虛擬儀器技術

1、虛擬儀器技術虛擬儀器技術第1頁第第4 4章章 DAQDAQ虛擬儀器硬件技術虛擬儀器硬件技術引言引言4.1 4.1 數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4.2 4.2 信號獲取與信號調(diào)理技術信號獲取與信號調(diào)理技術4.3 4.3 采樣保持與采樣保持與A/DA/D轉換技術轉換技術4.4 4.4 數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)傳輸技術數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)傳輸技術 4.5 PCI4.5 PCI總線及其接口技術總線及其接口技術 4.6 4.6 多通道的組建方案多通道的組建方案4.7 4.7 多功能數(shù)據(jù)采集卡典型實例分析多功能數(shù)據(jù)采集卡典型實例分析虛擬儀器技術虛擬儀器技術第2頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第3頁虛擬儀器技術虛

2、擬儀器技術第4頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第5頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第6頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第7頁m a xm i n2 0 lgiiiVIVma xmi n2 0l gffAIA虛擬儀器技術虛擬儀器技術第8頁2223222123100%AAHAAA虛擬儀器技術虛擬儀器技術第9頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第10頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第11頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第12頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第13頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第14頁oo1o2oi1i2i1i2o1o2()()()UUUUGUUUUUU111oigUUI R222oigUUI R12iiggUUIR121212goo

3、iigRRRUUUUR虛擬儀器技術虛擬儀器技術第15頁6552146331oooRRRUUURRRR11212oiigURGUUR 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第16頁ocicCMRR20lg(dB)UU虛擬儀器技術虛擬儀器技術第17頁ROR41133161632UIURRUR 3210O321044(2222)22RRUUUDDDDD 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第18頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第19頁REFO U T82VUD 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第20頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第21頁1122 2iFScnduUtLSBdtcntf221虛擬儀器技術虛擬儀器技術第22頁虛擬儀器技術虛擬儀器技

4、術第23頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第24頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第25頁類 型并聯(lián)比較式分級型逐次逼近式型積分式V/F型主要特點超高速高速速度精度價格等綜合性價比較高高分辨率高精度高精度，低成本高抗干擾能力低成本高分辨率分辨率（位）61081681616241216816轉換時間幾十ns幾十幾百ns幾幾十s幾幾十ms 幾十幾百ms幾十幾百ms采樣頻率幾十MS/s幾MS/s幾十幾百kS/s幾十kS/s幾幾十S/s幾幾十S/s價 格高高中中低低主要用途超高超視頻處理視頻處理高速數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集工業(yè)控制音頻處理數(shù)字儀器數(shù)字儀器數(shù)字儀器簡易A/D虛擬儀器技術虛擬儀器技術第26頁虛擬儀器技術虛擬儀器技

5、術第27頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第28頁409554.9988V4096虛擬儀器技術虛擬儀器技術第29頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第30頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第31頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第32頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第33頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第34頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第35頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第36頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第37頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第38頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第39頁C/BE#3C/BE#2C/BE#1C/BE#0命令類型0000中斷響應0001特殊周期0010I/O讀0011I/O寫0110內(nèi)存讀0111內(nèi)存寫1010配置讀1011配置

6、寫1100內(nèi)存重復讀1101雙周期1110高速緩存讀1111高速緩存寫虛擬儀器技術虛擬儀器技術第40頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第41頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第42頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第43頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第44頁設備ID廠商ID00H狀態(tài)命令04H類型碼版本ID08HDIST頭域類型延時計數(shù)器Catch行0CH基地址寄存器10H保留28H保留2CH擴展ROM基地寄存器30H保留34H保留38HMax-LatencyMin-Latency中斷引腳中斷線3CH虛擬儀器技術虛擬儀器技術第45頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第46頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第47頁maxd11LSBd22

7、2FScnUUtt1maxdd2FSncUUtt虛擬儀器技術虛擬儀器技術第48頁maxdcos|dmUUtt過零處2mmUf UFS22ncmUftU虛擬儀器技術虛擬儀器技術第49頁FS1maxAPdd2nUUttFS1maxAPdd2nUUtt虛擬儀器技術虛擬儀器技術第50頁FSAP50kHz,10V,3ns,11sfUtnsf)/(5 . 01)(81. 0)(3)(44. 2maxsVfUsVnsmVdtdUsFS)/(11)(81.0)(3)(44.2maxsVfUsVnsmVdtdUsFSsfsfsf虛擬儀器技術虛擬儀器技術第51頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第52頁 【例42】 設數(shù)據(jù)

8、采集系統(tǒng)為8路巡回采集，A/D轉換器的位數(shù)為8位，信號幅值 Um=UFS, ，孔徑不定 解 可得 AC3 st APc3ns,40 sttmaxTH11.39kHz2ffmaxTH11.39kHz2ff而根據(jù)孔徑誤差確定的信號上限頻率為 FSmax1APm1036(kHz)22nUftU由于 maxmaxff信號的上限頻率取決于每路信號的吞吐時間，而非孔徑誤差 。虛擬儀器技術虛擬儀器技術第53頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第54頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第55頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第56頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第57頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第58頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第59頁虛擬儀器技

9、術虛擬儀器技術第60頁引腳信號名方向參考說 明1-8ACHAIAGNDA/D通道模擬輸入通道07。9AISENSE/AIGNDI/OAGND模擬輸入傳感/模擬輸入地在RSE模式中接AGND，在NRSE模式中接模擬輸入傳感。10DAC0OUTAOAGNDD/A通道模擬輸出通道0。11AGNDN/AN/A模擬輸出地模擬輸出電壓的參考地，差分測量中的偏置電流返回點。12DAC1OUTAOAGNDD/A通道模擬輸出通道1。13，50DGNDN/AN/A數(shù)字地數(shù)字信號和+5V電源的參考地。14-21PADIODGND數(shù)字I/O端口端口A的雙向數(shù)據(jù)線，A7至A0。PA7為高位，PA0為低位。22-29PB

10、DIODGND數(shù)字I/O端口端口B的雙向數(shù)據(jù)線，B7至B0。PB7為高位，PB0為低位。30-37PCDIODGND數(shù)字I/O端口端口C的雙向數(shù)據(jù)線，C7至C0。PC7為高位，PC0為低位。38EXTTRIGDIDGND外部觸發(fā)觸發(fā)DAQ操作的外部控制信號。39EXTUPDATE*DIDGND外部更新更新DAQ輸出的外部控制信號。虛擬儀器技術虛擬儀器技術第61頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第62頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第63頁虛擬儀器技術虛擬儀器技術第64頁 1)模擬輸入模擬輸入 u（1）模擬通道數(shù)：）模擬通道數(shù)：8路單端輸入或路單端輸入或4路雙端輸入，路雙端輸入，DC耦合。耦合。u（2）信號輸

11、入方式：單端輸入（有參考地和無參考地兩種），差分輸入。）信號輸入方式：單端輸入（有參考地和無參考地兩種），差分輸入。u（3）A/D轉換器：逐次逼近型，轉換器：逐次逼近型，12位，位，100KS/s。u（4）輸入范圍：）輸入范圍：5V（雙極性）、（雙極性）、010V（單極性）劃分為七檔。（單極性）劃分為七檔。u（5）每檔通道增益分別為：）每檔通道增益分別為：1、2、5、10、20、50、100u（6）FIFO緩存容量：緩存容量：4096次采樣值。次采樣值。2) 模擬輸出模擬輸出u（1）輸出通道數(shù)：）輸出通道數(shù)： 2路電壓輸出路電壓輸出u（2）分辨力：）分辨力： 12位、（位、（1/4096）u（

12、3）典型更新速率：）典型更新速率： 20S/S1KS/S，取決于系統(tǒng)，取決于系統(tǒng)u（4）D/A轉換器：雙緩沖，轉換器：雙緩沖，12位，位，5s（滿量程建立時間）（滿量程建立時間）u（5）輸出范圍：）輸出范圍： 010V，5V電壓輸出，電壓輸出，DC耦合耦合u（6）輸出特性：）輸出特性： 0.2（輸出阻抗典型值），（輸出阻抗典型值），2mA（驅動電源）（驅動電源） 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第65頁 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第66頁 增益倍數(shù)雙極性輸入范圍單極性輸入范圍125102050100-5.04.99756V-2.52.49878V-1.00.99951V-500499.756mV-250

13、249.877mV-10099.951mV-5049.975mV09.99756V04.99878V01.99951V0999.756mV0499.877mV0199.951mV099.975mV虛擬儀器技術虛擬儀器技術第67頁2、輸入組態(tài)的應用、輸入組態(tài)的應用 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第68頁AIGNDRAISENSEACHV1AIGNDAISENSEACHV1AIGNDACH(-)ACH(+)V1RAIGNDACH(-)ACH(+)V1AIGNDACHV1+ Va -ACHV1地環(huán)泄漏Vg將混入被測信號中不推薦虛擬儀器技術虛擬儀器技術第69頁1) 差分連接（差分連接（DIF組態(tài)）的應用組態(tài)

14、）的應用 (1) 有參考地信號源的差分連接有參考地信號源的差分連接 下圖表示了有參考地的信號源與組態(tài)成下圖表示了有參考地的信號源與組態(tài)成DIFF輸入輸入模式的模式的PCI-1200卡的連接方法?？ǖ倪B接方法。 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第70頁（2）浮空信號源的差分連接）浮空信號源的差分連接 下圖表示了浮空信號源與組態(tài)成下圖表示了浮空信號源與組態(tài)成DIFF輸入模式的輸入模式的PCI-1200卡的連接方法?？ǖ倪B接方法。 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第71頁2) 單端連接的應用單端連接的應用 單端連接是指單端連接是指PCI-1200卡所有模擬輸入信號均以一個公卡所有模擬輸入信號均以一個公共地作為參考的

15、連接。輸入信號連接在測量放大器的正輸共地作為參考的連接。輸入信號連接在測量放大器的正輸入端，它們的共地點接在測量放大器的負輸入端。入端，它們的共地點接在測量放大器的負輸入端。（1）浮空信號源的單端連接（）浮空信號源的單端連接（RSE組態(tài)）組態(tài)） 下圖表示了浮空信號源與組態(tài)成下圖表示了浮空信號源與組態(tài)成RSE模式的模式的PCI-1200卡卡的連接方法的連接方法虛擬儀器技術虛擬儀器技術第72頁（2）有參考地信號源的單端連接（）有參考地信號源的單端連接（NRSE組態(tài)）組態(tài)） 下圖表示了有參考地信號源與組態(tài)成下圖表示了有參考地信號源與組態(tài)成NRSE模式的模式的PCI-1200卡的連接方法?？ǖ倪B接方法

16、。3共模信號抑制共模信號抑制 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第73頁4.7.4 PCI-1200卡的功能單元卡的功能單元 PCI-1200卡包含卡包含PCI接口電路、定時電路、模擬輸入電路、接口電路、定時電路、模擬輸入電路、模擬輸出電路、數(shù)字模擬輸出電路、數(shù)字I/O等等5個功能單元。個功能單元。1、PCI接口電接口電路路 PCI-1200卡接口電路由卡接口電路由PCI接口芯片和數(shù)字邏輯控制芯片接口芯片和數(shù)字邏輯控制芯片構成，如下圖所示。構成，如下圖所示。 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第74頁2、定時電路、定時電路1）定時電路組成）定時電路組成 PCI-1200卡用兩片卡用兩片82C53定時定時/計數(shù)器為

17、內(nèi)部計數(shù)器為內(nèi)部A/D、D/A轉換及通用轉換及通用I/O提供定時功能。下圖為提供定時功能。下圖為A、B兩片定時電路的組成框圖。兩片定時電路的組成框圖。 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第75頁2）通用功能的定時信號連接）通用功能的定時信號連接 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第76頁3、 模擬輸入電路模擬輸入電路 1）模擬輸入通道的組成）模擬輸入通道的組成 2）多路輸入及通道掃描）多路輸入及通道掃描 3) 抖動（抖動（Dither）電路）電路4) ADC的輸出的輸出虛擬儀器技術虛擬儀器技術第77頁4、模擬輸出電路、模擬輸出電路1）模擬輸出電路）模擬輸出電路 下圖所示為模擬輸出電路。下圖所示為模擬輸出電路。 虛

18、擬儀器技術虛擬儀器技術第78頁2) DAC定時定時 下圖中描述了一種使用下圖中描述了一種使用EXTUPDATE*信號和延信號和延遲更新模式實現(xiàn)的波形發(fā)生定時過程。遲更新模式實現(xiàn)的波形發(fā)生定時過程。 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第79頁3) 模輸出信號連接模輸出信號連接 （1）輸出信號范圍：雙極性）輸出信號范圍：雙極性 5V；單極性；單極性 010V。（2）最大負載電流：）最大負載電流：2mA （對（對12位線性度）位線性度） 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第80頁5、數(shù)字、數(shù)字I/O1) 數(shù)字數(shù)字I/O邏輯邏輯 數(shù)字數(shù)字I/O電路圖如下圖所示，電路圖如下圖所示， 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第81頁2) 數(shù)

19、字數(shù)字I/O信號連接信號連接 下圖描述了數(shù)字下圖描述了數(shù)字I/O的三種典型應用的信號連接。的三種典型應用的信號連接。虛擬儀器技術虛擬儀器技術第82頁3）端口）端口C的引線連接的引線連接 下表總結了在各種可編程工作方式下的下表總結了在各種可編程工作方式下的C口信號分配?？谛盘柗峙?。 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第83頁4）時序規(guī)程）時序規(guī)程下表所列的信號將在時序圖中引用。下表所列的信號將在時序圖中引用。虛擬儀器技術虛擬儀器技術第84頁4.7.5 數(shù)據(jù)采集的工作原理數(shù)據(jù)采集的工作原理 1、數(shù)據(jù)采集的定時、數(shù)據(jù)采集的定時1）采樣間隔）采樣間隔2）觸發(fā)方式）觸發(fā)方式3) 采集長度采集長度 虛擬儀器技術虛擬儀器技術第85頁2、數(shù)據(jù)采集的起?？刂啤?shù)據(jù)采集的起?？刂撇杉绞讲杉绞?) 采集方式采集方式 采集的啟動與停止控制，除涉及到觸發(fā)方式、采采集的啟動與停止控制，除涉及到觸發(fā)方式、采集長度外，還與采用的采集方式有關。集長度外，還與采用的采集方式有關。 PCI-1200卡有兩種采集工作方式：受控采集方式卡有兩種采集工作方式：受控采集方式和自由采集方式。和自由采集方式。 受控采集方式受控采集方式 自由采集方式自由采集方式虛擬儀器技術虛擬儀器技術第86頁2) PCI-1200卡的采集定時與起?？刂瓶ǖ牟杉〞r與起停控制