光电隔离模入接口卡技术说明书

1、 PC-6318 光电隔离模入接口卡技术说明书1. 概述： PC-6318 光电隔离模入接口卡适用于具有ISA 总线的PC系列微机，具有很好的兼容性，CPU从目前广泛使用的64位处理器直到早期的16位处理器均可适用，操作系统可选用经典的MS-DOS，目前流行的 Windows 系列，高稳定性的Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统 LabVIEW 等软件环境。在硬件的安装上也非常简单，使用时只需将接口卡插入机内任何一个ISA总线插槽中，信号电缆从机箱外部直接接入。接口卡的模拟信号由卡前端的 37芯D型插头输入。允许采用32路单端输入方式或16路双端输入方式。用户可根据需要选择测量单极性

2、信号或双极性信号。 PC-6318光电隔离模入接口卡采用三总线光电隔离技术，使被测量信号系统同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系统。 PC-6318 光电隔离模入接口卡采用了高性能的仪用放大器，具有极高的输入阻抗和共模抑制比，并具有最高可达 1000 倍的放大增益，可直接配接各种传感器，以完成对不同信号的放大处理，同时，本卡自带DCDC隔离电源模块，无需用户外接电源。 本接口卡出厂配装1；10；100；1000的程控放大器，如需配装1；2；4；8的程控放大器，应在定货时加以说明。2. 主要技术指标：2.1 输入通道数： 单端32路*双端

3、16路；(标*为出厂标准状态，下同)2.2 输入信号范围：0V10V*；5V；10V2.3 最大允许输入电压：15V2.4 输入阻抗：10M2.5 共模抑制比(典型值)： 90dB(G1)； 110dB(G10)； 130dB(G100)2.6 放大器可选程控增益：1*；10；100；1000(倍) 2.7 AD转换分辨率：12位2.8 AD芯片转换时间：10S2.9 系统单通道最高采集速率：66KHzS2.10 通道切换时间： 模拟开关导通时间3 .5S放大器建立时间 (G=1，23S；G=10，28S；G=100，140S；G=1000，1300S)2.11 系统综合误差：0.2FSR (

4、1倍时)2.12 AD启动方式：程序启动外触发启动2.13 AD工作方式：程序查询2.14 AD转换输出码制：单极性原码*双极性偏移码或补码2.15 隔离形式：三总线光电隔离型2.16 隔离电压：500V2.17 电源功耗：5V(10)900mA2.18 使用环境要求： 工作温度： 1040 相对湿度： 4080 RH 存贮温度：55852.19 外型尺寸：(不含档板)长高177.8mm106.7mm(7英寸4.2英寸)3. 工作原理： PC-6318光电隔离模入接口卡主要由模拟多路开关电路、高性能放大器电路、模数转换电路、接口控制逻辑电路、光电隔离电路及 DCDC电源电路组成。3.1 工作原

5、理框图： PC-6318 光电隔离模入接口卡工作原理框图见图1。图1 工作原理框图3.3 高性能放大器电路： 本卡选用BB公司的PGA204作为信号处理放大器，PGA204是一种低功耗、高精度的仪表放大器，具有良好的交直流特性，并且可以方便的改变放大增益。本卡在出厂时是按照 1、10、 100、1000 倍的增益设计的，通过程序可以方便地改变增益，以配合不同的传感器或信号源。如果换装BB公司的PGA205仪表放大器，则可得到 1、2、4、8倍的程控增益。3.4 模数转换电路： 本卡选用新一代的串行 AD转换器件 ADS7808 作为本卡的模数转换器件。该器件内部自带采保和精密基准电源，其工作特

6、点为启动A/ D转换的同时将上次转换的结果传送出来。即第N次转换后读出的数据为第N1次转换的结果。AD 转换可以由程序启动，也可由外部触发信号启动。AD 转换结束的标志可以由程序查询检出。3.5 接口控制逻辑电路及光隔电路： 接口控制逻辑电路用来产生与各种操作有关的控制信号。光隔电路采用6N137高速光耦对系统总线与模拟信号之间进行光电隔离，以避免相互间的干扰。3.6 DCDC电源电路： DCDC电源电路由电源模块及相关的滤波元件组成。该电源模块的输入电压为5V，输出电压为与原边隔离的15V 和5V，原付边之间隔离电压可达1500V。4. 安装及使用注意： 本卡的安装十分简便，只要将主机机壳打

7、开，在关电情况下，将本卡插入主机的任何一个空余扩展槽中，再将档板固定螺丝压紧即可。 本卡采用的模拟开关是 COMS 电路，容易因静电击穿或过流造成损坏，所以在安装或用手触摸本卡时，应事先将人体所带静电荷对地放掉，同时应避免直接用手接触器件管脚，以免损坏器件。 禁止带电插拔本接口卡。本卡跨接选择器较多，使用中应严格按照说明书进行设置操作。设置接口卡开关、跨接套和安装接口带缆均应在关电状态下进行。 当模入通道不全部使用时,应将不使用的通道就近对地短接,不要使其悬空,以避免造成通道间串扰和损坏通道。为保证安全及采集精度，应确保系统地线（计算机及外接仪器机壳）接地良好。特别是使用双端输入方式时，为防止

8、外界较大的共模干扰，应注意对信号线进行屏蔽处理。 ADS7808的时序规定第N次转换后读出的数据为第N1次转换的结果。这点在用户编程时要特别注意。 本卡的最高采集速率约为 66KHz，这在单通道采集时容易实现。在多通道连续采集时，由于模拟开关切换及放大器信号建立需要一定的时间，故而会降低采样速率。但是考虑到AD转换器件本身占用的转换时间可以在编程时加以利用，也可以使多通道采样速率达到66KHz。这点在编程举例时还会加以说明。5使用与操作：5.1 主要可调整元件位置见图2 。图2 主要可调整元件位置图5.2 输入接口定义：本卡前端37芯D 型插座的信号定义见表1（见下页），用户可按实际需要选择连

9、接信号线(单端)或信号线组(双端)，为减少信号串扰和保护通道开关，凡不使用的信号端应与模拟地短接，这一点在小信号放大使用时尤其重要。 表1 输入插座接口定义插座引脚号信 号 定 义插座引脚号信 号 定 义1模拟地20模拟地2CH1 (CH1+)21CH17(CH1-)3CH2 (CH2+)22CH18(CH2-)4CH3 (CH3+)23CH19(CH3-)5CH4 (CH4+)24CH20(CH4-)6CH5 (CH5+)25CH21(CH5-)7CH6 (CH6+)26CH22(CH6-)8CH7 (CH7+)27CH23(CH7-)9CH8 (CH8+)28CH24(CH8-)10CH9

10、 (CH9+)29CH25(CH9-)11CH10(CH10+)30CH26(CH10-)12CH11(CH11+)31CH27(CH11-)13CH12(CH12+)32CH28(CH12-)14CH13(CH13+)33CH29(CH13-)15CH14(CH14+)34CH30(CH14-)16CH15(CH15+)35CH31(CH15-)17CH16(CH16+)36CH32(CH16-)18外触发 E.T37模拟地19模拟地5.3 IO基地址选择： IO基地址的选择是通过开关K1进行的，开关拨至ON处为0，反之为1。用户应根据主机硬件手册给出的可用范围以及是否插入其它功能卡来决定本

11、卡的IO基地址。出厂时本卡的基地址设为0300H，并从基地址开始占用连续4个地址。现举例说明见图3。ON 1 2 3 4 5 6 7 ON 1 2 3 4 5 6 7 ON 1 2 3 4 5 6 7A8 A2 A8 A2 A8 A2(a) 300H (b) 310H (c) 318H图3 IO基地址选择举例5.4 跨接插座的用法：输入单双端方式选择： W6、W7为单双端输入方式选择，二者应共同使用，其使用方法见图4。W6 W7 W6 W7a. 单端输入方式 b. 双端输入方式图4 单双端输入方式选择放大器增益选择： 放大器增益由基地址+2地址写入。数据格式为：D7D3D1 D0增 益（倍）0

12、0 0100 11001 010001 11000转换码制选择：W3为转换码制选择插座，码制的定义参见 5.6节。用户应根据输入信号的极性进行选择，选择方法见图5。 a. 单极性 b. 双极性 图5 转换码制选择 当双极性输入时, W1决定ADC输出的码制： 偏移码 补码D量程选择：W2、W4、W5为AD量程选择插座，其选择方法见图6。 W2、W4、W5 W2、W4、W5 a. 010V，5V输入 b. 10V输入 图6 AD量程选择5.5 控制端口地址与有关数据格式：控制端口的操作地址与功能： 各个控制端口的操作地址与功能见表2。 表2 端口地址与功能表端口操作地址 操作命令 功 能基地址+

13、0写写通道代码，选通道基地址+1写启动AD转换(写任意数值)基地址+1读查询AD转换状态基地址+2写写增益控制字基地址+2读读AD高4位转换结果基地址+3读读AD低8位转换结果查询AD转换状态数据格式： 查询AD转换状态时的数据格式及意义见表3(端口地址为基地址+1)。 表3 AD转换状态数据格式(X表示任意)操作命令D7D6D5D4D3D2D1D0AD转换状态读1xxxxxXx正在转换中读0xxxxxXx转换结束通道代码数据格式见表4 ： 表4 通道代码数据格式通道号十进制 代码十六进制代码输入方式通道号十进制 代码十六进制代码输入方式1000H单双171610H单2101H单双181711

14、H单3202H单双191812H单4303H单双201913H单5404H单双212014H单6505H单双222115H单7606H单双232216H单8707H单双242317H单9808H单双252418H单10909H单双262519H单11100AH单双27261AH单12110BH单双28271BH单13120CH单双29281CH单14130DH单双30291DH单15140EH单双31301EH单16150FH单双32311FH单D转换结果数据格式：AD转换结果数据格式见表5。表5 AD转换结果数据格式端口地址操作命令D7D6D5D4D3D2D1D0意 义基地址+2读0000D

15、B11DB10DB9DB8高4位数据基地址+3读DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0低8位数据5.6 模入码制以及数据与模拟量的对应关系：本接口卡在单极性方式工作时，即模入的模拟量为010V 时，转换后的12位数码为二进制原码。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(V)4096 (V) 即： 1LSB2.44mV本接口卡在双极性方式工作时，转换后的12位数码为二进制偏移码。此时12位数码的最高位(DB11)为符号位,“0”表示负,“1”表示正。偏移码与补码仅在符号位上定义不同，此时数码与模拟电压值的对应关系为： 模入信号为55V

16、时： 模拟电压值数码10(V)40965 (V) 即：1LSB2.44mV 模入信号为1010V时： 模拟电压值数码20(V)409610 (V) 即：1LSB4.88mV5.7 外触发信号E.T的要求： 本卡的模入部分可以在外触发方式下工作。每当E.T有一个低电平时，AD就启动转换一次。使用该方式时，应注意E.T信号必须符合TTL电平标准，其波形和参数要求参见图8。同时在使用外触发方式之前应将通道选择好, 并清除转换中断标志。100nS T1 5S T2 40S图8 E.T信号波形图5.8 调整与校准：零点调整： 有两种方式调整零点。即软件方式和硬件方式。在软件方式中，将模拟输入信号端对地短

17、路，测得本板偏移电压值，在实际应用时，将此值从测量值中减去即得实际电压值。在硬件方式中，在板上 RP? 位置上加装一支500K 电位器，通过调整电位器，消除零点误差。精度校准：为了提高本板的可靠性，没有采用高故障率的电位器进行精度调整。当不做调整时，其精度完全可以满足一般用户需要。如用户对精度有特殊要求时，可采用软件对本板精度进行修正。方法十分简单：用户通过输入一个已知电压得到本板增益系数 ( 即：每个LSB 所代表的毫伏数)，然后对实际测量电压进行修正。 例如：当校准电压为4900mV，AD转换输出码为2000，那么 490020002.45mV 。 即1LSB2.45mV。在以后的实际测量

18、 中，电压U2.45mVN。其中：N为AD 输出码。6. 驱动程序简介PC-6000 系列演示程序及驱动程序是为PC-6000 系列多功能工控采集板配制的工作在中西文Windows 95/ 98/ NT环境下的一组驱动程序以及使用该驱动程序组建的一个演示程序，可以方便地使用户在中西文 Windows 环境下检测硬件的工作状态以及帮助软件开发人员在常用的 CC+, Visual Basic, Delphi, Borland C+ Builder, Borland Pascal for windows 等开发环境中使用 PC-6000 系列工控采集板进行数据采集和过程控制等工作.驱动程序是一个标准

19、动态链接库 (DLL文件)。它的输出函数可以被其它应用程序在运行时直接调用。用户的应用程序可以用任何一种可以使用 DLL 链接库的编程工具来编写。 每种板卡依据其自身功能的不同具有不同的输出函数和参数定义。 驱动程序输出函数定义所列函数的说明格式为 VC+6.0环境下PC6000.Dll库函数的原函数格式，无论使用哪一种开发工具，务必请注意数据格式的匹配及函数的返回类型，本说明中所使用的数据类型定义如下：short 16位带符号数double 8字节浮点数 * 函数: double APIENTRY AI6318Single(short nAdd,short nCha,short nAmp,s

20、hort AIMode) 功能: 进行某一通道的模拟量数据采集。 参数: nAdd 基地址 nCha 通道号: 0-31(单端), 0-15(双端) nAmp 程控增益系数: 0 - *1 1 - *10 2 - *100 3 - *1000 AIMode 输入方式: 0 - 原码值 1 - 0,10v 2 - -5v,+5v 3 - -10v,+10v * 函数: void APIENTRY AI6318AllSingle(short nAdd,short nAmp,short AIMode,double *p)功能: 单端输入方式下，全部32通道的模拟量数据采集。 参数: nAdd 基地址

21、 nAmp 程控增益系数: 0 - *1 1 - *10 2 - *100 3 - *1000AIMode 输入方式： 0 - 原码值 1 - 0,10v 2 - -5v,+5v 3 - -10v,+10v p 指向32个通道的采集结果的起始地址 * 函数: void APIENTRY AI6318AllDouble(short nAdd,short nAmp,short AIMode,double *p)功能: 双端输入方式下，全部16通道的模拟量数据采集。 参数: nAdd 基地址 nAmp 程控增益系数: 0 - *1 1 - *10 2 - *100 3 - *1000 AIMode

22、输入方式： 0 - 原码值 1 - 0,10v 2 - -5v,+5v 3 - -10v,+10v p 指向16个通道的采集结果的起始地址 注: 如有需要使用 Windows 系列及 LabVIEW 驱动程序的用户可向本公司索取, 请注明所使用的操作系统和开发软件。7 编程举例：7.1 对通道1连续采样100次，程序启动和查询。 10 INPUT CHN 20 PA=&H300：SAL=100 30 OUT( PA+2 )，0 40 OUT( PA+0 )，CHN 50 FOR I=0 TO 100：NEXT 60 OUT( PA+1 )，0 70 STATUS = INP ( PA+1 )

23、80 IF STATUS = 128 THEN 70 90 FOR I=0 TO SAL 100 STATUS = INP( PA+1 ) 110 IF STATUS = 128 THEN 100 120 DH4 = INP( PA+2 ) 130 DL8 = INP( PA+3 ) 140 PDS( I ) = ( ( DH4 AND 15 )256 + DL8 ) 150 NEXT I 160 FOR I = 0 TO SAL 170 V = PDS ( I )2.445 180 PRINT CHN，PDS ( I )，V；”mv”： NEXT I 190 K￥=INKEY￥：IF K￥=

24、“ ” THEN GOTO 20； ELSE GOTO 10 200 GOTO 407.2 C语言程序，对通道1连续采样100次，程序启动和查询。 /* PC-6318 单通道检测程序*/ #include stdio.h #include dos.h #include conio.h main() int gain; /* 定义增益数据类型 */ int ch; /* 定义通道数据类型 */ float value100; /* 定义100个数据类型 */ int dl,dh,i,j,base; /* 定义低八 / 高四位数据，基地址*/ /* 数据, i；j指针数据等类型。*/ clrsc

25、r(); /* 清除文本显示 */ printf(nSingle channle program: 6318n); base=0x300; /* 基地址=300H */ gain=0; /* 增益=1 */ /*printf(Input gain number:); 如果改变增益，请打开这*/ /*scanf(%d,&gain); 两条语句,G=1：送0， */ */G=10：送1，G=100送2，G=1000：送 3。*/ outportb(base+2,gain); /* 送增益数据 */ printf(Input channle number:); /* 输入通道数据 */ scanf(

26、%d,&ch); outportb(base,ch); /* 通道数据 */ for(i=0;i100;i+); /* 延时10S*/ for(j=0;j100;j+) /* 采集100个数据 */ outportb(base+1,0); /* 启动A/D */ while(inportb(base+1)&0x80); /* 判A/D状态 */ outportb(base+1,0); /* 启动A/D */ while(inportb(base+1)&0x80); /* 判A/D状态 */ dh=inportb(base+2)&0x0f; /* 读取高四位数据*/ dl=inportb(bas

27、e+3); /* 读取低八位数据*/ valuej=(dh*256+dl)*2.445; /* 将数据转换成电压值*/ for(j=0;j100;j+) printf(%f,valuej); /* 显示电压数据 */ 注意:程序中多启动了一次AD转换,而没有读取结果。这是因为ADS7808的时序规定第N次转换后读到的数据为第N1次转换的结果。这点用户在编程时要特别注意。另外,在写通道号后应延时10S，使放大器有充分的建立时间，从而保证转换结果的正确。在 Windows 95/98 环境下，使用 MicroSoft Visual Basic 6.0 开发环境，采用调用驱动程序的输出函数的方法循环

28、采集 A/D 32 个通道。注意: 在VB 6.0 中, 数据类型 Integer 为 16 位带符号整数, Double 为8字节浮点数。 首先创建一个窗口,名为 Form1。设置一个定时器，名为Timer1；一个Text1；一个Text2数组，Text2。Private Declare Function AI6318Single Lib pc6000.dll (ByVal nAdd As Integer, ByVal nCha As Integer, ByVal nAmp As Integer, ByVal AIMode As Integer) As DoublePrivate Decla

29、re Sub AI6318AllSingle Lib pc6000.dll (ByVal nAdd As Integer, ByVal nAmp As Integer, ByVal AIMode As Integer, ByRef p As Double)Private Declare Sub AI6318AllDouble Lib pc6000.dll (ByVal nAdd As Integer, ByVal nAmp As Integer, ByVal AIMode As Integer, ByRef p As Double)Private Sub Timer1_Timer() 多通道采

30、集32通道，0-31通道采集结果分别存放在a(0)-a(31)中 Call AI6318AllSingle(256, 0, 1, a(0) For i = 0 To 31 Text2(i) = a(i) 界面显示32通道数据 Next i 单通道采集第0通道Text1 = AI6318Single(256, 0, 0, 1)End Sub附A. 名词注释1 单端输入方式 各路输入信号共用一个参考电位，即各路输入信号共地，这是最常用的接线方式。使用单端输入方式时，地线比较稳定，抗干扰能力较强，建议用户尽可能使用此种方式。2 双端输入方式 各路输入信号各自使用自己的参考电位，即各路输入信号不共地。如果输入信号来自不同的信号源，而这些信号源的参考电位(地线)略有差异，可考虑使用这种接线方式。使用双端输入方式时，输入信号易受干扰，所以，应加强信号线的抗干扰处