第一．USB实现了那些一直梦想快速直接连接外设到PC机的使用者的梦想，添加一个传统外设首先您不得不弄清楚在那些令人迷惑的端口序列中那一个才是您需要的。其次，在通常情况下，您还不得不提前拆开PC机，安装需要的板卡，并且选择跳线，诸如中断设置等，这些非常的麻烦。甚至使一些用户惧怕去想添加外设。USB使添加外设变的十分简单，任何人都可以轻松的做到。 首先，USB用一个标准的插拔端口代替了所有的不同种类的串并口。使用USB连接PC机和外设，您只须把他们连接在一起！剩下的事情USB会自动帮您完成。他就像是给您的PC机添加一个新的功能。您再也不须拆开您的PC机，也不必担心插入板卡，DIP跳线和中断设置。 第二．USB的即插即用功能，当您需要接入外设时，甚至不必关闭电源重启计算机。只要插入便可运行！PC自动检测外围设备并且配置必要的软件。这种功能可用于想分享外设的商业PC和笔记本PC。而当您需要移走外设时，只须拔走USB插头即可。 也许您会问“我可以同时接多个外围设备吗？PC机有足够的USB接口吗？” USB当然可以同时连接多个外围设备；许多PC机有两个以上的USB端口，而集线器——一种特殊的USB外围设备，可以附属多个USB端口，当您需要使用多于两个外设时，接入一个集线器即可。 第三．USB传输数据的速度非常快，达到12MBIT，而在新发行的USB2．0版本中，其传输速度居然达到480Mbit。 第一章概述
16 位 64 通道 500KSPS 光隔 AD 16 通道光隔数字入/16 通道光隔数字出 T9255 使用说明书 一、性能特点： 本板采用有线 10M/100M 以太网口的数据采集器。 本采集卡提供基于 DLL 的编程技术，用户不需要网络知识就可以实现网络采集与控制功能。 本板通过采用高速高精度 AD 芯片、高精度的放大器、高密度 FPGA 逻辑芯片、精细地布线以及优良的制版工艺，实现了高速、高精度实时数据采集，具有以下性能特点： 1、2、 3、 4、5、6、64 通道模拟量高速采集。可以设置 1－64 通道采集，起始通道号可以自由设定。 AD 幅值采集高精度：16 位采集精度，长时间采集时，误差跳码为±2LSB,相对精度优于 0.001%，直流电压波动小于 0.1 毫伏。 软件校准：将校准信息存储在板卡上，用户不用打开仪器设备就可以进行校 准，使用方便，一般情况下不需要用户进行任何校准。 丰富的备用扩展资源：板上 CPLD 资源非常丰富，可以为用户的特殊需求进行定制，如旋转编码器接口、脉冲周期测量接口、PWM 输出接口、外同步接口、触发记录接口、开关量控制接口等(定制)。 提供外部时钟模式：在该模式下，外部时钟信号启动所有通道采集一次，从而 实现多通道与外时钟同步采集模式(定制)。 提供外部触发启动模式：在该模式下，只有当外部给出上升延触发信号后才开 始采集，从而实现用户外触发采集模式的需要(定制)。
二、功能与指标 AD 的性能指标： AD 采样精度：16 位 AD 通道数：单端方式 64 通道。 AD 采集的综合跳码误差为±2LSB。 模拟采集的定时精度：缺省情况下为 50PPM,特殊要求可以定制 AD 输入电压范围：-5V 到+5V、0－10V 可选，或根据用户需要定制量程。 AD 输入阻抗：100 千欧 模拟输入安全电压：±15 伏。当超过 AD 输入量程时，只要不超过安全电压就不 会损坏硬件。建议用户尽可能使输入信号在量程范围内。 抗静电电压：2000 伏 采集方式：连续采集 模拟量安全电压：当输入电压超过±20V 时，有可能造成硬件损坏，由此造成的损 失不在保修范围内。 接口： 总线方式：10M/100M 以太网 开关量指标: 16 路数字量输入，独立光电隔离模式,TTL 电平方式，高电平输入为 高于 2.4V,低电平低于 0.8V,限流电阻 1k 欧姆。 开关量输入的电流，小于 1uA 16 路数字量输出,上电复位清零功能,高电平输出大于 2.4V，低电平 输出低于 0.2V 开关量输出的电流大于 5mA，小于 10mA。 电源： 外部电源输入 10-30V DC,电源电流 200mA。 尺寸： 电路板尺寸：150mm*100mm 电路板定位孔：140*90——Φ3.5mm 工作环境 工作温度：0－70℃ 环境湿度：90％以内
核心提示：一、数据采集卡の定义：数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号の设备，其核心就是A/D芯片。二、数据采集简介：在计算机广泛应用の今天，数据采集の重要性是十分显著の。它是计算机与外部物理世界连接の桥梁。各种类型信号采集の难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多の实际の问题要解决。假设现在对一个模拟信号 x(t) 每隔Δ t 时间采样一次。时 一、数据采集卡の定义： 数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号の设备，其核心就是A/D芯片。 二、数据采集简介： 在计算机广泛应用の今天，数据采集の重要性是十分显著の。它是计算机与外部物理世界连接の桥梁。各种类型信号采集の难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多の实际の问题要解决。 假设现在对一个模拟信号 x(t) 每隔Δ t 时间采样一次。时间间隔Δ t 被称为采样间隔或者采样周期。它の倒数1/ Δ t 被称为采样频率，单位是采样数 / 每秒。t=0, Δ t ,2 Δ t ,3 Δ t …… 等等， x(t) の数值就被称为采样值。所有x(0),x( Δ t),x(2 Δ t ) 都是采样值。这样信号x(t) 可以用一组分散の采样值来表示： 下图显示了一个模拟信号和它采样后の采样值。采样间隔是Δ t ，注意，采样点在时域上是分散の。 图 1 模拟信号和采样显示 如果对信号 x(t) 采集 N 个采样点，那么 x(t) 就可以用下面这个数列表示： 这个数列被称为信号 x(t) の数字化显示或者采样显示。注意这个数列中仅仅用下标变量编制索引，而不含有任何关于采样率（或Δ t ）の信息。所以如果只知道该信号の采样值，并不能知道它の采样率，缺少了时间尺度，也不可能知道信号 x(t) の频率。 根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率の两倍。反过来说，如果给定了采样频率，
数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 ●通道数：就是板卡可以采集几路的信号，分为单端和差分。常用的有单端32路/差分16路、单端16路/差分8路 ●采样频率：单位时间采集的数据点数，与AD芯片的转换一个点所需时间有关，例如：AD转换一个点需要T = 10uS，则其采样频率f = 1 / T为100K，即每秒钟AD芯片可以转换100K的数据点数。它用赫兹（Hz），常有100K、250K、500K、800K、1M、40M等 ●缓存的区别及它的作用：主要用来存储AD芯片转换后的数据。有缓存可以设置采样频率，没有则不可以。缓存有RAM和FIFO两种:FIFO应用在数据采集卡上，做数据缓冲，存储量不大，速度快。RAM是随机存取内存的简称。一般用于高速采集卡，存储量大，速度较慢。 ●分辨率：采样数据最低位所代表的模拟量的值，常有12位、14位、16位等（12位分辨率，电压5000mV）12位所能表示的数据量为4096（2的12次方），即±5000 mV电压量程内可以表示4096个电压值，单位增量为（5000 mV）/ 4096=1.22 mV。分辨率与A/D 转换器的位数有确定的关系，可以表示成FS/2n。FS表示满量程输入值，n为A/D转换器的位数。位数越多，分辨率越高。 ●精度：测量值和真实值之间的误差，标称数据采集卡的测量准确程度，一般用满量程(FSR，full scale range)的百分比表示，常见的如0.05%FSR、0.1%FSR等，如满量程范围为0~10V，其精度为0.1%FSR，则代表测量所得到的数值和真实值之间的差距在10mv以内。 ●量程：输入信号的幅度，常用有±5V、±10V 、0~5V 、0~10V ，要求输入信号在量程内进行 ●增益：输入信号的放大倍数，分为程控增益和硬件增益，通过数据采集卡的电压放大芯片将AD转换后的数据进行固定倍数的放大。由两种型号PGA202 (1、10、100、1000) 和PGA203 (1、2、4、8)的增益芯片。 ●触发：可分为内触发和外触发两种，指定启动AD转换方式。
Agilent34970A 数据采集仪基本操作实验 一、实验目的 1．了解Agilent34970A数据采集仪的基本结构和功能。 2．了解Agilent34901A测量模块的基本功能和工作原理。 3．学习Agilent34970A数据采集仪使用面板进行数据采集的方法。 二、实验要求 1．根据Agilent34970A数据采集仪用户手册，掌握各开关、按钮的功能与作用。 2．通过Agilent34901A测量模块，分别对J型热电偶、Pt100、502AT热敏电组、直流电压、直流电流进行测量。 三、实验内容与步骤 1．实验准备 Agilent34970A数据采集仪的基本功能与性能。Agilent 34970A数据采集仪是一种精度为6位半的带通讯接口和程序控制的多功能数据采集装置，外形结构如图1、图2所示：
其性能指标和功能如下： 1．仪器支持热电偶、热电阻和热敏电阻的直接测量，具体包括如下类型： 热电偶：B、E、J、K、N、R|T型，并可进行外部或固定参考温度冷端补偿。 热电阻：R0=49?至?,α=(NID/IEC751)或α=的所有热电阻。 热敏电阻：k?、5 k?、10 k?型。
2．仪器支持直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、二线电阻、四线电阻、频率、周期等11种信号的测量。 3．可对测量信号进行增益和偏移(Mx+B)的设置。 4．具有数字量输入/输出、定时和计数功能。 5．能进行度量单位、量程、分辨率和积分周期的自由设置。 6．具有报警设置和输出功能。 7．热电偶测量基本准确度：℃，温度系数：℃。 8．热电阻测量基本准确度：℃，温度系数：℃。 9．热敏电阻测量基本准确度：℃，温度系数：℃。 10．直流电压测量基本准确度：+(读数的℅+量程的℅)。 11．直流电流测量基本准确度：+(读数的℅+量程的℅)。 12．电阻测量基本准确度：+(读数的℅+量程的℅)。 13．交流电压测量基本准确度：+(读数的℅+量程的℅)（10Hz～20kHz 时）。 14．交流电流测量基本准确度：+(读数的℅+量程的℅)（10Hz～5kHz 时）。 15．频率、周期测量基本准确度：(读数的℅)（40Hz～300kHz时）。16．具有系统状态、校准设置和数据存储等功能。 Agilent34970A 数据采集仪的面板按钮功能与作用。 1． 在所显示的通道上配置测量参数：
第六章模拟量输入输出与数据采集卡 通过本章的学习，使考生掌握D/A，A/D转换的原理和典型芯片，在此基础上了解工业控制计算机常用模板的组成和应用。 要求： (1)了解D/A转换的工作原理和8位，12位D/A转换芯片；D／A转换器与总线的连接和应用方法。 (2)了解A/D转换器的工作原理和指标，熟悉A/D转换的典型芯片和多路转换器，采样保持器的工作原理。 (3)了解数据采集卡的组成和指标及其应用方法，了解工控机配套模板的概况。 一、重点提示 本章重点是D/A，A/D转换器的工作原理，与总线的连接方法。 二、难点提示 本章难点是利用这些芯片和多路开关、采样保持器组成数据采集卡的应用方法。 考核目的：考核学生对微型计算机的模拟通道的构成及工作原理的掌握。 1．数模转换器D/A (1)D/A转换的指标和工作原理 / (2)典型D/A转换器芯片 (3)D/A转换器与总线的连接 2．模数转换器A/D (1)A/D转换器的工作原理（双积分和逐次逼近型A/D转换），A/D转换器主要指标 (2)典型A/D转换器芯片（ADC0809及．12位A/D芯片）的功能和组成，与总线的连接 3．多路开关 (1)数据采集系统对多路开关的要求 (2)几种多路开关芯片 (3)几种多路开关的主要技术参数 4．采样保持器 (1)采样保持器的工作原理 (2)常用的采样保持器芯片 5．数据采集卡的组成及其应用 本章知识结构如下： （一）D／A转换接口 D/A转换器的作用是将二进制的数字量转换为相应的模拟量。D/A转换器的主要部件是电阻开关网络，其主要网络形式有权电阻网络和R-2R梯形电阻网络。 集成D/A芯片类型很多，按生产工艺分有双极型、MOS型等；按字长分有8位、10位、
USB-DMP609 使用手册 ?USB2.0总线AD数据采集控制模块 ?32位ARM内核主控系统 ?16路单端16位AD,内部时钟触发连续采样 ?内置程控增益控制，三档在程可控变档 ?板载FIFO存储系统，存储深度42K ?二路12位DA输出 ?开关量：16路可程控输入、输出I/O ?一路16位计数器、频率计 ?一路程控脉冲发生器 ?模拟正弦波、三角波、锯齿波发生器 ?二路基频可程控脉宽调制(PWM)发生器 Sdjn3k济南三科 2011/8 V1.0
注意：请在开始使用模块前仔细阅读本使用手册 检查 打开包装请查验如下： ?USB-DMP609数据采集卡 ?光盘。 ?USB电缆。 ?DB25插头， 2６Pin排线插头。 安装 关掉PC机电源，将采集卡USB电缆插入主机的任何一个USB插槽中并将外部的输入、输出线连好。如果主机有多套USB采集卡，请每次只安装一个采集卡。软件启动安装请参看第3章说明。 保修 本产品自售出之日起一年内，用户遵守储存、运输和使用要求，而产品质量不合要求，免费维修。因违反操作规定和要求而造成损坏的，需缴纳器件费和维修费及相应的运输费用，如果板卡有明显烧毁、烧糊情况原则上不予维修。 注意： 1、如使用外接电源，请一定先检查确认电源极性及电压符合技术要求，并使用合格电源（如某些电源在开关时易产生强感应电压而击穿板卡）。 2、所有与板卡连接的输入、输出信号端都不能超过技术要求的电压幅度及包含有强感应脉冲电压，以免造成板卡损坏。 3、不可带电焊接板卡任何接线端及带电插拔接线接口器。
目录一、模块说明 ◆USB-DMP609采集卡简介 ◆主要特点及性能 二、原理 ◆简介 ◆模拟输入及ＡＤ数据计算 １、模块输入 ２、ＡＤ转换数据的计算 ◆ＤＡ部分原理及数据计算 ◆开关量输入／输出部分的原理 ◆计数器、频率计 ◆脉冲及模拟波形发生器 ◆PWM 三、安装与连接 ◆安装 ◆信号连接注意事项 ◆连接器插座的定义 １、Ｊ１的定义 ２、Ｊ２的定义 ３、电源插口
PCI-8344A驱动1.2版说明 一、驱动适用范围 1. 适用于windows98,2K,XP系统 2. 编程适用于VC,VB,Delphi等决大多数编程语言 二、与上一个版本驱动的区别 1. 增加了一些错误号 2. 函数名普遍加了前缀“ZT8344A” 3. 废弃了用结构体传递参数的方式 三、驱动函数的参数说明 请以这个版本驱动中的《PCI8344A.h》文件中所述为准。 《PCI8344A.h》是一个纯文本文件，可用写字板或WORD打开。 推荐：如果用 VC 或 UltraEdit 打开，其中的注释及关键字会有不同的颜色， 从而有助于阅读。 四、连续AD采集的编程思路 1. 首先在程序初始化时调用 ZT8344A_OpenDevice 函数，用于打开设备，只调一次即可； 2. 调用 ZT8344A_DisableAD 函数，禁止AD 调用 ZT8344A_ClearHFifo 函数，清硬件缓冲区(HFIFO) 调用 ZT8344A_ClearSFifo 函数，清软件缓冲区(SFIFO) 调用 ZT8344A_OpenIRQ 函数，打开HFIFO半满中断 调用 ZT8344A_AIinit 函数，做一些AD初始化工作 3. 在一个循环中不断调用ZT8344A_GetSFifoDataCount 判断SFIFO中数据的个数， 申请一个数组，并把这个数组中传入 ZT8344A_AISFifo 用于接收数据, 把读出的数据保存到文件或直接显示， 注意：SFIFO的默认大小为 819200，用户要不断读数，使SFIFO有空间放入新的来自 HFIFO的数，如果SFIFO中的有效数据的个数接近 819200，会使整个AD过程停止。如果想重新采集，必须重复2—3步。 4. 调用 ZT8344A_CloseIRQ 函数，停止采集过程 5. 在程序退出前调用 ZT8344A_CloseDevice 函数 提示：1. 在这版驱动中，板卡的序号是从1开始的 2. 如果函数返回 -1，应该调用ZT8344A_ClearLastErr 函数得到错误号， 然后去《PCI8344A.h》文件中查找这个错误号对应的含义。 3. 一旦错误号不为0，如果想重新使函数正常工作，必须调用 ZT8344A_ClearLastErr 函数清除错误号。
核心提示：一、数据采集卡①定义： 数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信 号①设备，其核心就是A/D芯片。二、数据采集简 介：在计算机广泛应用①今天， 数据采集①重要性是十分显著①。它是计算机与外部物理世界连接①桥梁。各种类型信号采集①难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多①实际①问题要解决。假设现在对一个模拟信号x(t)每 隔△ t时间采样一次。时 一、数据采集卡①定义： 数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号①设备，其核心就是A/D芯片。 二、数据采集简介： 在计算机广泛应用①今天，数据采集①重要性是十分显著①。它是计算机与外部物理世界连接①桥梁。各种类型信号采集①难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来 一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多①实际①问题要解决。 假设现在对一个模拟信号x(t)每隔△ t时间采样一次。时间间隔△ t被称为采样间隔或者采样周期。它①倒数1/ △ t被称为采样频率，单位是采样数/每秒。t=0, △ t ,2 △ t ,3 A t……等等，x(t)①数值就被称为采样值。所有x(0),x( △ t),x(2 △ t )都是采样值。这样信号x(t) 可以用一组分散①采样值来表示： 下图显示了一个模拟信号和它采样后①采样值。采样间隔是A t ,注意，采样点在时域上是分散
①。 如果对信号x(t)采集N个采样点，那么x(t)就可以用下面这个数列表示： 这个数列被称为信号x(t)①数字化显示或者采样显示。注意这个数列中仅仅用下标变 量编制索引，而不含有任何关于采样率(或△ t)o信息。所以如果只知道该信号①采样 值，并不能知道它①采样率，缺少了时间尺度，也不可能知道信号x(t)①频率。 根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率①两倍。反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发生畸变①最大频率叫做恩奎斯特频率，它是采样频率①一半。 如果信号中包含频率高于奈奎斯特频率①成分，信号将在直流和恩奎斯特频率之间畸变。图2显示了一个信号分别用合适①采样率和过低①采样率进行采样①结果。 采样率过低①结果是还原①信号①频率看上去与原始信号不同。这种信号畸变叫做混叠(alias )。出现①混频偏差(alias frequency )是输入信号①频率和最靠近①采样率
NI632x Specifications Specifications listed below are typical at 25°C unless otherwise noted. Refer to the X Series User Manual for more information about NI PCIe-6320/6321/6323 devices. Analog Input Number of channels NI 6320/6321..............................8 differential or 16single ended NI 6323.......................................16 differential or 32single ended ADC resolution...............................16 bits DNL................................................No missing codes guaranteed INL..................................................Refer to the AI Absolute Accuracy Table Sampling rate Maximum...................................250 kS/s single channel, 250 kS/s multi-channel (aggregate) Minimum....................................No minimum Timing accuracy.........................50 ppm of sample rate Timing resolution.......................10 ns Input coupling.................................DC Input range......................................±10V, ±5V, ±1V,±0.2V Maximum working voltage for analog inputs (signal + common mode)................±11 V of AI GND CMRR (DC to 60 Hz).....................100 dB Input impedance Device on AI+ to AI GND......................>10 GΩ in parallel with100 pF AI– to AI GND......................>10 GΩ in parallel with100 pF Device off AI+ to AI GND......................1200 Ω AI– to AI GND.......................1200 Ω Input bias current.............................±100 pA Crosstalk (at 100 kHz) Adjacent channels.......................–75 dB Non-adjacent channels................–90 dB Small signal bandwidth (–3 dB)......700 kHz Input FIFO size................................4,095 samples Scan list memory.............................4,095 entries Data transfers...................................DMA (scatter-gather), programmed I/O Overvoltage protection (AI <0..31>, AI SENSE, AI SENSE2) Device on....................................±25 V for up to two AI pins Device off...................................±15 V for up to two AI pins Input current during overvoltage condition......................±20 mA max/AI pin Settling Time for Multichannel Measurements Accuracy, full scale step, all ranges ±90 ppm of step (±6 LSB)..........4 μs convert interval ±30 ppm of step (±2 LSB)..........5 μs convert interval ±15 ppm of step (±1 LSB)..........7 μs convert interval Analog triggers................................None
数据采集卡拆装说明 1.将下图红框内的螺丝卸下，电脑侧面板就可拆下。 2将下图红框内螺丝卸下 3．打开电脑侧面板后，可以看到如下图所示电路板一块，此电路板即为数据采集卡，将刚才所拆螺丝处压板抬起，即可拔下数据采集卡。
注意：数据采集卡插槽末端有一根扎带线，是用来稳定数据采集卡避免其晃动的，请在重新插回数据采集卡时将其原插进插槽末端，用来固定。 4.拔完以后，把板卡重新插好，按照倒序把机箱重新装好。 5．安装板卡驱动： Ⅰ.请先在C盘根目录下建立“hotec”文件夹，再将说明书光盘上的“Pci7422板卡文件夹和2000 setup”文件夹复制到“hotec”文件夹下；（C盘为系统盘，如果系统盘在D盘，则在D盘根目录下建立“hotec”文件夹，再进行复制）。打开C：\hotec\ 2000 setup文件夹，双击“Setup2.bat”运行文件（如果系统盘为D盘，右击“Setup2.bat”，点击“编辑”，可以看到“Setup2.bat”的内容，将C盘的符号改为D盘符），文件运行完自动关闭。Ⅱ.重新启动计算机，出现“找到新硬件”对话框，点选“是，仅这一次”，单击“下一步”； 选择“从列表或指定位置安装（高级）”，单击“下一步”；选择“在搜索中包括这个位置” 并点击“浏览”选择“C：\hotec\ 2000 setup”单击“下一步”；系统自动搜索驱动并安装驱动，安装完成时，系统提示该向导已经完成了下列设备的软件安装并提示安装有问题，单击“完成”。打开C：\hotec\ 2000 setup文件夹，双击“Setup2.bat”运行文件（如果系统盘为D盘，右击“Setup2.bat”，点击“编辑”，可以看到“Setup2.bat”的内容，将C盘的符号改为D盘符），屏幕显示“Please press ‘R’to retry or ‘C’to Cancel…”, 从键盘输入‘C’，运行结束后文件自动关闭。板卡安装完成。
数据采集卡采集工具使用说明 1. 数据采集工具界面： 2. 打开采集工具接入USB数据采集卡后，采集工具会自动查找系统接入USB设备，左图为连接数据采集卡成功。右图为没有接入数据采集卡，没有接数据采集卡前采集工具的上的所有功能为不可以操作。 未接入采集卡，功能为不可以操作： 3. 选择数据采集卡输出路径，点击如图下所示：勾选“采集数据结束后自动打开文件”复选项后结束采集后会自动的打开采集数据文件。
4. 采集参数设置： A.采集间隔时间（毫秒）：采集每次数据点之间的等待时间设置，设置为0表示不等待连续采集数据。 B.采集数据量（个）：最大采集数量值，采集到最大值后程序自动停止结束。勾选“勿略采集最大量值，连续采集”复选框后此设置将无效。采集结束在点击“停止采集”按键后结束。 C.数据存储深度（个）：存储深度主要解决实时显示数据软件所占用的时间，存储深度值越大显示数据越慢，此显示速度慢不影响正常采集速度，只是影响显示速度。如采集时频率比较慢时需要设置采集间隔时间，把存储深度设置为1表示实时值。 D.采集接入模式：采集模拟分为三种：模拟输入（单极性），差分输入，真双极输入。模拟输入只能采集大于0V以上的电压值，不能采集负电压。差分输入可以测试正负电压，测试正负电压需要按差分方式接线，差分方式接线与地线无关。真双极输入可以测试正负电压，可以直接测试负电压。 采集工具会根据采集卡类型显示不同的输入模式，工具只会显示支持的模式选择项。详细支持输入模式请参考产品说明书参数规格。 E.采集卡输入通道：输入通道表示采集卡指定的采集通道，不同型号采集有不同数量的采集通道。采集卡支持：单通道采集和全通道采集功能。全通道采集功能可以勾选“同时采集所有通道”复选框。 F.采集量程选择：不同类型采集卡支持不同的量程选择，详细参数可以参考用户说明。 5.清空列表数据点击“清空列表数据”按键后会清除列表数据，注意：清空后的数据不可恢复： 6.数据采集：点击“开始采集”按键后采集工具自动开始采集数据，点击“停止采集”后程序自动停止并保存采集数据。 以下为采集数据列表数据：
基于虚拟仪器技术的柴油发动机测控系统 2007-03-09 19:03:27 作者：吴伟斌洪添胜来源:互联网 摘要： 介绍了采用NI公司的DAQ卡、SCXI信号调理模块及PC机构成的一个基于虚拟仪器技术的柴油发动机制测控系统。它通过LabVIEW的编程，使用户界面直观地显示在显示器上，方便了调试。该系统已应用在柴油发动机燃用柴油和十六种植物油的稳态性能测试试验上，运行情况良好，且各测量参数的误差与发送机试验图家标准对比，都满足了要求。 关键词： 虚拟仪器数据采集卡信号调理模块测功器LabVIEW 发动机测试仪器经历了模拟仪器、数字化仪器和智能仪器三个阶段。模拟仪器的基本结构是由磁机械式的，采用模拟器件组成各种电路，精度低、速度慢、适应性差；而数字化仪器如数字转速表等，主要由数字电路来实现，在测试精度、速度和仪器寿命等方面都比模拟仪器有较大的提高。随着数字信号处理技术及大规模集成电路的发展，出现了以微机为核心的智能仪器，但由于其是以功能模拟的形式存在的，无论开发还是应用，都缺乏灵活性。20世纪80年代后期，微机性能是得到极大提高，而向测试分析的通用软件开发平台的成功应用，使得虚拟仪器应运而生。利用虚拟仪器技术，用户可以自定认义仪器的功能，创建32位编译程序，从而提高了常规数据采集和测试等任务的运行速度。W40型电涡流测功器是华南农业大学从德国进口的测功设备。该测试设备的数字化水平较低，控制台均采用机械式按钮，且经过近二十年的连续运转，设备已严重老化，出现明显的零点漂移，部分测试电路板已出现故障，经多次修理仍不正常，严重影响了测试工作的正常进行。为此，在确保数据采集的精度和实时性、改善数据处理功能、提高易操作性和整个测试设备数字化水平的原理下，充分利用虚拟仪器的优势，对原有设备进行了更新和扩充，形成了一个测控系统。 1 系统硬件设计1．1 系统硬件组成测试系统的硬件组成主要包括NI公司的PCI-6024E 型DAQ卡和SCXI信号调理模块。SCXI信号调理模块包括机座模块SCXI-1000、热电偶模块组SCXI-1125和SCXI-1328、应力应变模块组SCXI-1520和SCXI-1314等。系统结构图
DAQCard-060101 16位单通道 USB数据采集卡使用说明 一、基本参数 输入电压量程：±1V，±10V 输入通道：单通道差分输入 分辨率：16bit 采样率：1ksps —500ksps软件可调。 二、硬件接口说明 1、USB接口, 可直接插入计算机USB插口，或使用USB延长线。 2、差分电压信号输入端：“+”接差分信号正输入端，“-”接差分信号负输入端。 3、量程选择跳线：两个短路块同时插在外侧，选择±10V量程，同时插在内侧，选择 ±1V量程。请勿将两个短路块插在不同的两侧。 三、驱动安装说明 1、本卡通过USB接口供电和传输数据，支持即插即用和热插拔。 2、首次使用本卡时，需要安装驱动程序。此后再使用时无须再次安装驱动，即插即用。 3、首次使用本卡时，将USB接口与计算机连接，稍等片刻，计算机将提示“发现新 硬件”，如下图所示。选择“否，暂时不”，并点击“下一步”。 4、系统出现如下对话框。选择“从列表或指定位置安装（高级）”，点击“下一步”。
5、系统出现如下对话框。选择“不要搜索。我要自己选择安装的驱动程序”，点击下 一步。 6、如出现下面的对话框，选择“通用串行总线控制器”，点击“下一步”。
7、系统出现如下对话框。则点击“从磁盘安装”。 8、在弹出的路径对话框中选择程序安装目录下的“DAQCard-060101.Inf”文件。点击 “确定”。
9、回到6步所示对话框，此时出现提示“DAQCard(without driver)”，选中该项后，点 击“下一步”。 10、系统开始安装驱动，若弹出如下对话框，选择“仍然继续”。
PC-6311D模入模出接口卡技术说明书 1.概述： PC-6311D 模入模出接口卡适用于具有ISA 总线的PC系列微机，具有很好的兼容性，CPU从目前广泛使用的64位处理器直到早期的16位处理器均可适用，操作系统可选用经典的MS-DOS，目前流行的Windows系列，高稳定性的Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统 LabVIEW 等软件环境。在硬件的安装上也非常简单,使用时只需将接口卡插入机内任何一个ISA总线插槽中,信号电缆从机箱外部直接接入。也可插入我所研制的PC扩展箱内使用。 PC-6311D模入模出接口卡安装使用方便，程序编制简单。其模入模出及I／O信号均由卡上37芯D型插头及另配的转换插头与外部信号源和设备连接。对于模入部分，用户可根据实际需要选择单端或双端输入方式。对于模出部分，用户可根据控制对象的需要选择电压或电流输出方式以及不同的量程。 2. 主要技术参数： 2.1 模入部分 2.1.1输入通道数：(标*为出厂标准状态,下同) 单端32路；* / 双端16路 2.1.2输入信号范围： 0V～10V*；/ ±5V 2.1.3输入阻抗：≥10MΩ 2.1.4A／D转换分辨率：12位 2.1.5A／D转换速度：10μS 2.1.6A／D启动方式： 程序启动／外触发启动 2.1.7A／D转换结束识别： 程序查询／中断方式 2.1.8A／D转换非线性误差：±1LSB 2.1.9A／D转换输出码制： 单极性原码*／双极性偏移码 2.2.10系统综合误差：≤0.2％ FSR 2.2 模出部分： 2.2.1输出通道数： 2路 (互相独立，可同时或分别输出，具有上电自动清零功能。) 2.2.2输出范围： 电压方式：0～5V；0～10V*；±5V；±2.5V 电流方式：0～10mA；4～20mA 2.2.3输出阻抗：≤2Ω (电压方式) 2.2.4D／A转换器件：DAC1210 2.2.5D／A转换分辨率：12位 2.2.6D／A转换输入码制： 二进制原码(单极性输出方式时)*; 二进制偏移码(双极性电压输出方式时) 2.2.7D／A转换综合建立时间：≤2μS 2.2.8D／A转换综合误差： 电压方式：≤0.2％ FSR 电流方式：≤ 1％ FSR 2.2.9电流输出方式负载电阻范围： 使用机内＋12V电源时：0～250Ω 外加＋24V电源时：0～750Ω 2.3 数字量输入输出部分： 2.3.1DI：8路；TTL标准电平 2.3.2 DO：8路；TTL标准电平；有输出锁存功能 2.4 电源功耗： ＋5V(±10％)≤400mA;
采集卡的选择和主要参数 图像采集卡是将视频信号经过AD转换后，将视频转换成电脑可使用的数字格式，经过PCI总线实时传到内存和显存。在采集过程中，由于采集卡传送数据采用PCI Master Burst方式，图像传送速度高达40MB/S，可实现摄像机图像到计算机内存的可靠实时传送，并且几乎不占用CPU时间，留给CPU更多的时间去做图像的运算与处理。 一、采集卡基本原理 采集卡有多种种类、规格。但尽管其设计和特性不同，大多数采集卡的基本原理相同。近年来，数字视频产品取得了显著发展。数字视频产品通常需要对动态图像进行实时采集和处理，因此产品性能受图像采集卡的性能影响很大。由于早期图像采集卡以帧存为核心，处理图像时需读写帧存，对于动态画面还需“冻结”图像，同时由于数据传输速率的限制，因此图像处理速度缓慢。 90年代初，INTEL公司提出了PCI(Peripheral Component Interconnect)局部总线规范。PCI总线数据传宽度为32/64位，允许系统设备直接或间接连接其上，设备间可通过局部总线完成数据的快速传送，从而较好地解决了数据传输的瓶颈问题。 由于PCI总线的高速度，使A/D转换以后的数字视频信号只需经过一个简单的缓存器即可直接存到计算机内存，供计算机进行图像处理也可将采集到内存的图像信号传送到计算机显示卡显示；甚至可将A/D输出的数字视频信号经PCI总线直接送到显示卡，在计算机终端上实时显示活动图像。数据锁存器代替了帧存储器，这个缓存是一片容量小、控制简单的先进先出(FIFO)存储器，起到图像卡向PCI总线传送视频数据时的速度匹配作用。将图像卡插在计算机的PCI插槽中，与计算机内存、CPU、显示卡等之间形成调整数据传送。 由于PCI总线的上述优点，许多图像板卡公司陆续推出了基于PCI总线的图像采集卡，另外还有PC104 plus、Compact PCI等总线形式。 二、与图像采集卡相关技术名词 1、DMA DMA( Direct Memory Access)是一种总线控制方式，它可取代CPU对总线的控制，在数据传输时根据数据源和目的的逻辑地址和物理地址映射关系，完成对数据的存取，这样可以大大减轻数据传输时CPU的负担。 2、LUT(Look-Up Table) 对于图像采集卡来说，LUT(Look-Up Table)实际上就是一张像素灰度值的映射表，它将实际采样到的像素灰度值经过一定的变换如阈值、反转、二值化、对比度调整、线性变换等，变成了另外一个与之对应的灰度值。这样可以起到突出图像的有用信息，增强图像的光对比度的作用。很多PC系列卡具有8/10/12/16甚到32位的LUT，具体在LUT里进行什么样的变换是由软件来定义的。 3、Planar Converter Planar Converter能从以4位表示的彩色象素值中将R、G、B分量提取出来，然后在PCI传输时分别送到主机内存中三个独立的Buffer中，这样可以方便在后续的处理中对彩色信息的存取。在有些采集卡(如PC2Vision)中，它也可用于在三个黑白相机同步采集时将它们各自的象素值存于主机中三个独立的Buffer中。
研华 公司简介 研华公司成立于1983年，是一家全球领先的电子平台产品和服务提供商。其业务范围包括完整的系统集成、硬件、软件、以客户为中心的设计服务和全球后勤支持，均由产业领先的后端办公电子商务解决方案进行保障。通过与解决方案伙伴的密切合作，我们能够为各种工业应用提供完整的解决方案。研华一直致力于高质量，高性能计算平台和制造的创新，公司的使命是通过提供值得信赖的电子平台产品和服务，开创全球e世纪的创新动力。研华产品的应用和创新永无止境。 研华将自己定位为ePlatform服务提供商，一直并将继续在嵌入式电脑，应用平板电脑，工业网络电脑和自动化领域创建领导品牌。我们与合作伙伴一起，为不同的垂直产业提供各种产品，如环境与设备监控，网络通讯，网络安全，POS/POI自助终端，e化工厂/e自动化，医疗和家庭自动化等。研华将客户连接e化世界的进程带入一个新的阶段：由嵌入式电脑，应用平板电脑，工业网络电脑和自动化四条产品线提供完整的解决方案。从工业自动化到医疗电脑及家庭自动化，我们都可以满足每一个客户的独特需求。 数据采集卡 研华PCI-1713模拟量输入卡：该板卡具有32 路单端或16 路差分模拟量输入，或组合输入方式，12位A/D转换分辨率，A/D转换器的采样速率可达100 kHz，每个输入通道的增益可编程，卡上有4K采样FIFO缓冲器，2500VDC 隔离保护，支持软件、内部定时器触发或外部触发。
研华PCI-1720U模拟量输出卡：该板卡具有四路12 位D/A 输出通道，多种输出范围。由于能够在输出和PCI总线之间提供2500VDC的隔离保护，PCI-1720非常适合需 要高电压保护的工业场合。 研华PCI-1730数字量输入/输出卡：它提供了16路数字量输入和16路数字量输出，高输出驱动能力和中断能力，具有2500VDC高电压隔离I/O通道。 研华PCI-1780U计数器/定时器卡：是基于PCI总线设计的接口卡。该卡使用了AM9513芯片，能够通过CPLD实现计数器/定时器功能。此外，该卡还提供8个16位计数器通道，并具有8通道可编程时钟资源，8路TTL数字量输出/8路TTL数字量输入，最高输入频率达20MHz，有多种时钟可以选择，可编程计数器输出，同时有计数器门选通功能。
如何正确使用和选择数据采集卡 作者：USB17 文章来源：北京迪阳公司点击数：更新时间：2007-5-16 数据采集卡, USB数据采集卡, PCI数据采集卡, 高速数据采集卡, 采集卡, 数据采集 在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。各种类型信号采集的难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多的实际的问题要解决。 采样频率、抗混叠滤波器和样本数 假设现在对一个模拟信号x(t) 每隔Δ t 时间采样一次。时间间隔Δ t 被称为采样间隔或者采样周期。它的倒数1/ Δ t 被称为采样频率，单位是采样数/ 每秒。t=0, Δ t ,2 Δ t ,3 Δ t …… 等等，x(t) 的数值就被称为采样值。所有x(0),x( Δ t),x(2 Δ t ) 都是采样值。这样信号x(t) 可以用一组分散的采样值来表示： 下图显示了一个模拟信号和它 采样后的采样值。采样间隔是Δ t ，注意，采样点在时域上是分散的。 图 1 模拟信号和采样显示 如果对信号x(t) 采集N 个采样点，那么x(t) 就可以用下面这个数列表示： 这个数列被称为信号x(t) 的数字化显示或者采样显示。注意这个数列中仅仅用下标变量编制索引，而不含有任何关于采样率（或Δ t ）的信息。所以如果只知道该信号的采样值，并不能知道它的采样率，缺少了时间尺度，也不可能知道信号x(t) 的频率。 根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率的两倍。反过来说，如果给定了采样频率，那么能
够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做恩奎斯特频率，它是采样频率的一半。如果信号中包含频率高于奈奎斯特频率的成分，信号将在直流和恩奎斯特频率之间畸变。图２显示了一个信号分别用合适的采样率和过低的采样率进行采样的结果。 采样率过低的结果是还原的信号的频率看上去与原始信号不同。这种信号畸变叫做混叠（alias ）。出现的混频偏差（alias frequency ）是输入信号的频率和最靠近的采样率整数倍的差的绝对值。所以说采样频率最好是被测信号的4~~10倍,这样测量的信号才不会失真. 图 2 不同采样率的采样结果 图３给出了一个例子。假设采样频率fs 是100HZ, ，信号中含有25 、70 、160 、和510 Hz 的成分。 图３说明混叠的例子 采样的结果将会是低于奈奎斯特频率（fs/2=50 Hz ）的信号可以被正确采样。而频率高于50HZ 的信号成分采样时会发生畸变。分别产生了30 、40 和10 Hz 的畸变频率F2 、F3 和F4 。计算混频偏差的公式是：