常用虚拟仪器产品功能介绍

实例 : 16 位, 双极性输入，二进制补码格式
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-FIFO与SDRAM 用于A/D转换数据缓存作用 PCI总线的传输速率大于A/D转换速率时， FIFO/SDRAM正常情况下是空的
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-中断
PCI总线采集卡由PCI BIOS自动分配IRQ 多块PCI卡可共享同一中断 对于PCI总线采集卡，软件设计时必须考虑中断共享 中断共享的实现
语音：<4kHz 音乐：<20kHz FM收音机：MHz 雷达：xGHz …
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-采样频率
采样周期的倒数 表示采样快慢的物理量 多少时间采一个点/每秒采样多少个点 Nyquist采样定律：fs>=2*fmax fs ：采样频率 fmax ：信号最高频率 一般最小为fs>=2.5*fmax 工程上一般取为fs>=6~8*fmax
+10V +5V 0V
-10V
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-分辨率与编码宽度
分辨率-ADC用来表示模拟信号的位数，n=8,12… 编码宽度-ADC最小可探测的电压变化量,输入范围/2n 举例：假如10V的输入信号用12位数据来表示，则最小可分辨的电压为 10/212=0.224mV
振幅 10.00 8.75 7.50 6.25 5.00 3.75 2.50 1.25 0 0 20 111 110 100 011 010 001 000 40 60 80 100 120 140 时间 分辨率
4. 数据传输 I/O 指令 DMA 总线主控
AT 总线或 PCI 总线
模拟 信号
多 路 选 择
+ _
A/D 触发信号
A/D 转换器
n
数据 缓冲区
中断信号
内存(Buffer)
CPU
5. 中断信号控制
2. 触发源控制 触发信号源 采样频率
6. A/D 分辨率与数据格式 数据位二进制代码或补码 单极性或双极性
10-
off t
状态 速率
t
0.985 t
幅值 形状
t
频域信号
f
频率
一、基本概念
数字信号
on off t
10-
t
开关信号
输入： 检测一个开关的打开/闭合 输出： 打开/关闭一个阀门
脉冲队列
输入： 读光编码器的输出信号 输出： 产生一个方波
对采集卡的要求
驱动能力 通道数 时钟频率
一、基本概念
模拟信号
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-接地信号的测量
最好采用差分或NRSE方式 若采用RSE方式，会引入较大误差 接地回路通常会在测量数据中引入频率为电源频率的交流和偏 置直流干扰 如果信号电压很高并且信号源和数据采集卡之间的连接阻抗很 小，也可以采用RSE输入方式
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-浮空信号的测量
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-采集
采样频率的控制 硬件单点：软件触发，通过指令实现 内部时钟：由内部时间基准产生的时钟 外部时钟：通过IO口由外部输入的时钟 三种方式的特点 软件触发最为简单、易用，但无法精确控制采样时序，适用于对 时序要求不甚严格的场合，如采集DC信号 内部时钟能够精确控制采样时序，但无法保证与外部信号严格同 步，但一般应用（无论时域还是频域）均能够满足要求 外部时钟最为灵活，能够满足特殊应用的需求 CLK与Trigger
0.985
t
t
f
直流信号
温度 压力 流量 应力
时域信号
雷达回波 血压变化 振动 语音
频域信号
对采集卡的要求
DC精度 分辨率 采样频率 精度 触发
纲 要
1
基本概念
2
数据采集与信号调理类 开关类 模块化仪器类
3
4
二、数据采集与信号调理类
数据采集是对电压、电流、温度、压力等物理量进行数 字化测量的必要手段。通过将数据采集类产品硬件与基于PC 的软件相结合，能够为用户提供方便、灵活的接口，以满足 数据采集、分析、显示、控制、流盘等各种不同应用需求。
二、数据采集与信号调理类
模拟信号输出-基本概念
将计算机内部数字量信号转成外部电压 建立时间(Setting Time)：是将一个数字量转换为稳 定模拟信号所需的时间，也可以认为是转换时间 更新频率/采样频率 (Max Data Update Rate) 精度(Resolution)：8bit 12bit 14bit 16bit 输出范围 输出信号类型 电压输出 电流输出
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-AD数据格式
A/D Data(Hex) FFF C00 801 800 7FF 400 001 000 Decimal Value 4095 3072 2049 2048 2047 1024 1 0 Voltage (Volts) +10.000 +5.001 +0.005 0.000 -0.005 -5.001 -10.000 -10.005
二、数据采集与信号调理类
模拟信号输出-输出方式
有限点输出：只输出一定数量的数 据，输出完后，停止数据输出； 连续输出：只有当收到停止触发信 号时才停止数据输出； 板载重复更新：DAQ将板载缓存区 中的数据不断循环输出； 板载非重复更新：旧的数据不能重 复输出，新的数据必须不断地写入到 板载缓存区。 + _
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-实时采样
足够的采样率下的采样结果
过低采样率下的采样结果
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-等效时间采样
采样定律的特例 等效时间采样（信号必须是重复性的周期信号）
信号频率：T 采样频率：T 固定延时：Δt=T/8
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-混叠
能够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做Nyquist 频率，它是采样频率的一半 信号中所包含的频率高于Nyquist频率的成分，将在直流 和Nyquist频率之间发生畸变，称为混叠（alias） 解决方案 在A/D前加入低通滤波器，将信号中高于Nyquist频率 的信号成分滤去 称为抗混叠滤波器
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-同步方式
1. 信号源控制 通道数 信号类型 (SE/DI) 信号范围
模拟 信号 A/D触发信号
3. A/D 数据缓冲区 数据寄存器 FIFO 缓冲区
+ _ + _
A/D 转换器 A/D 转换器
n
PCI总线
4. 数据传输 I/O 指令 DMA 总线主控
模拟 信号
A/D 转换器 A/D 转换器
n
PCI总线
模拟 信号
n
数据 缓冲区 重建信号
内存(Buffer)
模拟 信号
+ _
A/D 转换器
…
n
CPU
200KHz时相位差为1.5° Δt=5ms*(1.5/360)=20.8ns
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-信号的频率 代表信号变化快慢的物理量 任何一种信号都可以转换成一组正弦波的迭加 不同的信号频率不同：
常用虚拟仪器产品功能介绍
陕西海泰电子有限责任公司
纲 要
1
基本概念
2
数据采集与信号调理类 开关类 模块化仪器类
3
4
一、基本概念
典型的信号测量系统
传感器 信号调理
EUT
DAQ
采集、分析、显示
传感器
信号调理 信号切换
一、基本概念
信号的分类
信息
on
开/关信号 数字量 脉冲队列 信号 直流信号 模拟量 时域信号
n
数据 缓冲区
内存(Buffer)
模拟 信号
+ _
A/D 转换器
…
n
2. 触发源控制 触发信号源 采样频率 6. A/D 分辨率与数据格式 数据位数 二进制代码或补码 单极性或双极性
CPU
5. 中断信号控制
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-同步方式
原始信号
模拟 信号 A/D触发信号
+ _ + _
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-信号类型
从信号端来讲，信号分为 接地信号 浮空信号 从信号输入端来讲，输入方式分为 差分输入（DI） 参考地单端输入（RSE） 无参考地单端输入（NRSE） 一般来讲，浮空信号和差分输入方式比较好，但要看具体情况而定。
接地信号 DI RSE NRSE 适合 不适合 适合 浮空信号 适合 适合 适合
A/D Data FIFO Gathering Scatter memory Fragmented Physical Memory
Timer Logic
PCI Bus Controller
D/A
Retrieves Data
CPU
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-DMA 连续采样的实现：Double Buffer DMA
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-转换过程
数字量输出
积分型 逐次逼近型 并行比较型 Σ-Δ型 ……
A/D转换时钟
A/D转换器
模拟量输入
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-扫描方式
1. 信号源控制 通道数 信号类型 (SE/DI) 信号范围 自动通道扫描 3. A/D 数据缓冲区 数据寄存器 FIFO 缓冲区
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-触发
Trigger（触发）：启动、停止或同步采集事件的方法
上升沿触发
下降沿触发
正沿触发
负沿触发
模拟触发 延时触发 超前触发 滞后触发
触发 事件
数字触发
M N N
N
M
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-软件触发与硬件触发 下列情况适用软件触发模式 用户需要对所有采集事件进行明确控制 时间要求不甚严格 下列情况适用硬件触发模式 采集事件需要与外部装置严格同步 高速、瞬态采集事件
二、数据采集与信号调理类
常用功能介绍
源自文库
A/D转换（模拟量/数字量转换，AI） D/A转换（数字量/模拟量转换，AO） DIO（数字量输入/输出，DI/DO） Timer/Counter（定时器/计数器，CI/CO）
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-基本概念
把外部模拟信号转成计算机能够识别的数字信号 采样频率 Max Sampling Rate (S/s), Sampling Frequency (Hz) 精度(Resolution) 输入范围(Input Range)(增益) 同步采样(Simultaneous analog input) 轮询采样(Multiplex analog input) 突发模式采样(Burst mode) 触发模式(Trigger mode) FIFO/SDRAM ……
浮空信号的测量 可以用差分、RSE、NRSE方式测量浮空信号 在差分输入时，必须保证相对于测量地的信号共模电 压在允许范围之内 需在测量端与测量地之间连接偏置电阻
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-输入范围与增益
输入信号的幅度 / 输入信号的放大倍数 单极性与双极性 双极性： e.x. -10V ~ +10V (20V范围) 单极性： e.x. 0V~+5V (5V范围) 可编程增益 对于大信号应用： 普通增益（1,2,4,8） 对于小信号应用： 高增益（1,10,100,1000）
实例 : 12 位, 双极性输入，二进制原码格式
A/D Data (Hex) 7FFF 4000 0001 0000 FFFF C000 8001 8000 Decimal Value +32767 +16384 1 0 -1 -16384 -32767 -32768 Voltage (Volts) +10.00000 +5.00015 +0.00031 0.00000 -0.00031 -5.00015 -10.00000 -10.00031
4. 数据传输 I/O 指令 DMA 总线主控
3. DA数据缓冲区 数据寄存器 FIFO 缓冲区
AT 总线或 PCI 总线
D/A 转换器
n
数据 缓冲区
中断信号
内存(Buffer)
DA 触发信号
CPU
5. 中断信号控制
1. 触发源：软、硬件 更新率：单点、连续
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-多通道采样
同步采样 采用多个A/D芯片，不同通道采用同一时钟 保证不同通道的采样时间相同（信号同步） 轮询采样 只采用一个A/D芯片，通过多路转换开关实现不同通道的切换 通道转换时间 可以通过外加采样/保持电路保证采样的同步 突发模式采样 用通道时钟控制通道间的时间间隔 用另一个扫描时钟控制两次扫描过程之间的间隔
INT1 IRQ FlipPCI INT2 Flops Controller AD EOC FIFO Half-full Timer Pacer External IRQ
INT1 MUX INT2 MUX
INT #A of PCI Bus
Clear IRQ
二、数据采集与信号调理类
模拟信号采集-DMA Scatter/Gather DMA