基于LabVIEW的数据采集系统设计及应用

图书分类号TP311.1密级非密

UDC 620

硕士学位论文

基于LabVIEW的数据采集系统设计及应用

刘珊珊

指导教师（姓名、职称）刘双峰副教授

申请学位级别工学硕士

专业名称测试计量技术及仪器

论文提交日期 2012 年 04 月 28 日

论文答辩日期 2012 年 06 月 06 日

学位授予日期 2012 年 07 月 01 日

论文评阅人___________________________________________________________ 答辩委员会主席_______________________

2012年 06 月 01 日

原创性声明

本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。

论文作者签名：日期：

关于学位论文使用权的说明

本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。

签名：日期：

导师签名：日期：

基于LabVIEW的数据采集系统设计及应用

摘要

运动体的位移、速度或加速度响应信号是表征运动体动态特性的重要参数。理论上来讲，三种信号之间存在着微分或者积分的关系，可在测得其中一种信号的情况下通过积分或者求导来获取其它另外两种信号。但是受实验条件和传感器的制约，很多时候只能测得加速度信号。本文通过设计数据采集系统实现了对加速度信号的采集、存储与处理。

论文严格按照软件工程的科学方法提出了详细的数据采集系统开发过程，使用图形化编程语言LabVIEW编写了数据采集系统的读数、采样、与处理软件。在该数据采集系统中具体实现了数据采集、数据处理、波形控制等功能。

论文首先阐述了虚拟仪器的基本概念和研究意义，介绍了虚拟仪器的产生以及发展现状，提出了本加速度数据采集系统的设计要求。然后分别从硬件、软件平台两方面详细介绍了数据采集系统的设计方案。其中对PCI接口技术和信号调理电路做了一定的说明；并详细介绍和设计了LabVIEW与本系统采用的第三方数据采集卡——PCI2510的通信实现方式；给出了数据采集系统各个模块的算法流程、程序框图和数据采集系统人机交互界面。

最后，将本数据采集系统具体应用在微小电容加速度计动态测试的试验中，结合图表和显示结果说明了对数据采集系统进行应用的具体过程。试验结果表明本数据采集系统各模块功能可靠，程序稳定。

关键字： LabVIEW，PCI通信，动态链接，数据采集

The Design and Application of Data Acquisition System Based on

LabVIEW

Abstract

When studying the dynamic characteristics of the moving body, the response signal of displacement, speed and the acceleration will be considered currently. Theoretically, the relationship between the three aspects is differential or integral. The other two signals can be acquired through integral or derivative of the measured signal which is one of the three aspects. But, by the restraint of experimental conditions and sensors, only acceleration signal can be measured in most cases. In the article, the collection and storage of acceleration signal are achieved by designing data acquisition system.

In the paper, the detailed development process of data acquisition system is proposed with the strict thinking of software engineering. Using the graphical programming language LabVIEW write software of test system which can collect data, read data and analysis data. In the data acquisition system, the concrete function of data acquisition, data processing and waveform control can be achieved.

First of all, the thesis described the basic concepts and significance of the virtual instrument, introduced the generation and development status of the virtual instrument, and proposed the design requirements of the data acquisition system. Then, the design proposal of data acquisition system is introduced through the software and hardware minutely. In this part, there is the concise account about interface technology of PCI and signal conditioning circuit. The realization mode between third-party data collecting card and LabVIEW is designed detailedly. The algorithm flow chart of each module, flow diagram and the Interactive interface of data acquisition system are also given in the paper.

At last, the data acquisition system is applied in dynamic test pilot of the small capacitance accelerometer. The combination of charts and displays illustrate the specific process of application data acquisition system. The results of the experiment showed that the function of each module is reliable. The program is stability in the data acquisition system.

Key words: LabVIEW, Communications of PCI, Dynamic Link, Data Acquisition

目录

1 绪论 (1)

1.1课题研究背景及意义 (1)

1.1.1 课题研究背景 (1)

1.1.2 课题研究意义 (2)

1.2虚拟仪器概述 (2)

1.2.1 虚拟仪器的特点 (3)

1.2.2 虚拟仪器的构成及分类 (4)

1.3虚拟仪器发展及现状 (4)

1.4本课题的主要工作 (5)

2 数据采集系统的设计平台和结构 (7)

2.1数据采集系统的整体设计方案 (7)

2.2数据采集系统的硬件平台 (7)

2.2.1 采集控制电路 (7)

2.2.2 PCI总线技术 (10)

2.3数据集系统的软件平台 (14)

2.3.1 软件设计的思想 (15)

2.3.2 软件的开发过程 (16)

2.3.3 软件开发平台——LabVIEW (18)

2.4本章小结 (23)

3 数据采集系统软件设计方案和关键技术 (24)

3.1L AB VIEW程序设计中用到的关键技术 (24)

3.2数据采集系统软件的详细设计方案 (29)

3.3数据采集卡的驱动接口函数 (34)

3.3.1 驱动程序简介 (34)

3.3.2 LabVIEW驱动普通数据采集卡的三种方法 (35)

3.3.3 动态链接库的概念 (35)

3.3.4 动态链接库的优点 (36)

3.3.5 动态链接库在LabVIEW环境下被中调用 (36)

3.4PCI2510驱动头文件的编写 (39)

3.5以程序查询方式实现数据采集 (39)

3.5.1 用程序查询方式实现数据采集的原理 (39)

3.5.2 用半满方式实现数据采集函数原型说明 (41)

3.6本章小结 (42)

4 模块化实现数据采集系统的设计 (43)

4.1初始化模块 (43)

4.2数据采集模块 (45)

4.3无线通信模块 (49)

4.4波形显示及控制模块 (50)

4.5数据存储和回读模块 (51)

4.6物理量标定模块 (53)

4.7数据处理模块 (53)

4.7.1 泄漏与加窗处理 (54)

4.7.2 数字滤波 (55)

4.7.3 FFT频谱分析模块 (56)

4.7.4 信号积分模块 (57)

4.8波形导出模块 (58)

4.9数据采集系统软件界面 (58)

4.10本章小结 (59)

5 微小电容水银加速度计动态性能测试 (60)

5.1微小电容水银加速度计原理 (60)

5.2微小电容水银加速度计测试装置 (61)

5.3微小电容水银加速度计测试过程 (63)

5.4本章小结 (66)

结论 (67)

参考文献 (68)

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果 (70)

致谢

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 课题研究背景

空间运动目标状态的测量在工程应用中非常普遍，而加速度、速度和距离是描述运动目标状态的重要参数。例如通过对弹丸运动过程中三维加速度信号的测量，可以研究弹丸的侵彻运动过程和侵彻破坏效果[1]；用加速度传感器对车体振动进行测试，有助于进一步改善车体结构，保障行车安全[2]；基于光纤技术的加速度地震检波仪可广泛应用于地震监测、工程振动测量、航天航空惯性导航等领域[3]。但是受实验条件和传感器的制约，很多时候只能测得加速度信号，所以要研究飞行体或者振动体的动态特性，对其加速信号的采集就显的非常重要。

科学技术飞速发展，同时对信号的采集技术要求也越来越高。尤其是对一些高速瞬态数据、低重复率高速信号、单次信号等等，必须有高性能的数据采集系统才可以完成对这些恶劣信号的采集存储与再现，进而进行数据分析。同时也就对测试测量及控制技术提出了更高的要求，使得测控领域面临着很大的挑战：测试计量成本不断增加；测控系统越来越庞大复杂；对测试系统的维护提出了更高标准的要求[4]。传统仪器的单一化工作对象和手动模式等方面无法适应科技的发展。有时实验室为了试验要求不得不购买价格昂贵的试验仪器，但是在以后的科研工作中由于新任务和新指标的提出，传统仪器无法进行功能扩展，从而不能再继续为科学试验工作，最终变成了摆设，这种浪费是我们不愿意看到的。面临以上挑战，将硬件平台进行标准化设计可以降低用户的部分项目成本，但是这并不能完全改善传统仪器在当今测控界的窘境。

一个全新的概念在计算机和测量仪器的结合下产生了——虚拟仪器，这是在仪器界的一个重大突破[5]。虚拟仪器技术是一个全新的概念，它不仅使软件的开发周期在很大程度上缩短了，同时增加了程序的可复用性，提高了软件的使用率，降低了测试成本。虚拟仪器是基于模块化软件标准的开发环境，所以，用户只需要所必须的通用硬件设备，根据自己的实际需求，自主设计性价比较高的测试测量系统。统而言之，由于虚拟仪器

的出现，测控界进入了新的时代。基于虚拟仪器的测控战略会在当今日益激烈的竞争中占据优势地位。

1.1.2 课题研究意义

在加速度计动态测试试验中，都可以采用引线测试或者存储测试两种采集信号的方式。引线测试过程中需要布置引线和电缆，耗费时间和人力，同时一些激烈的运动过程中会有电磁干扰通过电缆进入测试系统，这样就在信号的获取过程中引入了大量的噪声。存储测试方法无法监测测试装置的工作状态，也无法第一时间获得测试数据，且在回收数据的过程中也会遇到困难[6]。通过比较这两种测试方式，本课题基于存储测试等技术，研究了一种应用于运动体动态参数——加速度信号采集的多通道数据采集、控制及处理系统。

在数据采集过程中，测试软件是不可或缺的一部分，它是用来控制数据采集过程和数据处理的关键，软件可以视为虚拟仪器的一种[7]。长久以来实验室习惯于采用VB开发存储测试软件，但是随着新技术的发展，越来越多的局限性显现出来[8]。

本课题采用LabVIEW编程环境开发数据采集系统的上位机软件，不同的数据接口可在该环境下使用，同时，在该环境下还可以轻松完成数学分析和信号处理。LabVIEW 采用图形化编程语言可以实现功能仪器的自定义，它的测试功能由软件来定义，而且具有虚拟面板。所以，不需要购买新的仪器设备，只需对软件进行扩展或者更新便可以提升仪器性能，就可以得到预设的仪器功能。

本课题数据采集系统以虚拟仪器LabVIEW软件为平台，以PCI卡插入计算机采集数据、串口通信发送指令构建硬件平台开发数据采集测试系统，程序易懂、易修改和扩展，可满足在通常环境下多个通道同时采集振动，加速度，声音等信号的要求。搭建多通道数据采集测试系统一方面为实验室节约了成本，另一方面使得科研人员能够真正的专心于自己所关注的事情，从而从繁重的代码中解脱出来。

1.2虚拟仪器概述

虚拟仪器（Virtual Instrument）是以计算机操作系统为依托，用户根据自己的需求通过软件定义仪器的功能，从而来完成各种测试工作的计算机测试系统。用户可以通过使

用鼠标或者键盘来操作虚拟面板，就仿佛在使用一台专业的测量仪器设备。所谓虚拟有两方面的含义：

(1)仪器面板是虚拟的

虚拟面板上有各种图标，比如布尔开关按钮、波形显示器等，在这里可以比拟为传统仪器的各个真实的器件。传统仪器是通过手动按钮来设置各项参数，虚拟仪器通过鼠标对图标的属性进行设置便可达到同样的效果。

(2)虚拟仪器的各种功能是通过软件编程来实现的

硬件平台一旦确定下来，“软件就是仪器”。从而传统仪器在数据的表达、分析、存储和传递方面的限制在很大程度上被突破了。

1.2.1 虚拟仪器的特点

与传统仪器相比，虚拟仪器具有以下特点[9]：

(1)在操作传统仪器时，操作界面只有一个，上面布有很多按钮盒操作原件，繁琐复杂，

操作时容易应为辨识不清而导致错误。但是虚拟仪器可以将很多按钮和原件分置在几个分面板上，这样操作界面就变得单纯、简洁。这样就避免了由于操作元件的复杂而导致操作错误。

(2)由于仪器的的功能并不是事先设定好的，是由用户根据自己需求用软件编写的，而

且虚拟仪器提供的丰富的图形控件，再结合图形化的编程语言，这样便大大缩短了整个系统研制周期。

(3)再次软件的维护和开发成本也比传统仪器要少的多，不必购买新的仪器，只需要对

相关软件进行更新，就可以对仪器进行性能改进和功能扩展。

(4)虚拟仪器具有开放性、模块化的特点，通过修改，增减软件可实现软件同外界设备、

网络及其他应用的连接，从而为虚仪器加入新的功能。

本文选用LabVIEW作为本数据采集系统的开发平台。它在虚拟仪器领域的使用非常广泛，是由美国NI公司推出的。它是一种优秀的面向对象图形化编程语言，拥有全面的可以与其它语言通信的VI库。

1.2.2 虚拟仪器的构成及分类

虚拟仪器由硬件和软件两部分组成[10]，硬件系统是以计算机为依托，再结合I/O 接口设备组成。虚拟仪器基本硬件组成部分如图 1.1所示。

图1.1 虚拟仪器的硬件构成方式

虚拟仪器的软件部分也包括两个方面：虚拟仪器面板设计和输入输出接口仪器驱动程序[11]。驱动程序可以用文本语言或图形化编程语言来实现[12]。

1.3虚拟仪器发展及现状

1965年，虚拟显示系统的思想首次在《终极的显示》这一论文中被提到，该论文的作者是Sutherland，论文中首次提到了具有交互图形、信号反馈以及声音提示的虚拟显示系统的基本思想。从此人们便开始了对虚拟系统的探索研究历程[13]。1966年，美国MIT林肯实验室正式开始了头盔式显示器的研制工作，样机完成不久后，研究员又把可以模拟力量和触觉的反馈器装到了该系统中。1970年便出现了功能较齐全的头盔显示器。与此同时计算机测控技术在航天、国防等领域已有了相当程度的发展，“Virtual Reality”一词由美国的Jaron Lanier在80年代初正式提出。随后的几年美国宇航局（NASA）以及美国国防部进行了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了显著的成果。1981年NASA制造的Ames实验室完善了头盔显示器，同时将虚拟编程语言开发的数据手套工程化。1984年，NASA Ames研究中心的虚拟探测实验室研究院开发了用于探测火星的虚

拟环境的显示器，将在火星上采集到的数据输入到计算机，在实验室中构成了火星表面的三围虚拟环境。进入90年代后，计算机硬件技术不断发展，计算机软件系统也在不断的更新、匹配，这促使大型复杂的数据采集采集与声音图像的实时动画显示成为可能，人机交互系统不断创新，实用的数据输入输出设备不断进入市场。这些都为虚拟技术的发展打下了坚实的基础。1993年，宇航员利用虚拟技术成功的完成了从航天飞机的运输仓内取出新的望远镜面板的工作。

近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件，已将这些商品化仪器推向市场。利用这些软件开发平台，用户可以自己组建虚拟测试系统并且编写测试软件[14]。其中走在前列的是美国的NI公司，它推出的LabVIEW和Labwindows／CVI 是两款非常实用的软件。LabVIEW采用图形化编程方案，大大缩短了软件开发时间，给编程工作者带来了乐趣；Labwindows／CVI是为熟悉C语言的开发人员准备的，是在Windows环境下的标准ANSIC开发软件。除了上述的优秀开发软件之外，美国HP公司的HP—VEE和HPTIG平台软件，美国Tektronix公司的Ez—Test和Tek-TNS软件，以及美国HEM Data公司的Snap-Master平台软件，也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发软件[15]。

1.4本课题的主要工作

本课题的主要任务为：设计一个基于LabVIEW的多通道数据采集系统，在存储测试技术的基础上研发一种具有数据采集，采集控制和数据处理功能的系统。该系统主要用于运动体动态性能的测试。

数据采集系统功能包括发送指令、数据采集、数据回放、数据统计分析、时域分析和频域分析等功能，应用标准信号对系统数据分析功能可靠性进行验证。该系统是以虚拟仪器LabVIEW为平台，结合利用数据采集卡和串口通信技术，由前端信号调理电路将遥测系统采集到的信号经CPLD串转后并缓存在FIFO中，通过软件控制HC244数据选择器，分别循环采集数据至与工控机相连的PCI数据采集卡，通过软件控制将数据存储在工控机硬盘中，以便等待后期的数据处理与分析。本数据采集测试系统有效地实现了数据的实时采集，利用了工控机的大容量硬盘资源、高性能总线资源等[16]。

本文的主要工作有以下几部分：

(1)讨论了虚拟仪器技术的特点、分类、组成、工作原理，并介绍了本文所使用的虚拟

仪器编程语言LabVIEW软件；

(2)详尽介绍了本数据采集系统的软件平台和硬件平台，利用软件工程的思想开发多通

道数据采集系统，并实现软硬件的通信；

(3)模块化设计数据采集系统的各个部分，包括电路编程、采样读数、数据保存、数据

回读、定标读值、数据处理、波形导出等；

(4)将数据采集系统的各个模块在VI的框图程序中按照一定的逻辑关系组合起来，调试

各个模块验证整个采集系统的稳定性；

(5)在具体的试验环境下使用本数据采集测试系统进行数据实时采集和后期处理，不断

地优化程序，提高系统稳定性。

2 数据采集系统的设计平台和结构

本章利用虚拟仪器技术的优势结合计算机和数据采集卡根据项目的具体要求搭建数据采集系统的软硬件平台。

2.1 数据采集系统的整体设计方案

虚拟数据采集系统由硬件和软件两部分组成。本文所涉及的虚拟采集系统主要由数据采集硬件电路和虚拟界面组成。具体可划分为PCI数据采集卡，采集控制电路和测控软件三部分。硬件电路完成数据采集、信号预处理、A/D转换、FPGA处理、与带有PCI 插槽的工控机进行通信。其中，虚拟数据采集系统所选择的开发工具是美国NI公司的LabVIEW软件。虚拟数据采集系统总体的设计方案可概述为：模拟信号进入数据采集卡，由基本硬件电路负责数据的预处理，将信号处理成可供A/D转换器处理的标准信号，ADC采样后送入FPGA电路处理，转化成数字信号或存储在FIFO中，通过二选一数据选择芯片分别控制数字信号循环采集，采集到的数据被传输到计算机的内存中，由测控软件控制指令发送、数据采集，完成对数据信号的显示、处理、存储和回放等。总体设计方案如图2.1所示。

图2.1 多通道虚拟采集系统整体结构图

2.2 数据采集系统的硬件平台

2.2.1 采集控制电路

本测试系统的采集控制电路主要由以下几部分组成：传感器、电源管理电路、信号

调理电路、信号的采集与存储电路、PCI读数电路、主控台设备等。采集系统硬件部分整体结构和主控台结构图如图2.2，图2.3所示。

图2.2 硬件系统整体结构图

图2.3 系统主控台示意图

在信号的采集与存储电路中，应用FPGA 来实现系统逻辑时序的控制和数据的存储，采用闪存作为存储器使系统具有测试完毕后掉电数据不丢失的特点；系统主控台为遥测系统的核心，置于安全距离，通过无线和光纤通信设备控制传感器节点的工作状态并负责数据传输、记录和处理，数据采集软件可对测试数据进行多种复杂信号处理，最

终完成多种参数的采集与测量。参数设置、状态控制、数据传输、读取、显示和存储控制在计算机上用LabVIEW 编写程序来完成。

(1)传感器

传感器是测量系统中的前置部件，它可以将输入的物理量转变成可测量的电信号，（比如将机械位移转换为电阻、电容或者电感参数的变化，又如将振动或声音转换成电压或电荷的变化信号）传感器输出电荷的大小都与被测的物理量参数成正比。作为信号采集系统的前端单元，传感器已成为测试测量装置中的关键部件[17]。

(2)模拟适配调理

常见的调理电路包括的功能有：信号放大、噪声隔离、线性化、滤波等。由于不同的电路要实现不同的功能。下面仅介绍本系统中用到的信号调理功能。

1) 放大

微弱的信号都要进行放大以提高分辨率和降低噪声，使得调理后信号的电压范围和A/D的电压范围相匹配，这样可以提高分辨率，从而可以提高测试精度[18]。为了使得信号在受到传输信号的环境噪声影响之前已被放大，要使信号调理模块尽可能的靠近传感器或者信号源，从而信噪比可以得到很大程度的改善。

2) 滤波

测量到的信号并不是所有都是需要的，要通过滤波来去除不需要的成分。通过设计适当的截止频率，可用于直流、低频交流信号的调理。除了滤除噪声，通常还需要抗混叠滤波器，滤除信号中感兴趣的最高频以上的所有频率的信号[19]。本系统中所采用的数据采集卡自身带有抗混叠滤波器。

3) 隔离

隔离也是信号调理的一部分，它是指使用变压器、光或电容耦合等方法在被测系统和测试系统之间传递信号，从而避免直接的点连接。隔离有两个作用：首先它可以将测试系统的前端与传感器信号隔离开来，从而免除有可能产生的瞬时高压对整个测试系统造成损坏[20]。

4) 激励

某些传感器的工作电流和电压是由信号调理电路来提供的，比如应变传感器、热敏电阻等需要外界电源或电流提供激励信号。

(3)存储电路

FIFO（先进先出）存储器是近几年发展起来的并且面向市场的一种特殊的数据缓存器件。它的工作原理是：给同一个芯片的同一个存储单元分配2个数据口，分别是输入口和输出口。前者只负责写入数据，后者只负责读出数据[21]。该存储器的数据依次按照环形结构进行存放，从而大量的地址线被节省，执行读写操作时，不需要地址线进行寻址，从而接口电路的控制和设计变简单。传统的存储器中，只要在一个存储单元中写入一个数据后，这个数据将保存到新的数据将它覆盖，即使这个存储单元中的数据被读过很多次。FIFO存储器与之相比则不同，写入的数据只可以被读取一次，然后仿佛消失了一样无法再被读取。因此，在FIFO存储器中采用标志位“满”和“空”来表示FIFO操作时的内部状态[22]。

2.2.2 PCI总线技术

总线是一种高速通道，它用于计算机把信息从一个设备传送到另一个设备。针对本项目在今后对一些高速瞬态或者微弱信号的采集，结合性价比和灵活性方面的考虑，最终采用PCI数据采集卡插入工控机构建数据采集部分，采用串行总线构成系统硬件指令发送部分。形成模块化、高性能、强抗干扰性、开放式的虚拟仪器数据采集系统。

PCI(Peripheral Component Interconnect)总线系统也被称为插卡型总线系统。它是由Intel公司在1991年推出的一种局部总线。PCI总线传输技术具有很多优点。它克服了高速传输的瓶颈问题，它采用32位的数据总线，每秒可高达133MB数据吞吐量，从而数据的高速采集和传输成为可能[23]。PCI可以支持一种称为线性突发的数据传输模式，这样就可以确保总线不断满载数据，减少了没有必要的地址操作[24]。用PCI设备进行存取的延误很小，从而外围设备用来取得总线控制权的时间就被大幅度减小了。另外PCI 的性能还可以通过同步操作功能与主控来改变。通过总线主控功能，可将总线暂时交给有处理能力的外围设备，从而高优先级、高吞吐量的任务被先执行。PCI与处理器是相互独立的，同时它将外围设备和CPU子系统分开，形成一种独特的中间缓冲器设计结构。这样用户便可以根据自己的实际情况增添外围设备进行计算机系统的扩展，并且计算机系统性能并不会因为不同的时钟频率而下降[25]。PCI的兼容性还非常的强，它可以辅助现有的扩展总线标准，与MCA、EISA和ISA总线完全兼容。同时PCI总线在开发

时预留了充足的发展空间，可以做到真正的瞻前顾后、上下兼容。

在专门定制的工控机中插入PCI数据采集卡再结合相应的软件，便可完成本数据采集的任务，数据的采集过程是通过软件来控制的，然后通过软件再进行数据存储、信号处理、显示结果等一系列的功能。

2.2.3 PCI数据采集卡

本数据采集系统采用实时采样模式采集数据。为了进行不失真采集，根据奈奎斯特采样定理，采样率必须为信号最高频率的2倍以上[26]，即必须采用高速采样技术，本数据采集系统采用北京阿尔泰公司的PCI2510数据采集卡，它综合了国内外众多同类产品的优点，该数据采集卡可以直接插在与之兼容的计算机的任一PCI插槽中，构成实验室、产品质量检测中心等各个领域的数据采集、波形分析和处理系统。也在工业生产过程中构成监控系统[27]。

2.2.

3.1数据采集卡的重要组成部分

接口芯片是数据采集卡的重要组成部分。本数据采集卡采用的接口芯片是PLX公司推出的一种主模式桥芯片PCI9054。它采用先进的PLX数据流水线结构技术，是32位、33MHz的PCI总线主I/O加速器；突发传输速率可达到132MB/s,本地总线支持复用/非复用的32位地址/数据[28]。

图2.4 9054内部结构图

2.2.

3.2数据采集卡的硬件指标

(1)规格特性

高速通道：32路（TTL兼容）

端口：PA口、PB口、PC口、PD口(8位/端口)

输入输出端口设置：32DI(PA~PD)，32DO（PA~PD），16DI（PA~PB）&16DO(PC~PD),

8DI(PA)&DO(PC)可编程

板载FIFO存储器深度：DI:16KB, DO:16KB

端接：板上带有肖特基二极管端接电阻

信息：三种情况下发出消息：传输字节已经达到指定数量；指定的输入匹配模式；测量操作完成

输入电压：高电平的最低电压：2V

低电平的最高电压：0.8V

输入负载：端接电阻110Ω，端接电压 2.9V:低电平：+0.5V@±22.4mA，高电平+2.7V@±1mA（最大）。端接电阻关（TTL兼容）：低电平+0.5V@±20mA，

高电平+2.7V@±1mA（最大）

输出电压：高电平的最低电压：2.7 V

低电平的最高电压：0.5 V

驱动能力：低电平：0.5V()@+48mA()

+最小源

+最大汇，高电平： 2.4V()@-15mA()

滞后：500mV

通用DIO（TTL兼容）：4路DI，4路DO

中断源：DI0~7和定时器2，模式匹配和改变检测，DI FIFO上溢和DOFIFO下溢，DI_STP 和DO_STP

(2)数字量输入

本系统仅采用该版卡输入输出功能中的数字量输入功能，通过编写软件来控制采集信号调理电路已调制好的数字量信号，并进行后期的数据处理。

数据传输模式：总线主控DMA

数据传输总线带宽：8/16/32位（可编程）

最大传输速率：DI:80MB/sec,32位@20MHz

120MB/sec,32位@40MHz外部触发器（当数据长度小于FIFO容量时）工作模式：猝发握手；

猝发握手时钟源：内部：20MHz,15MHz,10MHz，内时钟

外部：CLKIN

(3)触发功能

DI 触发信号：DI_STR,DI_STP

低电平最高电压:0.8 V

高电平最低电压：2V

触发类型：上升或下降沿，或数字量模式

边沿脉冲触发宽度：10ns

模式触发检测功能：检测选定数据线上的模式匹配或者不匹配。

2.2.

3.3 数据采集卡与信号调理电路的连接方式

数据采集卡与信号调理电路的连接涉及到三个部分，分别是32路数字量的链接，通用DIO 的连接，时钟输入和触发信号的链接。

① 通用DI ，DO 数字量信号的连接

用户可以根据自己的需求自定义通用数字量输入输出管脚，来实现自己测试系统中采集控制电路对与数据采集卡的控制。本测试系统对该采集卡的8个通用DIO 管脚充分利用，结合采集控制电路，将控制电路的部分管脚在通用DIO 上进行定义。具体的定义方式在第四章中给出。

DI3

图2.5 通用DO 数字量信号的连接