基于PCI-1713 模块的高速数据采集系统的设计

2014-01-03葛宁

电子测试 2014年8期

葛宁

0 引言

高速数据采集系统的发展迅速。单片机、传感器智能化的开发和研究，对以后数据采集系统的发展产生重大的影响；新型、快速、高分辨率的数据转换部件不断涌现，提高了数据采集系统的性能；数据采集器件与微型机配套的发展，使数据采集系统应用于多个领域；分布式数据采集是数据采集系统发展的一个重要趋势。

1 高速数据采集系统的组成

数据采集系统由传感器、信号调理电路、采样保持器、A/D转换器、数据缓存电路、微处理器及外设等组成。本系统高速数据采集系统组成，如图1 所示。

图1 高速数据采集系统组成

各种物理微信号经传感器系统将物理信号转换为微弱电量信号；调理电路将微弱的电信号进行放大、滤波等处理，数据采集卡完成A/D 转换器、数据缓存之后将数据传输到上位机进行软件处理。

本设计采用研华PCI-1713 型高速模拟量数据采集卡。该卡是一款PCI 总线的隔离高速模拟量输入卡，共有37 个管脚。它提供32 路单端或16 路差分模拟量输入，或者组合输入方式；每个通道的增益可编程；12 位A/D 转换；采集速率可达100K/S；2500V（DC）的直流隔离保护；支持软件；数据采集板卡可进行编程，常用触发方式，中断方式，DMA 数据传输三种方式。

2 数据采集过程

传感器输出的微弱电压信号先经过放大电路处理，再进行滤波，输出的信号经过A/D 转换变为数字信号进入计算机进行处理。数据采集过程如图2 所示。

图2 数据采集过程

3 信号连接方式

在数据采集应用中，模拟量输入基本是以电压信号输入。为了达到准确测量并防止损坏应用系统，正确的信号连接是非常重要的。

（1）单端模拟输入连接

PCI-1713 具有16 路模拟量输入通道，当测量单端信号时，需要单根导线将信号接到输入端口，公共地作为被测的输入电压的参考。针对“浮动”信号源， PCI-1713 为外部浮动信号源提供参考地。测量单端模拟信号输入时，连接方法，如下图3 所示。

图3 单端模拟输入连接

（2）差分式模拟输入连接

PCI-1713 具有32 个模拟输入通道，也可以设置为16 对差分式输入通道。差分输入需要两根线分别接到两个输入通道上，测量值是两个输入端的电压差。因为是差分输入，所以存在共模干扰。为了避免或减少共模干扰，可以将信号地与低电压输入端相连接。连接方式如下图4 所示：

通过这种连接方法，易于消除存在于信号源和板卡地之间的共模干扰电压。若是将一个浮动信号源连接到差分输入端，信号源可能会超过PGIA 的共模输入范围，PGIA 过饱和将导致输入电压值不能正确读出，因此必须将浮动信号源的两个端接到AIGND。这种连接可以消除板卡与信号源之间的共模电压，如图5所示。但是，这样连接有一个缺点就是串联接入的两个电阻将会增大信号源负载。

总结，文中通过对PCI-1713 参数及用法的分析，设计了应用该芯片组成的高数数据采集电路，在通过后面PC 机的处理，达到很好的应用效果。