數(shù)據(jù)采集卡工作原理

分類：研討培訓日期：2012-03-28 00:00:00 來源：西部工控網(wǎng)

　　數(shù)據(jù)采集卡工作原理

　　在一些工業(yè)現(xiàn)場中，設備長時間運行容易出現(xiàn)故障，為了監(jiān)控這些設備，通常利用數(shù)據(jù)采集裝置采集他們

　　應用時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)置于被監(jiān)控的設備處，通過傳感器對設備的電壓或者電流信號進行采樣、保持，并送入A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號，然后將該信號送到FIFO中。當FIFO中存放的數(shù)據(jù)到了一定數(shù)目時，由ARM7從FIFO中讀出，然后通過ARM7的以太網(wǎng)接口或者RS232送給上位機。考慮到要監(jiān)控的設備可能會很多，所以設計了多路采集通道，他們經(jīng)過模擬開關(guān)后再進入A/D轉(zhuǎn)換器。CPLD是整個系統(tǒng)的控制核心，他控制采集通道的切換、A/D轉(zhuǎn)換器的啟/停、轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)在FIFO中的存放地址發(fā)生器、產(chǎn)生中斷請求以通知ARM7讀取存放在FIFO中的數(shù)據(jù)等。

　　運行時的數(shù)據(jù)并送給PC機，通過運行在PC機上的特定軟件對這些數(shù)據(jù)進行分析，以此判斷當前運行設備的狀況，進而采取相應措施。當前常用的數(shù)據(jù)采集裝置，在其系統(tǒng)軟件設計中，多采用單任務順序機制。這樣就存在系統(tǒng)安全性差的問題。這對于穩(wěn)定性、實時性要求很高的數(shù)據(jù)采集裝置來說是不允許的，因此有必要引入嵌入式操作系統(tǒng)。下面以μC/OSII為操作系統(tǒng)平臺，基于ARM7系列處理器，對一種高性能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)進行探索。

　　數(shù)據(jù)采集(DAQ)，是指從傳感器和其它待測設備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采非電量或者電量信號,送到上位機中進行分析,處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡，即實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(DAQ)功能的計算機擴展卡，可以通過USB、PXI、PCI、PCIExpress、火線(1394)、PCMCIA、ISA、CompactFlash、485、232、以太網(wǎng)、各種無線網(wǎng)絡等總線接入個人計算機。在工業(yè)現(xiàn)場，我們會安裝很多的各種類型的傳感器，如壓力的、溫度的、流量的、聲音的、電參數(shù)的等等，受現(xiàn)場環(huán)境的限制傳感器信號如壓力傳感器輸出的電壓或者電流信號不能遠傳或者因為傳感器太多布線復雜，我們就會選用分布式或者遠程的采集卡(模塊)在現(xiàn)場把信號較高精度地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過各種遠傳通信技術(shù)(如485、232、以太網(wǎng)、各種無線網(wǎng)絡)把數(shù)據(jù)傳到計算機或者其他控制器中進行處理。這種也算作數(shù)據(jù)采集卡的一種，只是它對環(huán)境的適應能力更強，可以應對各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。

　　如果是在比較好的現(xiàn)場或者實驗室，如學校的實驗室，就可以使用USB/PCI這種采集卡。和常見的內(nèi)置采集卡不同，外置數(shù)據(jù)采集卡一般采用USB接口和1394接口，因此，外置數(shù)據(jù)采集卡主要指USB采集卡和1394采集卡。

　　數(shù)據(jù)采集卡：

　　通道數(shù)：就是板卡可以采集幾路的信號，分為單端和差分。常用的有單端32路/差分16路、單端16/差分8路

　　采樣頻率：單位時間采集的數(shù)據(jù)點數(shù)，與AD芯片的轉(zhuǎn)換一個點所需時間有關(guān)，例如：AD轉(zhuǎn)換一個點需要T=10uS，則其采樣頻率f=1/T為100K，即每秒鐘AD芯片可以轉(zhuǎn)換100K的數(shù)據(jù)點數(shù)。它用赫茲(Hz)，常有100K、250K、500K、800K、1M、40M等

　　緩存的區(qū)別及它的作用：主要用來存儲AD芯片轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。有緩存可以設置采樣頻率，沒有則不可以。緩存有RAM和FIFO兩種:FIFO應用在數(shù)據(jù)采集卡上，主要用來存儲AD芯片轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。做數(shù)據(jù)緩沖，存儲量不大，速度快,RAM是隨機存取內(nèi)存的簡稱。一般用于高速采集卡，存儲量大，速度較慢。

　　分辨率：采樣數(shù)據(jù)最低位所代表的模擬量的值，常有12位、14位、16位等，(12位分辨率，電壓5000mV)12位所能表示的數(shù)據(jù)量為4096(2的12次方)，即±5000mV電壓量程內(nèi)可以表示4096個電壓值，單位增量為(5000mV)/4096=1.22mV

　　精度：測量值和真實值之間的誤差，標稱數(shù)據(jù)采集卡的測量準確程度，一般用滿量程(FSR，fullscalerange)的百分比表示，常見的如0.05%FSR、0.1%FSR等，如滿量程范圍為0~10V，其精度為0.1%FSR，則代表測量所得到的數(shù)值和真實值之間的差距在10mv以內(nèi)。

　　量程：輸入信號的幅度，常用有±5V、±10V、0~5V、0~10V，要求輸入信號在量程內(nèi)進行

　　增益：輸入信號的放大倍數(shù)，分為程控增益和硬件增益，通過數(shù)據(jù)采集卡的電壓放大芯片將AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行固定倍數(shù)的放大。由兩種型號PGA202(1、10、100、1000)和PGA203(1、2、4、8)的增益芯片。

　　觸發(fā)：可分為內(nèi)觸發(fā)和外觸發(fā)兩種，指定啟動AD轉(zhuǎn)換方式。

　　視頻采集卡

　　DV+AV+Audio全接口視頻捕獲卡，品質(zhì)與性能的完美結(jié)合，SMD貼片電容，做工精良

　　全接口板卡，集成立體聲輸入端口，無需再轉(zhuǎn)接聲卡

　　獨有音頻協(xié)處理功能,兩路立體聲輸入捕獲，聲音質(zhì)量大幅提高，并杜絕音頻、視頻不同

　　低溫優(yōu)化設計，保證超長時間捕獲的穩(wěn)定性

　　雜波屏蔽電路，使捕獲的圖像畫質(zhì)更清晰

　　專業(yè)色鍵摳像功能，影片效果更精彩

　　全接口配備，可捕獲任何視頻播放設備中的素材

　　輸入接口：AV/SVIDEO/DV