PCI采集卡原理和程序
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教你设计PCI总线的高速数据采集卡(基于PCI9054)2007-03-13 21:02眼下有不少场合需要用到PCI总线的数据采集卡,下面我就来谈一下设计PCI数采卡的原理及要点。
首先我要以我的实际经验,纠正存在于很多人心里的几个误区:1.设计PCI采集卡要通读PCI协议。
相信有很多初学者都在这个地方被吓住了,几百页的英文要通读并理解谈何容易!其实PCI协议处理的这部分功能已经被PCI接口芯片完成了,如PLX公司的9054、9056和9052等等,它封装了PCI协议的细节,我们只需要控制这颗接口芯片local端的几个控制线就可以完成PCI总线的数据传输。
PCI协议也有它的用处,我们只需要在某些需要注意的地方查阅一下相关章节即可,比如PRSNT1#和PRSNT2#引脚至少要有一个下拉,才能识别到卡,这就是PCI协议中的规定。
2. PCI卡布线很复杂,一不小心就可能不成功。
其实对于32位33MHz的PCI总线来说,布线相对比较简单,只要稍加注意就不会出问题。
比如:PCI总线的时钟线要做成2500(+/-100)mil,这个是要注意的一点,一般PCI卡上的蛇行弯曲走线就是这条线,因为走直线距离一般都达不到此长度。
其他要求,比如地址和数据线要在1500mil以内,其实你超过一些也没什么问题,不要超太多就好了。
3. PCI卡的驱动程序编写很难。
其实无论是软件还是硬件设计,都有一些相对成熟的资料可以参考。
对驱动程序来说也是这样,对实际项目的开发没有几个是从头到尾自己在编代码,都可以在网上找到一些成熟的代码,然后自己修改一下即可,况且PCI卡的驱动程序又相对比较成熟,可参考的资料也较多。
所以你要从网上找代码,向PCI接口芯片的供应商要代码,等收集到足够多的代码,再配以适当的教材(比如对于windows2000/XP系统下的WDM驱动程序,可以参考武安河老师的教材就足够),就可以进行你自己的驱动设计了。
下面我再针对具体应用谈谈PCI采集卡的设计:一般数采卡的情况是将A/D转换后的数据通过PCI总线上传到PCI机,然后利用上层的软件进行分析处理。
pcie高速采集卡的采样原理
PCIe高速采集卡(PCIe high-speed acquisition card)是一种用于数据采集和信号处理的硬件设备,它通过PCI Express(PCIe)接口与计算机连接。
采集卡的采样原理可以概括为以下几个步骤:
1. 时钟同步:采集卡首先需要与输入信号进行时钟同步,以确保准确的采样。
一般情况下,采集卡会使用自己的时钟源或者外部的参考时钟来与输入信号进行同步。
2. 信号采样:一旦时钟同步完成,采集卡就开始对输入信号进行采样。
采样过程中,采集卡会按照一定的采样率(即每秒采样的次数)将输入信号离散化为数字信号。
采集卡上的模数转换器(ADC)负责将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
3. 数据传输:采集卡将采样到的数字信号通过PCIe接口传输给计算机。
PCIe接口提供了高速的数据传输通道,能够满足高速数据采集的需求。
传输过程中,采集卡会将采样数据打包成数据包,并通过PCIe总线发送给计算机。
4. 数据处理:计算机接收到采集卡传输的数据后,可以使用相应的软件对数据进行处理和分析。
这些软件可以根据具体的应用需求,对数据进行滤波、频谱分析、数据压缩等操作,以提取所需的信息。
需要注意的是,采集卡的采样原理会因具体的硬件设计而有所差异,不同的采集卡可能会采用不同的ADC芯片、时钟同步方式和数据处理算法等。
因此,在具体应用中,需要根据采集卡的规格和说明书来了解其采样原理和技术特点。
第5卷 第10期 中 国 水 运 Vol.5 No.10 2007年 10月 China Water Transport October 2007收稿日期:2007-8-4作者简介:周敏均 (1983-) 杭州电子科技大学 自动化学院 研究生 (310012) 研究方向:检测技术与自动化装置基于PCI 总线的视频采集卡驱动程序的设计与实现周敏均 杨成忠 江加加摘 要:本文介绍了基于PCI 总线的视频采集卡驱动程序的设计和实现。
视频采集卡基于PCI 总线的设计更好地满足了高速大容量的数据传输需求;针对视频设备的内核流驱动的设计更方便了上层应用软件的开发。
该视频采集卡驱动已经成功应用于视频监控系统中,有效地提高了视频监控系统的功效。
关键词:PCI 总线 视频采集卡 内核流驱动中图分类号:TP311.131 文献标识码:A 文章编号:1006-7973(2007)10-0149-03一、引言随着计算机、网络、多媒体技术以及全球安防事业的迅猛发展,数字视频技术得到了长足地发展,视频采集卡的应用也越来越广泛。
但是由于视频数据传输高速、大量的特点,传统的使用基于串口、并口或ISA 总线传输数据的方式已经不能满足其传输的需求。
同时,由于其复杂性,现在各厂商都是自己提供采集卡的SDK,没有统一的界面,使得上层应用的开发和设备的使用非常不便,而基于内核流的驱动程序能够很好的解决这个问题,上层应用程序能够通过系统提供的统一接口访问底层硬件。
当前,基于PCI 总线的视频采集卡以其强大而灵活的功能、高度的集成性成为主流产品。
为此,本文设计了基于PCI 总线的视频采集卡,并开发了相应的基于内核流的驱动程序。
二、视频采集卡硬件系统PCI 总线是近年来出现的一种高性能的局部总线,它理论上提供133MB/s 的传输速率,支持猝发式读写,具备完整的多总线主控能力,支持即插即用,很适合网络适配器、硬盘驱动器、全动态数字视频卡、图形卡及各类高速外设应用。
PCI2000数据采集卡使用说明书北京阿尔泰科贸有限公司目录第一章概述1、介绍2、应用3、性能和技术指标4、软件支持第二章主要元件位置图、信号输出插座和开关跳线选择定义1、主要元件布局图2、短路套设置3、信号输入输出插座定义4、模拟信号输入连接方式及应注意的问题第三章寄存器结构及功能1、寄存器格式2、寄存器结构及功能概述3、各寄存器功能具体描述4、可编程定时/计数器8254编程描述5、定时计数器8254在PCI2000中的应用第四章 PCI2000 A/D卡的应用、校准、保修第五章编程实例、函数接口及模块调用(见软件说明书相应部分)附录:PCI2600端子板使用说明第一章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PCI2000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,获得多家试用客户的一致好评,是一款真正具有可比性的产品,也是您理想的选择。
一、介绍PCI2000卡是一种基于PCI总线的数据采集卡,可直接插在IBM-PC/AT 或与之兼容的计算机内的任一PCI插槽中,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。
PCI2000板上装有12 Bit分辨率的A/D转换器,为用户提供了16双/32单的模拟输入通道。
输入信号幅度可以经程控增益仪表放大器调整到合适的范围,保证最佳转换精度。
程控增益可选择1、2、4、8(PGA203)或1、10、100、1000(PGA202)倍,A/D转换器输入信号范围±5V、±10V、0~10V。
前言本实验系统是为本科生、研究生开设的《测控技术与虚拟仪器》课程提供的实验设备。
它提供验证性、设计性、创新性的各种典型实验。
通过实验了解和掌握常用的物理量如位移、速度、力、温度、浓度、湿度等检测方法,并能初步分析典型测控系统中传感器的工作原理及其在检测与控制中的作用于地位:认识到传感器技术在信息技术应用的重要性。
训练具有根据被测对象及测量要求合理选用传感器及相应测量电路的能力。
并能构建相应的测控系统。
了解仪器接口的规范和技术,懂得如何建立特定测试目的的自动化测量系统。
懂得编写仪器控制软件,了解虚拟仪器技术的概念,体验虚拟仪器环境的实验研究。
了解LabVIEW软件及相应的虚拟仪器技术,了解传感器技术与计算机技术、通信技术及微电子技术等相关技术结合的现状与发展趋势,从而提高学生们毕业后独立设计自动化检测系统和智能化仪器仪表的能力。
实验箱底板功能说明一. 本系统所用NI PCI-6221数据采集卡资源如是,24路双向数字I/O,16路模拟输入、2路模拟输出,2路定时计数器,底板上68针插座接口为采集卡68-pin VHDCI母头接口。
采集卡用法详见NI-DAQmx帮助。
二.《步进电机控制与霍尔元件位置检测》实验模块集成在实验箱板底上。
目录第一部分传感器模块实验实验一双向磁场场强计设计 (3)实验二人体感应报警系统设计 (5)实验三电子秤设计 (7)实验四可燃气体检测系统设计 (9)实验五湿度测量计设计 (11)实验六光强检测与控制系统设计 (13)实验七红外数据传输系统设计 (15)实验八步进电机控制与霍尔元件位置检测系统设计 (17)实验九温度测量与温度控制PID系统设计 (21)实验十电机调速与测速开环系统设计 (23)实验十一电机调速与测速闭环PID系统设计 (25)实验十二模拟电梯超重报警系统设计 (27)实验十三遥控电风扇系统设计 (30)实验十四自动控制窗帘系统设计 (32)实验十五模拟小车遇障系统设计 (35)第二部分信号处理实验实验一典型信号的频谱分析实验 (38)实验二典型信号的概率密度分析实验 (40)实验三典型信号的相关分析实验 (42)实验四信号的采样与恢复实验 (44)实验五数字FIR滤波器实验 (46)实验六数字IIR滤波器实验 (48)实验七信号的调制(调幅)实验 (50)实验八信号的调制(调频)实验 (52)实验九信号的调制(调相)实验 (54)实验十信号的合成与分解实验 (56)第一部分传感器模块实验实验一双向磁场场强计设计一、实验目的1.初步认识采集卡,了解采集卡AD采集功能。
第四章数据采集卡硬件实现本章将着重讨论数据采集系统中的各硬件模块及功能模块,从关键器件的选择到硬件电路的设计,都有较详细的分析。
首先给出系统的硬件框图,然后按框图结构对各个模块予以详细的介绍,其中着重介绍了控制电路的工作原理。
基于PCI总线的数据采集卡主要由PCI接口模块,数据存储模块,AD转换模块以及CPLD 逻辑控制模块等组成,其基本工作原理是通过高速A/D将外部模拟信道的信号进行采样,先将采样数据存储在FIFO中,当FIFO半满时,会产生一个半满信号HF通知CPLD使其产生控制信号用来控制PCI9054执行DMA传送,将数据读入到电脑内存中,这样就可以在电脑中对数据进行分析处理。
图4–1是硬件结构简图(原理图请详见附录I~Ⅴ):图4–1 数据采集卡硬件结构简图4.1 数据采集卡的功能模块介绍数据采集的过程如下:传感器出来的小电压、小电流信号经过信号条理,送到A/D转换模块,从而将模拟信号转换为数字信号后,送到FIFO中缓存起来,实现一级缓存,这些缓存的数据再通过PCI总线接口芯片PCI9054以主控的DMA方式送到计算机内存中。
数据采集的控制逻辑是由一片Altera公司的PLD芯片EPM3064构成的控制模块来完成的。
控制模块的主要功能有两部分:一是产生分频信号,由于对采样频率要求不同,所以通过控制模块分频产生采样信号;二是根据FIFO模块的状态信号(FIFO半满、FIFO空)和接口模块的一些状态、命令信号,产生对A/D转换模块和FIFO模块的控制信号和对接口模块命令响应的状态信号。
在下面的几节,我们将具体介绍各个模块的功能和实现。
其中PCI接口芯片PCI9054的结构、功能原理在第三章有详细介绍。
4.1.1 PCI接口模块型号:PCI9054-AC50PI,封装:PQFP-176这是本电路图的核心部分,采用了PLX公司的PCI主设备芯片。
PCI9054是32位、33MHz的通用PCI总线控制器专用芯片。
pci接口原理PCI接口原理PCI(Peripheral Component Interconnect)是一种计算机总线接口标准,用于将计算机的主机与外部设备连接起来。
它是一种高性能、高带宽、低延迟的接口,广泛应用于各种计算机系统中。
PCI接口的原理是基于总线的工作方式。
总线是计算机内部各个部件之间进行通信的公共路径,它可以传输控制信号、地址信息和数据。
PCI接口通过总线来实现主机与外部设备之间的通信。
在PCI接口中,主机是指计算机的中央处理器(CPU)和主板上的桥接器,外部设备是指连接到主机上的各种扩展卡,如显卡、网卡、声卡等。
PCI接口采用了一种分布式的总线结构,其中包含了一个主机控制器和多个从设备控制器。
主机控制器是主机与总线之间的接口,它负责控制总线的工作,包括总线的初始化、数据传输、中断处理等。
从设备控制器是外部设备与总线之间的接口,它负责接收和发送数据,执行主机的命令。
PCI接口的工作流程如下:1. 初始化:主机控制器首先对总线进行初始化,包括设置总线的工作频率、传输模式等参数。
2. 配置:主机控制器通过配置命令将外部设备控制器的信息加载到主机的配置空间中,包括设备的厂商ID、设备ID、中断号等。
3. 寻址:主机控制器通过总线上的地址线将数据传输到指定的外部设备控制器。
地址线是一组用于传输设备地址信息的导线。
4. 数据传输:主机控制器通过总线上的数据线将数据传输到指定的外部设备控制器。
数据线是一组用于传输数据的导线。
5. 中断处理:外部设备控制器可以向主机控制器发送中断请求信号,主机控制器接收到中断请求后,会立即停止当前的数据传输,并处理中断请求。
PCI接口的优点包括:1. 高性能:PCI接口采用了并行传输方式,具有高带宽和低延迟的特点,可以满足大部分计算机系统对数据传输速度的需求。
2. 灵活性:PCI接口支持热插拔和自动配置功能,可以方便地添加或移除外部设备,而无需重新启动计算机。
通用PCI扩展卡的原理与应用 钟 磊 钱 进 (东南大学无线电工程系 南京 210096) 摘要通用PCI扩展卡是一种自行研制的高速数据采集卡,可以根据用户的要求将各种数字信号以大于40MHZ的采集速率通过PCI接口采集入计算机,是一种计算机对外的高速硬件接口。
具有很广泛的实际应用价值。
关键词通用PCI扩展卡 PCI桥芯片 WinDriver 可编程芯片(CPLD)1硬件结构简介 随着数字技术的不断发展,一方面人们对数字信号处理的速度与复杂度的要求不断提高,另一方面,计算机的CPU的处理速度不断提升以及各种信号处理算法的发展使得通过计算机软件处理外部数字信号成为一种发展趋势。
然而传统的ISA,VISA总线由于其数据采集速度慢以及不支持即插即用功能的限制使得上述方案不能在现实中得到很好的应用。
现有的各种ISA ,VISA数据采集卡也只能用于一些低速的采集场合,不能适应要求越来越高的未来应用。
通用PCI扩展卡采用PCI桥芯片(PLX9054)以及卡上的总共4*256KB的RAM以及五块可编程芯片(Xilinx 90144TQ144)可达到数十倍于ISA、VISA卡的采集速率,且可通过对CPLD的编程适应各种不同的外部数字信号的采集,通用性极强,用Jungo 公司的WinDriver 开发的驱动程序也可适合多平台的操作系统,且易于上层软件的开发。
此卡可以方便的使用于各种需要高速数字采集的工程项目中(详见3.应用举例),成本低廉。
下面简单介绍PCI扩展卡的硬件结构。
通用PCI扩展卡的硬件组成如图1所示。
各种模块的功能解释如下。
图1 通用PCI扩展卡的硬件结构 9054:PCI 桥芯片,用来作为外部数字信号进入PCI 的接口芯片。
仲裁CPLD(Xilinx 95108PC84C):用来作为给9054必要的局部总线仲裁信号。
EEPROM:存储9054的初始化信息,在每次上电时自动被9054读入。
数据切换LX、L Y、 PX、 PY(Xilinx 95144PQ160C):作为数据线和地址线的隔离,可以通过编程定义数据线和地址线方向。
PCI采集卡原理和程序原理:PCI采集卡通常由两部分组成:硬件和软件。
硬件部分包括A/D(模数转换器)和D/A(数模转换器)芯片,它们用于将模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟信号。
硬件部分还包括I/O接口电路和特定的电路元件,用于进行数字信号的输入和输出。
PCI采集卡的软件部分包括驱动程序和应用程序接口(API)。
驱动程序是一种特殊的软件,用于与硬件部分进行通信和控制。
驱动程序通过计算机的操作系统来访问硬件,并将硬件的功能暴露给用户空间的应用程序。
API是一组函数和库,用于简化和加速开发人员对PCI采集卡的编程。
在程序层面上,开发人员可以使用C、C++、Python等编程语言来开发PCI采集卡的应用程序。
通过调用API的函数,开发人员可以实现类似于打开设备、设置采样率、启动数据采集、读取数据等操作。
开发人员还可以通过API实现特定的算法和处理,如滤波、傅里叶变换、信号分析等。
1.安装驱动程序:首先,需要将PCI采集卡的驱动程序安装到计算机的操作系统中。
这样,操作系统才能识别和访问PCI采集卡的功能。
2.初始化设备:一旦驱动程序安装完成,开发人员需要通过调用相关的API函数来初始化PCI采集卡。
这包括打开设备、设置采样率、配置输入输出等。
3.数据采集:在设备初始化完成后,开发人员可以通过调用API函数来启动数据采集。
API函数提供了多种采集模式,如连续采集、触发采集、分段采集等。
4.数据处理:一旦数据采集完成,开发人员可以通过调用API函数来读取采集到的数据,并进行进一步的数据处理。
这可以包括数据滤波、傅里叶变换、数据分析等。
5.关闭设备:在程序结束后,需要调用API函数来关闭并释放PCI采集卡的资源。
总之,PCI采集卡利用计算机的PCI总线进行数据采集和实验控制。
它通过硬件和软件的配合来实现数据的输入和输出。
开发人员可以通过驱动程序和API函数来编写程序,实现采集卡的功能使用和数据处理。
浅谈PCI总线数据采集卡的运用摘要数据采集研究的是数据信息的获取、存储、处理及控制。
信息社会的发展,在很大程度上取决与信息与信号处理技术的先进性。
本文以PCI的意义出发,讨论了PCI数据采集卡在工业生产及其他领域中的运用。
关键词PCI总线;数据采集;运用1PCI的意义信息与信号处理技术的先进性是信息社会发展的一个重要标志。
而研究数据信息的获取、存储、处理及控制等内容的数据采集就是信息科学的一个重要分支。
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。
PCI是外设部件互连标准的缩写,它是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。
从结构上看,PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线,具体由一个桥接电路实现对这一层的管理,并实现上下之间的接口以协调数据的传送。
PCI作为一种高性能的计算机局部总线,近年来早己成为主流的计算机内部总线。
当前主流PC中的PCI总线拥有33MHz工作频率、32bit位数据位宽,和最大132MB/s的传输速度,非常适于一些高速外接设备与PC进行数据通信。
2PCI数据采集卡在工业生产中的运用在工业生产中,工厂质量检验是质量体系中的一个重要要素。
即使在现代质量管理中,质量检验也起着十分重要的作用。
当今的企业竞争日益激烈,而企业竞争的核心就是技术的竞争因此,检验设备是提高工业生产工作效率的重要手段。
只有检验的速度,提高检验的精度,使检验的操作方式更简易,才能保证企业在竞争中立于不败之地。
以基于数据采集卡PCI8735的检测设备为例,PCI8735是13位的低损耗多功能数据采集卡,具有独特的电路设计和完善的数据采集与控制功能,支持即插即用,具有FIFO的高速缓存,可灵活设定输入类型和范围,具有32通道单端、16路双端模/数输入(AI/DI)、16通道数字输出(DO),采集速率可达500kHz。
PM-512 高精度模入接口卡技术说明书1. 概述PM-512高精度模入接口卡适用于提供了PC104 总线的嵌入式微机。
其操作系统可选用经典的MS-DOS 或目前流行的 Windows 系列等多种操作系统。
PM-512高精度模入接口卡安装使用简便、功能齐全。
其A/D 转换启动方式可以选用程控频率触发、程控单步触发、外部TTL信号触发以及外部时钟同步触发等多种方式。
A/D转换后的数据结果通过先进先出存储器(FIFO)缓存后由PC104总线读出。
为方便用户,本卡还提供了符合TTL电平的8路数字量输入和8路数字量输出信号通道。
2. 主要技术参数2.1模入部分( 标*为出厂标准状态,下同 )2.1.1输入通道数:单端16路* / 双端8路2.1.2 输入信号范围:0~10V*;0~5V;±5V;±10V2.1.3 输入阻抗:≥10MΩ2.1.4 输入通道选择方式:单通道程序指定/多通道自动扫描2.1.5 A/D转换分辩率:16位2.1.6 A/D最高转换速率:100KHz2.1.7 A/D采样程控频率:1KHz/5KHz/10KHz/50KHz/100KHz/外部时钟2.1.8 A/D启动方式:程控频率触发/程控单步触发/外部TTL信号触发2.1.9 A/D转换输出码制:单极性原码*/双极性偏移码2.1.10 FIFO存储器容量:8K×16bit(全满)/4K×16bit(半满)2.1.11 数据读取识别方式:FIFO半满查询/FIFO非空查询/FIFO半满中断2.1.12 系统综合误差:≤0.02% F.S2.2 开关量部分2.2.1 输入路数:8路TTL电平2.2.2 输出路数:8路TTL电平2.3 电源功耗: +5V(±10%)≤500mA2.4环境要求:工作温度:10℃~40℃相对湿度: 40%~80%存贮温度:-55℃~+85℃2.5 外型尺寸:长×高=90mm×96mm3. 工作原理工作原理简介PM-512高精度模入接口卡主要由高速多路模拟开关选通电路、高速高精度放大电路、高精度模数转换电路、先进先出(FIFO)缓冲存储器电路、开关量输入输出电路和接口控制逻辑电路等部分组成。
前言本实验系统是为本科生、研究生开设的《测控技术与虚拟仪器》课程提供的实验设备。
它提供验证性、设计性、创新性的各种典型实验。
通过实验了解和掌握常用的物理量如位移、速度、力、温度、浓度、湿度等检测方法,并能初步分析典型测控系统中传感器的工作原理及其在检测与控制中的作用于地位:认识到传感器技术在信息技术应用的重要性。
训练具有根据被测对象及测量要求合理选用传感器及相应测量电路的能力。
并能构建相应的测控系统。
了解仪器接口的规范和技术,懂得如何建立特定测试目的的自动化测量系统。
懂得编写仪器控制软件,了解虚拟仪器技术的概念,体验虚拟仪器环境的实验研究。
了解LabVIEW软件及相应的虚拟仪器技术,了解传感器技术与计算机技术、通信技术及微电子技术等相关技术结合的现状与发展趋势,从而提高学生们毕业后独立设计自动化检测系统和智能化仪器仪表的能力。
实验箱底板功能说明一. 本系统所用NI PCI-6221数据采集卡资源如是,24路双向数字I/O,16路模拟输入、2路模拟输出,2路定时计数器,底板上68针插座接口为采集卡68-pin VHDCI母头接口。
采集卡用法详见NI-DAQmx帮助。
二.《步进电机控制与霍尔元件位置检测》实验模块集成在实验箱板底上。
目录第一部分传感器模块实验实验一双向磁场场强计设计 (3)实验二人体感应报警系统设计 (5)实验三电子秤设计 (7)实验四可燃气体检测系统设计 (9)实验五湿度测量计设计 (11)实验六光强检测与控制系统设计 (13)实验七红外数据传输系统设计 (15)实验八步进电机控制与霍尔元件位置检测系统设计 (17)实验九温度测量与温度控制PID系统设计 (21)实验十电机调速与测速开环系统设计 (23)实验十一电机调速与测速闭环PID系统设计 (25)实验十二模拟电梯超重报警系统设计 (27)实验十三遥控电风扇系统设计 (30)实验十四自动控制窗帘系统设计 (32)实验十五模拟小车遇障系统设计 (35)第二部分信号处理实验实验一典型信号的频谱分析实验 (38)实验二典型信号的概率密度分析实验 (40)实验三典型信号的相关分析实验 (42)实验四信号的采样与恢复实验 (44)实验五数字FIR滤波器实验 (46)实验六数字IIR滤波器实验 (48)实验七信号的调制(调幅)实验 (50)实验八信号的调制(调频)实验 (52)实验九信号的调制(调相)实验 (54)实验十信号的合成与分解实验 (56)第一部分传感器模块实验实验一双向磁场场强计设计一、实验目的1.初步认识采集卡,了解采集卡AD采集功能。
PCI6506 光电隔离32路输入一、概述PCI6506板是独立光电隔离32路开关量输入,该板卡简单可靠,输入电压范围广,符合PCI 总线标准。
PCI6506开关量输入部分采用光电隔离技术,实现32路电压型开关量的并行输入,有效的避免了外部环境对主机的干扰和损坏,输入采用共地方式,不需要外接电源,各路输入相互独立,只要选用适当的限流电阻,保证光电耦合器件的输入电流为4mA 左右,即可适应不同电压的开关量输入,出厂为0~12V 。
PCI6506采用芯片表贴技术。
出厂时提供Win98/2000/NT/XP 下测试程序和动态链接程序(DLL )及编程指导(DEMO 程序),有VB/VC 采集程序例程,并提供两年的质保服务。
由于是PCI 总线,用户不必关心板卡的实际地址,安装板卡时,PCI 协议自动分配该板的基地址。
二、性能特点·32路光电隔离开关量输入·每个点输入电压可选(出厂为0~24V)·输入电流限制在4--8mA 左右,由R1~R32阻值决定 ·工作模式为CPU 扫描刷新,最快扫描周期<5μS ·基地址浮动,由PCI 协议管理地址 ·物理I/O 地址为BASE+0~BASE+3H·提供WIN/98/2000/NT/XP 下驱动程序及动态连接库三、技术参数·工作电压: 5V ±0.25V ·工作温度: 0℃~50℃ ·湿 度: 5%~95%四、工作原理1.工作原理图(图1)PL DI0 DO0数据驱动数据驱动数据驱动 数据驱动 光隔 光隔 光隔 光隔图1:逻辑方框图五、使用方法1.端口地址PCI 总线地址为浮动地址,由PCI 总线协议分配,物理地址为BASE+0H ~BASE+3H ,口地址 读写操作 功能定义 BASE +0 读 第0~7路开关量DI 输入 BASE +1 读 第8~15路开关量DI 输入 BASE +2 读 第16~23路开关量DI 输入 BASE +3 读 第24~31路开关量DI 输入表1:I/O 端口地址定义表(BASE 表示首地址)2.信号引脚定义引脚号信号引脚号信号19 DI0 37 DI1 18 DI2 36 DI3 17 DI4 35 DI5 16 DI6 34 DI7 15 DI8 33 DI9 14 DI10 32 DI11 13 DI12 31 DI13 12 DI14 30 DI15 11 DI16 29 DI17 10 DI18 28 DI19 9 DI20 27 DI21 8 DI22 26 DI23 7 DI24 25 DI25 6 DI26 24 DI27 5 DI28 23 DI29 4 DI30 22 DI31 3 GND 21 GND 2 GND 20 GND 1备用数据缓冲P CI 总 线总线译码总线芯片表2:J1输出信号定义表(注:AGND为电源地)37个针对应1.。
PM-512 高精度模入接口卡技术说明书1. 概述PM-512高精度模入接口卡适用于提供了PC104 总线的嵌入式微机。
其操作系统可选用经典的MS-DOS 或目前流行的 Windows 系列等多种操作系统。
PM-512高精度模入接口卡安装使用简便、功能齐全。
其A/D 转换启动方式可以选用程控频率触发、程控单步触发、外部TTL信号触发以及外部时钟同步触发等多种方式。
A/D转换后的数据结果通过先进先出存储器(FIFO)缓存后由PC104总线读出。
为方便用户,本卡还提供了符合TTL电平的8路数字量输入和8路数字量输出信号通道。
2. 主要技术参数2.1模入部分( 标*为出厂标准状态,下同 )2.1.1输入通道数:单端16路* / 双端8路2.1.2 输入信号范围:0~10V*;0~5V;±5V;±10V2.1.3 输入阻抗:≥10MΩ2.1.4 输入通道选择方式:单通道程序指定/多通道自动扫描2.1.5 A/D转换分辩率:16位2.1.6 A/D最高转换速率:100KHz2.1.7 A/D采样程控频率:1KHz/5KHz/10KHz/50KHz/100KHz/外部时钟2.1.8 A/D启动方式:程控频率触发/程控单步触发/外部TTL信号触发2.1.9 A/D转换输出码制:单极性原码*/双极性偏移码2.1.10 FIFO存储器容量:8K×16bit(全满)/4K×16bit(半满)2.1.11 数据读取识别方式:FIFO半满查询/FIFO非空查询/FIFO半满中断2.1.12 系统综合误差:≤0.02% F.S2.2 开关量部分2.2.1 输入路数:8路TTL电平2.2.2 输出路数:8路TTL电平2.3 电源功耗: +5V(±10%)≤500mA2.4环境要求:工作温度:10℃~40℃相对湿度: 40%~80%存贮温度:-55℃~+85℃2.5 外型尺寸:长×高=90mm×96mm3. 工作原理工作原理简介PM-512高精度模入接口卡主要由高速多路模拟开关选通电路、高速高精度放大电路、高精度模数转换电路、先进先出(FIFO)缓冲存储器电路、开关量输入输出电路和接口控制逻辑电路等部分组成。
3.1 高速多路模拟开关选通电路本电路由2片ADG408高速多路模拟开关(或同类产品)及跨接选择器KJ1、KJ2组成,用以从16路单端信号或8路双端信号中选择其中一路,送入后端的放大器电路处理。
3.2 高速高精度放大电路本电路由4个高速高精度放大器、基准源、阻容件及跨接选择器KJ3组成,用以对通道开关选中的模拟信号进行变换处理,以提供模数转换电路所需要的信号。
3.3 高精度模数转换电路本电路由高速模数转换芯片ADS7805(或AD976)及调整电位器W1、W2、和W3组成,用以将模拟信号转换为数字信号。
W1用于偏移调整,W2用于零点调整,W3用于满量程增益调整。
3.4 先进先出(FIFO)缓冲存储器电路本电路用于将A/D转换的数据结果进行缓冲存储。
并相应的给出“空”,“半满”和“全满”的标志信号。
用户在使用过程中可以随时根据这些标志信号的状态以单次或批量的方式读出A/D转换的结果。
3.5 开关量输入输出电路:本卡还提供了各8路的开关量输入输出信号通道。
使用中需注意对这些信号应严格符合TTL 电平规范。
3.6 接口控制逻辑电路接口控制逻辑电路用来将PC104总线控制逻辑转换成与各种操作相关的控制信号。
4. 安装及使用注意本卡的安装十分简便,在关电情况下,将本卡上的P1总线连接器正确的插入主机或其它功能板卡的总线连接器中并轻轻压紧。
为避免两层板卡上的元器件互相接触造成不可预计的后果,应正确选用适当高度的支柱并在本卡安装完成后将其紧固。
本卡采用的模拟开关是COMS 电路,容易因静电击穿或过流造成损坏,所以在安装或用手触摸本卡时,应事先将人体所带静电荷对地放掉,同时应避免直接用手接触器件管脚,以免损坏器件。
禁止带电插拔本接口卡。
本卡跨接选择器较多,使用中应严格按照说明书进行设置操作。
设置接口卡开关、跨接套和安装接口带缆时均应在关电状态下进行。
当模入通道不全部使用时,应将不使用的通道就近对地短接,不要使其悬空,以避免造成通道间串扰和损坏通道。
为保证安全及采集精度,应确保系统地线(计算机及外接仪器机壳)接地良好。
特别是使用双端输入方式时,为防止外界较大的共模干扰,应注意对信号线进行屏蔽处理。
5. 使用与操作5.1主要可调整元件见图1。
图1 主要可调整元件位置图5.2 I /O 基地址选择:I /O 基地址的选择是通过DIP 开关K 1 进行的,开关拨至“OFF ”处为1,反之为0。
初始地址的选择范围一般为100H ~370H 之间。
用户应根据主机硬件手册给出的可用范围及是否插入其它功能卡来决定本卡的I /O 基地址。
出厂时本卡的基地址设为300H ,并从基地址开始占用连续8个地址。
现举例说明见图2。
A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4 A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4(a) 100H (b) 310H图2 I /O 基地址选择举例5.3 输入输出插座接口定义 5.3.1 模入部分J1为模拟信号输入插座,其信号定义见表1。
用户可根据需要选择连接信号线(单端)或信号线组(双端)。
为减少信号杂波串扰和保护通道开关,凡不使用的信号端应就近与模拟地短接, 这一点在小信号采样时尤其重要。
表1 J1模拟输入信号端口定义(括号内表示双端方式)5.3.2 开关量部分J2为开关量输入输出插座,其信号定义见表2 。
表2 J2开关量输入输出信号端口定义ON 1 2 3 4 5 6 ON 1 2 3 4 5 6注:EC/T 为外触发启动信号/外同步时钟信号共用输入端。
5.4 跨接器的使用5.4.1 单端/双端方式选择KJ1、KJ2为单端/双端输入方式选择插座,其使用方法见图3。
KJ1KJ2SSDDKJ1KJ2SSDDa. 单端输入方式b. 双端输入方式图3 单/双端输入方式选择5.4.2 A/D 量程选择KJ3为A/D 量程选择插座,其使用方法见图4。
KJ31234KJ31234KJ31234KJ31234a.0~10V 输入b. 0~5V 输入c. ±5V 输入d. ±10V 输入图4 A/D 量程选择5.5 控制端口与数据格式5.5.1各控制端口的地址与功能见表3表3 端口地址与功能表(16位操作)下面分别就表3中的各项功能进行详细说明 1.状态控制字格式和定义A3A2 A1 A0 为通道代码。
当本卡工作在单通道程序指定方式时,这些通道代码即为程序指定的某一通道。
当本卡工作在多通道自动扫描方式时,这里的通道代码为指定的末通道(一定大于0),本卡将自动从0通道开始,逐次加一选择通道,直到指定的末通道为止,且周而复始。
B为触发启动方式选择。
B=0时为程控触发启动方式,B=1时为外部TTL信号触发启动方式。
C为单通道程序指定/多通道自动扫描选择。
C=0时为单通道程序指定方式。
C=1时为多通道自动扫描方式。
D2 D1 D0 为A/D采样程控频率选择。
其定义如下:E1 E0F为中断允许选择。
F=0禁止中断,F=1允许中断。
当允许中断时,FIFO存储器的“半满”信号就将产生中断申请,以便本卡在中断方式下开始读取A/D转换结果。
2.清空FIFO本操作用于清空FIFO并使除I/O以外的各种已进行过的操作恢复到初始状态,同时将FIFO的状态标志置为“空”。
本操作应在每次A/D采集之前进行。
3.置工作允许/停止当状态控制字填写完毕后,本卡还不能开始工作。
只有在基地址+2写1才能允许工作。
此时,如果状态控制字选择的是程控触发启动方式,则本卡将按照选定的程控频率开始工作。
如果状态控制字选择的是外部TTL信号触发启动方式,则本卡将等待外部TTL信号的上升沿(从低电平到高电平),然后按照选定的程控频率开始工作。
采样过程中,在基地址+2写0将停止本卡的A/D转换工作,直到重新写1允许。
4.查询FIFO状态FIFO状态在工作过程中可以随时查询,以判断FIFO存储器中A/D转换结果的存储情况。
其状态标志定义如下:一般情况下,如果本卡工作在低速或单步方式时,可以用过查询判断FIFO是否为“空”进行数据的读取。
而在高速工作方式时,应该通过查询判断FIFO是否为“半满”进行数据的批量读取。
“全满”状态一般不要使用,因为出现了“全满”就意味着可能有数据溢出丢失。
5.单步采样在状态控制字设为单步方式,且置为工作允许后,再对基地址+4进行一次写操作(写出数据无关),本卡就进行一次采样。
如果本卡同时还置为多通道自动扫描方式,则同时切换到下一个通道等待继续操作。
由于单步采样是一个程序可控的进程,所以只要执行完一次单步采样并且判断FIFO中“不空”,即可从FIFO中读出A/D转换的结果。
6.从FIFO中读出A/D转换结果执行此操作可以从FIFO中读出经过缓存的A/D转换结果,此结果由16位数据组成,具体格式及定义参见5.5.3。
7.读/写8位DI/DO开关量数据执行上述读/写操作可以读入或写出数字开关量。
注意此类操作均为16位操作,但只有低8位有效。
其中每一位对应一路数字开关量,且数字开关量均为TTL电平标准。
具体数据格式参见5.5.4。
5.5.2模入通道代码数据格式见表5(端口地址为基地址+0)5.5.3 A/D转换结果的数据格式见表6(端口地址为基地址+4)表6 A/D转换结果数据格式注:双极性时DB15为符号位。
5.5.4 开关量输入输出信号的数据格式见表7 (端口地址为基地址+6)表7 开关量输入输出信号数据格式5.6 模入码制以及数据与模拟量的对应关系5.6.1 本接口卡在单极性方式工作,且输入的模拟量为0~10V时,转换后的16位数码为二进制原码。
此16位数码表示一个正数码,其数码与模拟电压值的对应关系为:模拟电压值=数码(16位)×10(V)/65536 (V)即: 1LSB=0.1526mV5.6.2 本接口卡在单极性方式工作,且输入的模拟量为0~5V时,转换后的16位数码为二进制原码。
此16位数码表示一个正数码,其数码与模拟电压值的对应关系为:模拟电压值=数码(16位)×5(V)/65536 (V)即: 1LSB=0.0763mV5.6.3 本接口卡在双极性方式工作,且输入的模拟量为±5V 时,转换后的16 位数码为二进制偏移码。
此16 位数码的最高位(DB15)为符号位,“0”表示负,1”表示正。
偏移码与补码仅在符号位上定义不同,此时数码与模拟电压值的对应关系为:模拟电压值=数码(16位)×10(V)/65536-5 (V)即:1LSB=0.1526mV5.6.4 本接口卡在双极性方式工作,且输入的模拟量为±10V 时,转换后的16 位数码为二进制偏移码。