USB2016數(shù)據(jù)采集卡

1、 USB2016數(shù)據(jù)采集卡使用說(shuō)明書北京阿爾泰科技發(fā)展有限公司USB簡(jiǎn)介 USB（UNIVERSAL SERIER BUS）又稱之為通用串行總線，不僅僅簡(jiǎn)單地將計(jì)算機(jī)和外設(shè)連接在一起，還把我們帶進(jìn)了一個(gè)全新的PC機(jī)時(shí)代。USB是您進(jìn)行數(shù)字圖象處理的最佳選擇，同時(shí)她也為數(shù)字化設(shè)計(jì)提供了無(wú)限的創(chuàng)造空間。為什么USB越來(lái)越受到用戶的青睞呢？第一USB實(shí)現(xiàn)了那些一直渴望簡(jiǎn)單、直接、快速連接外設(shè)到PC機(jī)的使用者的夢(mèng)想。 添加一個(gè)傳統(tǒng)外設(shè)，首先您必須要弄清那些復(fù)雜的端口序列中那一個(gè)才是您需要的。其次，在通常情況下，您還不得不拆開PC機(jī)，安裝所需要的板卡，并且選擇跳線，諸如中斷設(shè)置等，這些都是非常麻煩的事情

2、，甚至?xí)挂恍┯脩艉ε绿砑油庠O(shè)。USB使添加外設(shè)變得十分簡(jiǎn)單，任何人都可以輕松的做到。首先，USB用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的插拔端口代替了所有的不同種類的串并口。使用USB連接PC機(jī)和外設(shè)，您只須把他們連接在一起就行，剩下的事情USB會(huì)自動(dòng)幫您完成。他就像是給您的PC機(jī)添加一個(gè)新的功能。您再也不須拆開您的PC機(jī)，也不必?fù)?dān)心插入板卡，DIP跳線和中斷設(shè)置。 第二，USB的即插即用功能。當(dāng)您需要接入外設(shè)時(shí)，甚至不必關(guān)閉電源重啟計(jì)算機(jī)，只要插入便可運(yùn)行！PC自動(dòng)檢測(cè)外圍設(shè)備并且配置必要的軟件。因此，它不僅廣泛用于各種臺(tái)式機(jī)，還給筆記本PC帶來(lái)了新的生機(jī)。而當(dāng)您需要移走外設(shè)時(shí)，只須拔走USB插頭即可。也許您會(huì)問(wèn)，“

3、我可以同時(shí)接多個(gè)外圍設(shè)備嗎？PC機(jī)有足夠的USB接口嗎”？ USB當(dāng)然可以同時(shí)連接多個(gè)外圍設(shè)備；許多PC機(jī)有兩個(gè)以上的USB端口，而集線器一種特殊的USB外圍設(shè)備，可以附屬多個(gè)USB端口，當(dāng)您需要使用多于兩個(gè)外設(shè)時(shí)，接入一個(gè)集線器即可。第三USB傳輸數(shù)據(jù)的速度非常快，達(dá)到12Mbit，而在新發(fā)行的USB20版本中，其傳輸速度居然達(dá)到480Mbit。USB2016 數(shù)據(jù)采集板一、概述 USB2016模板是USB總線兼容的數(shù)據(jù)采集板，可經(jīng)USB電纜接入計(jì)算機(jī)，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中心、特別是野外測(cè)控、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、波形分析和處理系統(tǒng)，也可構(gòu)成工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制監(jiān)控系統(tǒng)。而且它具有體積

4、小，即插即用等特點(diǎn)，因此是便攜式系統(tǒng)用戶的最佳選擇。 USB2016板上設(shè)計(jì)有16Bit分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器和12Bit分辨率D/A轉(zhuǎn)換器，提供了16路單端或8路雙端的模擬輸入通道和4路D/A輸出通道，A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)范圍:10V，D/A轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)范圍: 05V、010V、5V、10V。16路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出且均能上電清零。使用本卡時(shí)最好通過(guò)板卡上EX_VCC插座接上外接電源。如本卡不能正常工作，必須接上外接電源。使用外接電源時(shí)，應(yīng)先接外接電源，后接USB電纜。拔掉時(shí)先拔USB電纜，后拔外接電源。二、性能和技術(shù)指標(biāo)USB總線，支持USB2.0 Full-Speed協(xié)議，真正

5、實(shí)現(xiàn)即插即用CPLD接口芯片設(shè)計(jì)，具有極高的保密性，特別適合OEM合作。2.1、模擬信號(hào)輸入部分模擬通道輸入數(shù): 16路單端或8路雙端輸入模擬輸入電壓范圍：10V模擬輸入阻抗: 100M模擬輸入共模電壓范圍：2V放大器建立時(shí)間：2Us放大器增益G與電阻RG的運(yùn)算關(guān)系為：G150K/RG放大器增益與電阻RG的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示： 增益RG()最接近的阻值（1%的精度）RG()1空空250.00K49.9K512.50K12.4K105.556K5.62K202.632K2.61K501.02K1.02K100505.1511200251.3249500100.2100100050.0549.92

6、00025.0124.9500010.009.88100005.0014.942.2、A/D轉(zhuǎn)換電路部分 A/D分辨率：16Bit(65536) 非線性誤差：1LSB(最大) 轉(zhuǎn)換時(shí)間：10us 系統(tǒng)測(cè)量精度：0.01% 2.3、D/A轉(zhuǎn)換電路部分 輸出通道數(shù)：4路 模擬輸出電壓范圍：05V、010V、5V、10V D/A分辨率：12Bit(4096) 非線性誤差：1LIB(最大) D/A輸出精度(滿量程)：1LIB 建立時(shí)間：10S(0.01%精度) 輸出阻抗：0.2 2.4、開關(guān)量輸入輸出部分 16路數(shù)字量輸入、16路數(shù)字量輸出經(jīng)過(guò)50腳扁平電纜插座 XS2引出。數(shù)字端口滿足標(biāo)準(zhǔn)TTL電氣

7、特性： 輸入TTL電平，吸入電流小于0.5毫安。 輸出TTL電平，最大下拉電流20mA,上拉電流2.6毫安。 數(shù)字量輸入最低的高電平：2V 數(shù)字量輸入最高的低電平：0.8V 數(shù)字量輸出最低的高電平：3.4V 數(shù)字量輸入最高的低電平：0.5V2.5、定時(shí)/計(jì)數(shù)器 定時(shí)/計(jì)數(shù)器： 8253的三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器（CLK0、CLK1、CLK2）、門控（GATA0、GATA1、GATA2）及輸出（OUT0、OUT1、OUT2）也由XS2引出。 2.6、A/D采樣率 A/D采樣通過(guò)率：100KHz 2.7、外形尺寸158mm * 117mm三、工作原理概述 USB2016板主要由模/數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路、數(shù)

8、/模轉(zhuǎn)換(D /A)電路、USB總線接口電路等部分電路的組合，力求滿足用戶各種用途的需求。四、主要元件位置圖、信號(hào)輸入插座和開關(guān)量管腳定義4.1 主要元件位置圖 圖4.1.1為USB2016板的主要跳線位置圖， 此位置圖上跳線設(shè)置為出廠標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。設(shè)置為：?jiǎn)味溯斎敕绞?，模擬輸入范圍10V，模擬輸出范圍5V。XS1: 模擬信號(hào)輸入/輸出引線插座XS2：開關(guān)量輸入/輸出及8254接口引線插座USBT：USB總線連接插座RP1：DA0輸出電壓滿度調(diào)整電位器RP2：DA1輸出電壓滿度調(diào)整電位器RP3：DA2輸出電壓滿度調(diào)整電位器RP4：DA3輸出電壓滿度調(diào)整電位器RP5：4路DA輸出電壓零點(diǎn)調(diào)整電位器R

9、P6：A/D電路零點(diǎn)調(diào)整電位器RP7：A/D電路雙極性零點(diǎn)調(diào)整電位器XF1、XF5：模擬電壓輸入單端、雙端選擇XF7、XF8：D/A輸出極性選擇XF1、XF2、XF3、XF4：D/A輸出量程選擇4.2 模入信號(hào)37芯D型插座XS1的管腳定義CH00CH15：16路模擬信號(hào)輸入通道號(hào)CH00CH07 ：雙端模擬信號(hào)輸入正端 （ 雙端方式時(shí)）CH08CH15 ：雙端模擬信號(hào)輸入負(fù)端 （雙端方式時(shí)）DA0DA1：4路模擬信號(hào)輸出端AGND：模擬地雙端方式時(shí)，各通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表：原始通道對(duì)對(duì)應(yīng)的采樣通道號(hào)原始通道對(duì)對(duì)應(yīng)的采樣通道號(hào)CH0,CH8CH0CH4,CH12CH4CH1,CH9CH1 CH

10、5,CH13CH5CH2,CH10CH2CH6,CH14CH6CH3,CH11CH3CH7,CH15CH74.3關(guān)于XS2開關(guān)量輸入/輸出及8254接口引線插座的管腳定義 DI0DI15為開關(guān)量輸入DO0DO15為開關(guān)量輸出OUT0OUT2 分別為8253的0、1、2的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的信號(hào)輸出端；GATE0GATE2 分別為8253的0、1、2的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的門控端；CLK0CLK2 分別為8253的0、1、2的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端；CLK與板卡上的2M晶振相連。GND：數(shù)字地VCC：+5V五、短路套設(shè)置及數(shù)據(jù)格式A/D電路部分： 1、 模擬信號(hào)輸入方式選擇 單端輸入方式： XF5 XF6 雙端

11、輸入方式： XF5 XF6 2、AD數(shù)據(jù)格式：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器各位定義如下：D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0AD15AD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0其中：AD15AD0：為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的16位數(shù)據(jù)，它的具體定義如下表。USB2016板為雙極性模擬輸入時(shí)的結(jié)果數(shù)據(jù)格式如下表所示：輸入A/D結(jié)果編碼原始碼(十六進(jìn)制)原始碼(十進(jìn)制)電壓mV正滿度0111 1111 1111 11117FFF32767+9999.69正滿度1LSB0111 1111 1111 11107FFE327

12、66+9999.38中間值+1LSB0000 0000 0000 000100011+0.3052中間值（零點(diǎn)）0000 0000 0000 0000000000中間值1LSB1111 1111 1111 1111FFFF-1-0.3052負(fù)滿度+1LSB1000 0000 0000 00018001-32767-9999.69負(fù)滿度1000 0000 0000 00008000-32768-10000.00D/A電路部分：1、模擬信號(hào)輸出量程選擇輸出范圍XF7XF8XF4(DA0)XF3(DA1)XF2(DA2)XF1(DA3)05V010V5V+5V-10V+10V2、D/A數(shù)據(jù)格式：D/

13、A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)位D7D6D5D4D3D2D1D0數(shù)字信號(hào)DA7DA6DA5DA4DA3DA2DA1DA0數(shù)據(jù)位D7D6D5D4D3D2D1D0數(shù)字信號(hào) NCNC NC NCDA11DA10DA9DA8其中，DA11DA0為需要進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的12 位數(shù)據(jù)。NC：不用。USB2016板DA為雙極性電壓輸出時(shí)數(shù)據(jù)格式如下表所示：輸出D/A數(shù)據(jù)編碼AD原始碼(十六進(jìn)制)求補(bǔ)后的碼(十進(jìn)制)正滿度1111 1111 1111FFF4095正滿度1LSB1111 1111 1110FFE4094中間值+1LSB1000 0000 00018012049中間值（零點(diǎn)）1000 0000 000080

14、02048中間值1LSB0111 1111 11117FF2047負(fù)滿度+1LSB0000 0000 00010011負(fù)滿度0000 0000 00000000 USB2016板DA為單極性電壓輸出時(shí)的數(shù)據(jù)格式如下表所示：輸出DA結(jié)果編碼AD原始碼(十六進(jìn)制)求補(bǔ)后的碼(十進(jìn)制)正滿度1111 1111 1111FFF4095正滿度1LSB1111 1111 1110FFE4094零點(diǎn)+1LSB1000 0000 00018012049零點(diǎn)0000 0000 00000000六、模擬輸入信號(hào)的連接方式61 單端輸入方式：USB2016板均可按圖4.1連接成模擬電壓?jiǎn)味溯斎敕绞剑?6路模擬輸入信

15、號(hào)連接到CH00CH15端，其公共地連接到AGND端。 單端輸入方式，主要應(yīng)用在噪聲干擾不高的場(chǎng)合62雙端輸入方式：USB2016板可按圖3.2連接成模擬電壓雙端輸入方式，可以有效抑制共模干擾信號(hào)，提高采集精度。8路模擬輸入信號(hào)正端接到IN00+IN7+端，其模擬輸入信號(hào)負(fù)端接到IN00-IN7-端，并在距離XS1插座近處，在IN00-IN07-端與AGND端各接一只幾十K至幾百K的電阻（當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源內(nèi)阻小于100時(shí)，該電阻應(yīng)為現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源內(nèi)阻的1000倍；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源內(nèi)阻大于100時(shí)，該電阻應(yīng)為現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源內(nèi)阻的2000倍），為儀表放大器輸入電路提供偏置。雙端輸入方式，主要應(yīng)用在噪聲干擾高的場(chǎng)合

16、七、使用方法1、用USB電纜將USB2016板與主機(jī)連接起來(lái)，若發(fā)光二極管亮，則表示USB2016板電源已接通。2、時(shí)主機(jī)屏幕上會(huì)顯示檢測(cè)到artUSB2016設(shè)備，接著讓您安裝驅(qū)動(dòng)程序，您須插入本公司提供的安裝盤。詳細(xì)的安裝過(guò)程請(qǐng)見本公司軟件說(shuō)明書的USB部分。3、安裝完畢后，打開USB2016操作系統(tǒng)，即可檢測(cè)設(shè)備是否正常工作。注：其硬件參數(shù)配置請(qǐng)參考軟件說(shuō)明書中USB部分的結(jié)構(gòu)USB_PARA中的介紹。八、應(yīng)用注意事項(xiàng) 在公司售出的產(chǎn)品包裝中，用戶將會(huì)找到這本說(shuō)明書和USB2016板，同時(shí)還有產(chǎn)品質(zhì)?？?。產(chǎn)品質(zhì)?？ㄕ?qǐng)用戶務(wù)必妥善保存，當(dāng)該產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題需要維修時(shí)，請(qǐng)用戶將產(chǎn)品質(zhì)?？ㄍa(chǎn)品一

17、起，寄回本公司，以便我們能盡快的幫用戶解決問(wèn)題。 在使用USB2016板時(shí)，應(yīng)注意以下問(wèn)題： USB2016板正面的IC芯片不要用手去摸，防止芯片受到靜電的危害。用戶務(wù)必注意電源的開關(guān)順序，使用時(shí)要求先開主機(jī)電源，后開信號(hào)源的電源；先關(guān)主機(jī)電源，后關(guān)信號(hào)源的電源。九、校準(zhǔn) USB2016板出廠時(shí)已經(jīng)校準(zhǔn)，只有當(dāng)用戶使用一段時(shí)間后，或者用戶認(rèn)為需要時(shí)才做校準(zhǔn)。準(zhǔn)備一塊5位半精度以上數(shù)字電壓表，安裝好USB2016，打開主機(jī)電源，預(yù)熱15分種。A/D校準(zhǔn)1、 模擬輸入的任兩個(gè)通道，比如CH0、CH1通道，將CH0通道輸入接0伏電壓,CH1接正滿度電壓9997.56毫伏。2、 調(diào)整電位器RP6，使讀

18、回的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果在7FFH和800H 之間變化。 3、調(diào)整電位器RP7，使讀回的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果在FFEHFFFH之間變化。 4、重復(fù)2）、 3）步驟，直到滿足要求為止。D/A校準(zhǔn)（一） 雙極性輸出的校準(zhǔn)：1） 將數(shù)字電壓表的地線與37芯D型插頭XS1中的任意模擬地(AGND)相接,電壓表的輸入端與需要校準(zhǔn)的DA通道相連接。2） 在Windows下運(yùn)行USB2016測(cè)試程序，選擇菜單文件操作下的D/A輸出檢測(cè)，根據(jù)需要校準(zhǔn)的通道選擇相應(yīng)的手動(dòng)單點(diǎn)輸出。3） 將D/A輸出設(shè)置為2048，通過(guò)調(diào)整電位器RP5，使相應(yīng)的D/A輸出為0.000V。4） 將D/A輸出設(shè)置為4095，通過(guò)調(diào)整電位器RP1

19、RP4，使相應(yīng)的D/A輸出為5.000或10.000V。5） 重復(fù)以上3)、4）步驟，直到滿足要求為止。（二） 單極性輸出的校準(zhǔn)1） 將數(shù)字電壓表的地線與37芯D型插頭XS1中的任意模擬地(AGND)相接,電壓表的輸入端與需要校準(zhǔn)的DA通道相連接。2） 在Windows下運(yùn)行USB2016測(cè)試程序，選擇菜單文件操作下的D/A輸出檢測(cè)，根據(jù)需要校準(zhǔn)的通道選擇相應(yīng)的手動(dòng)單點(diǎn)輸出。 3） 將D/A輸出設(shè)置為0，通過(guò)調(diào)整電位器RP5，使相應(yīng)的D/A輸出為0.000V。4) 將D/A輸出設(shè)置為4095，通過(guò)調(diào)整電位器RP1RP4，使相應(yīng)的D/A輸出為5.000或10.000V。5) 重復(fù)以上3)、4）步

20、驟，直到滿足要求為止。十、保修 USB2016自出廠之日起，兩年內(nèi)，凡用戶遵守運(yùn)輸，貯存和使用規(guī)則，而質(zhì)量低于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)者公司免費(fèi)修理。 附錄 可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器8254編程描述有關(guān)8254詳細(xì)情況請(qǐng)參見8254技術(shù)手冊(cè)或有關(guān)資料。一、 控制字在使用8254內(nèi)部計(jì)數(shù)器前，必須先向8254內(nèi)部控制字寄存器寫入控制字和寫入計(jì)數(shù)器置值?？刂谱旨拇嫫鞲袷饺缦拢篋7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD各位定義如下：BCD：計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)方式選擇，可采用二進(jìn)制或BCD碼。M2、M1、M0：計(jì)數(shù)器工作方式選擇，可有六種工作方式，具體含義見下表。BCD計(jì)數(shù)類型0二進(jìn)制計(jì)數(shù)1BCD碼

21、計(jì)數(shù)M2M1M0方式000000110102011310041015SC1SC0選擇計(jì)數(shù)器00計(jì)數(shù)器001計(jì)數(shù)器110計(jì)數(shù)器211非法RL1RL0操作類型00計(jì)數(shù)器鎖存操作01只讀/寫低字節(jié)10只讀/寫高字節(jié)11先讀/寫低字節(jié)后讀/寫高字節(jié)RL1、RL0計(jì)數(shù)器讀寫操作長(zhǎng)度選擇，以決定對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行裝入或讀出是雙字節(jié)還是單字節(jié)。SC1、SC0選擇計(jì)數(shù)器0、1或2。 當(dāng)對(duì)8254寫入控制字后，就要給計(jì)數(shù)器賦初值了。當(dāng)控制字D00時(shí)，即二進(jìn)制計(jì)數(shù)，初值可在0000HFFFFH之間選擇，當(dāng)控制字D01時(shí)，則裝入計(jì)數(shù)器的初值應(yīng)選十進(jìn)制方式，其值可在00009999十進(jìn)制數(shù)之間選擇，但無(wú)論何種計(jì)數(shù)方式，當(dāng)初

22、值為0000時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值最大。二、 工作方式 對(duì)8254的讀寫操作 方式0-計(jì)數(shù)結(jié)束中斷 當(dāng)寫入方式0控制字后，計(jì)數(shù)器輸出立即變成低電平，當(dāng)賦初值后，計(jì)數(shù)器馬上開始計(jì)數(shù)，并且輸出一直保持低電平，當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)變成高電平，并且一直保持到重新裝入初值或復(fù)位時(shí)為止。當(dāng)控制字中D5D411時(shí)，在寫入低字節(jié)后計(jì)數(shù)器還不計(jì)數(shù)，當(dāng)寫入高字節(jié)后，計(jì)數(shù)器才開始計(jì)數(shù)，如果對(duì)正在做計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器裝入一個(gè)新值，則計(jì)數(shù)器又從新裝入的計(jì)數(shù)值開始，重新作減量計(jì)數(shù)?？捎瞄T控端GATE控制計(jì)數(shù)，當(dāng)GATE0時(shí)，禁止計(jì)數(shù)，當(dāng)GATE1時(shí)，允許計(jì)數(shù)。 方式1可編程單次脈沖方式 該方式要在門控信號(hào)GATE作用下工作。當(dāng)裝入計(jì)數(shù)初值

23、N之后，要等GATE由低變高，并保持高時(shí)開始計(jì)數(shù)，此時(shí)輸出OUT變成低電平，當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，輸出變成高電平，即輸出單次脈沖的寬度由裝入的計(jì)數(shù)初值N來(lái)決定。當(dāng)計(jì)數(shù)器減量計(jì)數(shù)未到零時(shí)，又裝入一個(gè)新的計(jì)數(shù)值N1，則這個(gè)新值，不會(huì)影響當(dāng)前的操作，只有原計(jì)數(shù)值減到零且有一個(gè)GATE上升沿時(shí)，計(jì)數(shù)器才從N1開始計(jì)數(shù)。如當(dāng)前操作還未完，又有一次GATE上升沿時(shí)，則停止當(dāng)前計(jì)數(shù)，又重新從N1開始計(jì)數(shù)，這時(shí)輸出單次脈沖就被加寬。 方式2頻率發(fā)生器方式 在該方式下，計(jì)數(shù)器裝入初始值，開始工作后，輸出端將不斷輸出負(fù)脈沖，其寬度等于一個(gè)時(shí)鐘周期，兩負(fù)脈沖間的時(shí)鐘個(gè)數(shù)等于計(jì)數(shù)器裝入的初始值。在方式2中門控信號(hào)相當(dāng)于復(fù)位信號(hào)，當(dāng)GATE0時(shí)，立即強(qiáng)迫輸出為高電平，當(dāng)GATE1時(shí)，便啟動(dòng)一次新的計(jì)數(shù)周期，這樣可以用一個(gè)外部控制邏輯來(lái)控制GATE，從而達(dá)到同步計(jì)數(shù)的作用。當(dāng)然計(jì)數(shù)器也可以用軟件控制GATE