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
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。
定日镜跟踪控制系统 一、控制实现的功能 根据系统要求，控制系统实现如下功能： （1）模拟量采集：定位光电传感器输出电压差动信号； （2）电机控制：M1电动机控制（(方位角方向的控制)，M2电动机的控制(高度角方向的控制）； （3）开关量输入：手动开关输入和接近开关输入。 二、控制信号 （1）3路模拟量输入：定位光电池电压总和信号，方位角方向电压差信号，高度角方向电压差信号 （2）4路PWM输出：分别控制高度角和方位角电机的运行方向和速度； （3）开关量输入：手动开关输入量用于调试电机，接近开关输入量用于防止电机运行超过机械结构的极限位置； （4）3行通信接口：上位监控计算机、方位角编码器、高度角编码器； （5）人机界面装置，采用触摸屏； 其处理电路接口原理图如下： 三、DSP外围器件接口
（1）DSP主芯片选择 根据上述要求，选择TMS320C2812 DSP芯片，主要技术参数为： 指令周期：150MHz 6.67ns；4M字线性程序地址；4M字数据地址；具有外部存储器接口；看门狗定时模块；TM320C2812 DSP是32位定点DSP，速度可达150MPS，是电动机控制专用DSP的高端产品。 具体引脚功能如下： XA[0]~ XA[18]：19位地址总线 XD[0]~ XA[15]：16位数据总线 ADCINA0~ ADCINA7：采样/保持A的8通道模拟输入 ADCINB0~ ADCINB7：采样/保持B的8通道模拟输入 GPIOA0~ GPIOA5：PWM输出引脚#1~#6 GPIOB0~ GPIOB5：PWM输出引脚#7~#12 TMS320LF2407 DSP芯片，高性能、低价位16位定点，单指令周期25ns（40MHz），40MIPS。32K程序存储器，8个16位PWM 或者使用STC12系列单片机 STC12C5410AD系列及STC12C2052AD系列是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容8051，但速度快8~12倍。 STC12C5410AD：4路PWM，8路高速10位AD转换，具有10KFlash程序存储器，针对电机控制，强干扰场合。 STC12C2052AD：2路PWM，8路高速8位AD转换，具有5KFlash程序存储器；
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、
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
数据采集和控制系统设备选型问答 1
数据采集和控制(DA&C)系统设备选型问答ss ----PC-BASED篇 一、DA&C系统一般有哪几种形式?各有何优点?未来趋势是什么? 二、为什么说PC-BASED系统开放性好? 三、基于PC-BASED的DA&C系统有几种形式 四、数据采集卡的分类? 五、模拟量输入为何分单端和差分? 六、数据采集卡如何与端子搭配 七、A/D转换后数据传输共有几种形式? 八、数据采集卡软硬件件如何整合? 九、采用分布式数据采集系统有何好处? 十、现场总线的分类及特点 一、DA&C系统一般有哪几种形式?各有何优点?未来趋势是什么? 粗略的讲,DA&C能够采用三种形式来构成: (1) 基于PLC的顺序逻辑控制系统。 (2) 基于DCS的大型控制系统 (3) 基于PC-BASED的DA&C系统。 优缺点见下表。 比较项目PLC DCS PC- BASED 实时性高。可用于严格场 合,如锅炉、电梯、 机车等控制高。可用于大型严格 场合,如化工、钢 铁、石油等场合 中。 价格中高低 开放性差。属于专属系统差。属于专属系统强。 2
随着PC及网络技术的迅猛发展,未来的趋势是PLC及DCS逐渐向PC-BASED靠拢,如采用PC的CPU、流行的Ethernet、通讯协议;同时PC-BASED逐渐向PLC及DCS渗透,如采用遵循IEC-1131的软PLC。三者会取长补短,即PLC和DCS的开放 讯能力逐渐加强,同时PC-BASED的实时性进一步提高。 二、为什么说PC-BASED系统开放性好? PC-BASED系统采用INTEL或兼容的硬件及微软或兼容的软件,俗称WINTEL架构。由于WINTEL架构已经成为商业PC机的其标准公开、结构公开、软件及开发工具公开,因此具有很好的开放性。且硬件成本和开发成本相比较均很低。因此,PC 的DA&C架构受到广大用户的欢迎。 三、基于PC-BASED的DA&C系统有几种形式 (1) 基于板卡的集中式数据采集系统。基本方式是采用数据采集卡进行数据采集。具有代表性的厂家如Advantech、NI 利。主要做法是将一块基于IAS或PCI的板卡插入工业计算机或商用机(非严格场合)上,将外部信号经过导线引至计算机上然后接入数据采集卡,经过定制的软件就能够进行采集。优点是成本较低,速度块,如1MHZ数据采集,缺点是可靠性一 布线费用高 (2) 基于分布式的数据采集系统。基本方式是采用基于现场总线的数据采集智能模块,流行的现场总线如RS-485(非严格BUS、Profibus等。代表性的厂家如ADVANTECH ADAM系列等。基本做法是经过现场总线将智能模块引入计算机,上位机制的软件和智能模块通讯。优点是易维护、布线简单、可靠性高,缺点是采样速度低、成本较高。 四、数据采集卡的分类? 1.按照采集信号的类型分:模拟量输入输出、数字量输入输出、定时/计数等三种; 2.按照采样速度可分成高速和低速; 3
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
工业相机的选型规则 工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其最本质的功能就是将光信号转变成AFT-808小型高清工业相机为有序的电信号。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节，相机不仅是直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。 在机器视觉系统应用中，工业相机、工业镜头、图像采集卡、机器视觉光源、机器视觉系统平台软件，在选择过程中存在很多问题，那么今天就工业相机、工业CCD摄像头的选择，给大家介绍一些经验。 1、选择工业相机的信号类型 工业相机从大的方面来分有模拟信号和数字信号两种类型。 模拟相机必须有图像采集卡，标准的模拟相机分辨率很低，一般为768*576，另外帧率也是固定的，25帧每秒。另外还有一些非标准的信号，多为进口产品，那么成本就是比较高了，性价比很低。所以这个要根据实际需求来选择。另外模拟相机采集到的是模拟信号，经数字采集卡转换为数字信号进行传输存储。模拟信号可能会由于工厂内其他设备（比如电动机或高压电缆）的电磁干扰而造成失真。随着噪声水平的提高，模拟相机的动态范围（原始信号与噪声之比）会降低。动态范围决定了有多少信息能够被从相机传输给计算机。工业数字相机采集到的是数字信号，数字信号不受电噪声影响，因此，数字相机的动态范围更高，能够向计算机传输更精确的信号。 2、工业相机的分辨率需要多大。 根据系统的需求来选择相机分辨率的大小，下面以一个应用案例来分析。
应用案例：假设检测一个物体的表面划痕，要求拍摄的物体大小为 10*8mm,要求的检测精度是0.01mm。首先假设我们要拍摄的视野范围在12*10mm,那么相机的最低分辨率应该选择在：(12/0.01)* (10/0.01)=1200*1000,约为120万像素的相机，也就是说一个像素对应一个检测的缺陷的话，那么最低分辨率必须不少于120万像素，但市面上常见的是130万像素的相机，因此一般而言是选用130万像素的相机。但实际问题是，如果一个像素对应一个缺陷的话，那么这样的系统一定会极不稳定，因为随便的一个干扰像素点都可能被误认为缺陷，所以我们为了提高系统的精准度和稳定性，最好取缺陷的面积在3到4个像素以上，这样我们选择的相机也就在130万乘3以上，即最低不能少于300万像素，通常采用300万像素的相机为最佳(我见过最多的人抱着亚像素不放说要做到零点几的亚像素，那么就不用这么高分辨率的相机了。比如他们说如果做到0.1个像素，就是一个缺陷对应0.1个像素，缺陷的大小是由像素点个数来计算的，试问0.1个像素的面积怎么来表示？这些人以亚像素来忽悠人，往往说明了他们的没有常识性)。换言之，我们仅仅是用来做测量用，那么采用亚像素算法，130万像素的相机也能基本上满足需求，但有时因为边缘清晰度的影响，在提取边缘的时候，随便偏移一个像素，那么精度就受到了极大的影响。故我们选择300万的相机的话，还可以允许提取的边缘偏离3个像素左右，这就很好的保证了测量的精度。 3、选择工业相机的芯片。 工业相机从芯片上分，有CCD和CMOS两种。 如果要求拍摄的物体是运动的，要处理的对象也是实时运动的物体，那么当然选择CCD芯片的相机为最适宜。但有的厂商生产的CMOS相机如果采用帧曝光(全局曝光)的方式的话，也可以，虽然是CMOS芯片，但在拍摄运动物体时绝不比CCD的差，又假如物体运动的
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。
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：
第一步，选择接口方式。 数据采集卡的接口方式是指该卡与PC连接的总线方式，或者该卡提供的接口方式。常见的接口方式有PCI, Compact PCI,USB, PCMCIA, CAN, 无线，网卡；还有较老式的方式如串口 UART/LPT/SPI，并口COM，ISA/EISA，PC/AT。 从数据传输可靠和速度角度考虑，首选PCI总线接口方式。在工业领域，为了达到99.9999999%的数据可靠性，需要选择Compact PCI总线接口方式，常有3U和5U两种物理形式。 USB总线由于支持即插即用，传输速度快，携带方便等优点，成为未来的发展方向。 PCMCIA是便携式电脑和设备中的标准接口,所以有一定的市场. 无线技术的飞速发展,数据传输速度不断发展,给数据采集卡提供了更加方便快捷的移动传输方式.通常的传输协议有:红外IRDA,蓝牙BLUETOOTH,NFC,GPRS,W LAN,3G,HSPDA等等. GPRS 方式传输现在有很大的市场. 第二步，确定输入和输出指标。 这些指标有输入和输出的模拟量精度和速率,输入和输出的数字量电平和要求,输入和输出的数字传输协议方式. 模拟量采样有高精度和高速率两个方向,有的将二者结合起来,属于较高要求. 数字量有TTL,CMOS,高压电平等,特殊场合,需要光电隔离,ESD,EMI保护.传输协议通常为UA RT,也有并行方式. 第三步，选择接口协议处理器。 如果你的数据采集卡不需要处理器就能够满足要求,你可以现在动手设计了.否则,继续努力! 接下来考虑的是接口协议处理器.PCI, USB, PCMCIA, CAN, 网卡都有专门的接口芯片.当然你也可以选择FPGA加上软件协议IP核,同样能实现你的目标,但是难度很大. 第四步，选择采集卡处理器。 对于功能强大的数据采集卡,你需要选择专用的处理器来预处理采集的数据.单片机, FPGA, DSP, ARM都是你可以挑选的对象. 单片机由于便宜,易于开发,开发的资料齐全,工程师众多,很适合初学者你的.FPGA设计方便,具有速度和效率的优势,也是不错的选择. DSP是专门为数据处理而设计,速度快,可以实现非常复杂的算法,是最好的选择.ARM的功能过于
第10章基于研华数据采集卡的 L a b V I E W程序设计 本章利用研华公司的PCI-1710HG数据采集卡编写LabVIEW程序，包括：模拟量输入、模拟量输出、开关量输入以及开关量输出等。 10.1 模拟量输入（AI） 10.1.1 基于研华数据采集卡的LabVIEW程序硬件线路 在图10-1中，通过电位器产生一个模拟变化电压（范围是0V～5V），送入板卡模拟量输入0通道（管脚68），同时在电位器电压输出端接一信号指示灯，用来显示电压变化情况。 图10-1 计算机模拟电压输入线路 本设计用到的硬件为：PCI-1710HG数据采集卡、PCL-10168数据线缆、ADAM-3968接线端子（使用模拟量输入AI0通道）、电位器（10K）、指示灯（DC5V）、直流电源（输出：DC5V）等。 10.1.2 基于研华数据采集卡的LabVIEW程序设计任务 利用LabVIEW编写应用程序实现PCI-1710HG数据采集卡模拟量输入。 任务要求： （1）以连续方式读取电压测量值，并以数值或曲线形式显示电压测量变化值； （2）当测量电压小于或大于设定下限或上限值时，程序画面中相应指示灯变换颜色。
第10章 基于研华数据采集卡的LabVIEW 程序设计 – 209 – 10.1.3 基于研华数据采集卡的LabVIEW 程序任务实现 1．建立新VI 程序 启动NI LabVIEW 程序，选择新建（New ）选项中的VI 项，建立一个新VI 程序。 在进行LabVIEW 编程之前，必须首先安装研华设备管理程序Device Manager 、32bit DLL 驱动程序以及研华板卡LabVIEW 驱动程序。 2．设计程序前面板 在前面板设计区空白处单击鼠标右键，显示控件选板（Controls ）。 （1）添加一个实时图形显示控件：控件（Controls ）→新式（Modern ）→图形（Graph ） →波形图形（Waveform Chart ），标签改为“实时电压曲线”，将Y 轴标尺范围改为0.0-5.0。 （2）添加一个数字显示控件：控件（Controls ）→新式（Modern ）→数值（Numeric ）→ 数值显示控件（Numeric Indicator ），标签改为“当前电压值：”。 （3）添加两个指示灯控件：控件（Controls ）→新式（Modern ）→布尔（Boolean ）→圆形指示灯（Round LED ），将标签分别改为“上限指示灯：”、“下限指示灯：”。 （4）添加一个停止按钮控件：控件（Controls ）→新式（Modern ）→布尔（Boolean ）→停止按钮（Stop Button ）。 设计的程序前面板如图10-2所示。 图10-2 程序前面板 3．框图程序设计——添加函数 进入框图程序设计界面，在设计区空白 处单击鼠标右键，显示函数选板（Functions ）。 在函数选板（Functions ）下添加需要的函数。 （1）添加选择设备函数：用户库→ Advantech DA&C （研华公司的LabVIEW 函数库）→ EASYIO → SelectPOP → SelectDevicePop.vi ，如 图10-3所示。 图10-3 SelectPop 函数库
研华采集卡驱动程序工作原理及流程说明 （适用于 pci-1710 1711，1712 ，1713， 1714 ，1716 ，1718 ，pcl-818 ，pcl-816） 1 引言 研华公司是台湾和中国大陆工业电脑产品最大的供应厂商，其 PC&Web-based数据采集和控制产品更是以优良的性价比获得了众多的客户的青睐。32位DLL驱动程序是研华为诸如VC，VB，DELPHI，Borland C++,C++ Builder 等高级语言提供的接口，通过这个驱动程序，编程人员可以方便的对硬件进行编程控制。该驱动程序覆盖了每一款研华的数据采集卡以及MIC-2000、ADAM-4000和ADAM-5000系列模块，应用极为广泛，是编制数据采集程序的基础。本文是在实际编写动态数据采集程序中经验的积累，对利用32位驱动程序有实用价值。 2 32位驱动程序概览 32位驱动程序主要包括10类函数及其相应的数据结构，这些函数和数据结构在Adsapi 32.lib中实现。这10类函数分别是： Device Functions设备函数 Analog Input Function Group模拟输入函数组 Analog Output Function Group模拟输出函数组 Digital Input/Output Function Group数字输入/输出函数组 Counter Function Group计数器函数组 Temperature Measurement Function Group温度测量函数组 Alarm Function Group报警函数组 Port Function Group端口函数组 Communication Function Group通信函数组 Event Function Group事件函数组 可以把这10类函数分为两个部分：设备函数部分(只包括第一类函数)和操作函数部分(包括第一类函数外的所有函数)，设备函数部分负责获取硬件特征和开关硬件。而操作函数部分则在硬件设备就绪以后，进行具体的采集、通信、输出、报警等工作。具体工作结束后，调用设备函数关闭设备。这些函数的调用过程如图1所示。
DAQ数据撷取卡快速使用指南 首先感您选购NI的DAQ产品，以下将简短地为您叙述快速安装与使用DAQ卡的步骤。 在安装DAQ的硬件之前，请您先确认是否安装了DAQ的驱动程序，基本上您的计算机必须有Measurement And Automation (MAX)来管理您所有的NI装置，另外您必须安装NI-DAQ 软件，目前建议安装最新的版本(您可利用光盘安装或是上网下载最新版本驱动程序.ni./support点选Drivers and Updates)，新版驱动程序可支持大多数NI的DAQ卡片，包含S、E、M系列以及USB接口产品。 在安装完成NI-DAQ之后，您可以在桌面上发现有MAX应用程序，此时您可以关闭计算机，进行硬件安装，将PCI或是PCMCIA接口的DAQ卡片插入并重新开机，开机之后操作系统会自行侦测到该装置，并且自动安装驱动程序，依照对话框的带领便能顺利完成安装程序。 安装程序完成后，建议您开启MAX在Device and interface选项中会有Traditional DAQ 以及 DAQmx两个类别，那是依照您的卡片型号支持哪一种API而分类，一般而言，Ｅ系列卡片两种都支持，而Ｍ系列只支持DAQmx，Ｓ系列则不一定，在对应的Traditional DAQ或DAQmx中找到您的DAQ卡片型号，然后建议您先进行校正以及测试。 您可参考.ni./support/daq/versions确认您硬件适用的版本 如何做校正与硬件测试: 若需校正硬件，请于MAX中，您所安装的卡片型号上按鼠标右键选择self-calibration 即可，系统会对DAQ卡以现在温度做一次校正。
数据采集卡基本简介 具体来说，这种设计分两部分：数据采集部分和数据处理部分。 数据采集就是利用LabVIEW的驱动程序对数据采集卡进行设置并使其按设置工作，进行数据的采集；数据处理则是将采集到的数据送至计算机进行运算处理等等。 对于初学者，可先从第二部分开始。将实际的数据采集先用LabVIEW自带的数组或者波形函数来代替，着重设计数据处理的软件部分。这部分可以包括：滤波、数据存储、数据读取、波形显示、波形分析处理（如傅立叶变换、谱密度计算等等）。这些在LabVIEW中都有集成的函数模块，也就是VI，只要对每个VI的输入输出设置正确就好。 当软件部分设计完成后，再设计数据采集部分。这是软硬件结合的部分。既要对所用的数据采集卡的参数和工作方式有充分的正确的认识，又要对如果利用LabVIEW驱动采集卡掌握。一般来说采集卡都带有LabVIEW的驱动，只要参看数据采集卡的使用说明（PDF），就可以掌握了。选择好数据采集卡后，将该采集卡的驱动光盘放入计算机并按其指示进行安装，则其驱动模块将装入原LabVIEW软件中，然后和第一步的软件编程一样，对驱动所要用的VI的输入输出参数设置正确，编写程序即可。 当两部都做完后，将整个采集系统运行一下，对于设计中存在的疏漏再进行修改。推荐使用《LadVIEW8.20程序设计从入门到精通(附光盘)》作者:陈锡鸿 这本书不错，深入浅出，初学必备~~ 数据采集(DAQ)基础知识 现今，在实验室研究、测试和测量以及工业自动化领域中，绝大多数科研人员和工程师使用配有PCI、PXI/CompactPCI、PCMCIA、USB、IEEE1394、ISA、并行或串行接口的基于PC的数据采集系统。许多应用使用插入式设备采集数据并把数据直接传送到计算机内存中，而在一些其它应用中数据采集硬件与PC分离，通过并行或串行接口和PC相连。从基于PC的数据采集系统中获取适当的结果取决于图示一中的各项组成部分： ?PC ?传感器 ?信号调理 ?数据采集硬件 ?软件
数据采集和控制(DA&C)系统设备选型问答ss ----PC-BASED篇 一、DA&C系统一般有哪几种形式？各有何优点？未来趋势是什么？ 二、为什么说PC-BASED系统开放性好？ 三、基于PC-BASED的DA&C系统有几种形式 四、数据采集卡的分类？ 五、模拟量输入为何分单端和差分？ 六、数据采集卡如何与端子搭配 七、A/D转换后数据传输共有几种形式？ 八、数据采集卡软硬件件如何整合？ 九、采用分布式数据采集系统有何好处？ 十、现场总线的分类及特点 一、DA&C系统一般有哪几种形式？各有何优点？未来趋势是什么？ 粗略的讲，DA&C可以采用三种形式来构成： (1) 基于PLC的顺序逻辑控制系统。 (2) 基于DCS的大型控制系统 (3) 基于PC-BASED的DA&C系统。 优缺点见下表。 比较项目PLC DCS PC-BASED 实时性高。可用于严格场合， 如锅炉、电梯、机车 等控制高。可用于大型严格 场合，如化工、钢铁、 石油等场合 中。
随着PC及网络技术的迅猛发展，未来的趋势是PLC及DCS逐渐向PC-BASED靠拢，如采用PC的CPU、流行的Ethernet、TCP/IP通讯协议；同时PC-BASED逐渐向PLC及DCS渗透，如采用遵循IEC-1131的软PLC。三者会取长补短，即PLC和DCS的开放性及通讯能力逐渐加强，同时PC-BASED的实时性进一步提高。 二、为什么说PC-BASED系统开放性好？ PC-BASED系统采用INTEL或兼容的硬件及微软或兼容的软件，俗称WINTEL架构。由于WINTEL架构已经成为商业PC机的主流，其标准公开、结构公开、软件及开发工具公开，因此具有很好的开放性。且硬件成本和开发成本相比较均很低。因此，PC-BASED的DA&C架构受到广大用户的欢迎。 三、基于PC-BASED的DA&C系统有几种形式 (1) 基于板卡的集中式数据采集系统。基本方式是采用数据采集卡进行数据采集。具有代表性的厂家如Advantech、NI及吉时利。主要做法是将一块基于IAS或PCI的板卡插入工业计算机或商用机(非严格场合)上，将外部信号通过导线引至计算机的端子上然后接入数据采集卡，通过定制的软件就可以进行采集。优点是成本较低，速度块，如1MHZ数据采集，缺点是可靠性一般，同时布线费用高 (2) 基于分布式的数据采集系统。基本方式是采用基于现场总线的数据采集智能模块，流行的现场总线如RS-485(非严格)、CAN BUS、Profibus等。代表性的厂家如ADVANTECH ADAM系列等。基本做法是通过现场总线将智能模块引入计算机，上位机通过定制的软件和智能模块通讯。优点是易维护、布线简单、可靠性高，缺点是采 样速度低、成本较高。