數據采集卡工作原理

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

　　數據采集卡工作原理

　　在一些工業現場中，設備長時間運行容易出現故障，為了監控這些設備，通常利用數據采集裝置采集他們

　　應用時，數據采集系統置于被監控的設備處，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轉換器變成數字信號，然后將該信號送到FIFO中。當FIFO中存放的數據到了一定數目時，由ARM7從FIFO中讀出，然后通過ARM7的以太網接口或者RS232送給上位機?？紤]到要監控的設備可能會很多，所以設計了多路采集通道，他們經過模擬開關后再進入A/D轉換器。CPLD是整個系統的控制核心，他控制采集通道的切換、A/D轉換器的啟/停、轉換后的數據在FIFO中的存放地址發生器、產生中斷請求以通知ARM7讀取存放在FIFO中的數據等。

　　運行時的數據并送給PC機，通過運行在PC機上的特定軟件對這些數據進行分析，以此判斷當前運行設備的狀況，進而采取相應措施。當前常用的數據采集裝置，在其系統軟件設計中，多采用單任務順序機制。這樣就存在系統安全性差的問題。這對于穩定性、實時性要求很高的數據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。下面以μC/OSII為操作系統平臺，基于ARM7系列處理器，對一種高性能的數據采集系統開發進行探索。

　　數據采集(DAQ)，是指從傳感器和其它待測設備等模擬和數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。數據采集系統是結合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產品來實現靈活的、用戶自定義的測量系統。數據采集卡，即實現數據采集(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、各種無線網絡等總線接入個人計算機。在工業現場，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、電參數的等等，受現場環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)在現場把信號較高精度地轉換成數字量，然后通過各種遠傳通信技術(如485、232、以太網、各種無線網絡)把數據傳到計算機或者其他控制器中進行處理。這種也算作數據采集卡的一種，只是它對環境的適應能力更強，可以應對各種惡劣的工業環境。

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

　　數據采集卡：

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

　　緩存的區別及它的作用：主要用來存儲AD芯片轉換后的數據。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應用在數據采集卡上，主要用來存儲AD芯片轉換后的數據。做數據緩沖，存儲量不大，速度快,RAM是隨機存取內存的簡稱。一般用于高速采集卡，存儲量大，速度較慢。

　　分辨率：采樣數據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位所能表示的數據量為4096(2的12次方)，即±5000mV電壓量程內可以表示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，標稱數據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值和真實值之間的差距在10mv以內。

　　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進行

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

　　觸發：可分為內觸發和外觸發兩種，指定啟動AD轉換方式。

　　視頻采集卡

　　DV+AV+Audio全接口視頻捕獲卡，品質與性能的完美結合，SMD貼片電容，做工精良