数据采集卡的结构原理

作者:威廉亚洲 发布时间:2020-11-05 17:44

  数据采集卡是虚拟仪器进行测试必不可少的核心硬件设备,它将输入进来的标准模拟信号经过一系列的信号调理,数据转换输入到虚拟仪器的采集系统。

  一般来说,数据采集卡作为虚拟仪器的核心硬件设备,其主要功能有三:其一是由衰减器和增益可控放大器进行量程自动变换;其二是由多路转换器(MUX)为完成对多点多通道信号的分时采样;其三是将信号的采样值由A/D转换器转换为幅值离散化的数字量,或由V/F转换器转换为脉冲频率,以适应计算机工作,或者由D/A转换器输出控制信号。

  数据采集卡的基木结构框图如图1所示。与数据采集系统相对应,数据采集卡木身将模拟输入通道、信号调理电路、采样/保持、A/D转换以及控制逻辑单元的时钟、总线接口和控制器集为一体,从而实现了一个完整测量系统的硬件电路。下面分别介绍这此组成单元的原理和作用。

  1)模拟输入通道:数据采集卡的模拟输入通道也叫多路转换器(MUX),它是由一类受控制而将模拟信号接通或断开的模拟开关构成的。一般采用的是半导体器件构成的无触点式电子模拟开关。通过模拟开关的控制电路可以来选择任意通道的开合。从而实现多路或单路采集的功能。

  2)信号调理器:通常数据采集卡自身就带了信号调理电路,其主要包括:增益、偏移和滤波。传感器输入时提供激励电压,输入的模拟信号通过信号调理器,经过放大、滤波之后变成了标准信号,进入采样/保持和A/D转换器。

  3)采样/保持和A/D转换:这是数据采集卡的核心电路,是数据采集系统的关键组成单元。采样/保持电路将输入的连续标准模拟信号变换成时间上离散的采样信号。A/D转换则是将经过了采样/保持后,将幅值仍然在采样时间内是连续的模拟信号转换成数字信号,将采样信号的幅值用二进制代码来表示。

  4) FIFO(先进先出缓冲器):经过A/D转换后,数字值首先通过FIFO。FIFO保证了数据的完整性,有效的减小了在完成了A/D变换后数据丢失的可能性。

  5)总线接口和控制器:总线接II是各种采集卡与PC相连接的方式,目前数据采集卡的接II方式有:PCI、PXI、SCXI、PCMCIA以及USB等。控制器是采样/保持、A/D转换器和D/A转换器等电路的核心。它完成采样/保持、A/D转换器和D/A转换器的控制功能。根据对采样速率的要求,其控制方式分为:无条件采样、中断方式、查询方式和直接存储器存取(DMA)方式。在高速率数据采集卡中,一般都采用DMA控制方式。

  6)D/A转换器:将A/D转换后的数字信号转换成电压或电流等模拟信号,可将转换后的模拟信号送入执行机构进行控制或调节。


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