课程设计指导书 体,使测控实现了自动化,从而也大大地提高了测控速度。 (2)提高测控精度 由于外界的干扰、内部的噪音、电源的波动、温度的变化、期间的非线性等,必然降低测控精度。引 入微型计算机后,系统可以进行数字滤波,对器件的非线性进行校正:系统可以进行自动校准以消除系统 误差,多次重复测量可以削弱随机误差。从而可将测控精度提高很多。 (3)通过数据变换实现多功能 测频率后,通过倒数变换(T=1/f)可得周期;测正弦波的峰值可求得有效值(v=v/205);时域数据 通过快速傅立叶变换(FFT)可得到相应的频域数据可求得信号的最大值、最小值、平均值. (4)降低了测控系统成本 由于软件有替代硬件的功能,各种运算器、比较器、滤波器、线性化器、定时器等都可由计算机承担, 省去一大批硬件,从而减低了系统的成本。由于计算机的性能不断提高,价格逐年下降,这一优点今后将更 加突出。 (5)提高了系统的可靠性 另外,由于计算机有分析、判断的能力,因此它作为过程控制的核心——决策机构是不容置疑的 测量结果由计算机通过接口电路送给输出设备。输出设备可采用数字显示、打印机或绘图仪。如果要 观察或记录被测信号的波形,可用D/A转换器把计算机输出的数字量恢复成模拟量,然后用示波器或X-Y记 录仪显示或记录,也可将数字量直接送到显示终端绘制波形。D/A输出的模拟信号可作为控制信号。 [设备及器材] 微机、多功能AD板及接口、示波器、信号发生器。 [设计步骤] 、理论知识准备 第一部分:采样定理、AD的原理与D/A的原理复习 第二部分:VC、ⅦB语言复习及图形编程 第三部分:AD板使用介绍. 第四部分:典型测控采集系统介绍、布置设计内容. 信号发生器信号与AD板连接 AC611|D板经DB25芯电缆经过AC146端子板连接信号发生器输出的模拟信号。 三、测控系统软件设计要求 编写AD板的初始化程序与采集程序,调试上述程序,绘制波形,可用信号发生器输出的信号调试 注意:图形曲线以及幅值刻度和时间刻度要与实际信号一直。调试程序可参考所给的参考程序 调试成功后可编辑其他相关功能,(如设置采样长度、采样间隔、形成数据文件、FFT分析及波形 统计分析等)。自动检测系统在数据处理功能上除了可进行FFT分析外,还应给出检测信号的最大值、最小 值、平均值。自动分析得出信号的频率和周期 所编程序包括菜单的实现及相关功能,如举例所示,其中功能必须包括数据的采集及保存,波形显示 数据显示、FFT变换、信号周期和频率的自动检测。 通过D/A输出相关波形,由示波器进行观测的内容作为选项,完成基本内容的同学可以设计实习 有关FFT变换的编程,可参看《测试技术与测试信号处理》(吴正毅编,清华大学出版社出版)203 页至212页有关内容。 完成测控系统的界面及工作菜单设计。一个好的采集系统程序应有一个方便、实用、友好、快捷的工 作界面。因此编制一个好的菜单亦很重要
课程设计指导书 6 体，使测控实现了自动化，从而也大大地提高了测控速度。 （2）提高测控精度 由于外界的干扰、内部的噪音、电源的波动、温度的变化、期间的非线性等，必然降低测控精度。引 入微型计算机后，系统可以进行数字滤波，对器件的非线性进行校正；系统可以进行自动校准以消除系统 误差，多次重复测量可以削弱随机误差。从而可将测控精度提高很多。 （3）通过数据变换实现多功能 测频率后，通过倒数变换（T=1/f） 可得周期；测正弦波的峰值可求得有效值（v =vm/20.5 ）；时域数据 通过快速傅立叶变换（FFT）可得到相应的频域数据可求得信号的最大值、最小值、平均值…… 。 （4）降低了测控系统成本 由于软件有替代硬件的功能，各种运算器、比较器、滤波器、线性化器、定时器等都可由计算机承担， 省去一大批硬件，从而减低了系统的成本。由于计算机的性能不断提高，价格逐年下降，这一优点今后将更 加突出。 （5）提高了系统的可靠性 另外，由于计算机有分析、判断的能力，因此它作为过程控制的核心——决策机构是不容置疑的。 测量结果由计算机通过接口电路送给输出设备。输出设备可采用数字显示、打印机或绘图仪。如果要 观察或记录被测信号的波形，可用 D/A 转换器把计算机输出的数字量恢复成模拟量，然后用示波器或 X-Y 记 录仪显示或记录，也可将数字量直接送到显示终端绘制波形。D/A 输出的模拟信号可作为控制信号。 [设备及器材] 微机、多功能 A/D 板及接口、示波器、信号发生器。 [设计步骤] 一、理论知识准备。 第一部分: 采样定理、A/D 的原理与 D/A 的原理复习. 第二部分: VC、VB 语言复习及图形编程. 第三部分: A/D 板使用介绍. 第四部分: 典型测控采集系统介绍、布置设计内容. 二、信号发生器信号与 A/D 板连接 AC6111AD 板经 DB25 芯电缆经过 AC146 端子板连接信号发生器输出的模拟信号。 三、测控系统软件设计要求 编写 A/D 板的初始化程序与采集程序，调试上述程序，绘制波形，可用信号发生器输出的信号调试。 注意：图形曲线以及幅值刻度和时间刻度要与实际信号一直。调试程序可参考所给的参考程序。 调试成功后可编辑其他相关功能，（如设置采样长度、采样间隔、形成数据文件、FFT 分析及波形、 统计分析等）。自动检测系统在数据处理功能上除了可进行 FFT 分析外，还应给出检测信号的最大值、最小 值、平均值。自动分析得出信号的频率和周期。 所编程序包括菜单的实现及相关功能，如举例所示，其中功能必须包括数据的采集及保存，波形显示， 数据显示、FFT 变换、信号周期和频率的自动检测。 通过 D／A 输出相关波形，由示波器进行观测的内容作为选项，完成基本内容的同学可以设计实习。 有关 FFT 变换的编程，可参看《测试技术与测试信号处理》（吴正毅编，清华大学出版社出版）203 页至 212 页有关内容。 完成测控系统的界面及工作菜单设计。一个好的采集系统程序应有一个方便、实用、友好、快捷的工 作界面。因此编制一个好的菜单亦很重要
课程设计指导书 [调试注意事项 1、连接好线路后,再打开电源。 2、使用FFT程序时,注意对数据点数的要求 3、A/D板使用前要仔细了解说明及相关编程,注意接口引脚。调试程序要耐心 [Ac6111AD板介绍] AC61l是一款中速度通用AD板,采用PCI总线支持即插即用。属于“ JP FREE”系列,无需任何跳 线、开关设置,方便应用。(北京双诺测控技术有限公司) AC6l!1具有16路模拟输入、2路12位DA输出、16路可编程开关量、一路16位计数器、采集转 换支持多种触发形式。AC6l11.用大规模可编程门阵列设计,提高可靠性。 ⊙Acil: B心- 1.1AD部分介绍: ☆采用DB25接头。 ☆16路输入,支持通道扫描及伪冋时采样(冋步采保)扫描模式。(注:伪同步模式:既模拟同步采样模 式,采样被定时器或外部时钟启动后,611以400KHz的最大速度对用户设置的一组通道采样,结東后 等待下一次启动,如此循环采样),新卡支持16路单端8路差分输入(连接与定义见后)。 令12位400 HZAD转换器。多通道采集速度可以达到最大采样速度 ☆模拟输入通道支持自动扫描模式,可以设置任意起始、截止通道 ◆输入量程程控,范围:5伏、10伏、±5伏、±10伏 ◆输入通道模式: SH/NORMAL,既:伪同步/等时间间距通道扫描模式 ☆AD启动模式:软件、外部硬件触发。触发可以选择上升、下降边沿有效。 ☆AD定时器模式:板上16位定时器(基准时钟4MHz)、外部同步时钟(OCLK)。OCLK可以选择时钟上 升或下降边沿有效。时钟触发在“SH”模式,每个触发转换N个通道:“ NORMAL”模式,每个时钟触 发转换一个通道 ☆AD接口采用4K字FIFO,支持大容量数据采集。 ☆采集数据支持:起始通道标志、触发标志。用户可以检测采集数据的连续性及支持预触发功能 1.2AD性能 ■AD转换器ADS7818:400KHZ,12位AD,AD内置采样保持器。 7
课程设计指导书 7 [调试注意事项] 1、连接好线路后,再打开电源。 2、使用 FFT 程序时，注意对数据点数的要求。 3、A/D 板使用前要仔细了解说明及相关编程,注意接口引脚。调试程序要耐心。 [ AC6111 A/D 板介绍 ] AC6111是一款中速度通用A/D板，采用PCI总线支持即插即用。属于“JP FREE”系列，无需任何跳 线、开关设置，方便应用。（北京双诺测控技术有限公司） AC6111 具有 16 路模拟输入、2 路 12 位 D/A 输出、16 路可编程开关量、一路 16 位计数器、采集转 换支持多种触发形式。AC6111 采用大规模可编程门阵列设计，提高可靠性。 1.1 AD 部分介绍： ❖ 采用DB25接头。 ❖ 16路输入，支持通道扫描及伪同时采样（同步采保）扫描模式。（注：伪同步模式：既模拟同步采样模 式，采样被定时器或外部时钟启动后，6111以400KHz的最大速度对用户设置的一组通道采样，结束后 等待下一次启动，如此循环采样），新卡支持16路单端/8路差分输入（连接与定义见后）。 ❖ 12位400KHz A/D转换器。多通道采集速度可以达到最大采样速度。 ❖ 模拟输入通道支持自动扫描模式，可以设置任意起始、截止通道。 ❖ 输入量程程控，范围：5伏、10伏、5伏、10伏。 ❖ 输入通道模式：SH/NORMAL，既：伪同步/等时间间距通道扫描模式。 ❖ AD启动模式：软件、外部硬件触发。触发可以选择上升、下降边沿有效。 ❖ AD定时器模式：板上16位定时器（基准时钟4MHz）、外部同步时钟（OCLK）。OCLK可以选择时钟上 升或下降边沿有效。时钟触发在“SH”模式，每个触发转换N个通道；“NORMAL”模式，每个时钟触 发转换一个通道。 ❖ AD接口采用4K字FIFO，支持大容量数据采集。 ❖ 采集数据支持：起始通道标志、触发标志。用户可以检测采集数据的连续性及支持预触发功能。 1.2 AD 性能： ◼ A/D转换器ADS7818：400KHZ，12位A/D，A/D内置采样保持器
7 CLK ADS7818 GND 8-Pin Plastic Mini-DIP 12V/-12V,瞬时输入耐压: 30ⅴ~+30V,差分输入共模抑制比大于80DB。DB25孔式输入连接器 输入支持:SH、 NORMAL二种通道模式(并行采样、扫描采样)。对应最小每通道采样时间 SH:N*2.5(uS)其中:N为设置的采样通道数量 NORMAL: 2. 5uS 程控模拟输入范围,双极性输入幅度:±5V、±10伏,单极性输入幅度:5V、10输入,对应输入幅度 及精度如下: + LsB 0-10V 0.1%±1LSB 5V-+5V0.1%±1LSB 10V-+10V01%±1LSB A/D最大通过率:400KHZ,输入通道建立时间<2uS AD工作模式、参数: 采集启动模式:软件、硬件触发(外触发)启动。外部触发的极性可以选择为“上升边沿“或“下降边 沿“有效。 触发输入:TL电平(注1),内置10K上拉电阻,CMOS输入。输入带 shmit触发器。 采样定时器模式:内部时钟、外部时钟。外部时钟支持上升、下降边沿选择。 板上时钟:16位定时器、基准时钟4MHz,设置范围:10~65535,对应采样速度:400KHz~16Hz 外部时钟输入:T∏L电平,输入特性同外部触发输入。时钟输入最小有效脉冲宽度:大于100nS。时钟 频率必须小于对应采样模式的最大采样速度。 AD与计算机采用FIFO接口,容量:4K字,提供:FIFO空、半满、溢出标志。半满标志支持中断。 注1:TL电平:高电平大于23V,低电平小于:0.6V 1.3DA部分介绍 ☆DB25插座 ☆二路DA输出,分辨率12位, ☆模拟输出量程:10伏、±10伏,每路输出可以分别软件设置 令输出建立时间:小于50微秒(0.1%精度) 1.4DA性能 D/A转换器DAC7612:二路12位DA,输出电压10V或±10V(程控)。 精度:10v:0.1%,-10V~+10V:0.2% CLK 2 LOADDACS 3 DAC7612U 6GND
课程设计指导书 8 ◼ 16路单端输入／8路差分， 输入阻抗大于100MΩ，最大输入电压：< ＋12V / －12V，瞬时输入耐压： -30V～+30V，差分输入共模抑制比大于80DB。DB25孔式输入连接器。 ◼ 输入支持：SH、NORMAL二种通道模式（并行采样、扫描采样）。对应最小每通道采样时间： SH：N*2.5 (uS) 其中：N为设置的采样通道数量。 NORMAL：2.5uS ◼ 程控模拟输入范围，双极性输入幅度： 5V、10伏，单极性输入幅度：5V、10V输入，对应输入幅度 及精度如下： 输入 精度 分辨率 0－5V 0.1% 1LSB 0－10V 0.1% 1LSB -5V－+5V 0.1% 1LSB -10V－+10V 0.1% 1LSB ◼ A/D最大通过率：400KHZ，输入通道建立时间<2uS。 AD工作模式、参数： ◼ 采集启动模式：软件、硬件触发（外触发）启动。外部触发的极性可以选择为“上升边沿“或“下降边 沿“有效。 ◼ 触发输入：TTL电平（注1），内置10K上拉电阻，CMOS输入。输入带shmit触发器。 ◼ 采样定时器模式：内部时钟、外部时钟。外部时钟支持上升、下降边沿选择。 ◼ 板上时钟：16位定时器、基准时钟4MHz，设置范围：10～65535，对应采样速度：400KHz～16Hz。 ◼ 外部时钟输入：TTL电平，输入特性同外部触发输入。时钟输入最小有效脉冲宽度：大于100nS。时钟 频率必须小于对应采样模式的最大采样速度。 ◼ AD与计算机采用FIFO接口，容量：4K字，提供：FIFO空、半满、溢出标志。半满标志支持中断。 注 1：TTL 电平：高电平大于 2.3V，低电平小于：0.6V 1.3 DA 部分介绍 ❖ DB25插座。 ❖ 二路D/A输出，分辨率12位。 ❖ 模拟输出量程：10伏、10伏，每路输出可以分别软件设置。 ❖ 输出建立时间：小于50微秒（0.1%精度） 1.4 DA 性能 ◼ D／A转换器DAC7612：二路12位D/A，输出电压10V或10V（程控）。 精度：10V：0.1% ， -10V ～ +10V：0.2%
课程设计指导书 分辨率:12位。 输出驱动能力:电流大于5毫安、 电容驱动能力:100P。 1.5开关量部分介绍: ◆20芯扁平电缆插座 ☆16位开关量的二个8位可以分别设置为输入、输出 1.6开关量性能 16路开关量(2个8位定义为:PA、PB口),T电平。PA、PB可以分别程控为输入、输出。 20脚扁平电缆插座输出、输出。开关量复位后为输入状态 输出高电压>3V,低电压<0.4V 输出下拉电流>20mA路,上拉>6mA 输入电流:<0.1mA输入高电压门限:)25V,低电压:〈0.8V, 最大输入耐压:-0.3V~+7V 1.7计数器/定时器部分介绍: ☆一路16位计数器(DB25插座输入)。内置16位定时器(基准时钟:IMHz),可以精确测量频率、脉冲宽 度。定时器测量范围:1微秒-65毫秒 1.8计数器/定时器性能: 16位计数器,计数范围1~65535,减法计数器。计数输入TTL电平,上升边沿有效,内部结构同触发输 入。最大计数频率:大于SMHz。具有计数溢出标志(计数到0时溢出)。 内置16位定时器,可以测量从计数器设置数值到溢出有效这一个时间段的时间。定时器输入时钟为1MHz (lusS周期),精度:±66纳秒。 ■计数器与定时器结合可以完成:计数、测频、测量脉冲宽度的功能。 PCI总线,符合PCIV2.1标准 AC6l11用64个O选通空间(自动分配)。 9连接 ◆AC6l!1模拟输入可以配接AC146端子板。开关量可以配接AC142或AC145端子板 ☆win98、2000、XP、NT驱动 A/D、D/A AC146 AC142
课程设计指导书 9 分辨率：12位。 输出驱动能力：电流大于5毫安、 电容驱动能力：100P。 1.5 开关量部分介绍： ❖ 20芯扁平电缆插座。 ❖ 16位开关量的二个8位可以分别设置为输入、输出。 1.6 开关量性能： ◼ 16路开关量（2个8位定义为：PA、PB口），TTL电平。PA、PB可以分别程控为输入、输出。 ◼ 20脚扁平电缆插座输出、输出。开关量复位后为输入状态。 输出高电压 > 3V，低电压 < 0.4V 输出下拉电流 > 20mA/路，上拉>6mA 输入电流：<0.1mA 输入高电压门限：〉2.5V， 低电压：〈 0.8V， 最大输入耐压：-0.3V ～ +7V 1.7 计数器／定时器部分介绍： ❖ 一路16位计数器（DB25插座输入）。内置16位定时器（基准时钟：1MHz），可以精确测量频率、脉冲宽 度。定时器测量范围：1微秒-65毫秒。 1.8 计数器／定时器性能： ◼ 16位计数器，计数范围1～65535，减法计数器。计数输入TTL电平，上升边沿有效，内部结构同触发输 入。最大计数频率：大于5MHz。具有计数溢出标志（计数到0时溢出）。 ◼ 内置16位定时器，可以测量从计数器设置数值到溢出有效这一个时间段的时间。定时器输入时钟为1MHz （1uS周期），精度：66纳秒。 ◼ 计数器与定时器结合可以完成：计数、测频、测量脉冲宽度的功能。 ◼ PCI总线，符合PCI V2.1标准 ◼ AC6111占用64个I/O选通空间（自动分配）。 1.9 连接 ❖ AC6111 模拟输入可以配接 AC146 端子板。开关量可以配接 AC142 或 AC145 端子板 ❖ win98、2000、XP、NT 驱动
课程设计指导书 AC146:提供25端子到DB25插座的接线 P1:DB25芯D型插头,孔式,在输入的插头上标有对应的号码。定义如下 AMPLOW DB25 AC61!1.用PLⅹ∞052PCIl接口芯片及门阵列作为主控芯片。门阵列控制模拟输入、采样、模拟输出 及开关量。如下图: 输出 输入量程选择 A/D 门阵列 D/Aw XC952884 D/A 计数器 触发、时钟 1 6DIO+ PI总线
课程设计指导书 10 AC146：提供 25 端子到 DB25 插座的接线 P1：DB25 芯 D 型插头，孔式，在输入的插头上标有对应的号码。定义如下： AC6111 采用 PLX9052 PCI 接口芯片及门阵列作为主控芯片。门阵列控制模拟输入、采样、模拟输出 及开关量。如下图： AIN6 AIN11 AIN1 AIN4 AIN14 P1 DB25 13 25 12 24 11 23 10 22 9 21 8 20 7 19 6 18 5 17 4 16 3 15 2 14 1 DAOUT1 AIN12 AIN0 AIN13 AIN7 OCLK AIN9 AIN5 CNT0 TRIG AIN15 AIN8 AMPLOW AIN2 AIN10 AIN3 DAOUT0