USB2852 数据采集卡 硬件使用说明书 北京阿尔泰科技发展有限公司 产品研发部修订
北京阿尔泰科技发展有限公司 目 录 目录...1 第一章功能概述...1 第一节 产品应用...1 第二节 AD 模拟量输入功能...1 第三节 DI 数字量输入功能...2 第四节 DO 数字量输出功能...2 第五节 以太网连接功能...2 第六节 板卡尺寸...2 第七节 产品安装核对表...2 第八节 安装指导...2 一 软件安装指导...2 二 硬件安装指导...3 第二章元件布局图...4 第一节 主要元件布局图...4 第二节 主要元件功能说明...4 一 信号输入输出连接器...4 二 电位器...4 三 跳线器...4 四 状态指示灯...4 五 物理 ID 拨码开关...5 第三章信号输入输出连接器...6 第一节 AD/DA 模拟量信号输入输出连接器定义...6 第二节 DI/DO 数字量信号输入输出连接器定义...7 第四章跳线器设置...8 第一节 AD 模拟量输出跳线器设置...8 一 AD 模拟信号输出量程选择...8 二 AD 模拟信号输入单双端方式选择...8 第二节 以太网恢复默认设置...8 第五章各种信号的连接方式...9 第一节 AD 模拟量输入的信号连接方法...9 一 AD 单端输入连接方式...9 二 AD 双端输入连接方式...9 第二节 DI 数字量输入的信号连接方法...10 第三节 DO 数字量输出的信号连接方法...10 第四节 时钟输入输出和触发信号连接方法...10 第五节 多卡同步的实现方法...11 第六章数据格式 排放顺序及换算关系...13 第一节 AD 模拟量输入数据格式及码值换算...13 一 AD 双极性模拟量输入的数据格式...13 二 AD 单极性模拟量输入数据格式...13 第二节 AD 单通道与多通道采集时的数据排放顺序...13 第七章各种功能的使用方法...15 第一节 AD 触发功能的使用方法...15 1
USB2852 数据采集卡硬件使用说明书版本 :6.014 一 AD 内触发功能... 15 二 AD 外触发功能... 15 第二节 AD 内时钟与外时钟功能的使用方法... 17 一 AD 内时钟功能... 17 二 AD 外时钟功能... 17 第三节 AD 连续与分组采集功能的使用方法... 17 一 AD 连续采集功能... 17 二 AD 分组采集功能... 18 第八章产品的应用注意事项 校准 保修... 21 第一节 注意事项... 21 第二节 AD 模拟量输入的校准... 21 第三节 保修... 21 2
北京阿尔泰科技发展有限公司 第一章功能概述 信息社会的发展, 在很大程度上取决于信息与信号处理技术的先进性 数字信号处理技术的出现改变了信息与信号处理技术的整个面貌, 而数据采集作为数字信号处理的必不可少的前期工作在整个数字系统中起到关键性 乃至决定性的作用, 其应用已经深入到信号处理的各个领域中 实时信号处理 数字图像处理等领域对高速度 高精度数据采集卡的需求越来越大 ISA 总线由于其传输速度的限制而逐渐被淘汰 我公司推出的基于 PCI 总线 USB 总线等数据采集卡综合了国内外众多同类产品的优点, 以其使用的便捷 稳定的性能 极高的性价比, 获得多家客户的一致好评, 是一系列真正具有可比性的产品, 也是您理想的选择 第一节 产品应用 USB2852 卡是一种基于 USB 总线的数据采集卡, 可直接和计算机的 USB 接口相连, 构成实验室 产品质量检测中心等各种领域的数据采集 波形分析和处理系统 也可构成工业生产过程监控系统 它的主要应用场合为 : 电子产品质量检测 信号采集 过程控制 伺服控制 第二节 AD 模拟量输入功能 转换器类型 :AD7663ASTZ( 默认为 AD7663, 也可使用 AD7665) 输入量程 :±10V ±5V( 默认 ) ±2.5V 0~10V 0~5V 转换精度 :16 位 (Bit) 采样速率 (Frequency):31Hz~250KHz 注释 : 各通道实际采样速率 = 总采样速率 / 采样通道数分频公式 : 采样频率 = 主频 / 分频数, 其中主频 = 40MHz,32 位分频, 分频数的取值范围 : 最低为 80, 最高为 2 32 物理通道数 :32 通道 ( 单端 SE),16 通道 ( 双端 DI) 采样通道数 : 软件可选择, 通过设置首末通道实现 (LastChannel FirstChannel + 1) 通道切换方式 : 首末通道顺序切换 ( 软件触发切换, 只有发出读数据命令时才有切换动作 ) 模拟量输入方式 : 单端模拟输入和双端模拟输入 ( 双端也叫差分输入 ) 数据读取方式 : 非空和半满查询方式 存诸器深度 : 8K 字 ( 点 )FIFO 存储器 存储器标志 : 非空 半满 溢出 采集方式 (ADMode): 连续 ( 异步 ) 与分组 ( 伪同步 ) 采集 组间间隔 (GroupInterval): 软件可设置, 最小为采样周期 (1/Frequency), 最大为 32767uS ( 时间 ) 组循环次数 (LoopsOfGroup): 软件可设置, 最小为 1 次, 最大为 255 次 时钟源选项 (ClockSource): 板内时钟和板外时钟 ( 软件可选 ) 触发模式 (TriggerMode): 软件触发 ( 内触发 ) 和硬件后触发 ( 外触发 ) 触发类型 (TriggerType): 边沿触发和脉冲触发 ( 电平 ) 触发方向 (TriggerDir): 负向 正向 正负向触发 触发源 (TriggerSource):DTR( 数字触发信号 ) 触发源 DTR 输入范围 : 标准 TTL 电平 程控放大器类型 : 默认为 AD8251, 兼容 AD8250 AD8253 程控增益 :1 2 4 8 倍 (AD8251) 或 1 2 5 10 倍 (AD8250) 或 1 10 100 1000 倍 (AD8253) 1
USB2852 数据采集卡硬件使用说明书版本 :6.014 模拟输入阻抗 :10MΩ 放大器建立时间 :785nS(0.001%)(max) AD 芯片转换时间 :1.25uS 非线性误差 :±3LSB( 最大 ) 系统测量精度 :0.01% 工作温度范围 :0 ~ +50 存储温度范围 :-20 ~ +70 第三节 DI 数字量输入功能 通道数 :16 路 电气标准 :TTL 兼容 高电平的最低电压 :2V 低电平的最高电压 :0.8V 第四节 DO 数字量输出功能 通道数 :16 路 电气标准 :TTL 兼容 高电平的最低电压 :3.8V 低电平的最高电压 :0.44V 上电输出 : 低电平 第五节 以太网连接功能 带 10M/100M 自适应网卡 第六节 板卡尺寸 板卡尺寸 :148.8mm( 长 ) x 98.8mm( 宽 ) x 21mm( 高 ) 第七节 产品安装核对表 打开 USB2852 板卡包装后, 你将会发现如下物品 : 1 USB2852 板卡一个 2 ART 软件光盘一张, 该光盘包括如下内容 : a) 本公司所有产品驱动程序, 用户可在 USB 目录下找到 USB2852 驱动程序 ; b) 用户手册 (pdf 格式电子文档 ); 第八节 安装指导一 软件安装指导在不同操作系统下安装 USB2852 板卡的方法一致, 在本公司提供的光盘中含有安装程序 Setup.exe, 用户双击此安装程序按界面提示即可完成安装 2
北京阿尔泰科技发展有限公司 二 硬件安装指导在硬件安装前首先关闭系统电源, 待板卡固定后开机, 开机后系统会自动弹出硬件安装向导, 用户可选择系统自动安装或手动安装 3
USB2852 数据采集卡硬件使用说明书版本 :6.014 第二章元件布局图 第一节 主要元件布局图 第二节 主要元件功能说明 请参考第一节中的布局图, 了解下面各主要元件的大体功能 一 信号输入输出连接器 CN1: 信号输入 / 输出信号连接器 P1:DI/DO 数字信号输入 / 输出连接器注解 : 以上连接器的详细说明请参考 信号输入输出连接器 章节 二 电位器 RP2:AD 模拟量信号输入零点调节 RP3:AD 模拟量信号输入满度调节注解 : 以上电位器的详细说明请参考 产品的应用注意事项 校准 保修 章节 三 跳线器 JP1 JP2 JP3:AD 模拟量信号输入量程选择 JP4: 模拟量信号输入单端 双端选择 JP20:1-2 脚跨接, 则以太网恢复默认设置 JPW1: 加载 USB 控制器程序, 默认情况下 1-2 脚跨接 注解 : 以上跳线器的详细说明请参考 跳线器设置 章节 四 状态指示灯 FF:FIFO 溢出指示灯 指示灯为亮状态表示 FIFO 溢出 HF:FIFO 半满指示灯 EF:FIFO 非空指示灯 4
北京阿尔泰科技发展有限公司 LED3.3V:3.3V 电源指示灯, 灯亮时表示 +3.3V 供电正常, 灯灭时表示 +3.3V 供电不正常 当正确连接到计算机此灯应亮 五 物理 ID 拨码开关 DID1: 设置物理 ID 号, 当 PC 机中安装的多块 USB2852 时, 可以用此拨码开关设置每一块板卡的物理 ID 号, 这样使得用户很方便的在硬件配置和软件编程过程中区分和访问每块板卡 下面四位均以二进制表示, 拨码开关拨向 ON, 表示 1, 拨向另一侧表示 0 如下列图中所示: 位置 ID3 为高位, ID0 为低位, 图中黑色的位置表示开关的位置 ( 出厂的测试软件通常使用逻辑 ID 号管理设备, 此时物理 ID 拨码开关无效 若您想在同一个系统中同时使用多个相同设备时, 请尽可能使用物理 ID 关于逻辑 ID 与物理 ID 的区别请参考软件说明书 USB2852S 的 设备对象管理函数原型说明 章节中 CreateDevice 和 CreateDeviceEx 函数说明部分 ) ID3 4 ID2 3 ID1 2 ID0 1 ON DID1 上图表示 1111, 则表示的物理 ID 号为 15 ID3 ID2 ID1 ID0 4 3 2 1 DID1 ON 上图表示 0111, 则代表的物理 ID 号为 7 ID3 ID2 ID1 ID0 4 3 2 1 DID1 ON 上图表示 0101, 则代表的物理 ID 号为 5 下面以表格形式说明物理 ID 号的设置 : ID3 ID2 ID1 ID0 物理 ID(Hex) 物理 ID(Dec) OFF(0) OFF(0) OFF(0) OFF(0) 0 0 OFF(0) OFF(0) OFF(0) ON(1) 1 1 OFF(0) OFF(0) ON(1) OFF(0) 2 2 OFF(0) OFF(0) ON(1) ON(1) 3 3 OFF(0) ON(1) OFF(0) OFF(0) 4 4 OFF(0) ON(1) OFF(0) ON(1) 5 5 OFF(0) ON(1) ON(1) OFF(0) 6 6 OFF(0) ON(1) ON(1) ON(1) 7 7 ON(1) OFF(0) OFF(0) OFF(0) 8 8 ON(1) OFF(0) OFF(0) ON(1) 9 9 ON(1) OFF(0) ON(1) OFF(0) A 10 ON(1) OFF(0) ON(1) ON(1) B 11 ON(1) ON(1) OFF(0) OFF(0) C 12 ON(1) ON(1) OFF(0) ON(1) D 13 ON(1) ON(1) ON(1) OFF(0) E 14 ON(1) ON(1) ON(1) ON(1) F 15 5
USB2852 数据采集卡硬件使用说明书版本 :6.014 第三章信号输入输出连接器 第一节 AD/DA 模拟量信号输入输出连接器定义 关于 37 芯 D 型插头 CN1 的管脚定义 ( 图形方式 ) AI1 AI3 AI5 AI7 AI9 AI11 AI13 AI15 AI17 AI19 AI21 AI23 AI25 AI27 AI29 AI31 DGND CLKIN 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 AI0 AI2 AI4 AI6 AI8 AI10 AI12 AI14 AI16 AI18 AI20 AI22 AI24 AI26 AI28 AI30 AGND CLKOUT DTR 关于 37 芯 D 型插头 CN1 的管脚定义 ( 表格形式 ) 管脚信号名称 管脚特性 管脚功能定义 注释 AI0~AI31 Input AD 模拟量输入管脚, 分别对应于 32 个模拟单端通道, 当为双端时, 其 AI0-AI15 分别与 AI16-AI31 构成信号输入的正负两端, 即 AI0- AI15 接正端,AI16-AI31 接负端 AGND GND 模拟信号地, 当输入输出模拟信号时最好用它作为参考地 CLKIN Input 板外时钟输入 CLKOUT Output 板内时钟输出 DTR Input 数字触发信号输入 DGND GND 数字信号地, 当输入输出数字信号时最好用它作为参考地 注明 : ( 一 ) 关于 AI0~AI31 信号的输入连接方法请参考 AD 模拟量输入的信号连接方法 章节 ; ( 二 ) 关于 CLKIN CLKOUT 和 DTR 的信号输入连接方法请参考 时钟输入输出和触发信号连接方法 章节,DTR 触发功能的使用方法请参考 AD 外触发功能 章节 6
北京阿尔泰科技发展有限公司 第二节 DI/DO 数字量信号输入输出连接器定义 关于 34 芯插头 P1 的管脚定义 (TTL 开关量输入 / 输出 )( 图形方式 ) DI0 1 2 DI1 DI2 3 4 DI3 DI4 5 6 DI5 DI6 7 8 DI7 DI8 9 10 DI9 DI10 11 12 DI11 DI12 13 14 DI13 DI14 15 16 DI15 DGND 17 18 DGND DO0 19 20 DO1 DO2 21 22 DO3 DO4 23 24 DO5 DO6 25 26 DO7 DO8 27 28 DO9 DO10 29 30 DO11 DO12 31 32 DO13 DO14 33 34 DO15 关于 34 芯插头 P1 的管脚定义 (TTL 开关量输入 / 输出 )( 表格方式 ) 管脚信号名称 管脚特性 管脚功能定义 DI0~DI15 Input 分别 16 路开关量输入的管脚 DO0~DO15 Output 分别 16 路开关量输出的管脚 DGND GND 数字信号地 注明 : 关于 DI 数字量信号的输入连接方法请参考 DI 数字量输入的信号连接方法 章节 ; 关于 DO 数字量信号的输入连接方法请参考 DO 数字量输出的信号连接方法 章节 7
USB2852 数据采集卡硬件使用说明书版本 :6.014 第四章跳线器设置 第一节 AD 模拟量输出跳线器设置 一 AD 模拟信号输出量程选择 量程选择 JP1 JP2 JP3 ±10V ±5V ±2.5V 0~10V 0~5V 二 AD 模拟信号输入单双端方式选择 单双端选择 JP4 单端方式 双端方式 第二节 以太网恢复默认设置 当 USB2852 的网络配置等信息修改错误或者忘记上次修改值时, 只需在断电情况下, 将跳线 JP20 的 1-2 脚跨接 上, 即可在重新上电后将 USB2852 恢复为出厂默认设置 以下为 USB2852 出厂默认设置 : 1 IP 地址 :192.168.2.80 2 子网掩码:255.255.255.0 3 默认网关:192.168.2.1 4 HTTP 端口 :5001 8
北京阿尔泰科技发展有限公司 第一节 AD 模拟量输入的信号连接方法 一 AD 单端输入连接方式 第五章各种信号的连接方式 单端方式是指使用单个通路实现某个信号的输入, 同时多个信号的参考地共用一个接地点 此种方式主要 应用在干扰不大, 通道数相对较多的场合 单端方式的实现另外需要借助相关跳线器的设置, 请参考有关跳线设置章节 可按下图连接成模拟电压单端输入方式,32 路模拟输入信号连接到 AI0~AI31 端, 其公共地连接到 AGND 端 信号输入输出连接器 AI0 AI1 AI2 AI31 AGND 被测现场的模拟信号 现场设备 现场设备 二 AD 双端输入连接方式双端输入方式是指使用正负两个通路实现某个信号的输入, 该方式也叫差分输入方式 此种方式主要应用在干扰较大, 通道数相对较少的场合 双单端方式的实现另外需要借助相关跳线器的设置, 请参考有关跳线设置章节 USB2852 板可按下图连接成模拟电压双端输入方式, 可以有效抑制共模干扰信号, 提高采集精度 16 路模拟输入信号正端接到 AI0~AI15 端, 其模拟输入信号负端接到 AI16~AI31 端, 并在距离 CN1 插座近处, 在 AI16~ AI31 端分别与 AGND 端之间各接一只几十 KΩ 至几百 KΩ 的电阻 ( 当现场信号源内阻小于 100Ω 时, 该电阻应为现场信号源内阻的 1000 倍 ; 当现场信号源内阻大于 100Ω 时, 该电阻应为现场信号源内阻的 2000 倍 ), 为仪表放大器输入电路提供偏置 信号输入输出连接器 AI0 AI16 AI1 AI17 AI15 AI31 AGND 现场模拟信号 + 现场设备 + 现场设备 + 现场设备 几十 KΩ~ 几百 KΩ 9
USB2852 数据采集卡硬件使用说明书版本 :6.014 第二节 DI 数字量输入的信号连接方法 开关量输入端口 DI0 DI1 DI2 DI15 被测现场开关的信号 现场开关设备 现场开关设备 DGND 第三节 DO 数字量输出的信号连接方法 开关量输出端口 DO0 DO1 DO2 DO15 DGND 控制现场开关的信号 现场开关设备 现场开关设备 第四节 时钟输入输出和触发信号连接方法 信号输入输出连接器 CLKOUT 板外时钟输出信号 CLKIN 板外时钟输入信号 DTR 数字触发信号 DGND 10
北京阿尔泰科技发展有限公司 第五节 多卡同步的实现方法 USB2852 多卡同步可以有三种方案, 第一 : 采用主从卡级联, 第二 : 采用共同的外触发, 第三 : 采用共同的外时钟 采用主从卡级联的方案时, 主卡一般使用内时钟源模式, 而从卡使用外时钟源模式, 待主卡 从卡按相应的时钟源模式被初始化完成后, 先启动所有从卡, 由于主卡还没有被启动没有输出时钟信号, 所以从卡进入等待状态, 直到主卡被启动的同时所有的从卡被启动, 即实现了多卡同步启动的功能 当您需要的采样通道数大于一个卡的通道数时, 您可考虑使用多卡级连的方式扩展通道数量 如果您要使用 分组采集 采集数据, 那么需要将主卡设置为 分组采集, 从卡设置为 连续采集, 这样所有的卡都将工作在同一个时钟下的分组采集模式 关于分组采集原理, 请参考 AD 分组采集功能 CLKOUT 主卡 CLKIN 从卡 1 CLKIN 从卡 2 多卡级联的连接方法 采用共同的外触发的方案时, 设置所有的参数请保持一致 首先设置每块卡的硬件参数, 并且都使用外触发 (DTR), 连接好要采集的信号, 通过 CN1 接口的 DTR 管脚接入触发信号, 然后点击 开始数据采集 按钮, 这时采集卡并不采集, 等待外部触发信号, 当每块采集卡都进入等待外部触发信号的状态下, 使用同一个外部触发信号同时启动 AD 转换, 达到同步采集的效果 连接方法如下 : 外部触发信号 DTR USB2852 DTR USB2852 DTR USB2852 外触发同步采集的连接方法 采用共同的外时钟的方案时, 设置所有的参数请保持一致 首先设置每块卡的硬件参数, 并且都使用外时钟, 连接好要采集的信号, 然后点击 开始数据采集 按钮, 这时采集卡并不采集, 等待外部时钟信号 ; 当每块 11
USB2852 数据采集卡硬件使用说明书版本 :6.014 采集卡都进入等待外部时钟信号的状态下, 接入外部时钟信号同时启动 AD 转换, 达到同步采集的效果 连接方 法如下 : 外部时钟信号 CLKIN USB2852 CLKIN USB2852 CLKIN USB2852 外时钟同步采集的连接方法 12
北京阿尔泰科技发展有限公司 第六章数据格式 排放顺序及换算关系 第一节 AD 模拟量输入数据格式及码值换算 一 AD 双极性模拟量输入的数据格式 采用原码方式, 如下表所示 : 输入 AD 原始码 ( 二进制 ) AD 原始码 ( 十六进制 ) AD 原始码 ( 十进制 ) 正满度 1111 1111 1111 1111 FFFF 65535 正满度 -1LSB 1111 1111 1111 1110 FFFE 65534 中间值 +1LSB 1000 0000 0000 0001 8001 32769 中间值 ( 零点 ) 1000 0000 0000 0000 8000 32768 中间值 -1LSB 0111 1111 1111 1111 7FFF 32767 负满度 +1LSB 0000 0000 0000 0001 0001 1 负满度 0000 0000 0000 0000 0000 0 注明 : 当输入量程为 ±10V ±5V ±2.5V 时, 即为双极性输入 ( 输入信号允许在正负端范围变化 ), 下面以 标准 C( 即 ANSI C) 语法公式说明如何将原码数据换算成电压值 ( 假设从设备中读取的 AD 端口数据为 ADBuffer, 电压值为 Volt), 那么量程的转换公式为 : ±10V 量程 : Volt = (20000.00/65536) * (ADBuffer[0]&0xFFFF) 10000.00; ±5V 量程 : Volt = (10000.00/65536) * (ADBuffer[0]&0xFFFF) 5000.00; ±2.5V 量程 : Volt = (5000.00/65536) * (ADBuffer[0]&0xFFFF) 2500.00; 二 AD 单极性模拟量输入数据格式采用原码方式, 如下表所示 : 输入 AD 原始码 ( 二进制 ) AD 原始码 ( 十六进制 ) AD 原始码 ( 十进制 ) 正满度 1111 1111 1111 1111 FFFF 65535 正满度 -1LSB 1111 1111 1111 1110 FFFE 65534 中间值 +1LSB 1000 0000 0000 0001 8001 32769 中间值 1000 0000 0000 0000 8000 32768 中间值 -1LSB 0111 1111 1111 1111 7FFF 32767 零点 +1LSB 0000 0000 0000 0001 0001 1 零点 0000 0000 0000 0000 0000 0 注明 : 当输入量程为 0~10V 0~5V 时, 即为单极性输入 ( 输入信号只允许在正端范围变化 ), 下面以标准 C( 即 ANSI C) 语法公式说明如何将原码数据换算成电压值 ( 假设从设备中读取的 AD 端口数据为 ADBuffer, 电压值为 Volt), 那么量程的转换公式为 : 0~10V 量程 : Volt = (10000.00/65536) * (ADBuffer[0] &0xFFFF); 0~5V 量程 : Volt = (5000.00/65536) * (ADBuffer[0] &0xFFFF); 第二节 AD 单通道与多通道采集时的数据排放顺序 不管是单通道, 还是多通道, 其每个 16Bit 采样数据点均由两个字节构成, 即第一个采样点由第一个字节和第二个字节分别构成该采样点的低 8 位和高 8 位 第二个采样点由第三个字节和第四个字节分别构成其低 8 位和高 8 位, 其他采样点依此类推 一 单通道当采样通道总数 (ADPara.LastChannel ADPara.FirstChannel+ 1) 等于 1 时 ( 即首通道等于末通道 ), 则为单通道采集 即 ADBuffer 缓冲区中存放的采样数据全部为 1 个通道的 13
USB2852 数据采集卡硬件使用说明书版本 :6.014 二 多通道当采样通道总数 (ADPara.LastChannel ADPara.FirstChannel + 1) 大于 1 时 ( 即首通道不等于末通道 ), 则为多通道采集 即 ADBuffer 缓冲区中存放的采样数据依次循环对应各个通道 举例说明, 假设 AD 的以下硬件参数取值如下 : ADPara. FirstChannel = 0; ADPara. LastChannel = 2; 第一个点属于通道 AI0 的第 1 个点, 第二个点属于通道 AI1 的第 1 个点, 第三个点属于通道 AI2 的第 1 个点, 第四个点属于通道 AI0 的第 2 个点, 第五个点属于通道 AI1 的第 2 个点, 第六个点属于通道 AI2 的第 2 个点第七个点属于通道 AI0 的第 3 个点, 第八个点属于通道 AI1 的第 3 个点, 第九个点属于通道 AI2 的第 3 个点 则采样的 AD 数据在 ADBuffer 缓冲区中的排放顺序为 :0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 其他情况依此类推 14
北京阿尔泰科技发展有限公司 第七章各种功能的使用方法 第一节 AD 触发功能的使用方法一 AD 内触发功能在初始化 AD 时, 若 AD 硬件参数 ADPara. TriggerMode = USB2852_TRIGMODE_SOFT 时, 则可实现内触发采集 在内触发采集功能下, 调用 InitDeviceAD 函数启动 AD 时,AD 即刻进入转换过程, 不等待其他任何外部硬件条件 也可理解为软件触发 具体过程请参考以下图例, 图中 AD 工作脉冲的周期由设定的采样频率 (Frequency) 决定 AD 启动脉冲由软件接口函数 InitDeviceAD 产生 启动使能 转换脉冲 AD 在启动使能后 产生第一个转换脉冲 内触发图例 二 AD 外触发功能在初始化 AD 时, 若 AD 硬件参数 ADPara. TriggerMode = USB2852_TRIGMODE_POST 时, 则可实现外触发采集 在外触发采集功能下, 调用 InitDeviceAD 函数启动 AD 时,AD 并不立即进入转换过程, 而是要等待外部硬件触发源信号符合指定条件后才开始转换 AD 数据, 也可理解为硬件触发 其外部硬件触发源信号由 CN1 中的 DTR 管脚提供数字触发源信号 关于在什么条件下触发 AD, 由用户选择的触发类型 (TriggerType) 触发方向 (TriggerDir) 共同决定 触发信号为数字信号 (TTL 电平 ) 时使用 DTR 触发, 工作原理详见下文 触发类型分为边沿触发和脉冲触发 : (1) 边沿触发功能 ADPara.TriggerDir = USB2852_TRIGDIR_NEGATIVE 时, 即选择触发方向为负向触发 即当 DTR 触发源信号由高电平变为低电平时 ( 也就是出现下降沿信号 ) 产生触发事件,AD 即刻进入转换过程, 其后续变化对 AD 采集无影响 15
USB2852 数据采集卡硬件使用说明书版本 :6.014 AD 启动脉冲 AD 工作脉冲 触发后 AD 第 一个工作脉冲 DTR 触发信号 AD 启动前该 下降沿无效 AD 启动后触发 前的等待时段 AD 启动后第一个下降 沿有效, AD 被触发 下降沿触发图例 ADPara.TriggerDir = USB2852_TRIGDIR_POSITIVE 时, 即选择触发方向为正向触发 即当 DTR 触发源信号由低电平变为高电平时 ( 也就是出现上升沿信号 ) 产生触发事件,AD 即刻进入转换过程, 其后续变化对 AD 采集无影响 ADPara.TriggerDir = USB2852_TRIGDIR_POSIT_NEGAT 时, 即选择触发方向为上正负向触发 它的特点是只要 DTR 出现高低电平的跳变时 ( 也就是出现上升沿或下降沿 ) 产生触发事件 AD 即刻进入转换过程, 其后续变化对 AD 采集无影响 此项功能可应用在只要外界的某一信号变化时就采集的场合 (2) 脉冲电平触发功能 ADPara.TriggerDir = USB2852_TRIGDIR_NEGATIVE( 负向触发 ) 时, 即选择触发方向为负向触发 当 DTR 触发信号为低电平时,AD 进入转换过程, 一旦触发信号为高电平时,AD 自动停止转换, 当触发信号再为低电平时,AD 再次进入转换过程, 即只转换触发信号为低电平时数据 ADPara.TriggerDir = USB2852_TRIGDIR_POSITIVE( 正向触发 ) 时, 即选择触发方向为正向触发 当 DTR 触发信号为高电平时,AD 进入转换过程, 一旦触发信号为低电平时,AD 自动停止转换, 当触发信号再为高电平时,AD 再次进入转换过程, 即只转换触发信号为高电平时数据 AD 启动脉冲 AD 工作脉冲 AD 触发后的 第一个脉冲 暂停工作 DTR 触发源 AD 启动前该 高电平无效 AD 启动后触发 前的等待时段 高电平触发图例 当 ADPara.TriggerDir = USB2852_TRIGDIR_POSIT_NEGAT 时, 即选择触发方向为正负向触发 它的原理与内部软件触发同理 16
北京阿尔泰科技发展有限公司 第二节 AD 内时钟与外时钟功能的使用方法一 AD 内时钟功能内时钟功能是指使用板载时钟振荡器经板载逻辑控制电路根据用户指定的分频数分频后产生的时钟信号去触发 AD 定时转换 要使用内时钟功能应在软件中置硬件参数 ADPara.ClockSouce= USB2852_CLOCKSRC_IN 该时钟的频率在软件中由硬件参数 ADPara.Frequency 决定 如 Frequency = 100000, 则表示 AD 以 100000Hz 的频率工作 ( 即 100KHz,10uS/ 点 ) 二 AD 外时钟功能外时钟功能是指使用板外的时钟信号来定时触发 AD 进行转换 该时钟信号由连接器 CN1 的 CLKIN 脚输入提供 板外的时钟可以是另外一块 USB2852 的时钟输出 (CN1 的 CLKOUT) 提供, 也可以是其他设备如时钟频率发生器等提供 要使用外时钟功能应在软件中置硬件参数 ADPara.ClockSouce = USB2852_CLOCKSRC_OUT 在连续采集模式下,AD 转换的频率即为外时钟的频率 ; 在分组采集模式下, 由外时钟的上升沿触发新的一组开始采集, 而 AD 转换的频率为板内时钟的频率 ( 即硬件参数 ADPara.Frequency 决定的频率 ) 第三节 AD 连续与分组采集功能的使用方法一 AD 连续采集功能连续采集 ( 异步采集 ) 功能是指 AD 在采样过程中两个通道间的采样时间相等, 采集过程中不停顿, 连续不不间断的采集数据 使用连续采集功能时相应的在软件中置硬件参数 ADPara.ADMode = USB2852_ADMODE_SEQUENCE 例如 : 在内时钟模式下, 置采样频率 ADPara.Frequency = 100000Hz( 采样周期为 10uS), 则 AD 在 10uS 内转换完第一个通道的数据后下一个 10uS 紧接着转换第二个通道, 也就是每两个通道的数据点间隔 10uS, 以此类推, 见下图 外部信号周期 频率计算公式内时钟模式下 : 外部信号频率 = AD 采样频率 /( 一个信号周期的点数 通道总数 ) 外部信号周期 = 1 / 外部信号频率外时钟模式下 : 外部信号频率 = 外时钟频率 /( 一个信号周期的点数 通道总数 ) 外部信号周期 = 1 / 外部信号频率 启动使能 转换脉冲 a 内时钟模式下的连续采集 说明 : a 采样周期 17
USB2852 数据采集卡硬件使用说明书版本 :6.014 二 AD 分组采集功能 分组采集 ( 伪同步采集 ) 功能是指 AD 在采样过程中, 组内各通道以内时钟的采样频率进行转换, 每两组之 间有一定的等待时间, 这段时间称为组间间隔 组循环次数是指在同一组内每个通道循环采集的次数 在内时钟和固定频率的外时钟模式下, 组与组之间的时间称为组周期 这种采集模式下的转换过程为 : 组内各通道转换完成后暂停一段时间 ( 即组间间隔 GroupInterval), 再接着转换下一组, 依次重复下去, 所以称为分组采集 该功能的应用目的是在相对较慢的采集频率下, 尽可能保证各个通道间的时间差越小来实现更小的相位差, 从而保证通道间的同步性, 故亦称为伪同步采集功能 组内采样频率越高, 组间间隔时间越长, 信号相对同步性就越好 组内采样频率由 ADPara.Frequency 决定, 组循环次数由 ADPara.LoopsOfGroup 决定, 组间间隔由 ADPara. GroupInterval 决定 在分组功能下分为内时钟模式与外时钟模式 在内时钟模式下, 组周期由内时钟的采样周期 采样通道总数 组循环次数和组间间隔共同决定, 每一个组周期 AD 就采集一组数据 ; 在外时钟模式下, 外时钟周期 内时钟采样周期 采样通道总数 组循环次数 + AD 芯片转换时间, 由外时钟控制触发 AD 采集数据 外时钟模式分为固定频率外时钟模式和不固定频率外时钟模式 在固定频率外时钟模式下, 组周期是外时钟的采样周期 在分组功能下, 每个组周期内采集的信号次数 ( 即每组内采集信号的脉冲个数 ) 的计算公式为 : 组周期采样次数 = 采样通道总数 组循环次数 ( 一 ) 内时钟模式外部信号频率的计算公式如下 : 组周期 = 内时钟采样周期 采样通道总数 组循环次数 + AD 芯片转换时间 + 组间间隔外部信号周期 = ( 信号周期点数 / 组循环次数 ) 组周期外部信号频率 = 1 / 外部信号周期 公式注释 : 内时钟采样周期 = 1 / (ADPara.Frequency) 采样通道总数 = ADPara.LastChannel - ADPara.FirstChannel + 1 组循环次数 = ADPara.LoopsOfGroup AD 芯片转换时间 = 见 AD 模拟量输入功能 参数组间间隔 = ADPara.GroupInterval 信号周期点数 = 在测试程序中以波形信号显示, 用鼠标分别测量一个信号周期的起始点和终止点的点数, 再将测得的点数相减即为信号周期点数 点数显示在测试程序左下方的 偏移位置 栏中 在内时钟模式下举例, 例如 : 采集两个通道 0 1, 那么 0 和 1 通道就组成一组 采样频率 (Frequency) = 100000Hz( 周期为 a = 10uS), 组循环次数为 1, 组间间隔 (GroupInterval) c = 50uS, 那么组周期采样次数 = 2 1, 采集过程是先采集第一组数据, 包括 0 通道的一个数据和 1 通道的一个数据, 这两个数据分别用 10uS, 转换完两个通道的数据需要 20uS, 经过一个 AD 芯片的转换时间 (b) 后 AD 自动停止进入等待状态直到 50uS 的组间间隔结束后, 便启动下一组, 开始转换 0 和 1 通道数据, 然后再进入等待状态, 就这样依次转换下去, 如下图所示 : 18
北京阿尔泰科技发展有限公司 启动使能 转换脉冲 a b c a d 内时钟模式下组循环次数为 1 的分组采集 说明 : a 内时钟采样周期 b AD 芯片转换时间 c 组间间隔 d 组周期 将组循环次数变为 2, 那么组周期采样次数 = 2 2 = 4, 采集过程是先采集第一组数据, 包括 0 通道的两个数据和 1 通道的两个数据, 再采集第二组数据, 转换的顺序为 0 1 0 1, 这四个数据分别用 10uS, 转换完两个通道的四个数据需要 40uS, 经过一个 AD 芯片的转换时间后 AD 自动停止进入等待状态直到 50uS 的组间间隔结束后, 便启动下一组, 开始转换 0 和 1 通道数据, 然后再进入等待状态, 就这样依次转换下去, 如下图所示 : 启动使能 转换脉冲 a b c a d 内时钟模式下组循环次数为 2 的分组采集 说明 : a 内时钟采样周期 b AD 芯片转换时间 c 组间间隔 d 组周期内时钟的分组采集规律以此类推 ( 二 ) 外时钟模式在外时钟模式下, 对外时钟的要求是 : 外时钟周期 内时钟采样周期 采样通道总数 组循环次数 + AD 芯片转换时间, 否则在组内转换时间内出现的外时钟沿会被忽略掉 并且注意, 在外时钟模式下, 组间间隔无效 外部信号频率的计算公式如下 : 固定频率的外时钟下 : 组周期 = 外时钟周期外部信号周期 =( 信号周期点数 / 组循环次数 ) 组周期外部信号频率 = 1 / 外部信号周期 19
USB2852 数据采集卡硬件使用说明书版本 :6.014 公式注释 : 组循环次数 = ADPara.LoopsOfGroup 信号周期点数 = 在测试程序中以波形信号显示, 用鼠标分别测量一个信号周期的起始点和终止点的点数, 再将测得的点数相减即为信号周期点数 点数显示在测试程序左下方的 偏移位置 栏中 在固定频率外时钟模式下举例, 例如 : 采集两个通道 0 1, 那么 0 和 1 通道就组成一组 采样频率 (Frequency) = 100000Hz( 周期为 a = 10uS), 组循环次数为 2, 那么, 组周期采样次数 = 2 2 = 4, 采集过程是先采集第一组数据, 包括 0 通道的两个数据和 1 通道的两个数据, 再采集第二组数据, 转换的顺序为 0 1 0 1, 这四个数据分别用 10uS, 转换完两个通道的四个数据需要 40uS, 经过一个 AD 芯片的转换时间 (b) 后 AD 自动停止进入等待状态直到下一个外时钟的边沿触发 AD 进行下一组采集, 这样依次转换下去, 如下图所示 : 启动使能 外时钟脉冲 转换脉冲 在启动脉冲到来之前 a b d 外时钟脉冲被忽略 固定频率外时钟模式下的分组 说明 : a 内时钟采样周期 b AD 芯片转换时间 d 组周期 ( 外时钟周期 ) 在不固定频率外时钟模式下举例, 原理同固定频率外时钟模式下的分组 在这种模式下, 可以由用户控制任意的通道和任意的数据个数 用户将控制信号接入本卡的时钟输入端 (CLKIN), 设定需要的采样通道和组循环次数 当有外时钟信号时就采集用户设定的一组数据 由于外时钟频率不固定, 外时钟周期大小不一致, 但要满足 : 外时钟周期 内时钟采样周期 采样通道总数 组循环次数 + AD 芯片转换时间, 否则在组内转换时间内出现的外时钟沿会被忽略掉 启动使能 外时钟脉冲 转换脉冲 a b 不固定频率外时钟模式下的分组 说明 : a 内时钟采样周期 b AD 芯片转换时间 20
北京阿尔泰科技发展有限公司 第八章产品的应用注意事项 校准 保修 第一节 注意事项在公司售出的产品包装中, 用户将会找到这本说明书和板卡, 同时还有产品质保卡 产品质保卡请用户务必妥善保存, 当该产品出现问题需要维修时, 请用户将产品质保卡同产品一起, 寄回本公司, 以便我们能尽快的帮用户解决问题 在使用 USB2852 板时, 应注意以下问题 : 1)USB2852 板正面的 IC 芯片不要用手去摸, 防止芯片受到静电的危害 2) 用户请注意电源的开关顺序, 使用时要求先开主机电源, 后开信号源的电源 ; 先关信号源的电源, 后关主机电源 第二节 AD 模拟量输入的校准 USB2852 板出厂时已经校准, 只有当用户使用一段时间后, 或者用户认为需要时才做校准 下面以 ±10V 量程为例, 说明校准过程 : 准备一块 5 位半精度以上数字电压表, 安装好 USB2852, 打开主机电源, 预热 15 分种 1) 零点校准 : 选模拟输入的任意一个通道, 比如 AI0 通道, 将 AI0 接 0 伏, 其他通道都接地, 在 Windows 下运行 USB2852 高级程序, 选择 0 通道, 调整 RP2 使 AI0 通道的采样值约等于 0V 2) 满度校准 : 选模拟输入的任意一个通道, 比如 AI0 通道, 将 AI0 通道输入接 10 伏电压, 其他通道都接地, 在 WINDOWS 下运行演示程序, 选择 0 通道, 屏幕为单通道显示 ( 即只采集 0 通道 ), 开始采集后, 调整电位器 RP3, 使显示电压值为 9999.69mV ( 单极性与双极性满度校准过程同理 ) 3) 触发电平校准 : 当用户使用触发功能时, 用户根据需要可设置 0~10V 的触发电平, 通过测量板上的测试点 ARTDA1 可测得触发电平的电压值, 调整电位器 RP1 使测得的触发电平值与设置的触发电平值相同 4) 重复以上步骤, 直到满足要求为止 第三节 保修 USB2852 自出厂之日起, 两年内凡用户遵守运输, 贮存和使用规则, 而质量低于产品标准者公司免费修理 21