数据采集培训

1、IA基础知识介绍卢爽信号调理信号调理传感器或变送器传感器或变送器现场信号现场信号执行机构执行机构数据采集控制板卡数据采集控制板卡采集过程控制过程控制过程数据采集卡产品分类 模拟量采集卡：A/D、D/A模拟量输入AI；模拟量输出AO 数字量采集卡：I/O数字量输入DI；数字量输出DO；定时/计数卡数据采集卡产品分类 模拟量：连续的电压，电流等信号量，模拟信号是幅度随时间连续变化的信号，其经过抽样和量化后就是数字量。 数字量：有0和1组成的信号类型，通常是经过编码后的有规律的信号。和模拟量的关系是量化后的模拟量。 模拟量输入AI ：Analogy Input 模拟量输出AO： Analogy Ou

2、tput 数字量输入DI：Digital Input 数字量输出DO：Digital Output 数据采集卡产品分类lISAISA总线总线：(Industry Standard Architecture)为16位体系结构，只能支持16位的I/O设备，数据传输率大约是8MB/S。 PCIPCI总线总线: (Peripheral Component Interconnect )是一种先进的局部总线，已经成为局部总线的新标准，目前常用的是32 位PCI。32 位PCI 的数据传输率为133MBs PC-104PC-104总线总线：小型PC微机（3.6X3.8英寸，即96X90mm ）所用的总线标准

3、。有两个版本，8位和16位，分别与PC和PC/AT相对应。PC/104PLUS 则与PCI总线相对应。CPCICPCI总线总线：CompactPCI，中文称紧凑型PCI。 CPCI是基于PCI电气规范开发的高性能工业总线，适用于3U和6U高度的电路插板设计，采用欧洲单槽或双槽结构为机架固定型板卡，同样具有插槽式结构。USB: (USB: (Universal Serial Bus)通用串行总线 ，USB支持热插拔， USB1.1接口速度是12Mbps ，USB 2.0标准将接口速度提高到480Mbps。 GPIBGPIB：（General-Purpose Interface Bus）通用接口总

4、线 大多数打印机就是通过GPIB线以及GPIB接口与电脑相连。 模拟量输入a.a.分辨率分辨率：测量设备所能感应到的最小变化量。分辨率通常使用位的方式来描述。 计算公式：1LSB = Range/ 2resolution Ex: 8bit20V/256=0.08V=80mV；b.b.输入信号：差分或单端输入信号：差分或单端 单端单端：单端连接的每一路信号参考端是同一地端，对应板卡的一个物理通道。 差分差分：差分连接的每一路信号参考端都是独立的，对应着板卡的两个物理通道。c.c.采样速率采样速率（40K-30M）采样速率：采样速率是指单位时间内，对输入信号进行采样的速度，也称为数字化率；d.d.

5、增益增益：表示放大器功率放大倍数,以输出功率同输入功率比值的常用对数表示,单位为分贝模拟量输入e.e. 板载板载FIFOFIFO：FIFO为先入先出的缩写，它的功能类似于一个缓存，用来在高速采集时存储采集到的数据。它的存在使得计算机系统不需要频繁的响应来自I/O板卡的中断，只需要在FIFO半满或者全满时响应中断。f.f. 采样模式（软件触发，外部触发，内部时钟）采样模式（软件触发，外部触发，内部时钟）软件方式软件方式: : 通过软件命令获取数据内部时钟内部时钟: :连续的高速数据获取外部时钟外部时钟: :可以和外部设备保持同步的采集速率g.隔离：隔离：电路隔离可以阻止不正常信号对整个网络造成影

6、响，连续高压下保护。模拟量输入h.h.数据传输（数据传输（DMADMA，软件轮询），软件轮询） DMADMA：DMA是Direct Memory Access的缩写，意思是“存储器直接访问”。指一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和存储器之间直接读写数据，不通过CPU，整个数据传输操作在一个称为“DMA控制器”的控制下进行。 轮询：轮询：Polling 是一种接入方法，在其中一个主网络设备以有序的方式询问，是否二级设备有数据要发送。这个询问以信息的形式出现送给每个二级设备，其赋予二级设备传输的权利。i.i.输入阻抗输入阻抗：阻抗是电路或设备对交流电流的阻力，输入阻抗是在入口处测得的阻抗。高输

7、入阻抗能够减小电路连接时信号的变化，因而也是最理想的。 j.j.精度精度(1/2LSB)：是指测量数据与已知标准间的偏差，精度通常用百分数的形式给出 模拟量输出同模拟量输入相同的术语不再详尽列举同模拟量输入相同的术语不再详尽列举吞吐量：吞吐量：吞吐量是指在单位时间内中央处理器（CPU）从存储设备读取-处理-存储信息的量，影响吞吐量因素：1 1.存储设备的存取速度，即从存储器读出数据或数据写入存储器 所需时间； 2 2.CPU性能：a.时钟频率；b.每条指令所花的时钟周期数（即CPI）；c.指令条数；3 3.系统结构，如并行处理结构可增大吞吐量。驱动能力驱动能力:就是输出电流，是指某个IO口或引

8、脚直接用高电平驱动外设的能力，一般CPU的IO引脚驱动能力是20mA以内。输出阻抗输出阻抗(1)：输出阻抗就是一个信号源的内阻。对于一个理想的电压源（包括电源），内阻应该为0，或理想电流源的阻抗应当为无穷大。 数字量输入TTLTTL电平电平：TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进 制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。干接点干接点（Dry Contact）：是一种无源开关，具有闭合和断开的两种状态，两个接触点之间没有极性，可以互换。 常见的干接点信号有：各种开

9、关如温度开关、液位开关等；各种传感器的输出如：环境动力监控中的传感器：水浸传感器等。湿接点湿接点（Wet Contact）：是一种有源开关，具有有电和无电的两种状态，两个接点之间有极性，不能反接。 工业控制上，常用的湿接点的电压范围是DC030V，比较标准的是DC24V；AC110220V的输出也可以是湿接点，但是比较少用； 数字量输出 汇电流汇电流：SINK 代表电流流向为从外部流入板卡DO端口 源电流源电流：SOURCE 代表电流流向为从板卡DO端口流向板卡外部 隔离数字量输入：隔离数字量输入：是在DI端口上加上光隔离芯片，它可以接受比较高的电平输入范围。 隔离数字量输出：隔离数字量输出：

10、指的是在DO端口上加上光隔离芯片，通过外部驱动电源，实际上起到一个电子开关的作用。 继电器输出l继电器输出继电器输出：它是一种特殊的数字量输出，本质上提供一种类视机械开关的开关点 ，为工业控制中使用弱电信号控制强电设备的通断提供条件。有A 型（常开）B型（常闭） C型（常开常闭型） EFTEFT浪涌保护浪涌保护：对输入端保护，防止输入信号的瞬变对接收端的破坏，瞬态高电压保护。 ESDESD（Electro-Static discharge）：静电释放保护，防止静电破坏电路。计数器输入/输出 时基时基：时基即时间显示的基本单位。 在示波器中，若时基是400ns，则每一个横格表示一个时基，即400

11、ns的时间跨度。时基越小，可以使波形显示越大。lBoardIDBoardID开关开关：当多个同类的PCI板卡都被安装在同一个相同的计算机上时,boardDTM开关帮助定义每一个板卡的独一无二的标识。l光电隔离光电隔离：所谓光电隔离其实质就是一种信号的耦合过程（两个或多个信号相互作用与影响），光电隔离一般在弱电环境中应用。光电隔离电路的作用是在电隔离的情况下,以光为煤介传送信号,对输入和输出电路进行隔离.因而能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，数据采集RMSRMS：实际就是有效值,就是一组统计数据的平方的平均值的平方根。 RMS（X1平方X2平方.Xn平方）/n 的1/2次方。 （1）计算

12、波形函数（一般是正弦波，正弦波rms值是峰值的0.7 07倍）的平方值。 （2）对第一步得到的函数求时间平均值。 （3）求第二步得到的函数的平方根。KS/sKS/s：其中K为1000，S为采样点Sample，s为时间秒。 组合起来是：每秒多少K个采样点中断：中断：是指在计算机执行期间，系统内发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件，使得CPU暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序。待处理完毕后又返回原来被中断处继续执行或调度新的进程执行的过程。数据采集脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)(PWM)：是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微

13、处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 最常用的是控制一个周期里的高低电平时间,高电平时间为n1,低电平时间为n2,一个周期的电压为n1/(n1+n2),调节n1的值就可以了。CJCCJC：冷端补偿，热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将严重影响测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。 数据采集浪涌保护的作用浪涌保护的作用 防快速脉冲(假如太多DE

14、VICE通常会有此现象，可确保在工作恶劣的环境下、电磁波混乱及脉冲噪声多的情况下维持卡片正常运作)、防雷击破坏，连接防止电源线等带来的高电压波峰冲击，在出现突波和浪涌时保护设备不被破坏何谓何谓RS-485RS-485自动流控自动流控 一般方案：RS485只靠2根线实现数据的发送和接收，是半双工方式。一般通过软件编程实现方向的流控 :编程复杂、速度慢； 自动流控：硬件感知数据流的方向，自动设定为发送和接收方式，编程简单、速度快数据采集 看门狗定时器看门狗定时器（WDT，Watch Dog Timer）实际上是一个计数器，一般给看门狗一个大数，程序开始运行后看门狗开始倒计数。如果程序运行正常，过一

15、段时间CPU应发出指令让看门狗复位，重新开始倒计数。如果看门狗减到0就认为程序没有正常工作，强制整个系统复位。 过压保护过压保护： 利用自动复位能力，在出现过流条件的情况下中断至一个敏感电子负载的功率输送。 放大器放大器：放大器被用于增加信号的模拟量幅度。数据采集可编程通电状态可编程通电状态：当系统通电时，所有的输出线都是可以用户配置为逻辑高或逻辑低。 用户可配置通电状态可以保证数据采集卡通电进入可知的状态。通电状态通过驱动软件编程进入EEPROM中，缺省设置全部为0.l通用模式噪声通用模式噪声：模拟测量的信号边沿的电气冲突自发的相对于地变化。当测量仪器与被测量的设备之间存在势能时通常会产生通

16、用模式噪声。地线不同导致了地循环，电流通过地线流动并且降低势能。一旦电流出现在低前导线中，它会因为存在电阻而产生一个电压。导引越长，导引电阻就会越大同时电压错误就会越大。异步传输 异步传输异步传输（Asynchronous Transmission）： 异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。 一个常见的例子是计算机键盘与主机的通信。按下一个字母键、数字键或特殊字符键，就发送一个8比特位的ASCII代码。键盘可以在任何时刻发送代码，这取决于用户的输入速度，内部的硬件必须能够在任何时刻接收一个键入的

17、字符。 同步传输 同步传输同步传输（Synchronous Transmission）：同步传输的比特分组要大得多。它不是独立地发送每个字符，每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把它们组合起来一起发送。我们将这些组合称为数据帧，或简称为帧。 同步传输通常要比异步传输快速得多。接收方不必对每个字符进行开始和停止的操作。一旦检测到帧同步字符，它就在接下来的数据到达时接收它们。数据采集 同步与异步传输的区别 1. 异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向 比特的传输。 2. 异步传输的单位是字符而同步传输的单位是桢。 3. 异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同 步的机会，而同步传输则是以数

18、据中抽取同步信息。 4. 异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过 特定的时钟线路协调时序。 5. 异步传输相对于同步传输效率较低。 什么么是并并行通信 并行通信并行通信：使用几条数据线，将数据分段同时进行传输，传输速度快，信息率高。以计算机的字长，通常是8位、16位或32位为传输单位，一次传送一个字长的数据 适合于外部设备与微机之间进行近距离、大量和快速的信息交换 例如：微机与并行接口打印机、磁盘驱动器 微机系统中最基本的信息交换方法 例如：系统板上各部件之间，接口电路板上各部件之间 什么么是串行通信串行通讯是指两个欲交换信息者的信息流动，而且其信息流动的方式是一个位接着一个位，有顺序地由

19、一个方向向另一个方向流动 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 8 7 6 5 4 3 2 1 5 6 7 8 4 3 2 1RS-232RS-232传输方式传输方式 RS-232是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。 RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号。 RS-232标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。 RS-232标准规定

20、，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。 传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。 RS-485RS-485传输方式传输方式 RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线 RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。 应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。 RS-422RS-422传输方式传输方式 RS-422总线,RS485和RS422电路原理基本相同，都是以差动方式发送和接受，不需要数字地线。 差动工作是同速率条件下传输距离远的根本原因，这正是二者与RS232的根本区别，因为RS232是单端输入输出，双工工作时至少需要数字地线 。发送线和接受线三条线（异步传输）。 RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响