葛 寧

0 引言

高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展迅速。單片機(jī)、傳感器智能化的開(kāi)發(fā)和研究，對(duì)以后數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響；新型、快速、高分辨率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部件不斷涌現(xiàn)，提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能；數(shù)據(jù)采集器件與微型機(jī)配套的發(fā)展，使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域；分布式數(shù)據(jù)采集是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。

1 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)緩存電路、微處理器及外設(shè)等組成。本系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，如圖1 所示。

圖1 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成

各種物理微信號(hào)經(jīng)傳感器系統(tǒng)將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為微弱電量信號(hào)；調(diào)理電路將微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，數(shù)據(jù)采集卡完成A/D 轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)緩存之后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行軟件處理。

本設(shè)計(jì)采用研華PCI-1713 型高速模擬量數(shù)據(jù)采集卡。該卡是一款PCI 總線的隔離高速模擬量輸入卡，共有37 個(gè)管腳。它提供32 路單端或16 路差分模擬量輸入，或者組合輸入方式；每個(gè)通道的增益可編程；12 位A/D 轉(zhuǎn)換；采集速率可達(dá)100K/S；2500V（DC）的直流隔離保護(hù)；支持軟件；數(shù)據(jù)采集板卡可進(jìn)行編程，常用觸發(fā)方式，中斷方式，DMA 數(shù)據(jù)傳輸三種方式。

2 數(shù)據(jù)采集過(guò)程

傳感器輸出的微弱電壓信號(hào)先經(jīng)過(guò)放大電路處理，再進(jìn)行濾波，輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)采集過(guò)程如圖2 所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集過(guò)程

3 信號(hào)連接方式

在數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中，模擬量輸入基本是以電壓信號(hào)輸入。為了達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量并防止損壞應(yīng)用系統(tǒng)，正確的信號(hào)連接是非常重要的。

（1）單端模擬輸入連接

PCI-1713 具有16 路模擬量輸入通道，當(dāng)測(cè)量單端信號(hào)時(shí)，需要單根導(dǎo)線將信號(hào)接到輸入端口，公共地作為被測(cè)的輸入電壓的參考。針對(duì)“浮動(dòng)”信號(hào)源， PCI-1713 為外部浮動(dòng)信號(hào)源提供參考地。測(cè)量單端模擬信號(hào)輸入時(shí)，連接方法，如下圖3 所示。

圖3 單端模擬輸入連接

（2）差分式模擬輸入連接

PCI-1713 具有32 個(gè)模擬輸入通道，也可以設(shè)置為16 對(duì)差分式輸入通道。差分輸入需要兩根線分別接到兩個(gè)輸入通道上，測(cè)量值是兩個(gè)輸入端的電壓差。因?yàn)槭遣罘州斎耄源嬖诠材８蓴_。為了避免或減少共模干擾，可以將信號(hào)地與低電壓輸入端相連接。連接方式如下圖4 所示：

通過(guò)這種連接方法，易于消除存在于信號(hào)源和板卡地之間的共模干擾電壓。若是將一個(gè)浮動(dòng)信號(hào)源連接到差分輸入端，信號(hào)源可能會(huì)超過(guò)PGIA 的共模輸入范圍，PGIA 過(guò)飽和將導(dǎo)致輸入電壓值不能正確讀出，因此必須將浮動(dòng)信號(hào)源的兩個(gè)端接到AIGND。這種連接可以消除板卡與信號(hào)源之間的共模電壓，如圖5所示。但是，這樣連接有一個(gè)缺點(diǎn)就是串聯(lián)接入的兩個(gè)電阻將會(huì)增大信號(hào)源負(fù)載。

總結(jié)，文中通過(guò)對(duì)PCI-1713 參數(shù)及用法的分析，設(shè)計(jì)了應(yīng)用該芯片組成的高數(shù)數(shù)據(jù)采集電路，在通過(guò)后面PC 機(jī)的處理，達(dá)到很好的應(yīng)用效果。

圖4 差分式模擬輸入連接

[1] 韓曉東.基于PCI 總線的多功能可定制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].測(cè)控技術(shù)2011.10.15-17

[2] 李善文.基于PCI-1716 的高速數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)2008.8.342-345.

[3] 解文濤.基于PCI 接口的高速A/D 采集電路設(shè)計(jì)[J].航空計(jì)算機(jī).2010.06-16

[4] 常丹華.微信號(hào)調(diào)理電路的研究[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào).2001.01.