Data Acquisition子模板与IO接口设备的软件驱.ppt

第4章 Data Acquisition子模板与I / O接口设备的软件驱动 4.1 数据采集 4.2 PXI总线简述 4.3 Data Acquisition子模板简介 4.4 应用举例 本章小结 4.1 数 据 采 集 4.1.1 多参量测量系统的组成和数据采集卡DAQ 一个由PC–DAQ?/?PCI插卡式虚拟仪器组成的多通道多参量测量系统如图4–1所示。该测量系统由两大部分构成：传感器及其调理电路和虚拟仪器硬件平台。 4.1.1.1 传感器及其调理电路 只有那些数值大小合适的电压信号可以直接进入虚拟仪器平台外，大多数被测信号要经由传感器及其调理电路才能进入虚拟仪器系统，也可以说虚拟仪器的输入信号大多数来自传感器及其调理电路。 ① 传感器。传感器完成信号的获得，它将被测参量转换成相应的可用输出信号。被测参量可以是各种非电气参量，如压力、温度、加速度等，也可以是电气量，如电力输电线路电网电压及电流等。高压电网通过高压互感器将电网高电压变为100 V电压，通过电流互感器将电网大电流变为5 A电流后再采用电压、电流传感器或变送器将100 V、5 A分别转换成5 V低电压送到虚拟仪器。 ② 信号调理。来自传感器的输出信号通常是含有噪声的微弱信号或者是非电压信号，如电流、电荷、电参量(电阻、电容、电感等)信号，故调理电路的基本作用有三个： l?? 放大。将微弱电压信号放大。 l?? 转换。将非电压输出信号转换为电压信号。 l?? 滤波。滤除高频干扰，限制信号的最高频率fmax，避免产生混淆/叠。如果信号调理电路输出的是规范化的标准信号，即 4～20 mA电流信号(经250/500 Ω标准电阻转换为 1～5 V/2～10 V标准电压信号)，则称这种信号调理电路为变送器。 4.1.1.2 数据采集卡及虚拟仪器硬件平台 虚拟仪器的硬件平台由PC计算机与数据采集卡(DAQ卡)组成。 数据采集卡(DAQ卡)由以下几个部分组成： ① 多路开关。将各路信号轮流切换到放大器的输入端，实现多参数多路信号的分时采集 ② 放大器。将前一级多路开关切换进入待采集信号放大(或衰减)至采样环节的量程范围内。通常实际系统中放大器做成增益可调的放大器，设计者可根据输入信号不同的幅值选择不同的增益倍数。 ③ 采样/保持器。取出待测信号在某一瞬时的值(即实现信号的时间离散化)，并在A/D转换过程中保持信号不变。如果被测信号变化很缓慢，也可以不用采样/保持器。 ④ ?A/D转换器。将输入的模拟量转化为数字量输出，并完成信号幅值的量化。随着电子技术的发展，目前通常将采样/保持器同A/D转换器集成在一块芯片上。 以上四个部分都处在PC计算机的前向通道，是组成数据采集卡/板的主要环节，与其它有关电路如定时/计数器、总线接口电路等作在一块印刷电路板上，即构成数据采集卡(DAQ卡)，完成对信号数据的采集、放大及模/数转换任务。 4.1.2 数据采集卡的基本性能指标 使用者在选择数据采集卡构成系统时，必须对数据采集卡的性能指标有所了解。数据采集卡的主要性能指标如下。 4.1.2.1 模拟信号输入部分 ① 模拟输入通道数。该参数表明数据采集卡所能够采集的最多的信号路数。 ② 信号的输入方式。一般待采集信号的输入方式有： l?? 单端输入：即信号的其中一个端子接地。 l?? 差动输入：即信号两端均浮地。 l?? 单极性：信号幅值范围为[0，A]，A为信号最大幅值。 l?? 双极性：信号幅值范围为[–A，A]。 一般的数据采集卡都设有信号输入方式的选择设置，设计者可根据实际需要进行选择。 ③ 模拟信号的输入范围(量程)一般根据信号输入特性的不同(单极性输入还是双极性输入)有不同的输入范围。如对单极性输入，典型值为0～10 V，对双极性输入，典型值为–5 V~5 V。 ④ 放大器增益。 ⑤ 模拟输入阻抗。采集卡固有参数，一般不由用户设置。 4.1.2.2 A/D转换部分 ① 采样速率。指在单位时间内数据采集卡对模拟信号的采集次数，是数据采集卡的重要技术指标。由采样定理，为了使采样后输出的离散时间序列信号能无失真地复现原输入信号，必须使采样频率fs至少为输入信号最高有效频率fmax的两倍，否则会出现频率混淆误差。实际系统中，为了保证数据采样精度，一般有下列关系： ② 位数b。是指A/D转换器输出二进制数的位数。当输入电压由U=0增至满量程值U=UH时，一个八位(b＝8)A/D的数字输出由八个“0”变为八个“1”，共计变化2b个状态，故A/D转换器产生一个最低有效位数字量的输出改变量，相应的输入量Umin=1 LSB=q可由下式计算： 图