數(shù)據(jù)采集卡工作原理

　　在一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行容易出現(xiàn)故障，為了監(jiān)控這些設(shè)備，通常利用數(shù)據(jù)采集裝置采集他們

　　應(yīng)用時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)置于被監(jiān)控的設(shè)備處，通過(guò)傳感器對(duì)設(shè)備的電壓或者電流信號(hào)進(jìn)行采樣、保持，并送入A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)，然后將該信號(hào)送到FIFO中。當(dāng)FIFO中存放的數(shù)據(jù)到了一定數(shù)目時(shí)，由ARM7從FIFO中讀出，然后通過(guò)ARM7的以太網(wǎng)接口或者RS232送給上位機(jī)。考慮到要監(jiān)控的設(shè)備可能會(huì)很多，所以設(shè)計(jì)了多路采集通道，他們經(jīng)過(guò)模擬開(kāi)關(guān)后再進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。CPLD是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，他控制采集通道的切換、A/D轉(zhuǎn)換器的啟/停、轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)在FIFO中的存放地址發(fā)生器、產(chǎn)生中斷請(qǐng)求以通知ARM7讀取存放在FIFO中的數(shù)據(jù)等。

　　運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)并送給PC機(jī)，通過(guò)運(yùn)行在PC機(jī)上的特定軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此判斷當(dāng)前運(yùn)行設(shè)備的狀況，進(jìn)而采取相應(yīng)措施。當(dāng)前常用的數(shù)據(jù)采集裝置，在其系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，多采用單任務(wù)順序機(jī)制。這樣就存在系統(tǒng)安全性差的問(wèn)題。這對(duì)于穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性要求很高的數(shù)據(jù)采集裝置來(lái)說(shuō)是不允許的，因此有必要引入嵌入式操作系統(tǒng)。下面以μC/OSII為操作系統(tǒng)平臺(tái)，基于ARM7系列處理器，對(duì)一種高性能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開(kāi)發(fā)進(jìn)行探索。

　　數(shù)據(jù)采集(DAQ)，是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào),送到上位機(jī)中進(jìn)行分析,處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(DAQ)功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡，可以通過(guò)USB、PXI、PCI、PCIExpress、火線(1394)、PCMCIA、ISA、CompactFlash、485、232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，我們會(huì)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(shù)的等等，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制傳感器信號(hào)如壓力傳感器輸出的電壓或者電流信號(hào)不能遠(yuǎn)傳或者因?yàn)閭鞲衅魈嗖季€復(fù)雜，我們就會(huì)選用分布式或者遠(yuǎn)程的采集卡(模塊)在現(xiàn)場(chǎng)把信號(hào)較高精度地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過(guò)各種遠(yuǎn)傳通信技術(shù)(如485、232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò))把數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)或者其他控制器中進(jìn)行處理。這種也算作數(shù)據(jù)采集卡的一種，只是它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)，可以應(yīng)對(duì)各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。

　　如果是在比較好的現(xiàn)場(chǎng)或者實(shí)驗(yàn)室，如學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室，就可以使用USB/PCI這種采集卡。和常見(jiàn)的內(nèi)置采集卡不同，外置數(shù)據(jù)采集卡一般采用USB接口和1394接口，因此，外置數(shù)據(jù)采集卡主要指USB采集卡和1394采集卡。

　　數(shù)據(jù)采集卡：

　　通道數(shù)：就是板卡可以采集幾路的信號(hào)，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：?jiǎn)挝粫r(shí)間采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，與AD芯片的轉(zhuǎn)換一個(gè)點(diǎn)所需時(shí)間有關(guān)，例如：AD轉(zhuǎn)換一個(gè)點(diǎn)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(zhuǎn)換100K的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。它用赫茲(Hz)，常有100K、250K、500K、800K、1M、40M等

　　緩存的區(qū)別及它的作用：主要用來(lái)存儲(chǔ)AD芯片轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。有緩存可以設(shè)置采樣頻率，沒(méi)有則不可以。緩存有RAM和FIFO兩種:FIFO應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集卡上，主要用來(lái)存儲(chǔ)AD芯片轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。做數(shù)據(jù)緩沖，存儲(chǔ)量不大，速度快,RAM是隨機(jī)存取內(nèi)存的簡(jiǎn)稱。一般用于高速采集卡，存儲(chǔ)量大，速度較慢。

　　分辨率：采樣數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)量為4096(2的12次方)，即±5000mV電壓量程內(nèi)可以表示4096個(gè)電壓值，單位增量為(5000mV)/4096=1.22mV

　　精度：測(cè)量值和真實(shí)值之間的誤差，標(biāo)稱數(shù)據(jù)采集卡的測(cè)量準(zhǔn)確程度，一般用滿量程(FSR，fullscalerange)的百分比表示，常見(jiàn)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(cè)量所得到的數(shù)值和真實(shí)值之間的差距在10mv以內(nèi)。

　　量程：輸入信號(hào)的幅度，常用有±5V、±10V、0~5V、0~10V，要求輸入信號(hào)在量程內(nèi)進(jìn)行

　　增益：輸入信號(hào)的放大倍數(shù)，分為程控增益和硬件增益，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡的電壓放大芯片將AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行固定倍數(shù)的放大。由兩種型號(hào)PGA202(1、10、100、1000)和PGA203(1、2、4、8)的增益芯片。

　　觸發(fā)：可分為內(nèi)觸發(fā)和外觸發(fā)兩種，指定啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換方式。

　　視頻采集卡

　　DV+AV+Audio全接口視頻捕獲卡，品質(zhì)與性能的完美結(jié)合，SMD貼片電容，做工精良

　　全接口板卡，集成立體聲輸入端口，無(wú)需再轉(zhuǎn)接聲卡

　　獨(dú)有音頻協(xié)處理功能,兩路立體聲輸入捕獲，聲音質(zhì)量大幅提高，并杜絕音頻、視頻不同

　　低溫優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證超長(zhǎng)時(shí)間捕獲的穩(wěn)定性

　　雜波屏蔽電路，使捕獲的圖像畫(huà)質(zhì)更清晰

　　專業(yè)色鍵摳像功能，影片效果更精彩

　　全接口配備，可捕獲任何視頻播放設(shè)備中的素材

　　輸入接口：AV/SVIDEO/DV

　　視頻：720X576/352X288

　　音頻：8/16/32/44。1/48

　　制式：N/P制

　　驅(qū)動(dòng)：標(biāo)準(zhǔn)的DSHOW驅(qū)動(dòng)

　　按總線分的話有PXI，PCI，USB，PC104等

　　如果按功能分有數(shù)模轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字量輸入，數(shù)字量輸出

　　細(xì)分的話還有分辨率，精度，多少通道，同步或異步采集，輸入帶緩存，輸出帶緩存，中低高三類不同采樣頻率，單極性或雙極性輸入，觸發(fā)方式，數(shù)據(jù)讀取方式，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能，支持的操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言。