各种触发模式在数据采集系统中的应用

1、各种触发模式在数据采集系统中的应用作者：倪浩然出处：阅读：发布时间：2007-5-30 9:24:00供稿：凌华科技产品经理-21.5-刖言一个典型的数据采集系统会通过各式各样的传感器搜集周围环境或是各种待测物产生的信 号。一般而言，这些信号会随机地产生，所以数据采集系统必须不断地进行采样，才能确保 不漏掉任何重要的信号。这就产生了一个问题，内存或是硬盘的容量是有限的，一个数据采 集系统不可能无限制地采集并储存数据。如何从不断产生的信号中采集出真正有意义的部分， 便成为数据采集卡设计时的一个重要考虑。而触发(trigger)，便是达到这一目标的重要手段。何谓“触发”？在进行数据采集时，用户可以

2、设定某些信号的特定条件，例如一个数字信号的高电平(logic high)或低电平(logic low)，或是一个电压信号的特定值，一旦满足这些特定条件，数据采 集卡才真正开始采集并将其传送到系统中，这便是触发的基本原理。触发的功能可以用在许 多种形式的应用中，像是电力传输系统的突波(pulse)检测(直接设定突波电压作为触发条 件)、多张数据采集卡的同步操作(用一个共享的时钟源产生触发信号)、结合运动控制的动 态系统的定点信号采样(机械结构到达定位后发出触发信号开始进行数据采集)等等。擅用 各种触发功能可以让用户准确地采集有用的数据，大幅提升系统的性能以及量测的精度。图1触发基本示意图接下来我

3、们要介绍当今市场上应用于数据采集卡中的各种触发技术，以及如何将这些触发技 术运用在您的系统中。触发信号类型如前所述，触发的基本原理是给出一个触发信号，用以“刺激”数据采集卡进行采样的动作。 触发信号的类型，大致上可以分为以下几种：数字量触发通过一个外部输入的TTL信号触发数据采集卡。用户通常可以设定在TTL信号的上升沿 (raising edge)或下降沿(falling edge)进行触发。数字触发的动作较为简单，通常通过 CPLD中的逻辑门便可以实现，因此大部分的数据采集卡，像是凌华科技的NuDAQ系列， 都提供数字触发的功能。TTL level图二款位触发示意图#图二数位触发示意图模拟触

4、发另一种触发方式是给出一个电压信号并设定某个特定的电压值，当电压信号高于或是低于设 定值时进行触发。模拟触发可以用来侦测连续电压信号中的瞬间变化，如在电力传输系统中， 用户可以指定输入信号的触发电压值，一旦超过该电平便开始进行采样，藉此可以侦测电力 系统中的突波(pulse)。模拟触发需要较复杂的电路设计，通常包含额外的ADC件与比较 器电路。因此通常在高端的数据采集卡，像是凌华科技的DAQ-2000系列或是NI的E系 列或M系列上才会加入模拟触发的功能。Trigger l&vc-lTrigger/X Trigger图三模拟触发示意图*J图三模拟触发示意图除了上述以超过或低于电压值作为模拟触发

5、条件以外，新一代的数据采集卡提供了更复杂的 模拟触发条件。举例来说，凌华科技DAQ-2000系列数据采集卡可以让用户设定两组触发 电平门限（High Thresold和Low Threshold）。依据触发信号跟触发电平值的关系，用户可 设定多种的触发条件，包含Below-Low （触发信号低于低位准时触发）、Above-High （触发 信号高于高位准时触发）、High-Hysteresis、Low-Hysteresis Inside-Region 等等。以下我 们用High-Hysteresis来说明这些先进触发条件的妙用。High_Tti res holdLaw Threshold图四

6、High-Hysteresi 触务-High-HysteresisTrigger图四 High-Hysteresis 触发High-Hysteresis触发。如图四所示，当触发信号超过High_Thresold时，触发条件被满足 并开始进行采样的动作。但与传统电压位准触发不同的是，在触发信号低于Low_Threshold 之前，不会发生其它触发的动作。这样的触发条件有什么作用呢？在现实世界中，触发信号 本身可能也带有许多的噪声，而使触发信号不断地超过或低于触发电平，而造成许多非预期 的触发行为。在High-Hysteresis触发条件中，直到触发信号低于Low_Threshold时才会 允许下

7、次触发的发生，如此一来用户可以更加精确地控制想要的触发条件。触发信号来源不管是模拟或是数字触发信号，都必须输入数据采集卡所定义的触发信号来源才能发挥效用。 一般而言，触发信号来源可以是：专用的模拟触发输入专用的模拟数字触发输入特定的模拟输入通道特定的数字输入信道举个例子来说明，下图是凌华DAQ-2010的信号定义。脚位5为专用的AI模拟触发输入， 脚位48是专用的AI数字触发输入，脚位47是专用的AO数字触发输入。另外通道1 到通道4都可以作为模拟触发的输入。CHO+ Chi* CH2+ CH3+ EXTATREG CA10UT DA0QU7 AOEXTREF S0I3L1 / NtSDI2L

8、1 /NC1SDttClAOr_TRiGOUT altregZout GPTCISRC GPTCOISRC 白欹吨05 GPTCO_UPDOWN EXTTIWEBASEafH PE7 PBS PE31J353137日38E笃E 401 SL|i J n了 Mm可3IQ 4-1ii妁12 464815拓1?15118壁191长。535425556Z3- mA578- -CHQ-CH1-CH3-CH3AIGNDAOGNDADGMDAOGNDSDi3_0 f NG*S01S_Q f NCSDMO I NC* SDIOO I NC* EKTOFTRGEXWTRIGDGNDDSHDcptcCcutGPT

9、Ct U PDGWN DGNDAFIOPB6PB4PB2出E触发模式当某一个满足触发条件的信号进入数据采集卡后，板上的逻辑电路（FPGA或PLD）便会 驱动ADC开始进行采样的工作。最直觉的想法是，一旦有触发发生，立刻开始采样。但 是由于FPGA与PLD的进步，我们可以在这些逻辑组件中规划更多种的触发模式。以下 我们将介绍目前在中高端数据采集卡常见的几种触发模式。Post-triggerPost-TriggerDMAsta-rtExterna trigger Evertt DMA stopAcquire MA/D data aftervv trigger evert “j timeIAoqii

10、iS-itjOn StdrtPost-triggerPost-trigger是最简单的触发模式。当用户下达开始采集的命令后，FPGA或PLD会启动 DMA并等待触发事件。当触发发生后立即开始采样，直到满足用户设定的采样点数或用户 下达停止命令为止。诸如突波检测、多张数据采集卡的同步都可以使用这种触发模式。Delay-triggerDelay TriggerExternal trigg-erEventAcquisitionstartDMA StopAcquire N A/D dataPost trigger counter count from M down EQ 0Delay-trigger有

11、些时候，触发事件的发生与我们所要采集的数据之间会有若干时间上的延迟。举个例子来 说，在802.11无线局域网络的通讯中，每一个传送的数据框架间会有一段时间的guardperiod （你可以把它想成是信号电压为0的一段时间）。同时在每一个数据框架的最前端会 有一段固定格式的preamble，然后伴随着调变过后有意义的数据。如果要采集这些有意义 的数据，我们可以以preamble作为触发条件，并在触发发生之后延迟一段时间再进行采 样。如此一来我们便可以略过guard period与preamble，取得真正有意义的数据，这种 模式便是delay-trigger。如上图所示，使用delay-trig

12、ger时，当触发事件发生，FPGA/PLD 会延迟一段时间后再驱动A/D电路进行采样。用户可以用程序设定延迟的时间值以便精确 地取得想要的数据。Pre-triggerPre-Trigger&MA 山 f tE根 rna I trigger E ve ntAcquire N A/DI datattimeIAcquisition stopPre-trigger某些应用中，用户想要的数据并不是在触发发生之后，而是在触发发生之前，此时便可以使 用pre-trigger模式。在pre-trigger模式中，数据采集会在用户下达开始命令后立即启动， 并持续将数据DMA至系统内的buffer，一旦触发事件发

13、生，数据采集会停止，并将触发之 前采样的数据传回给用户。如果采样的数据超过预先设定的个数N，则只保留最后N个采 样点。在破坏性检测中，研究者通常关心结构体崩溃之前的变化，所以在这类应用中，我们 可以以结构体崩溃作为触发条件（结构体崩溃通常会产生较大的震动/声音等信号）并搭配 pre-trigger模式，如此可以在实验过程中顺利取得结构崩溃前发出的信号。Middle-triggerMiddle-TriggerExternat triggerstartEwmlstopAcquire M A/D data before trigger eve it1Acquire N A7D data before trigger event1limeMiddle-triggerMiddle-trigger是pre-trigger的延伸。在middle-trigger中，用户可以同时取得触发事件 前后的数据。如上图所示，用户可以指定M （触发前）+ N （触发后）笔数据，用以观察在触 发前后信号