嵌入式主板数据采集卡 数字量IO卡 定时计数 测频功能

USB-4000系列多功能同步数据采集卡用户手册Rev: D北京思迈科华技术有限公司目录1.产品介绍 (4)1.1.概述 (4)1.2.功能结构框图 (5)1.3.产品特性 (5)1.4.产品规范 (6)模拟输入 (6)模拟输出 (8)数字IO (9)计数器 (9)总线接口 (9)电源要求 (9)其他规格 (10)2.外观与信号连接说明 (11)2.1.产品外观 (11)2.2.信号连接说明 (11)前面板信号连接 (11)后面板信号连接 (13)3.安装与测试 (14)3.1.驱动安装 (14)3.2.硬件安装 (15)4.模拟输入 (15)4.1.概述 (15)4.2.输入量程说明 (16)4.3.触发源 (16)4.4.模拟输入模式 (16)5.模拟输出 (17)5.1.概述 (17)5.2.触发源 (17)6.数字IO (18)6.1.概述 (18)7.计数器 (18)7.1.概述 (18)7.2.事件计数器 (19)7.3.周期/正脉宽/负脉宽测量 (19)8.开发者编程说明 (20)8.1.概述 (20)8.2.基本函数 (20)FindUSBDAQ() (20)OpenDevice() (20)CloseDevice() (21)8.3.模拟输入相关函数 (21)SetUSB4AiRange() (21)SetSampleRate() (21)SetChanSel() (22)SetTrigSource() (22)SetTrigEdge() (23)SetSoftTrig() (23)ClearTrigger() (23)8.4.模拟输出相关函数 (24)InitDA() (24)SetDA() (24)SetWavePt() (24)ClrWavePt() (25)SetWaveSampleRate() (25)WaveOutput() (25)8.5.数字IO相关函数 (26)SetDioOut() (26)8.6.计数器相关函数 (27)SetCounter() (27)StartCounter() (27)ClearCounter() (28)8.7.读取数据控制函数 (28)StartRead() (28)StopRead() (28)GetAiChans() (29)GetDioIn() (29)GetCounter() (30)GetCtrTime() (30)ClearBufs() (30)TransDioIn() (31)8.8.错误代码 (31)8.9.L AB VIEW开发者说明 (32)8.10.MATLAB开发者说明 (32)9.订购信息 (33)10.售后服务与保修 (35)11.文档修订历史 (36)1. 产品介绍1.1. 概述一个典型的数据采集系统，通常包含传感器，信号调理设备、数据采集设备和计算机以及运行在计算机上的数据处理软件。

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。

USB5841 开关量及计数器卡使用说明书阿尔泰科技发展有限公司产品研发部修订阿尔泰科技发展有限公司目录目录 (1)第一章概述 (2)第一节、产品应用 (2)第二节、DI/DO 数字量输入/输出功能 (2)第三节、CNT 定时/计数器功能 (2)第四节、外形尺寸 (2)第五节、产品安装核对表 (2)第六节、安装指导 (2)一、软件安装指导 (3)二、硬件安装指导 (3)第二章元件位置图、信号插座、跳线和数据定义 (4)第一节、主要元件位置图 (4)第二节、主要元件功能说明 (4)一、信号输入输出连接器 (4)二、跳线器 (4)三、状态指示灯 (4)四、物理ID 拨码开关 (5)第三章信号输入输出连接器 (6)第一节、DI/DO 数字量信号输入输出连接器定义 (6)第二节、定时/计数器信号输入输出连接器 (7)第四章各种信号的连接方法 (8)第一节、DI 数字量输入的信号连接方法 (8)第二节、DO 数字量输出的信号连接方法 (8)第三节、CNT 定时/计数器信号的连接方法 (8)第五章 CNT 定时/计数器功能 (9)第六章产品的应用注意事项、校准、保修 (12)第一节、注意事项 (12)第二节、保修 (12)USB5841 开关量及计数器卡使用说明书版本：6.001第一章概述信息社会的发展，在很大程度上取决于信息与信号处理技术的先进性。

数字信号处理技术的出现改变了信息与信号处理技术的整个面貌，而数据采集作为数字信号处理的必不可少的前期工作在整个数字系统中起到关键性、乃至决定性的作用，其应用已经深入到信号处理的各个领域中。

实时信号处理、数字图像处理等领域对高速度、高精度数据采集卡的需求越来越大。

ISA 总线由于其传输速度的限制而逐渐被淘汰。

我公司推出的基于 PCI 总线、USB 总线等数据采集卡综合了国内外众多同类产品的优点，以其使用的便捷、稳定的性能、极高的性价比，获得多家客户的一致好评，是一系列真正具有可比性的产品，也是您理想的选择。

PCM-6661 250Ks/S单端32通道/差分16通道轮询模拟量输入4通道模拟量输出24通道可编程数字量IO3通道计数器多功能数据采集卡用户手册版本号：Q7-32-00修订日期:2020-01-05国控精仪（北京）科技有限公司2020年版权所有本软件文档及相关套件均属国控精仪(北京)科技有限公司所有，包含专利信息，其知识产权受国家法律保护，除非本公司书面授权许可，其他公司、组织不得非法使用和拷贝。

为提高产品的性能、可靠性，本文档中的信息如有完善或修改，恕不另行通知，客户可从公司网站下载或致电我们通过电子邮件索取，制造商无需作成承诺和承担责任。

客户使用产品和软件文档进行设备调试和生产时，应进行可靠性、功能性等全面测试，方可进行整体设备的运行或交付。

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5 -1.3.5模拟量触发（A.T rig） ............................................................................... - 5 -1.3.6数字量触发（D.T rig） ............................................................................... - 6 -1.3.7稳定时间...................................................................................................... - 6 -1.3.8物理特征...................................................................................................... - 6 -1.3.9产品功耗(典型值) ..................................................................................... - 6 -1.3.10工作环境...................................................................................................... - 6 -1.3.11存储环境...................................................................................................... - 6 -1.4软件支持.................................................................................................................. - 7 -2设备安装.............................................................................................................................. - 8 -2.1产品开箱.................................................................................................................. - 8 -2.2软件安装.................................................................................................................. - 8 -2.3产品布局图.............................................................................................................. - 9 -2.4产品硬件配置.......................................................................................................... - 9 -3信号连接说明.................................................................................................................... - 10 -3.1连接器管脚分配.................................................................................................... - 10 -3.2模拟量输入的信号连接方式................................................................................ - 12 -3.2.1信号源类型................................................................................................ - 12 -3.2.2单端连接方式............................................................................................ - 12 -3.2.3差分连接方式............................................................................................ - 13 -4产品功能详细介绍............................................................................................................ - 15 -4.1AI转换 .................................................................................................................. - 15 -4.1.1AI数据获取模式....................................................................................... - 15 -4.1.2AI 数据格式.............................................................................................. - 16 -4.1.3时钟源相关................................................................................................ - 17 -4.1.4AI启动方式............................................................................................... - 17 -4.1.5触发功能.................................................................................................... - 18 -4.1.6DMA数据传输功能 ................................................................................. - 19 -4.2AO转换................................................................................................................. - 19 -4.2.1AO数据输出模式..................................................................................... - 20 -4.2.2AO数据格式............................................................................................. - 20 -4.2.3AO启动方式............................................................................................. - 20 -4.2.4AO停止方式............................................................................................. - 21 -4.3数字量输入、输出................................................................................................ - 21 -4.3.1数字量输入、输出控制............................................................................ - 21 -4.3.2电气特性.................................................................................................... - 22 -4.4计数器.................................................................................................................... - 22 -4.4.1方式0：计数模式0；.............................................................................. - 22 -4.4.2方式1：计数模式1；.............................................................................. - 23 -4.4.3方式2：频率周期模式0；...................................................................... - 23 -4.4.4方式3：频率周期模式1；...................................................................... - 23 -4.4.5方式4：频率周期模式2；...................................................................... - 24 -4.4.6方式5：脉冲发生模式0；...................................................................... - 24 -4.4.7方式6：脉冲发生模式1；...................................................................... - 25 -4.4.8方式7：脉冲发生模式2；...................................................................... - 25 -5注意事项、产品校准........................................................................................................ - 26 -6产品检测、校准....................................................................................... 错误!未定义书签。

用 户 手 册第2. 3版2011年7月发行w w w.y d s t e c h.c o m前言感谢您购买英德斯科技公司PCM-9351主板，该主板采用英特尔凌动低功耗芯片组设计。

板载Intel® Atom™ Processor N450/D510/D525可选处理器。

板载DDR2-667 1G内存。

芯片组集成了高效能图形加速卡，支持动态显存分配技术，能够提供强大的图像处理能力。

采用Realtek ALC662音效芯片满足客户对高品质音效的享用。

另外Realtek 8111D 网络芯片可带您进入千兆高速以太网网络环境，并随时听命于您的使唤，使远程控制变得更加简单。

而板载看门狗功能使您的设备变得更加智能，控制更加方便。

PCM-9351支持ATX电源管理方案，采用了最为成熟的电源设计方案(宽压供电9~36V )，保证了CPU在高速运算时的稳定性。

高效的散热器则很好地提升了显示芯片和附近芯片的稳定性。

该板采用8层PCB板设计，单独的电源层和地层降低了电源信号间的干扰，同时各I/O端口都进行了专门的EMC设计处理，这些周到的设计使得PCM-9351获得更为稳定的整体性能。

除此之外PCM-9351还具有运算速度快、图形处理能力强劲、数据传输速度快和优秀的稳定性设计，适合于图形运算量大、数据存储速度快和全天候工作的场合，可广泛应用于监控、安防、工厂控制、金融和智能交通等领域；9~36V宽压供电尤其适合于车载系统解决方案。

目录版权声明 (4)商标 (4)技术支持 (4)获得更多的产品信息 (4)关于本手册 (4)安装前注意事项 (4)配件清单 (5)第一章主机板规格简介 (6)第二章硬件安装与设置 (7)2.1主板正面位置图... . (7)2.2主板背面位置图 (8)2.3主板尺寸图 (9)2.4主板跳线 ....................................................... .102.5主板接口 (10)2.6如何识别跳线的第一脚 (11)2.7跳线的设置 (11)2.8 清空CMOS (11)2.9 CF卡主从选择 (12)2.10 COM2工作方式选择 (12)2.11 TTL/LVDS电压选择 (12)2.12硬盘供电接口 (12)2.13 前面板接口 (13)2.14LVDS接口 (13)2.15GPIO接口 (13)2.16一分四USB接口 (14)2.17音频接口 (14)2.18PS/2接口 (14)2.19打印机接口 (14)2.20一分四串口 (15)2.21COM6接口 (16)2.22红外接口 (16)2.23 IDE接口 (17)2.24 PC104+接口 (18)第三章外部设备的安装 (21)第四章驱动程序安装 (21)附录 (22)watchdog编程实例...................................................... .22 GPIO编程实例.......................................................... .22 联系英德斯公司 (23)版权声明本手册版权属于深圳市英德斯电子有限公司所有，未经本公司许可，不得任意地仿制、拷贝、摘抄或转译。

- 航天银山YS-900A线路、主变录波测距装置YS-900B发变组录波监测装置（嵌入式）使用说明书南京航天银山电气有限公司2011年1月目录引言----------------------------------------------------------------------------3 装置概述----------------------------------------------------------------------4 装置特点----------------------------------------------------------------------4 技术指标----------------------------------------------------------------------6 硬件说明---------------------------------------------------------------------11 面板说明---------------------------------------------------------------------14 后台管理软件使用说明---------------------------------------------------16 使用维护与说明------------------------------------------------------------56 附图:YS-900A/B录波装置原理图-------------------------------------57V1.0版引言YS-900A/B 录波装置（嵌入式）是基于嵌入式以太网，采用TCP/IP传输协议、数据采样脉冲与GPS时钟同步的集录波、测量、实时数据输出、故障分析于一体的电力数据实时记录装置。

嵌入式硬盘录像机MPEG4压缩格式识别方法安防行业自从进入数字化进程后，便从此高速发展：1998年开始，工控式硬盘录像机视频压缩格式为J-PEG，后来为MPEG1、MPEG2、MPEG4、H.264等。

随着质量的稳定，嵌入式硬盘录像机也开始大量运用,目前，嵌入式硬盘录像机也从JPEG发展到小波压缩，后来为MPEG1、MPEG2。

由于MPEG4具有高压缩比，图像质量清晰，一般达到720*566,但是工控式硬盘总是让人觉得由于有软件平台，不是绝对的稳定，所以市场对MPEG4嵌入式硬盘的希望和需求就日渐高涨。

由于MPEG4的发展规律，一般工控式硬盘出现1年后，嵌入式才会出来，在嵌入式MPEG4产品未能面世前，市场就涌现出众多所谓MPEG4的嵌入式硬盘录像机，今天，本刊就广大读者要求，对市面上MPEG4嵌入式产品进行介绍。

首先，我们复习以下MPEG4的有关链接：一、MPEG4的原理（请阅读本刊技术论坛）：主要有三大特点：压缩比小,一般为30-180M/小时/路；图像质量较高，可以从353*288到720*566；网络传输优良；一般的MPEG4工控式硬盘录像机实现以上功能，但是主要采用CIF格式，所以录像效果一般为352*288，达不到DVD画质，这也是很多用户困惑的问题：怎么MPEG4的产品效果和MPEG1的差不多。

二、由于工控式运用WINDOWS平台，相对容易死机，所以在无人值守等领域，工程商需要嵌入式产品；所谓嵌入式，一般采用PSOS工业系统，采用单主板对图像进行数字处理，不死机；三、由于MPEG4压缩比较小，所以网络传输比较好，在这点上，工控式、嵌入式表现应该一样；四、所以，我们得出嵌入式硬盘录像机的要求是：PSOS系统不死机；图像可以达到720*566分辨率，网络传输好；对于市面上的嵌入式硬盘录像机都有哪些特点呢？如何分辨？一、由于工控式和嵌入式存在外形差别，有些所谓MPEG4嵌入式产品就将工控式录像机装在嵌入式机箱内，作为嵌入式硬盘录像机，需要键盘、鼠标，进入WINDOWS系统等。

目录一、概述 (1)二、功能特点 (2)三、技术指标 (3)3.1.数据采样口 (3)3.2通讯接口 (3)3.3机械特性 (4)3.4电源要求 (4)3.5环境 (4)3.6认证资料 (4)四．安装与接线 (5)4.1模块安装 (5)五、通讯设置及通讯协议 (8)5.1ADVANTECH通信协议 (8)5.2MODBUS通信协议 (11)六、软件驱动的安装 (12)七、系统软件使用说明 (13)7.1系统概述 (13)7.2运行环境 (13)7.3软件安装 (13)7.4界面介绍 (14)7.5主菜单栏 (14)7.6工具栏 (14)7.7显示主窗口 (14)7.8建立设备和通讯设置 (15)7.9历史数据 (20)7.10系统退出 (23)八、故障分析与排除 (24)一、概述TP1608采集卡采用工业级双485和标准TPYE-C接口，1608外观时尚简约、小巧便携，可导轨安装。

主要应用于冶金、石油、化工、建材、造纸、食品、制药、热处理和水处理等各种工业现场。

多种功能测试(电压、电流、温度、湿度、压力、振动、频率、流量、液位）轻松实现数据采集、监控、记录、控制等。

本产品与电脑通讯配合上位机软件显示。

模块可以接收多种类型的电流、电压和电阻信号，实现温度、湿度、压力、液位、流量、成分以及力、力矩、位移等物理量的显示、记录、越限监控、报表生成、数据通讯、信号变送以及流量累计等功能。

二、功能特点●本产品显示信息量大、界面友好、操作简单，以下是主要功能及特点：采集卡内部嵌入20种类型信号采集，一个模块即可解决市面上大部分模拟信号采样，类型自由切换，只需一个采集卡就可完成温度、湿度、压力、流量、电压、电流、振动、光照等信号的采集工作●双485口，标准TPYE-C接口，多种协议选择，更好的为您所用，采集卡支持三种协议：modbus-rtu协议、研华Adam4017协议、主动上报协议●完美的隔离保护，更放心、安全的数据采集;电源与通道之间耐压3000VAC(50/60HZ)，通道与通道之间400VAC(50/60HZ)，380V交直流带电测试，无需做绝缘保护，采集口最大承受电压±15V。

基于网络的高精度数据采集卡设计吕实诚;宋晓波;王晶【摘要】为了实现数据采集卡高精度和网络传输的要求,提出了一种基于网络的高精度数据采集卡的设计方法.硬件方面,采用ARM为主控CPU,扩展了网络接口芯片,实现了数据采集卡的网络接口功能；采用16位高精度AD转换器AD976,实现了高精确度数据采集的要求；采用FPGA内部逻辑控制AD转换器的时序和模拟开关的切换,并辅以扩展FIFO缓存采样数据的方法实现了8路模拟量的扫描测量,保证了模块的采样率；数字量测量采用光电隔离技术,保证了模块工作的可靠性；软件方面,设计了嵌入式Linux数据采集电路驱动程序和网络通信程序.实现了上位机通过网络接口对模拟量和数字量的采集功能.实际测试表明,数据采集卡采集精确度优于0.05％.%In order to achieve the requirements of high-precision and network transmission in data acquisition card,we propose a design of high-precision data acquisition card based on LAN.In terms of hardware,it uses ARM as the host CPU and expands the LAN interface chip.It achieved the features of LAN interface of data acquisition card and high-precision of data acquisition card by high-precision 16-bit AD converter AD976; by using FP-GA internal logic to control ADC for sampling and the channels for switching,supplemented by extended FIFO buffer,it achieved the 8-channels scanning measurement of analog signals and ensured the sampling rate of the module; the measurement of digital signals adopts the photoelectric isolation and ensured the reliability of the module.In terms of software,the embedded Linux driver of data acquisition circuit and the network communications application are designed.It achieved thefunction that a host computer collections analog signals and digital signals through theLAN interface.According to testing,the design of module is reasonable and meets all of the requirements.Acquisition accuracy of the data acquisition card is 0.05%.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2012(017)002【总页数】5页(P22-26)【关键词】数据采集;高精度;网络接口;FPGA;ARM【作者】吕实诚;宋晓波;王晶【作者单位】哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TP274.20 引言随着电子技术的飞速发展，数据采集系统在工业控制、智能化仪器仪表、办公自动化等多领域得到极为广泛的应用.目前发达国家的数据采集系统已经在军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域被广泛应用，并以其高精确度采集和高速远程传输等优点取得了良好的效果［1］.而国内的数据采集系统采集精确度不够高，传输方式一般采用RS422、CAN等总线［2］，远程传输吞吐率低，已经不能满足发展的需要.数据采集系统正朝着高精确度、多通道、远程传输的方向发展［3-4］.同时，网络通信方式以其吞吐率高、可靠性高、传输距离远等优点越来越受到重视［5］.因此，研制基于网络的高精确度数据采集系统，采用高精确度ADC和网络传输方式实现数据采集，具有重要的应用价值.1 硬件设计基于网络通信的模拟量和数字量测量模块的技术要求如下:1)数字量测试技术指标:通道数:8路;输入信号幅度范围:0～15 V;输入信号频率范围:0～1 kHz;2)模拟量测试技术指标:通道数:8路;信号形式:单端或差分;满量程精确度:0.05%;最高采样速率:8通道共200 kSa/s.3)网络接口技术指标:10 Mbps以太网接口，实现与上位机通信.该数据采集卡采用模块化设计，主要包括主控CPU和网络接口部分、数据采集电路部分.主控CPU和网络接口部分实现数据采集卡与上位机的网路连接和对数据采集电路部分的管理;数据采集电路部分实现对8通道模拟量的采集功能和8通道数字量的采集功能.数据采集卡的硬件总体框图如图1所示.图1 数据采集卡总体方案1.1 主控CPU和网络接口电路考虑到ARM对网络功能的支持比较好，同时可以运行嵌入式Linux操作系统，有完善的网络协议的支持，经过比较，该数据采集卡选用三星公司的ARM9芯片S3C2410作为主控CPU，实现与上位机的网络连接和对数据采集电路的管理.主控CPU和网络接口电路原理如图2所示.图2 主控CPU和网络接口电路原理图图2中，LAN接口实现与上位机的网络物理连接，在S3C2410外部扩展CS8900网络接口芯片实现网络物理层协议和数据链路层协议;调试串口提供开发阶段嵌入式Linux的调试终端;SDRAM提供操作系统(嵌入式Linux)的运行和数据的缓存;NAND FLASH存储引导程序，Linux内核和文件系统(S3C2410支持NAND FLASH启动);本地总线实现与数据采集电路部分的接口.主控CPU和网络接口电路部分通过本地总线接口实现对数据采集电路部分的管理和控制.1.2 数据采集电路该数据采集卡要求实现8路模拟量采集和8路数字量采集，现在分别对这两部分进行说明.1.2.1 模拟量采集电路模拟量采集要求信号输入范围-15～+15 V，最高采样率100 k/s，采样精确度0.05%.S3C2410片内集成10位ADC模块，不能满足精度要求，需外扩16位A/D转换器AD976［6］，配以高速模拟开关(ADG507)进行通道切换实现8通道高精度模拟量采集.为满足采样速度要求，采用FPGA逻辑控制AD转换和通道切换.模拟量采集电路原理框图如图3所示.模拟量测量电路工作原理如下:8路被测模拟量经前端的信号调理，以适应模拟开关的输入电压范围.通过高速模拟开关选出一路，经后端信号调理后送入A/D转换器进行模数转换.通过FPGA内部逻辑协调通道切换和A/D转换器的转换时序，将A/D的采样数据暂存于FPGA内部FIFO缓冲区中，以免每次A/D转换完成后都需ARM读取采样数据，这样可提高采样速率，减轻 ARM 的负担［7］.当FIFO 达到一定存储容量时由ARM读出FIFO中数据，通过网络接口发送到上位机.FPGA在模拟量测量中主要完成功能有:地址译码、AD时序控制、通道切换和数据缓冲.图3 模拟量采集电路原理图1.2.1.1 前端信号调理设计模拟量输入信号范围为-15～+15 V，没有超出模拟开关的输入电压范围，故前端信号调理电路只需要实现低通滤波，使ADC采集输入信号时满足采样定理.前端信号调理电路如图4所示.图4 前端信号调理电路图4中，低通滤波电路采用简单的RC滤波，电路简单，成本低，能够满足要求.低通滤波器的截止频率由上式可以得出，输入测量通道的信号A/D采样时满足采样定理，该低通滤波器满足要求.电路中D1、D2、D3、D4为4个16 V的稳压二极管，主要起保护作用，当输入信号超出范围时，四个稳压二极管将输入到后端的电压钳位在-16 V或+16 V，使后端电路免于损坏.1.2.1.2 模拟开关、后端信号调理经前端信号调理电路的处理后，被测信号范围为-15～+15 V.本模块选择AD公司的模拟开关ADG507A切换模拟通道.ADG507A采用+15 V和-15 V双电源供电，输入信号范围-15～+15 V，导通电阻典型值为280 Ω.为达到测量精确度的要求，选用OP275(输入端采用JFET结构，输入电阻10 M以上)做成的电压跟随器来实现阻抗匹配，以拉高多路模拟开关的负载阻抗，削弱串联模拟开关导通电阻分压作用对模块测量精度的影响.本模块选用AD976作为AD转换器.该A/D转换器单端输入，其信号输入范围-10～+10 V.故此部分电路需加入差分转单端电路和信号衰减电路.综合以上分析，后端信号调理电路主要由电压跟随器、差分转单端电路和信号衰减电路三部分组成，具体实现如图5所示.图5中，+VO和-VO是经模拟开关选出的一个测量通道.左侧的运放OP275及其外围电路组成电压跟随器，实现阻抗匹配.右侧的运放OP275及其外围电路组成差分比例运算电路，实现差分变单端和信号衰减;两个15k电阻和两个10k电阻需使用0.05%的精密电阻保证采样精确度，该电路衰减倍数为1.5，将范围为-15～+15 V的被测信号衰减为-10～+10 V，可直接输入到AD976进行采样.图5 后端信号调理电路1.2.1.3 FPGA内部逻辑设计FPGA内部逻辑设计方案如图6所示.图6 FPGA内部逻辑设计方案(模拟量采集部分)FPGA内部逻辑包括以下几个部分:1)地址译码逻辑产生ARM访问FPGA内部各个寄存器地址，主要寄存器如下:ARM-RST信号:FPGA软件复位寄存器;ARM-SET信号:模拟量测量模式寄存器;CNT-CS信号:AD采样率寄存器;STR-CH信号:顺次扫描开始通道寄存器;END-CH信号:顺次扫描结束通道寄存器;FIFO-RD信号:FIFO数据寄存器.2)模拟开关切换时钟和ADC采样控制时钟产当写入到CNT-CS的值为300时，AD976采样率为200 kSa/s，当写入到CNT-CS的值大于300时，AD976采样率小于200 kSa/s.3)模拟开关通道选通逻辑实现在模拟开关切换时钟的控制下，将模拟开关切换到下一个预设通道，为ADC采样下一个通道的数据做好准备.为了增加灵活性，设计了两种模拟开关扫描方式，顺次通道扫描和预设通道扫描.4)FIFO缓冲逻辑实现A/D采样数据的缓冲和ARM对缓冲数据的读取.使用1k×16bit同步FIFO作为AD采样数据的缓冲区，设置FIFO半满为512字，FIFO半满信号作为 ARM 的中断信号，用AD采样完成信号(AD-BUSY)控制AD采样数据写入FIFO，用FIFO读信号(FIFO-RD)控制FIFO数据读出.1.2.2 数字量采集电路数字量采集要求输入信号幅度范围0～+15 V，频率范围:0～1 kHz.采用光电隔离和三态缓冲器配合实现数字量的采集.光电隔离器选择TLP521，该器件的响应时间为4 μs，即响应速度250 kHz＞信号频率1 kHz，满足设计要求.三态缓冲器在FPGA内部实现，增加了设计的灵活性.数字量采集电路原理图如图7所示.生逻辑该部分逻辑产生模拟开关的切换时钟和ADC采样控制时钟.时钟周期由A/D采样率寄存器(对应CNT-CS译码信号)设置，时钟周期=A/D采样寄存器值*FPGA时钟周期.由于AD976最高采样率为200 kSa/s，即AD-SAMPLE的最高频率为200 kSa/s，FPGA时钟频率为60 MHz，写入到A/D采样率寄存器的最小值为图7 数字量采集电路原理图8 路待测数字量经过光电隔离，以减小输入端的干扰;将隔离后的数字量输入到FPGA内部三态缓冲器，即数字IO状态寄存器，ARM通过读取数字IO状态寄存器获取输入数字量的状态.2 软件设计2.1 驱动程序设计数据采集卡是以ARM为核心的，其内部运行嵌入式Linux系统.对于嵌入式Linux 系统，对硬件的访问是通过驱动程序实现的.Linux设备主要分为3个基础大类:字符设备，块设备和网络设备［8］.ARM访问的数据采集电路属于字符设备，其驱动程序结构如图8所示.图8 本地接口寄存器设备驱动程序该数据采集电路驱动程序可以直接编译进内核，也可以编译成模块通过insmod 命令加载.为了调试方便，将该驱动程序编译为模块，init和exit方法在模块的加载和卸载时被调用.数据采集电路驱动程序在init方法中完成中断的注册和寄存器地址的映射.该驱动程序主要有 open、release、ioctl、fasync方法和中断处理interrupt、open和release方法负责设备的打开和关闭，该驱动程序读写寄存器实现方法在ioctl中完成，对FIFO向ARM申请的中断在中断处理中完成，fasync方法实现驱动程序的异步通知机制.当FIFO中断产生后，在驱动程序的中断处理函数中使用异步通知机制发送SIGIO信号到应用程序，通知应用程序读取FIFO中的数据.ioctl方法实现对各个寄存器的读写，完成对数据采集电路的设置和读取测量结果的功能.2.2 应用程序设计嵌入式Linux网络通信应用程序实现上位机与数据采集卡通过网络接口进行数据交互，采用TCP协议实现保证通信的可靠性.该数据采集卡和上位机使用Server-Client模式通信［9］，即在数据采集卡的嵌入式Linux操作系统中运行TCP服务器，在上位机运行TCP客户端.网络通信应用程序流程图如图9所示.图9 嵌入式Linux网络通信应用程序流程图图9网络通信程序中，首先建立TCP服务器并打开数据采集电路设备文件，接着等待上位机客户端的连接，当上位机TCP客户端连接到TCP服务器后，网络通信程序等待接收上位机发送的命令和参数，并根据命令和参数完成相应的数据采集任务.上位机发送的命令主要有两个:命令1实现模拟量的采集，首先设置模拟量采集的参数:采样率、模拟开关扫描方式及扫描参数等，然后启动ADC开始采样.采样数据会缓存于FIFO中，当FIFO中断产生后，网络通信程序会接收到驱动程序发送的信号，在信号处理函数中调用驱动程序中ioctl方法，读取FIFO中的ADC采样数据，并将采样数据通过网络接口发送到上位机.命令2实现数字量的采集，通过读取数字IO状态寄存器得到被测数字量的状态并将测量结果通过网络接口发送到上位机.3 测试为了测试数据采集卡的采样精度指标，在数据采集卡的输入端分别加 -15 V、-5 V、0 V、5 V、15 V电压，通过网络通信将测试数据传输到上位机，测试结果如表1所示.表1 数据采集卡采集精度测试数据输入电压/V 输入方式 8通道的最大误差/V 测试结果-14.999 差分 0.003 6满足要求-5.000 8 差分 0.004 6 满足要求-0.002 单端 0.003 7 满足要求4.998 0 单端 0.004 5 满足要求15.000 差分 0.005 9满足要求模拟量测量满量程精确度要求为0.05%，最大允许误差为30×0.05%=0.015 V.由表1得，数据采集卡满足精确度要求.4 结语本文介绍了基于网络的高精度数据采集卡的设计.采用基于ARM的嵌入式系统技术，设计了数据采集卡的网络接口，开发了网络通信程序，实现了数据采集卡的网络通信功能;采用FPGA逻辑控制高精确度A/D转换和通道切换，实现了8通道高精确度模拟量采集;采用光电隔离技术，实现了8通道数字量采集.实际测试表明，数据采集卡采集精确度0.05%，采样率200kSa/s，满足设计要求.参考文献:【相关文献】［1］邹卫华，尹宁宁.基于LabVIEW的远程数据采集的实现［J］.哈尔滨理工大学学报，2008，13(6):87-90.［2］张铭钧，董振刚，张丙良.潜油电泵机组及井下传感器状态监测技术研究［J］.电机与控制学报，2009，13(1):28-31.［3］李岩，崔鹏，李晓薇，等.基于uCLinux的嵌入式实时远程数据采集系统［J］.哈尔滨理工大学学报，2006，11(3):114-117.［4］庞晓晖，胡修林，张蕴玉，等.高速数据采集系统的设计与实现［J］.仪器仪表学报，2000，21(3):297-299.［5］杜中平，林克正，黄凌碧.基于ADuC7026的网络化数据采集系统设计［J］.哈尔滨理工大学学报，2006，11(2):80-82.［6］Analog Devices Inc.16Bit，200ksps BiCMOS A/D Converter AD976a［S］.USA，Analog Devices Inc.1999.［7］WANG Xu-ying，LU Ying-hua，ZHANG Li-kun.Design and Implementation of High Speed Real-time Data Acquisition System based on FPGA［J］.The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications，2006，11:61-66.［8］李亚峰，欧文盛.ARM嵌入式Linux系统开发从入门到精通［M］.清华大学出版社，2007:110-111.［9］胡冠山，李作纬，刘后毅.嵌入式网络仪器的设计和实现［J］.仪表技术与传感器，2006，12:25-27.。