数据采集与处理技术课件

1,教学内容,第8章数据的接口板卡采集,2,第8章数据采集接口板卡,8.1概述,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,本章教学内容,8.4Windows98数据采集板卡编程,8.5数据采集的新技术,3,第8章数据采集接口板卡,8.1概述,4,8.1概述,本节教学目标,掌握数据采集系统的构建,掌握数据采集板卡的类型及特征,5,8.1概述,数据采集板卡,在一块印刷电路板上集成了模拟多路开关、程控放大器、采样保持器、AD转换器等芯片而构成的器件。,1.数据采集板卡的定义,6,8.1概述,优点：,将数据采集板插入计算机主板上的扩展槽，就能迅速组成一个数据采集系统。,7,8.1概述,2.微型计算机的分类,以CPU的体系分类,X86体系,Intel,AMD,联想、,HP、,Dell,非X86体系：,PowerPC,Apple,8,8.1概述,X86体系微型计算机的类型,计算机类型,商用PC机,工业计算机（IPC）,9,8.1概述,商（家）用PC计算机,10,8.1概述,工业计算机（IPC）,生产厂商：研华、研祥等,11,8.1概述,3.主板总线扩展槽的类型,商用P4机主板,PCI插槽,CNR插槽,AGP插槽,12,8.1概述,工业计算机主板,13,8.1概述,4.数据采集板卡的类型,ISA数据采集板卡,PCI数据采集板卡,板卡类型,14,8.1概述,40芯插座,ISA数据采集板卡,15,8.1概述,PCI数据采集板卡,16,8.1概述,ISA数据采集板卡：,PCI数据采集板卡：,区别,1.插排长、金手指间距宽,2.需要自设定板卡地址,1.插排短、金手指间距窄,2.不需要自设定板卡地址,3.数据总线为16位，地址总线24位,3.总线为32位/64位,17,8.1概述,数据采集板卡插入ISA插槽,5.数据采集系统的构建,18,8.1概述,板卡插入计算机ISA扩展槽的过程,19,8.1概述,计算机的ISA扩展槽,模拟信号,连接模拟信号,20,8.1概述,板卡安装I,内存条,CPU卡,21,8.1概述,板卡安装II,数据采集板卡,8255板卡,开关量输出板卡,22,8.1概述,实际接线情况,23,第8章数据采集接口板卡,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,24,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,本节教学目标,能够正确写出数据采集板卡的地址,能够编写出模拟信号采集程序,能够正确设置数据采集板卡的工作方式,25,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,1.特点,该卡适用于符合PCISA总线标准的PC机。,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。,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。,26,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,2.主要技术指标,AD通道数：,输入信号范围：,最大允许输入电压：15V,输入阻抗：100M,共模抑制比(典型值)：,单端32路；双端16路,0V10V；5V；10V,90dB(G=1)；110dB(G=10)；130dB(G100),27,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,放大器可选增益：,AD转换器位数：12位,AD转换时间：10s,系统最快采样速率：15kHz,系统综合误差：0.2%FSR(1倍时),AD启动方式：程序启动外触发启动,AD工作方式：程序查询中断请求,1；10；100；1000(倍),28,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,AD转换输出码制,隔离形式：,隔离电压：500V,电源功耗：5V(10%)900mA,双极性：偏移二进制码,单极性：二进制码,三总线光电隔离型,29,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,3.模入接口卡工作原理,图8-1模入接口卡工作原理,D0D4,A0A1,IOW,IOR,RESET,IRQn,D0D7,D7,A4A9,模拟信号,STS,30,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,40芯插座,PC-6319光电隔离模入接口卡,31,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,板卡组成,光电隔离器,多路开关,4片八选一模拟开关,高性能放大器,AD620,AD转换芯片,AD1674,内部自带采样保持器、精密基准电源,接口控制逻辑,DCDC电源电路,32,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,4.使用与操作,器件的调整,主要可调整器件的位置见图8-2。,33,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,图8-2PC-6319接口卡可调元件的位置,34,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,IO基地址选择,IO基地址选择,开关拨至ON,ON,1,2,3,4,5,6,7,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,相应位为0，,反之为1。,设置地址开关,K1,35,地址的选择范围一般为：,0210H02FFH,0300H036FH,0100H01FFH,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,图8-3IO基地址选择举例,ON,1,2,3,4,5,6,7,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,0100H,1,2,3,4,5,6,7,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,0280H,1,2,3,4,5,6,7,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,0318H,ON,ON,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,0100H,A2A1A0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,，,，,0,0,1,A9A8A7A6A5A4A3,0280H,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,，,，,0,8,2,37,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,跨接插座的用法,单/双端输入方式选择,K2、K3为单双端输入方式选拔跨接插座，二者应共同使用。,38,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,图8-4单/双输入方式选择,(a)单端输入方式(b)双端输入方式,放大器增益选择,K4为放大器增益选择插座。请看书，自习。,39,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,转换码制的选择,K5为转换码制的选择插座，应根据输入信号的极性进行选择，选择方法如图8-5所示。,(a)双极性偏移码；(b)单极性原码,40,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,输入信号接口定义,接口卡采用40芯插座作为输入信号接口，插座各脚的信号定义见图8-8。,41,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,图8-8输入信号插座定义,用户可根据实际需要选择连接：,单端接法,例如：CH1、CH2,双端接法,CH1与CH17为一组,CH2与CH18为一组,例如：,42,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,注意：,为了减少信号通道之间的串扰和保护通道开关，凡不使用的信号端均应与模拟地短接。,43,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,计算机的ISA扩展槽,传感器输出的模拟信号,模拟信号输入,44,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,实际接线情况,45,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,控制口地址与有关数据格式,控制端口的操作地址与功能,46,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,表8.1端口地址与功能,注：BASE为IO基地址,端口操作地址,操作命令,功能,BASE+0,写通道代码，选通道,BASE+1,启动AD转换(写入任意数值),BASE+2,查询AD转换状态，读高4位转换结果,BASE+3,读AD低8位转换结果，清AD转换状态及中断标志。,47,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,查询AD转换状态数据格式,表8.2AD转换状态数据格式（表示任意）,操作命令,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,AD转换状态,1,正在转换,0,转换结束,127+026+025+024+023+022+021+020=128,AD正在转换的十进制数据：,48,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,通道代码数据格式,通道代码数据格式见表8.3,49,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,表8.3通道代码数据格式,50,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,AD转换结果数据格式,表8.4AD转换结果数据格式,端口地址,操作命令,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,意义,基地址+2,0,0,0,0,DB11,DB10,DB9,DB8,高4位数据,基地址+3,DB7,DB6,DB5,DB4,DB3,DB2,DB1,DB0,低8位数据,51,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,5.模入码制以及数据与模拟量的对应关系,单极性方式工作,输入信号的电压为0V10V时，转换后的12位数码为二进制码。,此12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：,模拟电压值=数码(12位)10/4096(V),即1LSB=2.44mV,52,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,双极性方式工作,转换后的12位数码为二进制偏移码。,此时12位数码最高位（DB11）为符号位：,0表示负，1表示正。,输入信号为-5V+5V时：,模拟电压值=数码10/4096-5(V),即1LSB=2.44mV,53,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,输入信号为-10V+10V时：,模拟电压值=数码20/4096-10(V),即1LSB=4.88mV,9.编程举例,用BASIC程序控制AD转换,54,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,【例】以单极性方式对通道1连续采样100次，程序启动AD转换，程序查询取数。QuickBASIC程序如下：,CLS清屏,ADDER%=U;V,NEXTI:END,56,8.2PC-6319光电隔离模入接口卡,注意：,如果是双极性信号，则100行改为,100U=(H256+L)10/4096-5,由于高4位数据是通过数据总线的D3D0传送，因此，在合成12位数据时，必须,将高4位各位均上移8位（十进制为256）,故100语句行中的H256完成高4位上,移8位的操作。,57,第8章数据采集接口板卡,8.4Windows98数据采集板卡编程,58,8.4Windows98数据采集板卡编程,本节教学目标,了解Windows98数据采集板卡编程方法,59,8.4Windows98数据采集板卡编程,背景情况：,自上世纪90年代以来，PC计算机的操作系统已由DOS转移到Windows。,软件编程技术也由“面向过程”发展到“面向对象”。出现了多种可视化高级编程语言，如,VisualBasic、VisualC+、Delphi、C+Builder,60,8.4Windows98数据采集板卡编程,使用中的问题：,在Windows98环境下，CPU运行于保护模式且统一管理硬件资源，不支持应用程序直接访问硬件，这一机制确保系统的安全。,32位的Delphi5以上版本均不再支持硬件端口操作。,61,8.4Windows98数据采集板卡编程,解决问题的希望：,Delphi的宿主语言是TurboPascal，仍然可以像TurboPascal一样，在Delphi中使用嵌入汇编语言，这就为在Windows98环境下开发数据采集程序提供了基础。,62,8.4Windows98数据采集板卡编程,使用Delphi内嵌汇编语言编写了读写数据采集板卡的Port.pas单元文件，实现对数据采集板卡的读写操作。,解决问题的方法：,63,8.4Windows98数据采集板卡编程,具体的编程方法和Port.pas的源代码如下。,unitport;interfaceusesWindows,SysUtils,Dialogs,WinSvc;procedureOutp(Port,Data:dword);functionInp(Port:dword):dword;implementation,64,8.4Windows98数据采集板卡编程,procedureOutp(Port:dword;Data:dword);beginasmmovedx,Port;/eax、ebx、edx为32moveax,data;/位通用寄存器outdx,al;/dx为16位通用寄存器end;/al为低8位通用寄存器end;,65,8.4Windows98数据采集板卡编程,functionInp(Port:dword):dword;varI:integer;beginasmmovedx,Port;xoreax,eax;inal,dx;movi,eax;end;,66,8.4Windows98数据采集板卡编程,result:=i;end;end.,只需在调用Port.pas的单元文件的Implementation行下面加入“usesPort”，就可以在应用程序中直接对数据采集板卡进行操作。,67,8.4Windows98数据采集板卡编程,以PC-6319板卡为对象，对任意通道进行采样，相应的Delphi数据采集程序界面可设计如图8-19所示。,示例：,图8-19数据采集程序界面,68,8.4Windows98数据采集板卡编程,用Delphi5.0语言编写的数据采集程序清单如下。,unitPortTest1;interfaceusesWindows,Messages,SysUtils,Classes,Graphics,Controls,Forms,Dialogs,StdCtrls,ExtCtrls;procedureCaiJi(varCH:Integer;varavu:Real);,69,8.4Windows98数据采集板卡编程,typeTForm1=class(TForm)Panel1:TPanel;Edit1:TEdit;Label1:TLabel;Label2:TLabel;Button1:TButton;Button2:TButton;procedureButton2Click(Sender:TObject);procedureButton1Click(Sender:TObject);,70,8.4Windows98数据采集板卡编程,privatePrivatedeclarationspublicPublicdeclarationsend;varForm1:TForm1;Implementationusesport;/调用Port.pas单元文件$R*.DFM,71,8.4Windows98数据采集板卡编程,procedureCaiJi(varCH:Integer;varavu:Real);vari,j,address:integer;u,sum:Real;a,h,l:Integer;beginsum:=0.0;address:=$100;a:=Inp(address+3);Outp(address,CH);fori:=1to1500do;,72,8.4Windows98数据采集板卡编程,forj:=1to5dobeginOutp(address+1,0);whileInp(address+2)=128do;forI:=1to1500do;h:=In