數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成

1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成l 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分，硬件部分又可分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分，硬件部分又可分為模擬部分和數(shù)字部分。模擬部分和數(shù)字部分。 圖圖1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件基本組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件基本組成多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式l 每個(gè)通道都有各自獨(dú)自的采樣保持器與每個(gè)通道都有各自獨(dú)自的采樣保持器與A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，這種結(jié)構(gòu)形式可以對各通道輸入信號這種結(jié)構(gòu)形式可以對各通道輸入信號進(jìn)行同步、高速進(jìn)行同步、高速數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集。多通道多通道A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 l 各通道有各自獨(dú)立的采樣保持器，但公用一個(gè)各通道有

2、各自獨(dú)立的采樣保持器，但公用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。通過多路開關(guān)分，對各路信號轉(zhuǎn)換器。通過多路開關(guān)分，對各路信號分時(shí)進(jìn)行分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換。能夠?qū)崿F(xiàn)。能夠?qū)崿F(xiàn)多路信號多路信號的的同步采集同步采集，但采集，但采集速度稍慢。速度稍慢。 單通道共享單通道共享A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式l 各通道公用一個(gè)采樣保持器和各通道公用一個(gè)采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器。工作時(shí)，轉(zhuǎn)換器。工作時(shí)，通過多路開關(guān)將各路信號分時(shí)切換，輸入到公用的通過多路開關(guān)將各路信號分時(shí)切換，輸入到公用的采樣保持器中，實(shí)現(xiàn)采樣保持器中，實(shí)現(xiàn)多路信號的分時(shí)采集多路信號的分時(shí)采集，而，而非同

3、非同步采集步采集。并且。并且采集速度最慢采集速度最慢。優(yōu)點(diǎn)是。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件成本節(jié)省硬件成本，適于對適于對采集速度要求不高采集速度要求不高的應(yīng)用場合。的應(yīng)用場合。多通道共享采樣保持器與多通道共享采樣保持器與A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.系統(tǒng)分辨率：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分辨的輸入信號的系統(tǒng)分辨率：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分辨的輸入信號的最小變化量。通常用最低有效位值（最小變化量。通常用最低有效位值（LSB）占系統(tǒng)）占系統(tǒng)滿刻度信號的百分比表示，或用系統(tǒng)可分辨的實(shí)際滿刻度信號的百分比表示，或用系統(tǒng)可分辨的實(shí)際電壓數(shù)值來表示。有時(shí)也用信號滿刻度值可以劃分電壓數(shù)值來表

4、示。有時(shí)也用信號滿刻度值可以劃分的級數(shù)來表示。的級數(shù)來表示。 位數(shù)位數(shù)級數(shù)級數(shù)1 LSB（滿度值的百分?jǐn)?shù)）（滿度值的百分?jǐn)?shù)） 1 LSB（10V滿度）滿度）82560.391%39.1mV1240960.0244%2.44 mV16655360.0015%0.15 mV2010485760.000095%9.53 uV24167772160.0000060%0.60 uV表表1.1 系統(tǒng)的分辨率（滿度值為系統(tǒng)的分辨率（滿度值為10 V）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)2.系統(tǒng)精度：當(dāng)系統(tǒng)工作在額定采集速率下，每個(gè)離散系統(tǒng)精度：當(dāng)系統(tǒng)工作在額定采集速率下，每個(gè)離散子樣的轉(zhuǎn)換精

5、度。子樣的轉(zhuǎn)換精度。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度是系統(tǒng)精度的極限值。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度是系統(tǒng)精度的極限值。系統(tǒng)精度是系統(tǒng)的系統(tǒng)精度是系統(tǒng)的實(shí)際輸出值實(shí)際輸出值與與理論輸出值理論輸出值之差，它之差，它是系統(tǒng)各種誤差的總和。通常表示為滿度值的百分?jǐn)?shù)。是系統(tǒng)各種誤差的總和。通常表示為滿度值的百分?jǐn)?shù)。3.采集速率（系統(tǒng)通過速率、吞吐率）：在滿足系統(tǒng)精采集速率（系統(tǒng)通過速率、吞吐率）：在滿足系統(tǒng)精度指標(biāo)的前提下，系統(tǒng)對輸入模擬信號在單位時(shí)間內(nèi)度指標(biāo)的前提下，系統(tǒng)對輸入模擬信號在單位時(shí)間內(nèi)所完成的采樣次數(shù)，或者說是系統(tǒng)每個(gè)通道、每秒鐘所完成的采樣次數(shù)，或者說是系統(tǒng)每個(gè)通道、每秒鐘可采集的子樣數(shù)目?？刹杉淖訕訑?shù)目。“

6、采集采集”包括對被測物理量進(jìn)行采樣、量化、編碼、傳包括對被測物理量進(jìn)行采樣、量化、編碼、傳輸、存儲(chǔ)等過程。輸、存儲(chǔ)等過程。采集速率的倒數(shù)是采樣周期。采集速率的倒數(shù)是采樣周期。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)4.動(dòng)態(tài)范圍：某個(gè)物理量的變化范圍。信號的動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍：某個(gè)物理量的變化范圍。信號的動(dòng)態(tài)范圍是指信號的最大幅值和最小幅值之比的分貝數(shù)。采是指信號的最大幅值和最小幅值之比的分貝數(shù)。采集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍通常定義為所允許輸入的最大幅集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍通常定義為所允許輸入的最大幅值值Vimax與最小幅值與最小幅值Vimin之比的分貝數(shù)，動(dòng)態(tài)范圍：之比的分貝數(shù)，動(dòng)態(tài)范圍：瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范

7、圍：對大動(dòng)態(tài)范圍信號的高精度采集時(shí)，瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍：對大動(dòng)態(tài)范圍信號的高精度采集時(shí)，某一時(shí)刻系統(tǒng)所能采集到的信號的不同頻率分量幅某一時(shí)刻系統(tǒng)所能采集到的信號的不同頻率分量幅值之比的最大值，即幅值最大頻率分量的幅值值之比的最大值，即幅值最大頻率分量的幅值A(chǔ)fmax與幅度最小頻率分量的幅值與幅度最小頻率分量的幅值A(chǔ)fmin之比的分貝數(shù)。瞬之比的分貝數(shù)。瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍：時(shí)動(dòng)態(tài)范圍： minmaxlg20iiiVVI minmaxlg20ffAAI 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)5.非線性失真（諧波失真）：給系統(tǒng)輸入一個(gè)頻率為非線性失真（諧波失真）：給系統(tǒng)輸入一個(gè)頻率為f的正弦波時(shí)，

8、其輸出中出現(xiàn)很多頻率為的正弦波時(shí)，其輸出中出現(xiàn)很多頻率為kf（k為正整為正整數(shù)）的新的頻率分量的現(xiàn)象，稱為非線性失真。諧數(shù)）的新的頻率分量的現(xiàn)象，稱為非線性失真。諧波失真系數(shù)用來衡量系統(tǒng)產(chǎn)生非線性失真的程度，波失真系數(shù)用來衡量系統(tǒng)產(chǎn)生非線性失真的程度，它通常用下式表示：它通常用下式表示：A1為基波振幅，為基波振幅，Ak為第為第k次諧波的振幅。次諧波的振幅。%100.2322212322AAAAAH微弱信號檢測方法微弱信號檢測方法l 提高信號檢測靈敏度或降低可檢測下限的基本方法：提高信號檢測靈敏度或降低可檢測下限的基本方法： 從傳感器及放大器入手：降低固有噪聲水平、研制新的低噪從傳感器及放大器入

9、手：降低固有噪聲水平、研制新的低噪聲傳感器。聲傳感器。 分析測量中的噪聲規(guī)律和信號規(guī)律，通過各種手段從噪聲中分析測量中的噪聲規(guī)律和信號規(guī)律，通過各種手段從噪聲中提取信號。提取信號。l 對傳感器的基本要求是：測量范圍寬，線性好，靈敏度高，對傳感器的基本要求是：測量范圍寬，線性好，靈敏度高，噪聲低，譜段寬，響應(yīng)快，壽命長，便于匹配，均衡穩(wěn)定。噪聲低，譜段寬，響應(yīng)快，壽命長，便于匹配，均衡穩(wěn)定。用于弱信號檢測的傳感器，首要要求是高靈敏度、低噪聲。用于弱信號檢測的傳感器，首要要求是高靈敏度、低噪聲。 填空：填空：16*1=16 判斷判斷6*1=6 簡答簡答6*6=36 分析分析10+10+10+12=

10、12分分放大器放大器l 使用測量放大器的原因：弱信號、強(qiáng)干擾；動(dòng)態(tài)范圍寬，共使用測量放大器的原因：弱信號、強(qiáng)干擾；動(dòng)態(tài)范圍寬，共模干擾電壓大。模干擾電壓大。 目的：檢測疊加在高共模電壓上的微弱信號。目的：檢測疊加在高共模電壓上的微弱信號。 要求：高輸入阻抗、共模抑制能力強(qiáng)、失調(diào)及漂移小、噪聲要求：高輸入阻抗、共模抑制能力強(qiáng)、失調(diào)及漂移小、噪聲低、閉環(huán)增益穩(wěn)定性高。低、閉環(huán)增益穩(wěn)定性高。l 分類：分類：l 技術(shù)指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)： 放大倍數(shù)：放大倍數(shù)：AU、AUS、Ai、Ais 輸入阻抗：輸入阻抗：Ri=U0/Ii 輸出阻抗輸出阻抗 通頻帶通頻帶混頻偏差混頻偏差l 采樣率過低的結(jié)果是還原信號的頻率看

11、上去與原始信采樣率過低的結(jié)果是還原信號的頻率看上去與原始信號不同。這種信號畸變叫做混疊（號不同。這種信號畸變叫做混疊（alias）。出現(xiàn)的混）。出現(xiàn)的混頻偏差（頻偏差（alias frequency）是輸入信號的頻率和最靠）是輸入信號的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對值。近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對值。采樣頻率采樣頻率fs是是100HZ信號調(diào)理信號調(diào)理l 信號調(diào)理能夠在信號、傳感器、信號調(diào)理能夠在信號、傳感器、DAQ板卡和板卡和PC機(jī)之間提供接機(jī)之間提供接口。通常的信號調(diào)理類型包括：放大、隔離、濾波、激勵(lì)、口。通常的信號調(diào)理類型包括：放大、隔離、濾波、激勵(lì)、線性化等。線性化等。I2R2R2R

12、RRR2R2Rdn-1dn-2ARUod2R2R2n-2I2I1S0S1n-1SSn-2R2n-1I22IVREFd0d12nI2nIS2Iout1Iout2RVIREF2R/ 2R=RR+R=2RAIA2I1n-1S21I2R2RVREF所以流入節(jié)點(diǎn)所以流入節(jié)點(diǎn)A的電流的電流所以流入相鄰左側(cè)節(jié)點(diǎn)的電流依次減半。所以流入相鄰左側(cè)節(jié)點(diǎn)的電流依次減半。倒倒T型電阻解碼網(wǎng)絡(luò)型電阻解碼網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器l 倒倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)是集成型電阻網(wǎng)絡(luò)是集成DA轉(zhuǎn)換器中采用最多的一種。從節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換器中采用最多的一種。從節(jié)點(diǎn)A向左看，每個(gè)節(jié)點(diǎn)等效電阻均為向左看，每個(gè)節(jié)點(diǎn)等效電阻均為2R。I2R2R2RRRR2R2

13、Rdn-1dn-2ARUod2R2R2n-2I2I1S0S1n-1SSn-2R2n-1I22IVREFd0d12nI2nIS2Iout1Iout2RVIREF2R/ 2R=RR+R=2R可寫出可寫出I的表達(dá)式的表達(dá)式 121012422nnnnIIIIIdddd輸出模擬電壓為輸出模擬電壓為O12101()2422nnnnIIIIUI RRdddd 于是輸出電壓于是輸出電壓10iREF02 2niindVU與權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)相比，電阻阻值僅兩種，便于集成。與權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)相比，電阻阻值僅兩種，便于集成。RVIREF而而O12101()2422nnnnIIIIUI RRdddd REFO2nVU )

14、2222(00112211ddddnnnn多通道采樣方式多通道采樣方式循環(huán)采樣：只采用一個(gè)循環(huán)采樣：只采用一個(gè)A/D芯片，通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)不同芯片，通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)不同通道的切換；通道轉(zhuǎn)換時(shí)間造成多通道不能同時(shí)采樣；可以通道的切換；通道轉(zhuǎn)換時(shí)間造成多通道不能同時(shí)采樣；可以通過外加采樣通過外加采樣/保持電路保證采樣的同步。保持電路保證采樣的同步。同步采樣：每個(gè)通道采用獨(dú)立的放大器和采樣保持器以及同步采樣：每個(gè)通道采用獨(dú)立的放大器和采樣保持器以及A/D轉(zhuǎn)換器，不同通道采用同一時(shí)鐘；保證不同通道的采樣時(shí)間轉(zhuǎn)換器，不同通道采用同一時(shí)鐘；保證不同通道的采樣時(shí)間相同（信號同步）；相同（信號同步）；

15、突發(fā)模式采樣：采樣頻率由掃描時(shí)鐘控制，通道切換時(shí)間間突發(fā)模式采樣：采樣頻率由掃描時(shí)鐘控制，通道切換時(shí)間間隔由通道時(shí)鐘控制。隔由通道時(shí)鐘控制。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)多通道共享采樣保持器和多通道共享采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器多通道同步型數(shù)據(jù)采集系通多通道同步型數(shù)據(jù)采集系通多通道并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多通道并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被測信號與數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間的連接被測信號與數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間的連接l 電壓信號可以分為接地和浮動(dòng)兩種類型。電壓信號可以分為接地和浮動(dòng)兩種類型。 接地信號：將信號的一端與系統(tǒng)地連接起來，如大地或建筑物接地信號：將信號的一端與系統(tǒng)地

16、連接起來，如大地或建筑物的地。因?yàn)樾盘栍玫氖窍到y(tǒng)地，所以與數(shù)據(jù)采集卡是共地的。的地。因?yàn)樾盘栍玫氖窍到y(tǒng)地，所以與數(shù)據(jù)采集卡是共地的。 浮動(dòng)信號：一個(gè)不與任何地（如大地或建筑物的地）連接的電浮動(dòng)信號：一個(gè)不與任何地（如大地或建筑物的地）連接的電壓信號稱為浮動(dòng)信號，浮動(dòng)信號的每個(gè)端口都與系統(tǒng)地獨(dú)立。壓信號稱為浮動(dòng)信號，浮動(dòng)信號的每個(gè)端口都與系統(tǒng)地獨(dú)立。常見的浮動(dòng)信號有電池、熱電偶、變壓器和隔離放大器。常見的浮動(dòng)信號有電池、熱電偶、變壓器和隔離放大器。 測量系統(tǒng)可以分為差分（測量系統(tǒng)可以分為差分（Differential）、參考地單端（）、參考地單端（RSE）、）、無參考地單端（無參考地單端（NRS

17、E）三種類型。）三種類型。 l 差分測量系統(tǒng)：信號輸入端分別與一個(gè)模入通道相連接。具差分測量系統(tǒng)：信號輸入端分別與一個(gè)模入通道相連接。具有放大器的數(shù)據(jù)采集卡可配置成差分測量系統(tǒng)。有放大器的數(shù)據(jù)采集卡可配置成差分測量系統(tǒng)。l 一個(gè)理想的差分測量系統(tǒng)僅能測出一個(gè)理想的差分測量系統(tǒng)僅能測出(+)和和(-)輸入端口之間的輸入端口之間的電位差，完全不會(huì)測量到共模電壓；電位差，完全不會(huì)測量到共模電壓；l 實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集卡的共模電壓的范圍限制了相對于測實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集卡的共模電壓的范圍限制了相對于測量系統(tǒng)地的輸入電壓的波動(dòng)范圍；量系統(tǒng)地的輸入電壓的波動(dòng)范圍；l 可以用不同的方式來消除共模電壓的影響。如

18、果系統(tǒng)共?？梢杂貌煌姆绞絹硐材ｋ妷旱挠绊憽Ｈ绻到y(tǒng)共模電壓超過允許范圍，需要限制信號地與數(shù)據(jù)采集卡的地之電壓超過允許范圍，需要限制信號地與數(shù)據(jù)采集卡的地之間的浮地電壓，以避免測量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤；間的浮地電壓，以避免測量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤； l 參考地單端測量系統(tǒng)參考地單端測量系統(tǒng)(Referenced Single-End，RSE)：也：也叫做接地測量系統(tǒng)，被測信號一端接模擬輸入通道，另一叫做接地測量系統(tǒng)，被測信號一端接模擬輸入通道，另一端接系統(tǒng)地端接系統(tǒng)地AIGND。l 無參考地單端測量系統(tǒng)無參考地單端測量系統(tǒng)(NRSE)：信號的一端接模擬輸入：信號的一端接模擬輸入通道，另一端接一個(gè)公用參考端，但這個(gè)

19、參考端電壓相對通道，另一端接一個(gè)公用參考端，但這個(gè)參考端電壓相對于測量系統(tǒng)的地來說是不斷變化的。于測量系統(tǒng)的地來說是不斷變化的。l 幾種信號輸入方式的特點(diǎn)幾種信號輸入方式的特點(diǎn) 差分輸入差分輸入 可避免接地回路干擾可避免接地回路干擾 可避免因環(huán)境引起的共模干擾可避免因環(huán)境引起的共模干擾 NRSE 可避免接地回路干擾可避免接地回路干擾 RSE 最簡單，若信號滿足下列條件，可選擇最簡單，若信號滿足下列條件，可選擇RSE輸入輸入l 若信號滿足下列條件，可選擇若信號滿足下列條件，可選擇RSE測量方式：測量方式： 輸入信號幅值較大，一般需輸入信號幅值較大，一般需1V； 連線比較短，一般連線比較短，一般5

20、m； 環(huán)境干擾很小或信號屏蔽比較好；環(huán)境干擾很小或信號屏蔽比較好； 所有輸入信號都與信號源共地。所有輸入信號都與信號源共地。l 否則建議選用差分輸入方式，總體而言，差分輸入方式是比較否則建議選用差分輸入方式，總體而言，差分輸入方式是比較好的選擇好的選擇l 輸入信號源的阻抗與插入式數(shù)據(jù)采集卡的阻抗相匹配：輸入信號源的阻抗與插入式數(shù)據(jù)采集卡的阻抗相匹配： 對于電池、對于電池、RTD、應(yīng)變片、熱電偶等信號源，由于阻抗很小，、應(yīng)變片、熱電偶等信號源，由于阻抗很小，可以將這些信號源直接連接到數(shù)據(jù)采集卡上或信號調(diào)理硬件上。可以將這些信號源直接連接到數(shù)據(jù)采集卡上或信號調(diào)理硬件上。 直接將高阻抗的信號源接到插

21、入式板卡上會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)。直接將高阻抗的信號源接到插入式板卡上會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)。測量放大器電路原理測量放大器電路原理 三運(yùn)放測量放大器原理圖三運(yùn)放測量放大器原理圖b. 電阻電阻R3、R4、R5、R6要精密配合（要精密配合（ R3= R5、 R4 =R6）。）。 a. 運(yùn)放運(yùn)放A1、A2的特性的特性一致性。一致性。對電路要求對電路要求A1A2A3+_b1b2+_i+IcuIdu2Ou5 5R2 2RG GR1 1R4 4R3 3RO1O1uS SRO Ou6 6R由圖可知由圖可知G Gb b2 2b b1 1I Ic cb b2 2I Ic cI Id db b Ruuiuuuuu1134265634)1

22、(O OO OO OuRRuRRRRRuIdIdG GG GG GO2O2O1O1) )( (uRRRRRRRiuu2121A1A2A3+_b1b2+_i+IcuIdu2Ou5 5R2 2RG GR1 1R4 4R3 3RO1O1uS SRO Ou6 6R放大器具有很高的抑制放大器具有很高的抑制共模信號的能力共模信號的能力 令輸出輸出uO與共模信號與共模信號uIc無關(guān)無關(guān) RRRRR6543IdIdG GO OO OO OO OO1O1 uRRRuuuRRuRRRRRu)1()()1(211342656342A1A2A3+_b1b2+_i+IcuIdu2Ou5 5R2 2RG GR1 1R4

23、4R3 3RO O1 1uS SRO Ou6 6R2.5 測量放大電路測量放大電路 抑制共模信號能力抑制共模信號能力總線性能參數(shù)總線性能參數(shù) 總線寬度：指數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，用位總線寬度：指數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，用位(bit)來表示。如來表示。如8位、位、16位、位、32位、位、64位總線寬度。位總線寬度。 尋址能力：地址總線的位數(shù)及能直接尋址的存儲(chǔ)器空間的大小。尋址能力：地址總線的位數(shù)及能直接尋址的存儲(chǔ)器空間的大小。 總線頻率：總線的工作頻率，以總線頻率：總線的工作頻率，以MHz表示，是總線工作速率的表示，是總線工作速率的一個(gè)重要參數(shù)。一個(gè)重要參數(shù)。 數(shù)據(jù)傳輸率：在一定的時(shí)間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)總量，

24、用每數(shù)據(jù)傳輸率：在一定的時(shí)間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)總量，用每秒最大傳輸數(shù)據(jù)量來表示。計(jì)算公式：秒最大傳輸數(shù)據(jù)量來表示。計(jì)算公式： 總線數(shù)據(jù)傳輸率總線數(shù)據(jù)傳輸率=(總線寬度總線寬度8位位)*總線頻率總線頻率 總線定時(shí)協(xié)議：總線上進(jìn)行信息傳送必須遵守定時(shí)規(guī)則，以使總線定時(shí)協(xié)議：總線上進(jìn)行信息傳送必須遵守定時(shí)規(guī)則，以使源與目的同步。源與目的同步。 熱拔插：允許帶電插拔工作中的板卡。熱拔插：允許帶電插拔工作中的板卡。 即插即用：自動(dòng)配置擴(kuò)展板卡及其他設(shè)備的能力。即插即用：自動(dòng)配置擴(kuò)展板卡及其他設(shè)備的能力。 負(fù)載能力：總線上所有能掛接的器件個(gè)數(shù)。負(fù)載能力：總線上所有能掛接的器件個(gè)數(shù)。2022-5-27西北

25、農(nóng)林科技大學(xué)電子系31LabVIEW程序的基本構(gòu)成程序的基本構(gòu)成 l 前面板（前面板（front panel）；）；l 流程框圖（流程框圖（block diagram）；）；l 圖標(biāo)圖標(biāo)/連結(jié)器連結(jié)器(icon/connector)。 l 簡單的簡單的LabVIEW問題問題IEEE-488總線定義總線定義l IEEE-488總線由總線由8條雙向數(shù)據(jù)線、條雙向數(shù)據(jù)線、3條信號交換線、條信號交換線、5條通用條通用控制線和控制線和8根地線組成。根地線組成。GPIB總線構(gòu)成總線構(gòu)成管理總線管理總線（5根）根）掛鉤總線掛鉤總線（3根）根）數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線（8根）根）儀器儀器A(計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī))控者、講者控

26、者、講者和聽者和聽者功能功能IECIEC接口接口儀器儀器B(激勵(lì)源激勵(lì)源)聽者聽者功能功能IECIEC接口接口儀器儀器C(數(shù)字萬用數(shù)字萬用表表)講者、聽者講者、聽者功能功能IECIEC接口接口儀器儀器D(打印機(jī)打印機(jī))聽者聽者職能職能IECIEC接口接口DUT被被測測設(shè)設(shè)備備EOIRENSROIFCATNNDAVNRFDDAVDIO1 DIO8傳遞儀器消息和大部分接口傳遞儀器消息和大部分接口消息，包括數(shù)據(jù)、命令和地消息，包括數(shù)據(jù)、命令和地址：傳送設(shè)備命令址：傳送設(shè)備命令(7位位)，傳送地址和數(shù)據(jù)傳送地址和數(shù)據(jù)(8位位)?？刂茢?shù)據(jù)總線的時(shí)序，以控制數(shù)據(jù)總線的時(shí)序，以保證數(shù)據(jù)總線能正確、有保證數(shù)據(jù)

27、總線能正確、有節(jié)奏地傳輸信息。節(jié)奏地傳輸信息?？刂瓶刂艷PIB總線總線接口狀態(tài)。接口狀態(tài)。總線上的讀操作總線上的讀操作l FRAME#信號有效，地址期開始，并在時(shí)鐘信號有效，地址期開始，并在時(shí)鐘2的上升沿處穩(wěn)定有的上升沿處穩(wěn)定有效。地址期內(nèi)，效。地址期內(nèi)，AD3l:00線傳輸一個(gè)有效地址，線傳輸一個(gè)有效地址，C/BE3:0#線線傳輸一個(gè)總線命令。數(shù)據(jù)期從時(shí)鐘傳輸一個(gè)總線命令。數(shù)據(jù)期從時(shí)鐘3的上升沿處開始，在此期間，的上升沿處開始，在此期間，AD31:00線傳送數(shù)據(jù)，而線傳送數(shù)據(jù)，而C/BE#作為字節(jié)使能線指明數(shù)據(jù)線上作為字節(jié)使能線指明數(shù)據(jù)線上當(dāng)前傳輸哪幾個(gè)字節(jié)，從數(shù)據(jù)期開始到傳輸完成，當(dāng)前傳輸

28、哪幾個(gè)字節(jié)，從數(shù)據(jù)期開始到傳輸完成，C/B#始終保始終保持有效。持有效?？偩€上的讀操作總線上的讀操作l 從設(shè)備被地址期內(nèi)發(fā)送的地址選中，提供從設(shè)備被地址期內(nèi)發(fā)送的地址選中，提供DEVSEL信號和信號和TRDY#信號，信號，TRDY#在在DEVSEL#之后出現(xiàn)。之后出現(xiàn)。IRDY#號由主設(shè)備發(fā)出。在號由主設(shè)備發(fā)出。在IRDY#和和TRDY#同時(shí)有效的時(shí)鐘上升沿，數(shù)據(jù)傳輸開始，兩信號中的一個(gè)無效同時(shí)有效的時(shí)鐘上升沿，數(shù)據(jù)傳輸開始，兩信號中的一個(gè)無效時(shí)，進(jìn)入等待周期，不傳輸數(shù)據(jù)。讀操作的地址期和數(shù)據(jù)期之間，時(shí)，進(jìn)入等待周期，不傳輸數(shù)據(jù)。讀操作的地址期和數(shù)據(jù)期之間，AD線上要有交換期，要求線上要有交換

29、期，要求TRDY#有效必須比地址的穩(wěn)定有效晚一拍，有效必須比地址的穩(wěn)定有效晚一拍，交換期過后，有交換期過后，有DEVSEL#信號時(shí)，從設(shè)備必須驅(qū)動(dòng)信號時(shí)，從設(shè)備必須驅(qū)動(dòng)AD線。線。l 時(shí)鐘時(shí)鐘7處是最后一個(gè)數(shù)據(jù)期，由于主設(shè)備因某種原因不能完成最后一處是最后一個(gè)數(shù)據(jù)期，由于主設(shè)備因某種原因不能完成最后一次傳輸次傳輸(IRDY#有效有效)，故，故FRAME#不能撤銷，只有在時(shí)鐘不能撤銷，只有在時(shí)鐘8處，處，IRDY#為有效后，為有效后， FRAME#信號才能撤銷。信號才能撤銷。總線上的寫操作總線上的寫操作l 寫操作與讀操作相類似，也是寫操作與讀操作相類似，也是FRAME#信號有效，地址周期開信號有

30、效，地址周期開始，在時(shí)鐘始，在時(shí)鐘2的上升沿處達(dá)到穩(wěn)定有效。整個(gè)數(shù)據(jù)期也與讀操作的上升沿處達(dá)到穩(wěn)定有效。整個(gè)數(shù)據(jù)期也與讀操作基本相同。在第三個(gè)數(shù)據(jù)期中，從設(shè)備連續(xù)插入了基本相同。在第三個(gè)數(shù)據(jù)期中，從設(shè)備連續(xù)插入了3個(gè)等待周期個(gè)等待周期(TRDY#無效無效)。時(shí)鐘。時(shí)鐘5處，傳輸雙方均插入了等待周期。處，傳輸雙方均插入了等待周期。l FRAME#撤銷，以撤銷，以IRDY#無效為前提，以表明最后一個(gè)數(shù)據(jù)期。無效為前提，以表明最后一個(gè)數(shù)據(jù)期。時(shí)鐘時(shí)鐘5處，主設(shè)備撤銷處，主設(shè)備撤銷IRDY#，插入等待周期，要寫的數(shù)據(jù)延遲，插入等待周期，要寫的數(shù)據(jù)延遲發(fā)送，字節(jié)使能信號不受等待周期的影響，不延遲。發(fā)送，

31、字節(jié)使能信號不受等待周期的影響，不延遲。總線上的寫操作總線上的寫操作l 寫操作與讀操作的不同：寫操作中，數(shù)據(jù)和地址是由同一個(gè)寫操作與讀操作的不同：寫操作中，數(shù)據(jù)和地址是由同一個(gè)設(shè)備設(shè)備(主設(shè)備主設(shè)備)發(fā)出，址期與數(shù)據(jù)期之間沒有交換周期。發(fā)出，址期與數(shù)據(jù)期之間沒有交換周期。l 只有一個(gè)數(shù)據(jù)期，只有一個(gè)數(shù)據(jù)期，F(xiàn)RAME#信號在沒有等待周期的情況下，信號在沒有等待周期的情況下，在地址期在地址期(讀操作應(yīng)在交換周期讀操作應(yīng)在交換周期)過后即撤銷。過后即撤銷。PCI總線傳輸?shù)慕K止過程總線傳輸?shù)慕K止過程l 主、從設(shè)備都可提出終止主、從設(shè)備都可提出終止PCI總線傳輸要求，但無權(quán)單方面實(shí)總線傳輸要求，但無權(quán)

32、單方面實(shí)施傳輸停止，停止控制由主設(shè)備完成。結(jié)束標(biāo)志是施傳輸停止，停止控制由主設(shè)備完成。結(jié)束標(biāo)志是FRAME#信信號和號和IRDY#信號均已撤銷，而后進(jìn)入總線空閑狀態(tài)。信號均已撤銷，而后進(jìn)入總線空閑狀態(tài)。1. 由主設(shè)備提出的終止：主設(shè)備通過撤銷由主設(shè)備提出的終止：主設(shè)備通過撤銷FRAME#信號并建立信號并建立IRDY#，提出終止請求，告訴從設(shè)備，現(xiàn)在進(jìn)入最后數(shù)據(jù)期，提出終止請求，告訴從設(shè)備，現(xiàn)在進(jìn)入最后數(shù)據(jù)期，此后此后IRDY#一直有效，直到出現(xiàn)一直有效，直到出現(xiàn)TRDY#信號，完成數(shù)據(jù)最后信號，完成數(shù)據(jù)最后傳輸。接著傳輸。接著IRDW便撤銷，達(dá)到完全終止的條件便撤銷，達(dá)到完全終止的條件(FRA

33、ME#和和IRDY#同時(shí)無效同時(shí)無效)，結(jié)束傳輸，進(jìn)入總線空閑狀態(tài)。，結(jié)束傳輸，進(jìn)入總線空閑狀態(tài)。VXI器件、模塊與主機(jī)箱器件、模塊與主機(jī)箱1. VXI器件器件l 器件是組成器件是組成VXI總線系統(tǒng)最基本的邏輯單元；通常，一個(gè)器件總線系統(tǒng)最基本的邏輯單元；通常，一個(gè)器件占據(jù)一塊占據(jù)一塊VXI模塊，但也允許在一個(gè)模塊上實(shí)現(xiàn)多個(gè)器件和一模塊，但也允許在一個(gè)模塊上實(shí)現(xiàn)多個(gè)器件和一個(gè)器件占據(jù)多個(gè)模塊；個(gè)器件占據(jù)多個(gè)模塊；l VXIVXI系統(tǒng)中，最多可有系統(tǒng)中，最多可有256256個(gè)器件，每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的邏個(gè)器件，每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的邏輯地址，邏輯地址的編號為輯地址，邏輯地址的編號為0 0255

34、255。l 器件之間的基本操作是信息傳輸。根據(jù)其性質(zhì)、特點(diǎn)和它所支器件之間的基本操作是信息傳輸。根據(jù)其性質(zhì)、特點(diǎn)和它所支持的通信規(guī)程，持的通信規(guī)程，VXIVXI總線器件分為總線器件分為: :寄存器基器件寄存器基器件消息基器件消息基器件存儲(chǔ)器器件存儲(chǔ)器器件擴(kuò)展器件擴(kuò)展器件字節(jié)傳送協(xié)議字節(jié)傳送協(xié)議l 字節(jié)傳送協(xié)議是命令者和從者之間進(jìn)行字節(jié)傳送協(xié)議是命令者和從者之間進(jìn)行8位數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，位數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，借助借助“字節(jié)有效字節(jié)有效”和和“字節(jié)請求字節(jié)請求”兩個(gè)字串行命令完成。兩個(gè)字串行命令完成。1）字節(jié)有效命令）字節(jié)有效命令-命令者利用命令者利用“字節(jié)有效字節(jié)有效”命令向從者發(fā)送一個(gè)命令向從者發(fā)送

35、一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)據(jù) D15D9為命令標(biāo)識(shí)，內(nèi)容固定，為命令標(biāo)識(shí)，內(nèi)容固定，D7D0是命令者向從者發(fā)送的是命令者向從者發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)，數(shù)據(jù)字節(jié)，D8用來傳送用來傳送END消息，為消息，為1時(shí)表示這次發(fā)送的字節(jié)時(shí)表示這次發(fā)送的字節(jié)是字節(jié)串的最后一個(gè)字節(jié)，為是字節(jié)串的最后一個(gè)字節(jié)，為0說明還有字節(jié)要發(fā)送。說明還有字節(jié)要發(fā)送。2）字節(jié)請求命令）字節(jié)請求命令-命令者可用命令者可用“字節(jié)請求字節(jié)請求”命令從從者處取回一個(gè)字命令從從者處取回一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)節(jié)數(shù)據(jù) ，“字節(jié)請求字節(jié)請求”命令是一個(gè)固定的命令是一個(gè)固定的16位命令，其編碼為位命令，其編碼為DEEFH。從者在其數(shù)據(jù)低寄存器返回一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)：。從

36、者在其數(shù)據(jù)低寄存器返回一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)： 高、低速高、低速USB設(shè)備在集線器的終端位置及其所連的功設(shè)備在集線器的終端位置及其所連的功能設(shè)備能設(shè)備高、低速高、低速USB設(shè)備在集線器的終端位置及其所設(shè)備在集線器的終端位置及其所連的功能設(shè)備連的功能設(shè)備由于由于USB設(shè)備上的輸入保護(hù)設(shè)設(shè)備上的輸入保護(hù)設(shè)備可能互相排斥，因此當(dāng)觀察備可能互相排斥，因此當(dāng)觀察數(shù)據(jù)的輸入端口時(shí)，可能發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入端口時(shí)，可能發(fā)現(xiàn)由電壓生成器產(chǎn)生的信號波形由電壓生成器產(chǎn)生的信號波形可能會(huì)變形?？赡軙?huì)變形?？拷O(shè)備的靠近設(shè)備的USBUSB連接器連接器上的上的D+D+或或D-D-插口插口信號發(fā)送信號發(fā)送l 任何驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，任何驅(qū)動(dòng)狀態(tài)

37、下，USB設(shè)備必須能接收上圖所示波形。波形設(shè)備必須能接收上圖所示波形。波形從一個(gè)輸出阻抗為從一個(gè)輸出阻抗為39的電壓源直接進(jìn)入每個(gè)的電壓源直接進(jìn)入每個(gè)USB數(shù)據(jù)口。數(shù)據(jù)口。l 高速高速USB設(shè)備的連接是通過阻抗為設(shè)備的連接是通過阻抗為9015%，最大單路時(shí)延，最大單路時(shí)延為為26ns的屏蔽雙絞線電纜進(jìn)行，其最大速率為的屏蔽雙絞線電纜進(jìn)行，其最大速率為12Mb/s，并且，并且每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的阻抗必須在每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的阻抗必須在2844之間。之間。l 低速低速USB設(shè)備在插口端必須要有一個(gè)帶有串行設(shè)備在插口端必須要有一個(gè)帶有串行A口連接器的可口連接器的可控制電纜，速率為控制電纜，速率為1.5Mb/s。當(dāng)電

38、纜與設(shè)備相連時(shí)，在。當(dāng)電纜與設(shè)備相連時(shí)，在D+/D-線上必須要有一個(gè)線上必須要有一個(gè)200450PF的單終端電容器。低速電纜的的單終端電容器。低速電纜的傳播時(shí)延必須小于傳播時(shí)延必須小于18ns，從而保證信號響在其上升沿或下降，從而保證信號響在其上升沿或下降沿的第一個(gè)中點(diǎn)處產(chǎn)生，以允許電纜與一塊電容器相連。沿的第一個(gè)中點(diǎn)處產(chǎn)生，以允許電纜與一塊電容器相連。低速低速USB設(shè)備設(shè)備時(shí)序時(shí)序低速低速USB設(shè)備設(shè)備時(shí)序時(shí)序低速驅(qū)動(dòng)器信號波形低速驅(qū)動(dòng)器信號波形 驅(qū)動(dòng)器信驅(qū)動(dòng)器信號端口號端口經(jīng)過信號端的經(jīng)過信號端的標(biāo)準(zhǔn)輸出電平，標(biāo)準(zhǔn)輸出電平，并有最小映象并有最小映象和阻尼和阻尼高速高速USB設(shè)備的連接設(shè)備的

39、連接時(shí)序時(shí)序USB信號傳送信號傳送l USB數(shù)據(jù)收發(fā)器包含發(fā)送數(shù)據(jù)所需的差模輸出驅(qū)動(dòng)器和接收數(shù)據(jù)用的差數(shù)據(jù)收發(fā)器包含發(fā)送數(shù)據(jù)所需的差模輸出驅(qū)動(dòng)器和接收數(shù)據(jù)用的差模輸入接收器。輸出信號時(shí)，差模輸出驅(qū)動(dòng)器向模輸入接收器。輸出信號時(shí)，差模輸出驅(qū)動(dòng)器向USB電纜傳送信號。電纜傳送信號。l 信號的信號的低輸出低輸出狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)態(tài)輸出值必須小于狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)態(tài)輸出值必須小于0.3V，且要承擔(dān)，且要承擔(dān)1.5K的負(fù)載加到的負(fù)載加到3.6V電源的灌電流。電源的灌電流。l 信號的信號的高輸出高輸出狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)態(tài)輸出值必須大于狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)態(tài)輸出值必須大于2.8V，且要承擔(dān)，且要承擔(dān)15K的的負(fù)載到地的拉電流

40、。負(fù)載到地的拉電流。l 傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出是兩個(gè)相差傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出是兩個(gè)相差180度的信號。即一個(gè)輸出高電平，度的信號。即一個(gè)輸出高電平，另一個(gè)為低電平。接收器檢測到兩條線之間的電壓差，當(dāng)另一個(gè)為低電平。接收器檢測到兩條線之間的電壓差，當(dāng)D+比比D-高時(shí)，高時(shí)，信號被定義為差模信號被定義為差?！?”；當(dāng)；當(dāng)D-比比D+高時(shí)，信號被定義為差模高時(shí)，信號被定義為差?！?”。l 驅(qū)動(dòng)器輸出還支持三態(tài)輸出，以保證可以進(jìn)行雙向半雙工通信。同時(shí)還驅(qū)動(dòng)器輸出還支持三態(tài)輸出，以保證可以進(jìn)行雙向半雙工通信。同時(shí)還需高阻抗來將那些正在進(jìn)行熱插入操作，或已經(jīng)連接了但電源卻沒有接需高阻抗來將那些正在進(jìn)行熱

41、插入操作，或已經(jīng)連接了但電源卻沒有接通的下游設(shè)備同端口隔離開來。通的下游設(shè)備同端口隔離開來。l 當(dāng)兩個(gè)差模數(shù)據(jù)輸入，以地電位為參考，當(dāng)兩個(gè)差模數(shù)據(jù)輸入，以地電位為參考，D+和和D-至少在至少在0.8V到到2.5V（此（此為允許的共模電壓范圍）之間時(shí)，接收器具有的靈敏度大于為允許的共模電壓范圍）之間時(shí)，接收器具有的靈敏度大于200mV。在。在沒有損壞，并以本地地電位為參考的條件下，接收器所能承受的穩(wěn)態(tài)輸沒有損壞，并以本地地電位為參考的條件下，接收器所能承受的穩(wěn)態(tài)輸入電壓是入電壓是-0.5V到到3.8V之間。每一條信號線都必須有一個(gè)單端接收器，這之間。每一條信號線都必須有一個(gè)單端接收器，這些接收器

42、必須有一個(gè)位于些接收器必須有一個(gè)位于0.8V到到2.0V之間（之間（TTL電平）的開關(guān)閥值電壓電平）的開關(guān)閥值電壓(稱為接收器閥值電壓稱為接收器閥值電壓VSE)。USB信號傳送信號傳送l 數(shù)據(jù)傳輸是由差模信號來實(shí)現(xiàn)的。在接收器看來，如果數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)傳輸是由差模信號來實(shí)現(xiàn)的。在接收器看來，如果數(shù)據(jù)線的的D+至少比至少比D-高高200mV就代表一個(gè)差模就代表一個(gè)差?！?”，而一個(gè)差模，而一個(gè)差?！?”則則由由D-至少比至少比D+高高200mV來表示。信號的交叉點(diǎn)必須位于來表示。信號的交叉點(diǎn)必須位于1.3V和和2.0V之間。之間。l 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的J和和K狀態(tài)是系統(tǒng)中用于差模數(shù)據(jù)通信的兩個(gè)邏輯電平。狀態(tài)

43、是系統(tǒng)中用于差模數(shù)據(jù)通信的兩個(gè)邏輯電平。差模信號是在數(shù)據(jù)線的信號交叉點(diǎn)處進(jìn)行測量的。只要信號的差模信號是在數(shù)據(jù)線的信號交叉點(diǎn)處進(jìn)行測量的。只要信號的交叉電平位于共模范圍之內(nèi)，差模數(shù)據(jù)信號就與信號的交叉電交叉電平位于共模范圍之內(nèi)，差模數(shù)據(jù)信號就與信號的交叉電平無關(guān)。平無關(guān)。l 當(dāng)總線不處在差模信號方式時(shí)，數(shù)據(jù)線必須處在單端接收器開當(dāng)總線不處在差模信號方式時(shí)，數(shù)據(jù)線必須處在單端接收器開關(guān)閥值（關(guān)閥值（VSE）范圍（）范圍（0.8V到到2.0V之間）之外才有效，如之間）之外才有效，如“空閑空閑”和和“重新開始重新開始”狀態(tài)。注意，空閑和重新開始狀態(tài)在邏輯上分別狀態(tài)。注意，空閑和重新開始狀態(tài)在邏輯上分別等同于等同于J和和K狀態(tài)。而全速率的狀態(tài)。而全速率的J和和K狀態(tài)正好與低速率的狀態(tài)相狀態(tài)正好與低速率的狀態(tài)相