第8章數(shù)據(jù)采集及處理

1、1YSUDSDDDSSSDDSSK32K2KK3(a)(b) 圖圖8 8. .7 7 單單/ /雙雙輸輸入入方方式式選選擇擇( (a a) )單單端端輸輸入入方方式式 ( (b b) )雙雙端端輸輸入入方方式式2YSU數(shù)據(jù)采集板卡數(shù)據(jù)采集板卡 在一塊印刷電路板上集在一塊印刷電路板上集成了模擬多路開關(guān)、程成了模擬多路開關(guān)、程控放大器、采樣保持控放大器、采樣保持器、器、AD和和DA轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器等器件。器等器件。 結(jié)果：結(jié)果：能夠迅速地、方便地構(gòu)成一個數(shù)據(jù)能夠迅速地、方便地構(gòu)成一個數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。采集與處理系統(tǒng)。3YSU PC-6319光電隔離模入接口卡光電隔離模入接口卡4YSU 中泰工控中泰工控

2、PCI總線系列產(chǎn)品總線系列產(chǎn)品5YSU 中泰工控中泰工控USB系列產(chǎn)品系列產(chǎn)品6YSU1. 概述概述 該卡適用于符合該卡適用于符合PCISA 總線標(biāo)準(zhǔn)的總線標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)機(jī)。 該卡采用三總線光電隔離技術(shù)，使被該卡采用三總線光電隔離技術(shù)，使被測量系統(tǒng)與計算機(jī)之間完全電氣隔離。測量系統(tǒng)與計算機(jī)之間完全電氣隔離。 適用于惡劣環(huán)境的工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集適用于惡劣環(huán)境的工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集以及必須保證人身安全的人體信號采集。以及必須保證人身安全的人體信號采集。7YSU2. 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo) AD通道數(shù)通道數(shù)：單端單端32路；雙端路；雙端16路路 輸入信號范圍輸入信號范圍：0V10V；5V；10V最大允許輸

3、入電壓最大允許輸入電壓：15V 輸入阻抗輸入阻抗： 100M 共模抑制比共模抑制比( (典型值典型值) )： 90dB (G=1)；110dB ( G= 10)；130dB (G100)8YSU放大器可選增益放大器可選增益： 1；10；100；1000 (倍倍) AD轉(zhuǎn)換器位數(shù)轉(zhuǎn)換器位數(shù)：12位位AD轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間：10 s系統(tǒng)最快采樣速率系統(tǒng)最快采樣速率：15 kHzs 系統(tǒng)綜合誤差系統(tǒng)綜合誤差：0.2 % FSR (1倍時倍時)AD啟動方式啟動方式：程序啟動外觸發(fā)啟動程序啟動外觸發(fā)啟動AD工作方式：工作方式：程序查詢中斷請求程序查詢中斷請求 9YSUAD轉(zhuǎn)換輸出碼制：轉(zhuǎn)換輸出碼制：單極性

4、為二進(jìn)制碼單極性為二進(jìn)制碼 雙極性為偏移二進(jìn)制碼雙極性為偏移二進(jìn)制碼 隔離形式：隔離形式：三總線光電隔離型三總線光電隔離型 隔離電壓隔離電壓：500V電源功耗電源功耗： 5V(10%) 900mA 10YSU3. PC-6319光電隔離模入接口卡工作原理光電隔離模入接口卡工作原理 圖圖8.3 PC-6319光電隔離模入接口卡工作原理光電隔離模入接口卡工作原理 多路開關(guān)多路開關(guān)D0D4數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器光電耦合器光電耦合器通道譯碼器通道譯碼器放大放大A0A1IOWIORRESETIRQn接口控制接口控制 邏輯邏輯光電耦合器光電耦合器倍率選擇倍率選擇AD緩沖器緩沖器光電耦合器光電耦合器緩沖器緩沖

5、器D0D7D7A4A9地址地址譯碼譯碼模擬信號模擬信號11YSU板卡組成板卡組成 多路開關(guān)多路開關(guān)高性能放大器高性能放大器AD芯片芯片接口控制邏輯接口控制邏輯光電隔離器光電隔離器多路開關(guān)多路開關(guān) 由由4片八選一模擬開關(guān)芯片等組成，片八選一模擬開關(guān)芯片等組成，改變跨接插座可以選擇改變跨接插座可以選擇32路單端或路單端或16路路雙端輸入方式雙端輸入方式。12YSU高性能放大器高性能放大器 型號為型號為AD620。 一種低功耗、高精度的儀表放大器，一種低功耗、高精度的儀表放大器，具有良好的交直流特性，并且可以方便地具有良好的交直流特性，并且可以方便地改變放大增益。改變放大增益。模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器

6、轉(zhuǎn)換器型號為轉(zhuǎn)換器型號為AD1674，其內(nèi)部自帶其內(nèi)部自帶采樣保持器和精密基準(zhǔn)電源，具有較采樣保持器和精密基準(zhǔn)電源，具有較AD574A更高的轉(zhuǎn)換速率和轉(zhuǎn)換精度。更高的轉(zhuǎn)換速率和轉(zhuǎn)換精度。 13YSU接口控制邏輯電路及光電隔離電路接口控制邏輯電路及光電隔離電路 接口控制邏輯電路用來產(chǎn)生與各種接口控制邏輯電路用來產(chǎn)生與各種操作有關(guān)的控制信號。操作有關(guān)的控制信號。 光隔電路采用光隔電路采用5片片TLP521-4 光耦對光耦對系統(tǒng)總線與模擬信號之間進(jìn)行光電隔離，系統(tǒng)總線與模擬信號之間進(jìn)行光電隔離，以免相互間干擾。以免相互間干擾。14YSUDC DC電源電路電源電路它由電源模塊及相關(guān)濾波元件組成。它由電

7、源模塊及相關(guān)濾波元件組成。 作用：作用： 輸入電壓輸入電壓+5V, 輸出與原邊隔離的電輸出與原邊隔離的電壓壓15V和和+5V。 用途：用途： 除供板卡使用外除供板卡使用外, , 還可以向外提供還可以向外提供電流不大于電流不大于20mA的的+5V電源電源。15YSU4. 使用與操作使用與操作 器件的調(diào)整器件的調(diào)整主要可調(diào)整器件的位置見圖主要可調(diào)整器件的位置見圖8.4。 16YSU模擬地數(shù)字地模擬地數(shù)字地E.TE.T17CH18CH19CHCH12CH3CH3CH+()-CH1CH1+()-2CH2CH+()-3CH()+4CH21CH20CH5CH6CH22CH4CH-4CH-5CH()+5CH

8、()+6CH-6CH23CH26CH8CH24CH9CH25CH()7CH+()10CH+7CH-7CH()-8CH()+8CH()+9CH()-9CH10CH11CH-()-10CH()11CH()+11CH30CH28CH()-12CH27CH12CH()+12CH13CH()13CH+-13CH()CH2914CH()+14CH()14CH-31CH()-15CH15CH()+15CH16CH+16CH32CH-16CH()+5V+5V()()()()()()()()圖圖8 8. .5 5 輸輸入入信信號號插插座座接接口口定定義義17YSU輸入信號接口定義輸入信號接口定義 接口卡采用接口

9、卡采用40芯插座作為輸入信號接芯插座作為輸入信號接口，插座各腳的信號定義見圖口，插座各腳的信號定義見圖8.5。 18YSUDSDDDSSSDDSSK32K2KK3(a)(b) 圖圖8 8. .7 7 單單/ /雙雙輸輸入入方方式式選選擇擇( (a a) )單單端端輸輸入入方方式式 ( (b b) )雙雙端端輸輸入入方方式式 用戶可根據(jù)實際需用戶可根據(jù)實際需要選擇連接：要選擇連接： 單端接法單端接法例如例如：CH1、CH2 雙端接法雙端接法例如例如：CH1與與CH17 為一組為一組CH2與與CH18為一組為一組 19YSU注意：注意： 為了減少信號通道之間的串?dāng)_和保為了減少信號通道之間的串?dāng)_和保

10、護(hù)通道開關(guān)，凡不使用的信號端均護(hù)通道開關(guān)，凡不使用的信號端均應(yīng)與模擬地短接。應(yīng)與模擬地短接。IO基地址選擇基地址選擇 IO基地址的選擇是通過開關(guān)進(jìn)行的?；刂返倪x擇是通過開關(guān)進(jìn)行的。開關(guān)撥至開關(guān)撥至ON處為處為0，反之為反之為1。20YSU地址的選擇范圍一般為地址的選擇范圍一般為： 0100H01FFH；0210H02FFH；0300H036FH。 IO基地址選擇舉例說明如圖基地址選擇舉例說明如圖8.6所示所示。 21YSU0100H0000000010圖圖8.6 IO基地址選擇舉例基地址選擇舉例1 23 4 567A3A4A5A6A7A8A90100H1 23 4 567A3A4A5A6A7

11、A8A90280H123 4 567A3A4A5A6A7A8A90318HA9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A00280H 000000010122YSU跨接插座的用法跨接插座的用法 單單/ /雙端輸入方式選擇雙端輸入方式選擇 K2、K3為單雙端輸入方式選拔跨為單雙端輸入方式選拔跨接插座，二者應(yīng)共同使用。接插座，二者應(yīng)共同使用。23YSUDSDDDSSSDDSSK32K2KK3(a)(b) 圖8.7 單/雙輸入方式選擇 圖8.7 單/雙輸入方式選擇(a)單端輸入方式 (b)雙端輸入方式(a)單端輸入方式 (b)雙端輸入方式 放大器增益選擇放大器增益選擇 K4為放大器增益選擇

12、插座。請看書，為放大器增益選擇插座。請看書，自習(xí)。自習(xí)。 24YSU 轉(zhuǎn)換碼制的選擇轉(zhuǎn)換碼制的選擇 K5為轉(zhuǎn)換碼制的選擇插座，應(yīng)根據(jù)為轉(zhuǎn)換碼制的選擇插座，應(yīng)根據(jù)輸入信號的極性進(jìn)行選擇，選擇方法如輸入信號的極性進(jìn)行選擇，選擇方法如圖圖8.8所示所示。 SDSDK5K5(a)(b) 圖圖8 8. .8 8 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換碼碼制制選選擇擇( (a a) )雙雙極極性性偏偏移移碼碼 ( (b b) )單單極極性性原原碼碼25YSU控制口地址與有關(guān)數(shù)據(jù)格式控制口地址與有關(guān)數(shù)據(jù)格式 控制端口的操作地址與功能控制端口的操作地址與功能 26YSU表表8.1 端口地址與功能端口地址與功能 注注：BASE為為IO基地址

13、基地址 IOWIOWIORIOR 端口操作端口操作 地址地址 操作命令操作命令 功功 能能 BASE + 0 寫通道代碼，選通道寫通道代碼，選通道 BASE + 1 啟動啟動AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換( (寫入任意寫入任意數(shù)值數(shù)值) ) BASE + 2 查詢查詢AD轉(zhuǎn)換狀態(tài)，讀高轉(zhuǎn)換狀態(tài)，讀高4位轉(zhuǎn)換結(jié)果位轉(zhuǎn)換結(jié)果 BASE + 3 讀讀AD低低8位轉(zhuǎn)換結(jié)果，清位轉(zhuǎn)換結(jié)果，清AD轉(zhuǎn)換狀態(tài)及中斷標(biāo)志轉(zhuǎn)換狀態(tài)及中斷標(biāo)志。 27YSU 查詢查詢AD轉(zhuǎn)換狀態(tài)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換狀態(tài)數(shù)據(jù)格式 表表8.2 AD轉(zhuǎn)換狀態(tài)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換狀態(tài)數(shù)據(jù)格式（表示任意表示任意） IOR 操 作操 作命命 令令D7D6D5D4D3D2D1D0

14、 AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換狀狀 態(tài)態(tài)IOR1 正在轉(zhuǎn)換正在轉(zhuǎn)換 0 轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束 127+026+025+024+023+022+021+020=128AD轉(zhuǎn)換狀態(tài)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)換狀態(tài)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)：28YSU 通道代碼數(shù)據(jù)格式通道代碼數(shù)據(jù)格式 通道代碼數(shù)據(jù)格式見表通道代碼數(shù)據(jù)格式見表8.329YSU表表8.3 通道代碼數(shù)據(jù)格式通道代碼數(shù)據(jù)格式 通道通道 號號 十進(jìn)制十進(jìn)制 代代 碼碼 十六進(jìn)十六進(jìn) 制代碼制代碼 輸入輸入 方式方式 通道通道 號號 十進(jìn)制十進(jìn)制 代代 碼碼 十六進(jìn)十六進(jìn) 制代碼制代碼 輸入輸入 方式方式 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0

15、 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 08H 09H 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙單雙 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 10H 11H 12H 13H 14H 15H 16H 17H 18H 19H

16、 1AH 1BH 1CH 1DH 1EH 1FH 單單 單單 單單 單單 單單 單單 單單 單單 單單 單單 單單 單單 單單 單單 單單 單單30YSU AD轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)格式 表表8.4 AD轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)格式 端口端口地址地址 操作操作命令命令 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 意意 義義基地基地址址+2 0 0 00DB11DB10DB9DB8高高4位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)基地基地址址+3DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0低低8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)31YSU5. 模入碼制以及數(shù)據(jù)與模擬量的對應(yīng)關(guān)系模入碼制以及數(shù)據(jù)與模擬量的對應(yīng)關(guān)系單極性方式工作單極性

17、方式工作 輸入信號的電壓為輸入信號的電壓為 0V10V 時時，轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)換后的12 位數(shù)碼為二進(jìn)制碼位數(shù)碼為二進(jìn)制碼。 此此12位數(shù)碼表示一個正數(shù)碼，其數(shù)碼位數(shù)碼表示一個正數(shù)碼，其數(shù)碼與模擬電壓值的對應(yīng)關(guān)系為：與模擬電壓值的對應(yīng)關(guān)系為： 模擬電壓值模擬電壓值 = 數(shù)碼數(shù)碼 (12位位)10 /4096 (V) 即即 1LSB = 2.44 mV 32YSU雙極性方式工作雙極性方式工作 轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)碼為二進(jìn)制偏移碼位數(shù)碼為二進(jìn)制偏移碼。 此時此時12位數(shù)碼最高位位數(shù)碼最高位（DB11）為符號位為符號位： 0 表示負(fù)表示負(fù)， 1 表示正表示正。 輸入信號為輸入信號為 -5V+5V 時時

18、：模擬電壓值模擬電壓值 = 數(shù)碼數(shù)碼10 / 4096 - 5 (V) 即即 1LSB = 2.44 mV DC-DC5D15S5PC-6319ONK17K2K3K4K5K6K8KCZ1W12W3W圖圖8 8. .4 4 P PC C- -6 63 31 19 9接接口口卡卡可可調(diào)調(diào)元元件件的的位位置置33YSU輸入信號為輸入信號為 -10V+10V 時時： 模擬電壓值模擬電壓值 = 數(shù)碼數(shù)碼20 / 4096 - 10 (V)即即 1LSB = 4.88 mV DC-DC5D15S5PC-6319ONK17K2K3K4K5K6K8KCZ1W12W3W圖圖8 8. .4 4 P PC C- -

19、6 63 31 19 9接接口口卡卡可可調(diào)調(diào)元元件件的的位位置置9. 編程舉例編程舉例用用BASIC 程序控制程序控制AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 34YSU【例】【例】以單極性方式對通道以單極性方式對通道1連續(xù)采樣連續(xù)采樣100次，程次，程 序啟動序啟動AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換，程序查詢?nèi)?shù)程序查詢?nèi)?shù)。Quick BASIC程序如下程序如下：CLS 清屏清屏ADDER% = &H300 板卡基地址設(shè)為板卡基地址設(shè)為0300H A = INP(ADDER%+3) 清轉(zhuǎn)換及中斷標(biāo)志清轉(zhuǎn)換及中斷標(biāo)志 CH = 0 選擇通道選擇通道1OUT ADDER，CH 送通道代碼送通道代碼 FOR I = 1 TO 30 ：NEXT I 延時，等待多延時，等待多 路開關(guān)穩(wěn)定路開關(guān)穩(wěn)定 35YSUFOR I =