虚拟仪器技术

1、虚拟仪器技术虚拟仪器技术第1页第第4 4章章 DAQDAQ虚拟仪器硬件技术虚拟仪器硬件技术引言引言4.1 4.1 数据采集及数据采集系统数据采集及数据采集系统4.2 4.2 信号获取与信号调理技术信号获取与信号调理技术4.3 4.3 采样保持与采样保持与A/DA/D转换技术转换技术4.4 4.4 数据存储与数据传输技术数据存储与数据传输技术 4.5 PCI4.5 PCI总线及其接口技术总线及其接口技术 4.6 4.6 多通道的组建方案多通道的组建方案4.7 4.7 多功能数据采集卡典型实例分析多功能数据采集卡典型实例分析虚拟仪器技术虚拟仪器技术第2页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第3页虚拟仪器技术虚

2、拟仪器技术第4页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第5页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第6页位 数级数1 LSB（满度值的百分数）1 LSB（10V满度）82560.391%39.1mV1240960.0244%2.44mV16655360.0015%0.15mV2010485760.000095%9.53V24167772160.0000060%0.60V虚拟仪器技术虚拟仪器技术第7页m a xm i n2 0 lgiiiVIVma xmi n2 0l gffAIA虚拟仪器技术虚拟仪器技术第8页2223222123100%AAHAAA虚拟仪器技术虚拟仪器技术第9页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第10页虚拟仪器技术

3、虚拟仪器技术第11页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第12页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第13页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第14页oo1o2oi1i2i1i2o1o2()()()UUUUGUUUUUU111oigUUI R222oigUUI R12iiggUUIR121212gooiigRRRUUUUR虚拟仪器技术虚拟仪器技术第15页6552146331oooRRRUUURRRR11212oiigURGUUR 虚拟仪器技术虚拟仪器技术第16页ocicCMRR20lg(dB)UU虚拟仪器技术虚拟仪器技术第17页ROR41133161632UIURRUR 3210O321044(2222)22RRUUUDDDD

4、D 虚拟仪器技术虚拟仪器技术第18页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第19页REFO U T82VUD 虚拟仪器技术虚拟仪器技术第20页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第21页1122 2iFScnduUtLSBdtcntf221虚拟仪器技术虚拟仪器技术第22页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第23页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第24页分类方式类 型按器件工艺结构1. 组件型A/D转换器2. 混合（集成）电路A/D转换器3. 单片式A/D转换器 （1）双极型（2）MOS型（3）双极-MOS型按转换器工作原理1. 间接型A/D转换器（1）积分型（电压-时间变换型）A/D转换器（2）电压-频率变换型A/D转换器（V-F变换器

5、）2. 比较型（直接型）A/D转换器（1）反馈比较型（2）无反馈比较型3. 型A/D转换器按转换器精度1. 低精度（8位及8位以下） 2. 中精度（912位）3. 高精度（1316位） 4. 超高精度（16位以上）按转换速率1. 低速（1ms） 2. 中速（1ms1s）3. 高速（1s0.01s） 4. 超高速（0.01s）虚拟仪器技术虚拟仪器技术第25页类 型并联比较式分级型逐次逼近式型积分式V/F型主要特点超高速高速速度精度价格等综合性价比较高高分辨率高精度高精度，低成本高抗干扰能力低成本高分辨率分辨率（位）61081681616241216816转换时间几十ns几十几百ns几几十s几几十

6、ms 几十几百ms几十几百ms采样频率几十MS/s几MS/s几十几百kS/s几十kS/s几几十S/s几几十S/s价 格高高中中低低主要用途超高超视频处理视频处理高速数据采集数据采集工业控制音频处理数字仪器数字仪器数字仪器简易A/D虚拟仪器技术虚拟仪器技术第26页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第27页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第28页409554.9988V4096虚拟仪器技术虚拟仪器技术第29页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第30页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第31页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第32页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第33页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第34页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第35页虚拟仪器技术虚拟仪

7、器技术第36页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第37页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第38页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第39页C/BE#3C/BE#2C/BE#1C/BE#0命令类型0000中断响应0001特殊周期0010I/O读0011I/O写0110内存读0111内存写1010配置读1011配置写1100内存重复读1101双周期1110高速缓存读1111高速缓存写虚拟仪器技术虚拟仪器技术第40页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第41页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第42页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第43页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第44页设备ID厂商ID00H状态命令04H类型码版本ID08HDIST头域类型延时计数器Ca

8、tch行0CH基地址寄存器10H保留28H保留2CH扩展ROM基地寄存器30H保留34H保留38HMax-LatencyMin-Latency中断引脚中断线3CH虚拟仪器技术虚拟仪器技术第45页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第46页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第47页maxd11LSBd22 2FScnUUtt1maxdd2FSncUUtt虚拟仪器技术虚拟仪器技术第48页maxdcos|dmUUtt过零处2mmUf UFS22ncmUftU虚拟仪器技术虚拟仪器技术第49页FS1maxAPdd2nUUttFS1maxAPdd2nUUtt虚拟仪器技术虚拟仪器技术第50页FSAP50kHz,10V,3ns,1

9、1sfUtnsf)/(5 . 01)(81. 0)(3)(44. 2maxsVfUsVnsmVdtdUsFS)/(11)(81.0)(3)(44.2maxsVfUsVnsmVdtdUsFSsfsfsf虚拟仪器技术虚拟仪器技术第51页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第52页AC3 st APc3ns,40 sttmaxTH11.39kHz2ffmaxTH11.39kHz2ff而根据孔径误差确定的信号上限频率为 FSmax1APm1036(kHz)22nUftU由于 maxmaxff信号的上限频率取决于每路信号的吞吐时间，而非孔径误差 。虚拟仪器技术虚拟仪器技术第53页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第54页虚拟

10、仪器技术虚拟仪器技术第55页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第56页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第57页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第58页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第59页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第60页引脚信号名方向参考说 明1-8ACHAIAGNDA/D通道模拟输入通道07。9AISENSE/AIGNDI/OAGND模拟输入传感/模拟输入地在RSE模式中接AGND，在NRSE模式中接模拟输入传感。10DAC0OUTAOAGNDD/A通道模拟输出通道0。11AGNDN/AN/A模拟输出地模拟输出电压的参考地，差分测量中的偏置电流返回点。12DAC1OUTAOAGNDD/A通道模拟输出通道1。13，50DGN

11、DN/AN/A数字地数字信号和+5V电源的参考地。14-21PADIODGND数字I/O端口端口A的双向数据线，A7至A0。PA7为高位，PA0为低位。22-29PBDIODGND数字I/O端口端口B的双向数据线，B7至B0。PB7为高位，PB0为低位。30-37PCDIODGND数字I/O端口端口C的双向数据线，C7至C0。PC7为高位，PC0为低位。38EXTTRIGDIDGND外部触发触发DAQ操作的外部控制信号。39EXTUPDATE*DIDGND外部更新更新DAQ输出的外部控制信号。虚拟仪器技术虚拟仪器技术第61页40EXTCONV*DIODGND外部转换定时A/D转换（DI）和使用

12、SCXI时驱动SCANCLK（DO）的外部控制信号。41OUTB0DODGNDB0输出计数器B0的数字输出信号。42GATB0DIDGNDB0门控计数器B0的门控外部控制信号。43OUTB1DIODGNDB1输出计数器B1的数字输出信号，定时扫描间隔的外部控制信号。44GATB1DIDGNDB1门控计数器B1的门控外部控制信号。45CLKB1DIDGNDB1时钟计数器B1的外部控制时钟信号。46OUTB2DODGNDB2输出计数器B2的数字输出信号。47GATB2DODGNDB2门控计数器B2的门控外部控制信号。48CLKB2DIDGNDB2时钟计数器B2的外部控制时钟信号。49+5VDODG

13、ND+5V电压范围+4.65V+5.25V，电流为时熔断。虚拟仪器技术虚拟仪器技术第62页参数组态模拟输出CHO极性双极性5V（复位态）单极性0至10V模拟输出CHI极性双极性5V（复位态）单极性0至10V模拟输入极性双极性5V（复位态）单极性0至10V模拟输入模式有参数的单端（RSE）（复位态）无参数的单端（NRSE）差分（DIFF）虚拟仪器技术虚拟仪器技术第63页输入方式说明RSERSE方式提供了8个单端输入（它们通过多路器接测量放大器的正输入端），其仪用测量器的负输入端是参考模拟地。NRSENRSE方式提供了8个单端输入（经多路器接测量放大器的正输入端），其测量放大器的负输入端接AI S

14、ENSE/AI GND 端，而不接地。DIFFDIFF方式提供了4个差分输入，其选用的通道对分别为（0，1）、（2，3）、（4，5）或（6，7）。测量放大器的正输入端接通道0、2、4或6，而负输入端接通道1、3、5或7。虚拟仪器技术虚拟仪器技术第64页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第65页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第66页 增益倍数双极性输入范围单极性输入范围125102050100-5.04.99756V-2.52.49878V-1.00.99951V-500499.756mV-250249.877mV-10099.951mV-5049.975mV09.99756V04.99878V01.99951

15、V0999.756mV0499.877mV0199.951mV099.975mV虚拟仪器技术虚拟仪器技术第67页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第68页输入方式信号源类型浮空信号源（与固定地无连接）有参考地信号源例子： 不接地热电耦；带隔离输出的信号调理；电池组设备；例子：非隔离输出的插入式仪器差分（DIFF）单端有地参考（RSE）单端无地参考（NRSE）AIGNDRAISENSEACHV1AIGNDAISENSEACHV1AIGNDACH(-)ACH(+)V1RAIGNDACH(-)ACH(+)V1AIGNDACHV1+ Va -ACHV1地环泄漏Vg将混入被测信号中不推荐虚拟仪器技术虚拟仪器技术第

16、69页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第70页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第71页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第72页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第73页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第74页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第75页 虚拟仪器技术虚拟仪器技术第76页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第77页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第78页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第79页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第80页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第81页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第82页可 编 程工作方式A组B组PC7PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0方式0I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O方式1(输入)I/OI/OIBFASTB*AIN

17、TRASTB*BIBFBINTRB方式1(输出)OBF*AACK*AI/OI/OINTRAACK*BOBF*BINTRB方式2OBF*AACK*AIBFASTB*AINTRAI/OI/OI/O 虚拟仪器技术虚拟仪器技术第83页信号名类型说 明STB*输入选通输入为低时将数据装入输入锁存器。IBF输出输入缓冲满为高表示数据已装入输入锁存器。这是一个主要的输入确认信号。ACK*输入确认输入为低表示写入某一端口的数据已被接受。该信号是接收PCI-1200卡的数据的外部设备发出的响应。 OBF*输出输出缓冲满为低表示数据已被写入某一输出端口。INTR输出中断请求当82C55A在数据传送期间请求服务时变高。设置合适的中断使能信号来产生该信号。RD*内部读信号该信号是由PCI接口电路产生的读信号。WR*内部写信号该信号是由PCI接口电路产生的写信号。DATA双向某一端口的数据线该信号表示某一端口数据线上的数据什么时候有效或将有效。虚拟仪器技术虚拟仪器技术第84页 虚拟仪器技术虚拟仪器技术第85页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第86页