1、PCI8640 數據采集卡硬件使用說明書阿爾泰科技發展有限公司 產品研發部修訂 阿爾泰科技發展有限公司目 錄目 錄 .1第一章 功能概述 .1第一節、產品應用 .1第二節、 AD 模擬量輸入功能 .1第三節、 DA 模擬量輸出功能 .2第四節、 DI 數字量輸入功能 .2第五節、 DO 數字量輸出功能 .2第六節、 CNT 定時 /計數器功能 .2 第七節、其他指標 .3第二章 元件布局圖及簡要說明 .4 第一節、主要元件布局圖 .4第二節、主要元件功能說明 .4一、信號輸入輸出連接器 .4二、電位器 .4三、物理 ID 撥碼開關 .5四、狀態燈 .6第三章 信號輸入輸出連接器 .7 第四章

2、各種信號的連接方法 .9 第一節、 AD 模擬量輸入的信號連接方法 .9一、 AD 單端輸入連接方式 .9二、 AD 雙端輸入連接方式 .9 第二節、 DA 模擬量輸出的信號連接方法 .10 第三節、 DI 數字量輸入的信號連接方法 .10 第四節、 DO 數字量輸出的信號連接方法 .10 第五節、 AD 時鐘輸入輸出和觸發信號連接方法 .11 第六節、 CNT 定時 /計數器的輸入輸出和觸發信號連接方法 .11第七節、多卡同步的實現方法 .11第五章 數據格式、排放順序及換算關系 .13 第一節、 AD 模擬量輸入數據格式及碼值換算 .13一、 AD 雙極性模擬量輸入的數據格式 .13二、

3、AD 單極性模擬量輸入數據格式 .13三、關于 AD 數據端口高位空閑部分的定義 .13 第二節、 AD 單通道與多通道采集時的數據排放順序 .14一、單通道 .14二、多通道 .14第三節、 DA 模擬量輸出數據格式及碼值換算 .14一、 DA 單極性模擬量輸出數據格式 .14二、 DA 雙極性電壓輸出的數據格式 .14 第六章 AD 功能的使用方法 .16第一節、 AD 觸發功能的使用方法 .16一、 AD 內觸發功能 .16二、 AD 外觸發功能 .16 第二節、 AD 內時鐘與外時鐘功能的使用方法 .20一、 AD 內時鐘功能 .20 1二、 AD 外時鐘功能 . 20 第三節、 AD

4、 連續與分組采集功能的使用方法 . 20一、 AD 連續采集功能 . 20二、 AD 分組采集功能 . 20第七章 CNT 定時 /計數器功能 . 24 第一節、功能概述 . 24 第二節、計數器方式 . 24一、簡單計數和時間測量功能 . 24二、緩沖計數和時間測量功能 . 27 第三節、脈沖發生器方式 . 29一、脈沖發生器輸出類型 . 29二、脈沖發生器功能 . 30第八章 產品的應用注意事項、校準、保修 . 35 第一節、注意事項 . 35 第二節、 AD 模擬量輸入的校準 . 35 第三節、 DA 模擬量輸出的校準 . 35 第四節、 DA 使用說明 . 35 第五節、保修 . 35

5、 附錄 A :各種標識、概念的命名約定 . 362 阿爾泰科技發展有限公司第一章 功能概述信息社會的發展,在很大程度上取決于信息與信號處理技術的先進性。數字信號處理技術的出現改變了 信息與信號處理技術的整個面貌,而數據采集作為數字信號處理的必不可少的前期工作在整個數字系統中起到關鍵性、乃至決定性的作用,其應用已經深入到信號處理的各個領域中。實時信號處理、數字圖像處理等領域對高速度、高精度數據采集卡的需求越來越大。 ISA 總線由于其傳輸速度的限制而逐漸被淘汰。我公司推出的 PCI8640 數據采集卡綜合了國內外眾多同類產品的優點,以其使用的便捷、穩定的性能、極高的性價比,獲得多家試用客戶的一致

6、好評,是一款真正具有可比性的產品,也是您理想的選擇。第一節、產品應用本卡是一種基于 PCI 總線的數據采集卡,可直接插在 IBM-PC/AT 或與之兼容的計算機內的任一 PCI 插 槽中,構成實驗室、產品質量檢測中心等各種領域的數據采集、波形分析和處理系統。也可構成工業生產過程監控系統。它的主要應用場合為: 電子產品質量檢測 信號采集 過程控制 伺服控制第二節、 AD 模擬量輸入功能 轉換器類型:AD7899-1(兼容 AD7899-2 輸入量程 (InputRange:板上 A/D 轉換器 AD7899-1:±10V、 ±5V 轉換精度:14 位 (Bit 采樣頻率 (F

7、requency:0.01Hz 400KHz說明:各通道實際采樣速率 =采樣速率 / 采樣通道數分頻公式:采樣頻率 =主頻 / 分頻數,其中主頻 =40MHz , 32 位分頻,分頻數的取值范圍:最低 為 100,最高為 232 模擬輸入通道總數:32 路單端, 16 路雙端 采樣通道數:軟件可選擇,通過設置首通道 (FirstChannel和末通道 (LastChannel來實現的說明:采樣通道數 = LastChannel FirstChannel + 1 通道切換方式:首末通道順序切換 數據讀取方式:非空和半滿查詢方式、 DMA 方式 存儲器深度: 8K 字(點 FIFO 存儲器 存儲器

8、標志:滿、非空、半滿 異步與同步 (ADMode:可實現連續(異步與分組 (偽同步 采集 組間間隔 (GroupInterval:軟件可設置,最小為采樣周期 (1/Frequency,最大為 419430us 組循環次數 (LoopsOfGroup:軟件可設置,最小為 1 次,最大為 255 次 時鐘源選項 (ClockSource:板內時鐘和板外時鐘軟件可選 板內時鐘輸出頻率:當前 AD 實際采樣頻率 觸發模式 (TriggerMode:軟件內部觸發和硬件后觸發(簡稱外觸發 觸發類型 (TriggerType:數字邊沿觸發和脈沖電平觸發 觸發方向 (TriggerDir:負向、正向、正負向觸

9、發 觸發源(TriggerSource :ATR(模擬觸發信號 和 DTR(數字觸發信號 1PCI8640 數據采集卡硬件使用說明書 版本:6.2.13 說明:1、觸發源 ATR 輸入范圍:低于低觸發電平 (AO0,高于高觸發電平 (AO1 (AO1>AO0 2、觸發源 DTR 輸入范圍:標準 TTL 電平 程控放大器類型:默認為 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 模擬輸入阻抗:10M 放大器建立時間:785nS(0.0

10、01%(max 系統測量精度:0.01% 工作溫度范圍:-40 +85 存儲溫度范圍:-40 +120第三節、 DA 模擬量輸出功能 轉換器類型:AD5725 輸出量程:±10V、 ±5V、 010V 、 05V 轉換精度:12 位 (Bit 建立時間:10S 通道數:4 路 非線性誤差:±1LSB(最大 輸出誤差 (滿量程 :±1LSB 工作溫度范圍:-40 +85 存儲溫度范圍:-40 +120第四節、 DI 數字量輸入功能 通道數:8 路 電氣標準:TTL 兼容 高電平的最低電壓:2V第五節、 DO 數字量輸出功能 通道數:8 路 電氣標準:TTL

11、 兼容 上電輸出:低電平第六節、 CNT 定時 /計數器功能 最高時基為 20 MHz 的 16 位計數器 /定時器 功能模式(FunctionMode :計數器(包括簡單計數和緩沖計數和脈沖發生器 時鐘源(CLK :本地時鐘(620Hz 20MHz 和外部時鐘(最高頻率為 20MHz 門控(GATE :上升沿、下降沿、高電平和低電平 計數器輸出(OUT :高電平、低電平 脈沖發生器輸出(OUT :脈沖方式和占空比設定波形方式2 阿爾泰科技發展有限公司第七節、其他指標 板載時鐘振蕩器:40MHz3PCI8640 數據采集卡硬件使用說明書第一節、主要元件布局圖 第二節、主要元件功能說明 第二章

12、元件布局圖及簡要說明請參考第一節中的布局圖,了解下面各主要元件的大體功能。 一、信號輸入輸出連接器CN1:信號輸入輸出連接器連接器的詳細說明請參考 信號輸入輸出連接器 章節。 二、電位器RP1:AD 模擬量輸入零點調整RP2:AD 模擬量輸入滿度調整RP3:DA 模擬量輸出 -2.5V 基準電壓調整RP4:AO0 模擬量信號輸出滿度調節RP5:AO1 模擬量信號輸出滿度調節RP6:AO2 模擬量信號輸出滿度調節RP7:AO3 模擬量信號輸出滿度調節 4阿爾泰科技發展有限公司 以上電位器的詳細說明請參考 產品的應用注意事項、校準、保修 章節。 三、物理 ID 撥碼開關DID1:設置物理 ID 號

13、,當 PC 機中安裝的多塊 PCI8640時,可以用此撥碼開關設置每一塊板卡的物理 ID 號, 這樣使得用戶很方便的在硬件配置和軟件編程過程中區分和訪問每塊板卡。下面四位均以二進制表示,撥碼 開關撥向 “ON” ,表示 “1” ,撥向另一側表示 “0” 。如下列圖中所示:位置 “ID3” 為高位, “ID0” 為低位,圖中黑 色的位置表示開關的位置。(出廠的測試軟件通常使用邏輯 ID 號管理設備,此時物理 ID 撥碼開關無效。若您 想在同一個系統中同時使用多個相同設備時,請盡可能使用物理 ID 。關于邏輯 ID 與物理 ID 的區別請參考軟件 說明書 PCI8640S 的設備對象管理函數原型說

14、明章節中 “CreateDevice” 和 “CreateDeviceEx” 函數說明部 分。 ID3 ID2 ID1 ID0 上圖表示 “1111” ,則表示的物理 ID 號為 15 ID3 ID2 ID1 ID0 ID 號為 7上圖表示 “0101” ,則代表的物理 ID 號為 5下面以表格形式說明物理 ID 號的設置: F 15PCI8640 數據采集卡硬件使用說明書四、狀態燈+5VD:5 伏電源指示燈。指示燈為亮狀態表示板卡供電正常 ADRead :讀 FIFO 指示燈。指示燈閃爍狀態表示正在讀 FIFO OVR :FIFO 溢出指示燈。指示燈為亮狀態表示 FIFO 溢出阿爾泰科技發展

15、有限公司 第三章 信號輸入輸出連接器關于 62 芯 D 型插頭 CN1 的管腳定義(圖形方式 管腳說明:CLKIN/CLK、 CLKOUT/OUT 和 DTR/GATE 三個管腳為復用管腳。當使用 AD 功能時,上述 管腳功能分別作為 CLKIN、 CLKOUT 和 DTR 使用;當使用定時 /計數器功能時,上述管腳功能分別作為CLK 、OUT 和 GATE 使用,各管腳功能定義見下表: 7 DGND 數字地,使用定時 /計數器時建議使用數字地8阿爾泰科技發展有限公司 第四章 各種信號的連接方法第一節、 AD 模擬量輸入的信號連接方法一、 AD 單端輸入連接方式單端方式是指使用單個通道實現某個

16、信號的輸入,同時多個信號的參考地共用一個接地點。此種方式主要應用在干擾不大,通道數相對較多的場合。可按下圖連接成模擬電壓單端輸入方式, 32路模擬輸入信號連接到 AI0AI31端,其公共地連接到 AGND 端。 二、 AD 雙端輸入連接方式雙端輸入方式是指使用正負兩個通路實現某個信號的輸入,該方式也叫差分輸入方式。此種方式主要應 用在干擾較大,通道數相對較少的場合。單、雙端方式的實現由軟件設置,請參考 PCI8640軟件說明書。PCI8640板可按下圖連接成模擬電壓雙端輸入方式,可以有效抑制共模干擾信號,提高采集精度。 16路 模擬輸入信號正端接到 AI0AI15端,其模擬輸入信號負端接到 A

17、I16AI31端,現場設備與 PCI8640板共用模擬地 AGND 。 9 PCI8640 數據采集卡硬件使用說明書 第二節、 DA 模擬量輸出的信號連接方法現場設備第三節、 DI 數字量輸入的信號連接方法第四節、 DO 數字量輸出的信號連接方法10阿爾泰科技發展有限公司 第五節、 AD 時鐘輸入輸出和觸發信號連接方法 第六節、 CNT 定時 /計數器的輸入輸出和觸發信號連接方法默認狀態下定時 /計數器使用內部時鐘,不需要外接時鐘;當用戶選擇使用外部時鐘時,連接方法如下圖 所示。 第七節、多卡同步的實現方法PCI8640多卡同步可以有三種方案,第一:采用主從卡級聯,第二:采用共同的外觸發,第三

18、:采用共 同的外時鐘。采用主從卡級聯的方案時,主卡一般使用內時鐘源模式,而從卡使用外時鐘源模式,待主卡、從卡按相應的時鐘源模式被初始化完成后,先啟動所有從卡,由于主卡還沒有被啟動沒有輸出時鐘信號,所以從卡進入等待狀態,直到主卡被啟動的同時所有的從卡被啟動,即實現了多卡同步啟動的功能。當您需要的采樣通道數大于一個卡的通道數時,您可考慮使用多卡級連的方式擴展通道數量。如果您要使用 “ 分組采集 ” 采集數據,那么需要將主卡設置為 “ 分組采集 ” ,從卡設置為 “ 連續采集 ” ,這樣所有的卡都將工作在同一個時鐘下的分組采集模式。關于分組采集原理,請參考 。11PCI8640 數據采集卡硬件使用說

19、明書 多卡級聯的連接方法采用共同的外觸發的方案時,設置所有的參數請保持一致。首先設置每塊卡的硬件參數,并且都使用外 觸發(ATR 或者 DTR ,連接好要采集的信號,通過 CN1接口的 ATR (需要設置觸發電平或 DTR 管腳接入觸發信號,然后點擊 “ 開始數據采集 ” 按鈕,這時采集卡并不采集,等待外部觸發信號,當每塊采集卡都進入等待外部觸發信號的狀態下,使用同一個外部觸發信號同時啟動 AD 轉換,達到同步采集的效果。連接方法如下: 外觸發同步采集的連接方法采用共同的外時鐘的方案時,設置所有的參數請保持一致。首先設置每塊卡的硬件參數,并且都使用外 時鐘,連接好要采集的信號,然后點擊 “ 開

20、始數據采集 ” 按鈕,這時采集卡并不采集,等待外部時鐘信號;當每塊采集卡都進入等待外部時鐘信號的狀態下,接入外部時鐘信號同時啟動 AD 轉換,達到同步采集的效果。 連接方法如下: 外時鐘同步采集的連接方法12阿爾泰科技發展有限公司 第五章 數據格式、排放順序及換算關系第一節、 AD 模擬量輸入數據格式及碼值換算一、 AD 雙極性模擬量輸入的數據格式 義 注明 2:當輸入量程為 ±10V、 ±5V 時,即為雙極性輸入(輸入信號允許在正負端范圍變化,下面以標 準 C (即 ANSI C 語法公式說明如何將原碼數據換算成電壓值:±10V量程 : Volt = (2000

21、0.00/16384 * (ADBuffer0 0x2000&0x3FFF 10000.00;±5V 量程 : Volt = (10000.00/16384 * (ADBuffer0 0x2000 &0x3FFF 5000.00;二、 AD 單極性模擬量輸入數據格式 義 注明 2:當輸入量程為 05V 、 02.5V 時,即為單極性輸入(輸入信號只允許在正端范圍變化,下面 以標準 C (即 ANSI C 語法公式說明如何將原碼數據換算成電壓值:05V 量程:Volt = (5000.00/16384 *( ADBuffer0 &0x3FFF;02.5V 量程:

22、Volt = (2500.00/16384 * (ADBuffer0 &0x3FFF;三、關于 AD 數據端口高位空閑部分的定義 則自動為 1,若再次發生觸發事件,則又為 0,依此類推,觸發事件產生的條件依賴于觸發類型和觸發方式等 參數,而不管是軟件內觸發還是硬件后觸發。溢出后的停止標志定義:該位在開始采集時, FIFO 未溢出時 AD 正常工作,且置 AD 數據位中的該位為 0,當 FIFO 溢出時置該位為 1 并禁止 AD 功能,當 FIFO 不溢出后,則自動開始轉換,若再發生溢出,則將 該位置為 0 并禁止 AD 功能,依此類推。13PCI8640 數據采集卡硬件使用說明書第二節

23、、 AD 單通道與多通道采集時的數據排放順序一、單通道當采樣通道總數(ADPara.LastChannel ADPara.FirstChannel + 1等于 1時 (即首通道等于末通道 ,則為 單通道采集。二、多通道當采樣通道總數(ADPara.LastChannel ADPara.FirstChannel + 1大于 1時 (即首通道不等于末通道 ,則 為多通道采集 (注意末通道必須大于或等于首通道 。舉例說明,假設 AD 的以下硬件參數取值如下:ADPara. FirstChannel = 0;ADPara. LastChannel = 2;第一個字屬于通道 AI0的第 1個點,第二個字

24、屬于通道 AI1的第 1個點,第三個字屬于通道 AI2的第 1個點,第四個字屬于通道 AI0的第 2個點,第五個字屬于通道 AI1的第 2個點,第六個字屬于通道 AI2的第 2個點,第七個字屬于通道 AI0的第 3個點,第八個字屬于通道 AI1的第 3個點,第九個字屬于通道 AI2的第 3個點 則采樣的 AD 數據在 ADBuffer 緩沖區中的排放順序為:0、 1、 2、 0、 1、 2、 0、 1、 2、 0、 1、 2 其他情況依此類推。第三節、 DA 模擬量輸出數據格式及碼值換算一、 DA 單極性模擬量輸出數據格式如下表如示: mV ,寫向 設備的 DA 原始碼為 nDAData ,則

25、換算關系如下:(注意上限不能超過 409505V 量程時:nDAData = Volt / (5000.00/4096;010V 量程時:nDAData = Volt / (10000.00/4096;二、 DA 雙極性電壓輸出的數據格式如下表所示: DA 原始碼 (十進制 4095 4094 2049 阿爾泰科技發展有限公司設備的 DA 原始碼為 nDAData,則換算關系如下:(注意上限不能超過 4095 ±5V量程時:nDAData = Volt / (10000.00/4096 + 2048;±10V量程時:nDAData = Volt / (20000.00/40

26、96 + 2048;15二、 AD 外觸發功能在初始化 AD 時,若 AD 硬件參數 ADPara. TriggerMode = PCI8640_TRIGMODE_POST時,則可實現外觸發 采集。在外觸發采集功能下,調用 StartDeviceProAD 函數啟動 AD 時, AD 并不立即進入轉換過程,而是要等待外部硬件觸發源信號符合指定條件后才開始轉換 AD 數據,也可理解為硬件觸發。關于在什么條件下觸發 AD , 由用戶選擇的觸發模式(TriggerMode 、觸發類型 (TriggerType、觸發方向(TriggerDir 和觸發源(TriggerSource 共同決定。觸發源分為

27、 ATR 模擬觸發和 DTR 數字觸發。(一、 ATR 模擬觸發功能觸發信號為模擬信號時使用 ATR 觸發,這種觸發方式需要設置觸發電平 (TrigLevelVolt,觸發電平由 2路 DA (AO0和 AO1輸出的電壓共同決定,且需要設置兩路電壓的大小關系為 AO1>AO0,工作原理同施密特 觸發器工作原理類似,詳見下文。觸發類型分為邊沿觸發和脈沖觸發:(1、邊沿觸發功能邊沿觸發就是捕獲觸發源信號相對于觸發電平的信號變化特征來觸發 AD 轉換。ADPara.TriggerDir = PCI8640_TRIGDIR_NEGATIVE時,即選擇觸發方向為負向觸發。即當 ATR 觸發 源信號

28、從大于 AO1的輸出電壓變化至小于 AO0的輸出電壓時, AD 即刻進入轉換過程,在此情況下, ATR 的后續狀態變化并不會影響 AD 采集。如下圖 6.2所示: 16 阿爾泰科技發展有限公司 圖 6.2 負向觸發圖例ADPara.TriggerDir = PCI8640_TRIGDIR_POSITIVE時,即選擇觸發方向為正向觸發。即當 ATR 觸發源信號從小于 AO0的輸出電壓變化至大于 AO1的輸出電壓時, AD 即刻進入轉換過程,在此情況下, ATR的后續狀態變化并不會影響 AD 采集。 ADAO1AO0 ATRAD 圖 6.3 正向觸發圖例ADPara.TriggerDir = PC

29、I8640_TRIGDIR_POSIT_NEGAT時,即選擇觸發方向為正負向觸發。即當 ATR 觸發源信號從大于 AO1的輸出電壓變化至小于 AO0的輸出電壓時,或者 ATR 觸發源信號從小于 AO0的輸 出電壓變化至大于 AO1的輸出電壓時, AD 即刻進入轉換過程,在此情況下, ATR 的后續狀態變化并不會影響 AD 采集。(2、脈沖電平觸發功能脈沖電平觸發就是捕獲觸發源信號大于或小于觸發電平作為條件來觸發 AD 轉換。該功能可以應用在地震波、饅頭波等信號的有效部分采集。ADPara.TriggerDir = PCI8640_TRIGDIR_NEGATIVE(負向觸發時,即選擇觸發方向為負

30、向觸發。即當 ATR 觸發源信號小于 AO0的輸出電壓時, AD 即刻進入轉換過程,一旦觸發源信號大于 AO1的輸出電壓時,自 動停止采集;當再小于 AO0的輸出電壓時, AD 再次進入轉換過程,即只采集小于 AO0輸出電壓的波形。如下圖 6.4所示:17圖 6.5 正向觸發圖例當 ADPara.TriggerDir = PCI8640_TRIGDIR_POSIT_NEGAT時,即選擇觸發方向為正負向觸發。此時它與 內部軟件觸發同理。(二、 DTR 數字觸發功能觸發信號為數字信號(TTL 電平時使用 DTR 觸發,工作原理詳見下文。觸發類型分為邊沿觸發和脈沖觸發:(1、邊沿觸發功能ADPara.TriggerDir = PCI8640_TRIGDIR_NEGATIVE時,即選擇觸發方向為負向觸發。即當 DTR 觸發源信號由高電平變為低電平時(也就是出現下降沿信號 產生觸發事件, AD 即刻進入