第8章数据采集及处理

1、1YSUDSDDDSSSDDSSK32K2KK3(a)(b) 图图8 8. .7 7 单单/ /双双输输入入方方式式选选择择( (a a) )单单端端输输入入方方式式 ( (b b) )双双端端输输入入方方式式2YSU数据采集板卡数据采集板卡 在一块印刷电路板上集在一块印刷电路板上集成了模拟多路开关、程成了模拟多路开关、程控放大器、采样保持控放大器、采样保持器、器、AD和和DA转换转换器等器件。器等器件。 结果：结果：能够迅速地、方便地构成一个数据能够迅速地、方便地构成一个数据采集与处理系统。采集与处理系统。3YSU PC-6319光电隔离模入接口卡光电隔离模入接口卡4YSU 中泰工控中泰工控

2、PCI总线系列产品总线系列产品5YSU 中泰工控中泰工控USB系列产品系列产品6YSU1. 概述概述 该卡适用于符合该卡适用于符合PCISA 总线标准的总线标准的PC机机。 该卡采用三总线光电隔离技术，使被该卡采用三总线光电隔离技术，使被测量系统与计算机之间完全电气隔离。测量系统与计算机之间完全电气隔离。 适用于恶劣环境的工业现场数据采集适用于恶劣环境的工业现场数据采集以及必须保证人身安全的人体信号采集。以及必须保证人身安全的人体信号采集。7YSU2. 主要技术指标主要技术指标 AD通道数通道数：单端单端32路；双端路；双端16路路 输入信号范围输入信号范围：0V10V；5V；10V最大允许输

3、入电压最大允许输入电压：15V 输入阻抗输入阻抗： 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放大器可选增益放大器可选增益： 1；10；100；1000 (倍倍) AD转换器位数转换器位数：12位位AD转换时间转换时间：10 s系统最快采样速率系统最快采样速率：15 kHzs 系统综合误差系统综合误差：0.2 % FSR (1倍时倍时)AD启动方式启动方式：程序启动外触发启动程序启动外触发启动AD工作方式：工作方式：程序查询中断请求程序查询中断请求 9YSUAD转换输出码制：转换输出码制：单极性

4、为二进制码单极性为二进制码 双极性为偏移二进制码双极性为偏移二进制码 隔离形式：隔离形式：三总线光电隔离型三总线光电隔离型 隔离电压隔离电压：500V电源功耗电源功耗： 5V(10%) 900mA 10YSU3. PC-6319光电隔离模入接口卡工作原理光电隔离模入接口卡工作原理 图图8.3 PC-6319光电隔离模入接口卡工作原理光电隔离模入接口卡工作原理 多路开关多路开关D0D4数据缓冲器数据缓冲器光电耦合器光电耦合器通道译码器通道译码器放大放大A0A1IOWIORRESETIRQn接口控制接口控制 逻辑逻辑光电耦合器光电耦合器倍率选择倍率选择AD缓冲器缓冲器光电耦合器光电耦合器缓冲器缓冲

5、器D0D7D7A4A9地址地址译码译码模拟信号模拟信号11YSU板卡组成板卡组成 多路开关多路开关高性能放大器高性能放大器AD芯片芯片接口控制逻辑接口控制逻辑光电隔离器光电隔离器多路开关多路开关 由由4片八选一模拟开关芯片等组成，片八选一模拟开关芯片等组成，改变跨接插座可以选择改变跨接插座可以选择32路单端或路单端或16路路双端输入方式双端输入方式。12YSU高性能放大器高性能放大器 型号为型号为AD620。 一种低功耗、高精度的仪表放大器，一种低功耗、高精度的仪表放大器，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，并且可以方便地改变放大增益。改变放大增益。模数转换器模数转换器

6、转换器型号为转换器型号为AD1674，其内部自带其内部自带采样保持器和精密基准电源，具有较采样保持器和精密基准电源，具有较AD574A更高的转换速率和转换精度。更高的转换速率和转换精度。 13YSU接口控制逻辑电路及光电隔离电路接口控制逻辑电路及光电隔离电路 接口控制逻辑电路用来产生与各种接口控制逻辑电路用来产生与各种操作有关的控制信号。操作有关的控制信号。 光隔电路采用光隔电路采用5片片TLP521-4 光耦对光耦对系统总线与模拟信号之间进行光电隔离，系统总线与模拟信号之间进行光电隔离，以免相互间干扰。以免相互间干扰。14YSUDC DC电源电路电源电路它由电源模块及相关滤波元件组成。它由电

7、源模块及相关滤波元件组成。 作用：作用： 输入电压输入电压+5V, 输出与原边隔离的电输出与原边隔离的电压压15V和和+5V。 用途：用途： 除供板卡使用外除供板卡使用外, , 还可以向外提供还可以向外提供电流不大于电流不大于20mA的的+5V电源电源。15YSU4. 使用与操作使用与操作 器件的调整器件的调整主要可调整器件的位置见图主要可调整器件的位置见图8.4。 16YSU模拟地数字地模拟地数字地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()()()()()()()()图图8 8. .5 5 输输入入信信号号插插座座接接口口定定义义17YSU输入信号接口定义输入信号接口定义 接口卡采用接口

9、卡采用40芯插座作为输入信号接芯插座作为输入信号接口，插座各脚的信号定义见图口，插座各脚的信号定义见图8.5。 18YSUDSDDDSSSDDSSK32K2KK3(a)(b) 图图8 8. .7 7 单单/ /双双输输入入方方式式选选择择( (a a) )单单端端输输入入方方式式 ( (b b) )双双端端输输入入方方式式 用户可根据实际需用户可根据实际需要选择连接：要选择连接： 单端接法单端接法例如例如：CH1、CH2 双端接法双端接法例如例如：CH1与与CH17 为一组为一组CH2与与CH18为一组为一组 19YSU注意：注意： 为了减少信号通道之间的串扰和保为了减少信号通道之间的串扰和保

10、护通道开关，凡不使用的信号端均护通道开关，凡不使用的信号端均应与模拟地短接。应与模拟地短接。IO基地址选择基地址选择 IO基地址的选择是通过开关进行的。基地址的选择是通过开关进行的。开关拨至开关拨至ON处为处为0，反之为反之为1。20YSU地址的选择范围一般为地址的选择范围一般为： 0100H01FFH；0210H02FFH；0300H036FH。 IO基地址选择举例说明如图基地址选择举例说明如图8.6所示所示。 21YSU0100H0000000010图图8.6 IO基地址选择举例基地址选择举例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 单单/ /双端输入方式选择双端输入方式选择 K2、K3为单双端输入方式选拔跨为单双端输入方式选拔跨接插座，二者应共同使用。接插座，二者应共同使用。23YSUDSDDDSSSDDSSK32K2KK3(a)(b) 图8.7 单/双输入方式选择 图8.7 单/双输入方式选择(a)单端输入方式 (b)双端输入方式(a)单端输入方式 (b)双端输入方式 放大器增益选择放大器增益选择 K4为放大器增益选择

12、插座。请看书，为放大器增益选择插座。请看书，自习。自习。 24YSU 转换码制的选择转换码制的选择 K5为转换码制的选择插座，应根据为转换码制的选择插座，应根据输入信号的极性进行选择，选择方法如输入信号的极性进行选择，选择方法如图图8.8所示所示。 SDSDK5K5(a)(b) 图图8 8. .8 8 转转换换码码制制选选择择( (a a) )双双极极性性偏偏移移码码 ( (b b) )单单极极性性原原码码25YSU控制口地址与有关数据格式控制口地址与有关数据格式 控制端口的操作地址与功能控制端口的操作地址与功能 26YSU表表8.1 端口地址与功能端口地址与功能 注注：BASE为为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 写通道代码，选通道写通道代码，选通道 BASE + 1 启动启动AD转换转换( (写入任意写入任意数值数值) ) BASE + 2 查询查询AD转换状态，读高转换状态，读高4位转换结果位转换结果 BASE + 3 读读AD低低8位转换结果，清位转换结果，清AD转换状态及中断标志转换状态及中断标志。 27YSU 查询查询AD转换状态数据格式转换状态数据格式 表表8.2 AD转换状态数据格式转换状态数据格式（表示任意表示任意） IOR 操 作操 作命命 令令D7D6D5D4D3D2D1D0

14、 AD转换转换状状 态态IOR1 正在转换正在转换 0 转换结束转换结束 127+026+025+024+023+022+021+020=128AD转换状态的十进制数据：转换状态的十进制数据：28YSU 通道代码数据格式通道代码数据格式 通道代码数据格式见表通道代码数据格式见表8.329YSU表表8.3 通道代码数据格式通道代码数据格式 通道通道 号号 十进制十进制 代代 码码 十六进十六进 制代码制代码 输入输入 方式方式 通道通道 号号 十进制十进制 代代 码码 十六进十六进 制代码制代码 输入输入 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单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双单双 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 单单 单单 单单 单单 单单 单单 单单 单单 单单 单单 单单 单单 单单 单单 单单 单单30YSU AD转换结果数据格式转换结果数据格式 表表8.4 AD转换结果数据格式转换结果数据格式 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 义义基地基地址址+2 0 0 00DB11DB10DB9DB8高高4位数据位数据基地基地址址+3DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0低低8位数据位数据31YSU5. 模入码制以及数据与模拟量的对应关系模入码制以及数据与模拟量的对应关系单极性方式工作单极性

17、方式工作 输入信号的电压为输入信号的电压为 0V10V 时时，转换后的转换后的12 位数码为二进制码位数码为二进制码。 此此12位数码表示一个正数码，其数码位数码表示一个正数码，其数码与模拟电压值的对应关系为：与模拟电压值的对应关系为： 模拟电压值模拟电压值 = 数码数码 (12位位)10 /4096 (V) 即即 1LSB = 2.44 mV 32YSU双极性方式工作双极性方式工作 转换后的转换后的12位数码为二进制偏移码位数码为二进制偏移码。 此时此时12位数码最高位位数码最高位（DB11）为符号位为符号位： 0 表示负表示负， 1 表示正表示正。 输入信号为输入信号为 -5V+5V 时时

18、：模拟电压值模拟电压值 = 数码数码10 / 4096 - 5 (V) 即即 1LSB = 2.44 mV DC-DC5D15S5PC-6319ONK17K2K3K4K5K6K8KCZ1W12W3W图图8 8. .4 4 P PC C- -6 63 31 19 9接接口口卡卡可可调调元元件件的的位位置置33YSU输入信号为输入信号为 -10V+10V 时时： 模拟电压值模拟电压值 = 数码数码20 / 4096 - 10 (V)即即 1LSB = 4.88 mV DC-DC5D15S5PC-6319ONK17K2K3K4K5K6K8KCZ1W12W3W图图8 8. .4 4 P PC C- -

19、6 63 31 19 9接接口口卡卡可可调调元元件件的的位位置置9. 编程举例编程举例用用BASIC 程序控制程序控制AD转换转换 34YSU【例】【例】以单极性方式对通道以单极性方式对通道1连续采样连续采样100次，程次，程 序启动序启动AD转换转换，程序查询取数程序查询取数。Quick BASIC程序如下程序如下：CLS 清屏清屏ADDER% = &H300 板卡基地址设为板卡基地址设为0300H A = INP(ADDER%+3) 清转换及中断标志清转换及中断标志 CH = 0 选择通道选择通道1OUT ADDER，CH 送通道代码送通道代码 FOR I = 1 TO 30 ：NEXT I 延时，等待多延时，等待多 路开关稳定路开关稳定 35YSUFOR I =