工控机数据采集卡及其应用

数据采集卡是指以通用的目标为前提，按一定的总线标准设计，并大量生产的工业标准的板卡。当系统中需要有模拟量输入时，就需要数据采集卡。如电压、电流，或一些物理量如压力、温度、流量、速度等等。下面简要介绍一种数据采集卡的原理，及其在发电机组振动检侧中的应用。PCL-818模板是IBM PC/XT系列微型机的通用I/O模块。它与国内外市场上PC总线标准的模块在电气性能与机械性能上完全兼容，只要擂人标准PC/XT总线柑即可投人使用。

耀彩网登录PCL-818模板的模拟量输入信号由板上20芯扁平电缆插头输入，允许16路单端输入或8路双端输入，A/D转换器为12位，转换速率40kHz。此外，此模板还包括一个12位的D/A模拟量输出，16位数字量输入、16位数字量输出，以及一片8254高速计数器。可见PCL-818的功能已经很强，可以完成大部分的基本输入/输出功能。下面就详细介绍此模板的技术性能。

一、PCL-818模块主要技术性能

耀彩网登录（一）模拟量输入A/D转换

（1）通道单端16路双端8路

耀彩网登录（2）分辨率 12位

（3）量程 ±0.625，±1.25，±2.5，±5或±1.25，±2.5，±5，±10全部可软件设定

（4）转换非线性误差 ±1LSB

耀彩网登录（5）A/D转换时间 25μs

（6）最大允许翰人电压 ±30V

耀彩网登录（7）共模抑制比最大允许共模电压输入时，输出端变化不大于1LSB

（二）模拟盘输出D/A转换

(1）通道 1路

耀彩网登录(2）分辨率 12位

耀彩网登录(3）范围 0~＋5V(+10V)，使用板上-5V（-10V）参考电压±10V，使用外部参考电压

(4）非线性误差 ±1/2LSB

（三）数字盘输入/输出

（1）通道 16路入，16路出

（2）TTL电平兼容

耀彩网登录（四）可编程定时器雌十数器

（1）INTEL8254 , 3通道，16位

（2）2通道可编程用于A/D转换节拍控制，1通道用户使用

（3）TTL/COMS兼容

（4）最高计数频率10MHz

（五）总线接口

耀彩网登录（1）符合IBM Pc和Pc庆T总线的电气和机械特性，占用一个总线插棺

（2）IRQ2-IRQ7，软件可选，用于A/D完成（EOC)

（3）DMAI、DMA3，跳线选择，用于A/D采集数据传送

（4）需要16个地址，跳线设定首地址

（5）数字t输入/输出为20芯扁平电缆，模拟量输入/输出为37芯D型插座

（六）电源及功耗

(1）电源 +5伏 ±5%，典型210mA，最大500mA

+12伏 ±5%，典型20mA，最大100mA

耀彩网登录 -15伏 ±5%，典型20mA，最大40mA

耀彩网登录(2）使用温度0~＋50℃

二、电路组成

如图1.1是PCL-818模板的原理框图。

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图1.1PCL-818模板原理图

由于采用了大规模专用芯片AD1801，集成了大部分的逻辑控制电路，所以外围芯片很少，模板结构也相对简单。其中数字量的输入/输轴出、D/A输出都是基本的I/O端口逻辑，可参考前面有关章节，在此不再赞述。A/D转摸部分由于可以以三种方式进行，逻辑结构较为复杂，是此模板的关键部分。

（一）模拟量输人通道的组成

耀彩网登录①多路开关，用于选择16路输入信号，因为只用一个采样保持器和A/D转换器，所以必须有多路开关选择输入通道。

②可编程的模拟放大器，通过软件可设置其放大倍数，这样适用的模拟电压范围广，且各个通道可以使用不同的放大倍数，简化前置电路。

③此外还包括12位的A/D芯片和采样保持器。

（二）控制逻辑电路

耀彩网登录①地址译码，与其它部分共用，用于选择寄存器。

②通道扫描及触发逻辑。此模板允许多个连续的模拟通道以巡回扫描的方式进行转换，此部分电路产生通道信号给多路开关，选择相应的通道。A/D转换的启动可以由软件控制，也可以由硬件或外部触发信号控制。板上有一片8254定时器/计数器（原理同8253)，其通道1、通道2申联起来构成一个32位的分频器，用于产生控制A/D转换巡回速率的脉冲。通过修改计数常数，可调整巡回速率的快慢。

③IRQ、DMA逻辑。当A/D转换完成后，可以通过查询状态寄存器，判断转换是否完成，来读取转换结果；也可以使用完成后自动产生IRQ中断信号，通知CPU读取转换结果；当进行高速巡回转换时，若CPU同时还要进行其它操作，就有可能发生某些转换结果还没有被CPU读走时，下一个结果又来了，造成数据丢失，这时就要用到DMA传送。将转换结果自动送到主机的某一部分内存中，不占用CPU时间。

三、编程

由于DMA方式要用到主机的8237DMA控制器，中断方式用到主机的8259中断控制器，感兴趣的读者可以参阅有关资料。下面是使用查询方式进行采样时的程序流程：

耀彩网登录①设置每一通道的t程。

②设置播要的输人通道。

③启动A/D转换。

④检查状态寄存器，转换是否完成，若未完成，持续进行检测。

⑤读取转换结果。

耀彩网登录四、PCL-818应用举例

图1.2是一个发电机组模型，采集它的振动信号可以进行实时的故障诊断。在本例中，共需要采集轴瓦1、2的X、Y方向位移，电机的温度，电机的嗓音等6路模拟信号。其中，位移信号用非接触式位移传感器，温度用温度传感器，嗓音用嗓声传感器，各信号经过前置放大以后，调理到-10V~＋10V电平，接入A/D采集卡。

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