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、傳感器智能化的開發(fā)和研究，對以后數(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)采集器件與微型機配套的發(fā)展，使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用于多個領(lǐng)域；分布式數(shù)據(jù)采集是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展的一個重要趨勢。

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

各種物理微信號經(jīng)傳感器系統(tǒng)將物理信號轉(zhuǎn)換為微弱電量信號；調(diào)理電路將微弱的電信號進行放大、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進行軟件處理。

本設(shè)計采用研華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；每個通道的增益可編程；12 位A/D 轉(zhuǎn)換；采集速率可達100K/S；2500V（DC）的直流隔離保護；支持軟件；數(shù)據(jù)采集板卡可進行編程，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)采集過程

傳感器輸出的微弱電壓信號先經(jīng)過放大電路處理，再進行濾波，輸出的信號經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號進入計算機進行處理。數(shù)據(jù)采集過程如圖2 所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集過程

3 信號連接方式

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

（1）單端模擬輸入連接

PCI-1713 具有16 路模擬量輸入通道，當(dāng)測量單端信號時，需要單根導(dǎo)線將信號接到輸入端口，公共地作為被測的輸入電壓的參考。針對“浮動”信號源， PCI-1713 為外部浮動信號源提供參考地。測量單端模擬信號輸入時，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 個模擬輸入通道，也可以設(shè)置為16 對差分式輸入通道。差分輸入需要兩根線分別接到兩個輸入通道上，測量值是兩個輸入端的電壓差。因為是差分輸入，所以存在共模干擾。為了避免或減少共模干擾，可以將信號地與低電壓輸入端相連接。連接方式如下圖4 所示：

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

總結(jié)，文中通過對PCI-1713 參數(shù)及用法的分析，設(shè)計了應(yīng)用該芯片組成的高數(shù)數(shù)據(jù)采集電路，在通過后面PC 機的處理，達到很好的應(yīng)用效果。

圖4 差分式模擬輸入連接

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