北京邮电大学自动化学院：测控技术课程设计_测控技术课程设计说明书

课程设计指导书 测控技术课程设计 指导书 北京邮电大学自动化学院 2007年8月

课程设计指导书 1 测控技术课程设计 指 导 书 北京邮电大学自动化学院 2007 年 8 月

课程设计指导书 测控技术课程设计指导书 [课程设计的目的] 测控系统的设计涉及许多技术,其应用领域众多,在现代国防、现代工业、科研教育、机械医疗等领域 里有着广泛的应用。另一方面,它的理论性与实践性都很强,需要努力做到理论与实践相结合,为此我们安 排此课程设计,加深同学们对测试技术理论的理解,加强冋学们对实践操作能力的培养。重点是了解测控系 统设计的一般流程,掌握设计测控系统的一般方法,树立计算机测控系统的整体概念 [课程设计的任务] 在生产过程和科学研究中所接触到的被测量大多数是非电物理量,例如位移,力,转速,扭矩,温度 振动,流量,风速,等等。非电量种类繁多,特性千差万别,很多又是不便于直接测量的模拟信号。为了测 量与处理方便,需要把非电量转换为电量,这一步通常是通过各式传感器来转换,常称为一次转换;为适应 计算机的统计分析处理,又需要把模拟量转化为数字量,这一步是通过A/D转换来实现的,常称为二次转换。 这两方面是测试系统的两个重要环节(在测控领域里,有时还需要把处理好的数字量再转换成模拟量反馈回 来控制工作进程,常称为三次转换)。它们的关系如下: 一次转换 二次转换 非电量 电量(模拟量) 电量(数字量) 本次课程设计是设计一套完整的微机实时测控系统,具体内容包括: 1、了解测控系统设计相关知识和具体指标要求。 2、多功能A/①D采集板的编程使用和信号采集 3、信号的显示与处理 4、控制信号的输出。(选项) 5、测控系统软件设计与联调。 测控系统软件设计要经过老师的验收,测控系统要演示正确,功能完善,并且正确回答有关硬件和编程 的问题后才能通过 课程设计结束后同学们需交设计报告,其中包括: 1、计算机检测系统设计,主要和关键部分的程序如:A/D板采集数据的源程序,源程序中注释不少于 30%,源程序设计的流程图 2、正弦信号、矩形信号、三角波信号的采集数据和波形图、FFT频谱图的屏幕截图 系统主要界面的屏幕截图 4、系统设计时遇到的问题和心得体会 5、填写北京邮电大学课程设计报告表格。 6、相关程序打包存入指定计算机的目录下。文件名称班号序号和姓名

课程设计指导书 2 测控技术课程设计指导书 [课程设计的目的] 测控系统的设计涉及许多技术，其应用领域众多，在现代国防、现代工业、科研教育、机械医疗等领域 里有着广泛的应用。另一方面，它的理论性与实践性都很强，需要努力做到理论与实践相结合，为此我们安 排此课程设计，加深同学们对测试技术理论的理解，加强同学们对实践操作能力的培养。重点是了解测控系 统设计的一般流程，掌握设计测控系统的一般方法,树立计算机测控系统的整体概念。 [课程设计的任务] 在生产过程和科学研究中所接触到的被测量大多数是非电物理量，例如位移，力，转速，扭矩，温度， 振动，流量，风速，等等。非电量种类繁多，特性千差万别，很多又是不便于直接测量的模拟信号。为了测 量与处理方便,需要把非电量转换为电量，这一步通常是通过各式传感器来转换，常称为一次转换；为适应 计算机的统计分析处理，又需要把模拟量转化为数字量,这一步是通过 A/D 转换来实现的，常称为二次转换。 这两方面是测试系统的两个重要环节（在测控领域里，有时还需要把处理好的数字量再转换成模拟量反馈回 来控制工作进程，常称为三次转换）。它们的关系如下： 本次课程设计是设计一套完整的微机实时测控系统，具体内容包括： 1、了解测控系统设计相关知识和具体指标要求。 2、多功能 A/D 采集板的编程使用和信号采集。 3、信号的显示与处理。 4、控制信号的输出。（选项） 5、测控系统软件设计与联调。 测控系统软件设计要经过老师的验收，测控系统要演示正确，功能完善，并且正确回答有关硬件和编程 的问题后才能通过。 课程设计结束后同学们需交设计报告，其中包括： 1、计算机检测系统设计，主要和关键部分的程序如：A/D 板采集数据的源程序,源程序中注释不少于 30%，源程序设计的流程图。 2、正弦信号、矩形信号、三角波信号的采集数据和波形图、FFT 频谱图的屏幕截图。 3、系统主要界面的屏幕截图。 4、系统设计时遇到的问题和心得体会。 5、填写北京邮电大学课程设计报告表格。 6、相关程序打包存入指定计算机的目录下。文件名称班号序号和姓名。 非电量 电量(模拟量) 电量(数字量) 一次转换 二次转换

课程设计指导书 [先修课程] 《测试技术与测试信号处理》,《C语言程序设计》,《微机原理与接口技术》 《模拟电子技术》,《数字电子技术》 模/数与数/模转换的原理] 常用DA转换器有: 权电阻网络DA转换器 T型电阻网络DA转换器 开关树型DA转换器 权电流型DA转换器等等 常用AD转换器有 逐次逼近型A/D转换器 双积分型AD转换器 瞬现型AD转换器等等。 本实验所用的AD转换器为BB公司生产的ADS7818,是12位逐次逼近型。具体的工作原理请参看书 《数字电子技术基础》的“数-模和模-数转换”这一章(第四版)阎石主编。 采样定理 信号的采样 在微机的测控系统中,一台微机往往对工业现场的多个测点进行测试,这些测试不是同时进行的,而是 按照分时的方式逐个对多路测点进行测试。因此,需要把时间上连续的模拟信号,转变为时间上离散的信号 这一过程称之为信号的采样 如图1-2a所示,连续的模拟输入信号e(t)按一定的时间间隔T逐点地采集瞬时值,并保持一个时间τ 从而变成时间上的离散,幅值等于采样时刻的输入信号瞬时值的方波序列信号,简称采样信号e'(t)。两次 采样之间的时间间隔T称为采样周期,保持时间τ称为采样时间。从理论上讲不需要保持操作,但由于AD 变换需要时间,为了减少在变换过程中信号变化带来的影响,采样后的信号在τ中将保持幅值不变,直到完 成变换。相应的电路就称为采样保持电路,一般的,可取理想化的情况,即认为τ<<T,可忽略不记τ值,将 离散后的信号e(t)看成是理想脉冲序列。 e(t) e(t) T2T 3t t e(t) e(t) T2T (a) (b)

课程设计指导书 3 [先修课程] 《测试技术与测试信号处理》，《C 语言程序设计》，《微机原理与接口技术》 《模拟电子技术》，《数字电子技术》 [模／数与数／模转换 的原理] 常用 D/A 转换器有： 权电阻网络 D/A 转换器 T 型电阻网络 D/A 转换器 开关树型 D/A 转换器 权电流型 D/A 转换器 等等. 常用 A/D 转换器有： 逐次逼近型 A/D 转换器 双积分型 A/D 转换器 瞬现型 A/D 转换器 等等。 本实验所用的 A/D 转换器为 BB 公司生产的 ADS7818，是 12 位逐次逼近型。具体的工作原理请参看书 《数字电子技术基础》的“数-模和模-数转换”这一章 ((第四版) 阎石主编。 [采样定理] 一、信号的采样 在微机的测控系统中，一台微机往往对工业现场的多个测点进行测试，这些测试不是同时进行的，而是 按照分时的方式逐个对多路测点进行测试。因此，需要把时间上连续的模拟信号，转变为时间上离散的信号。 这一过程称之为信号的采样。 如图 1-2a 所示，连续的模拟输入信号 e(t)按一定的时间间隔 T 逐点地采集瞬时值，并保持一个时间τ, 从而变成时间上的离散，幅值等于采样时刻的输入信号瞬时值的方波序列信号，简称采样信号 e * (t)。两次 采样之间的时间间隔 T 称为采样周期，保持时间τ称为采样时间。从理论上讲不需要保持操作，但由于 A/D 变换需要时间，为了减少在变换过程中信号变化带来的影响，采样后的信号在τ中将保持幅值不变，直到完 成变换。相应的电路就称为采样保持电路，一般的，可取理想化的情况，即认为τ<<T,可忽略不记τ值，将 离散后的信号 e * (t)看成是理想脉冲序列。 τ 0 0 T 2T 3T t T 2T 3T e (t) e * (t) (a) T 2T e * (t) (b) t t T 2T t e (t)

图1-2正弦信号的采样 二、采样定理 采样信号只给出了采样时刻的数值e(0),e(T),e(2T)…-.。对连续信号来说,它在任何时刻的数值都 是已知的,但在采样后,除了能掌握e(T)在采样时刻的数值e(kT)以外,在各采样间隔内的信号就丢失了 如图1-點b所示。采样周期T越大,信号变化越快,则信息丢失越严重。采样频率应如何选择才能保证无失 真地恢复原信号呢?采样定理给出了选择采样频率的原则 采样定理指出:一个带宽有限(例如从0到f)的信号e(T,可用相隔时间为T≤1/2f的若干个采 样值来代表。反之,若想得到原来的信号e(T),只要将该信号的各采样值通过一个截止频率为f的理想低 通滤波器。即无失真频率应满足f≥2f。 采样定理虽然给出了选择采样周期的理论依据,但并未指出解决实际问题的条件与算公式。在实际中 常以经验的方法确定采样周期。显然,采样周期T越小,越接近连续系统,控制精度越高,但这时将加重计 算机的负担,从而使可控制的回路数目减少。另外,采样周期也不能小于执行程序所需要的时间。所以合理 选择采样周期非常重要。 在检测系统中,正弦波、矩形波、三角波的采样周期根据它们的频率决定,例如可定为100微秒。 三、采样保持电路 在微机测控系统中,由于微机是分时工作的,即在每一时刻只能有一个参数被采样,而且在采样完成后 微机还要花大量时间进行数据处理及控制计算,因此,在整个微机测试系统中,每个参数大部分时间都是在 脱机”的情况下工作的,特别是当被测参数比较多时更是如此。另一方面,由于AD转换器的转换过程需 要一定的时间,因而,在AD转换器的转换过程中必须保持参数值不变,否则将影响转换精度。尤其是当参 数的变化速度比较快时,更是如此。能够完成上述功能的电路叫采样保持( Sample/Hold)电路。最简单的 采样保持电路是由电容及开关组成的。此电容一般选用泄露量比较低的电容(如聚乙烯或聚四氟乙烯电容)。 为了提高采样保持器的精度,目前使用的采样保持电路一般均采用具有高输入阻抗的场效应管作为输入运算 放大器。典型的电路如图1-3所示。 图中采样保持电路由输入输出缓冲运算放大器A、A2及逻辑输入控制的开关电路组成。在采样期间, 开关S是闭合的。输入信号U经高增益的放大器A1输出,向电容C充电。在保持期间,开关S断开,由于 A运算放大器输入阻抗很高,所以,在理想情况下,电容C上的电压将保持充电时的最终值。 |4 本次课程设计的测控系统所用的AD转换器ADS7818中已内置采样保持器

课程设计指导书 4 图 1-2 正弦信号的采样 a—ωs>2ωmax 二、采样定理 采样信号只给出了采样时刻的数值 e(0),e(T),e(2T) …… 。对连续信号来说，它在任何时刻的数值都 是已知的，但在采样后，除了能掌握 e(T)在采样时刻的数值 e(kT)以外，在各采样间隔内的信号就丢失了， 如图 1-2b 所示 。采样周期 T 越大，信号变化越快，则信息丢失越严重。采样频率应如何选择才能保证无失 真地恢复原信号呢？采样定理给出了选择采样频率的原则。 采样定理指出：一个带宽有限（例如从 0 到 fm）的信号 e(T)，可用相隔时间为 T≤1/2 fm 的若干个采 样值来代表。反之，若想得到原来的信号 e(T)，只要将该信号的各采样值通过一个截止频率为 fm 的理想低 通滤波器。即无失真频率应满足 fs≥2 fm 。 采样定理虽然给出了选择采样周期的理论依据，但并未指出解决实际问题的条件与算公式。在实际中 常以经验的方法确定采样周期。显然，采样周期 T 越小，越接近连续系统，控制精度越高，但这时将加重计 算机的负担，从而使可控制的回路数目减少。另外，采样周期也不能小于执行程序所需要的时间。所以合理 选择采样周期非常重要。 在检测系统中，正弦波、矩形波、三角波的采样周期根据它们的频率决定，例如可定为 100 微秒。 三、采样保持电路 在微机测控系统中，由于微机是分时工作的，即在每一时刻只能有一个参数被采样，而且在采样完成后， 微机还要花大量时间进行数据处理及控制计算，因此，在整个微机测试系统中，每个参数大部分时间都是在 “脱机”的情况下工作的，特别是当被测参数比较多时更是如此。另一方面，由于 A/D 转换器的转换过程需 要一定的时间，因而，在 A/D 转换器的转换过程中必须保持参数值不变，否则将影响转换精度。尤其是当参 数的变化速度比较快时，更是如此。能够完成上述功能的电路叫采样保持（Sample/Hold）电路。最简单的 采样保持电路是由电容及开关组成的。此电容一般选用泄露量比较低的电容（如聚乙烯或聚四氟乙烯电容）。 为了提高采样保持器的精度，目前使用的采样保持电路一般均采用具有高输入阻抗的场效应管作为输入运算 放大器 。典型的电路如图 1-3 所示。 图中采样保持电路由输入输出缓冲运算放大器 A1 、A2 及逻辑输入控制的开关电路组成。在采样期间， 开关 S 是闭合的。输入信号 UI 经高增益的放大器 A1 输出，向电容 C 充电。在保持期间，开关 S 断开，由于 A2 运算放大器输入阻抗很高，所以，在理想情况下，电容 C 上的电压将保持充电时的最终值。 本次课程设计的测控系统所用的 A/D 转换器 ADS7818 中已内置采样保持器。 ▷∞ — A1 + ┼ ▷∞ — A2 + ┼ C S Ui U0 图 1-3 典型的采样保持电路

课程设计指导书 [典型的数据采集/控制系统 传感器 信号 数字信 绘图仪 处理 多 号输入 传感器 路切换 S/H A/D 控小计算机 显示 2 处理 终端 模拟信 打印机 传感器 信号 号输出 D/A 处理 图1-4典型数据釆集/控制系统 图中被测信号由传感器转化成相应的电信号(最终是电压),这是任何非电检测必不可少的环节。不同 信号其传感器是不同的。例如,若第1路被测信号是温度,其传感器可以是热敏电阻、热电耦等。第2路是 力,传感器可以是各种应变片,等等 传感器输出的信号不能直接送到输出设备进行显示或记录,需要进一步处理。信号的处理由两部分完成, 即模拟信号处理和数字信号处理。后者由计算机承担。计算机以前的全部信号处理都是模拟信号处理。其中 A/D(模/数)转换是关键环节,它的作用是将模拟量转换为数字量以适应计算机工作。 模拟信号处理与调节的内容是相当丰富的。信号调节的主要作用是使传感器输出信号与AD转换器相匹 配,例如AD转换的输入电平是0一5V,而传感器的输出电平仅几毫伏(mV),这时必须采取放大措施以减 小量化误差,放大器输出电平愈接近AD输入的满标,相对误差也就越小,这时的信号调节器就是放大器。 当然,若传感器输出电平过大,则信号调节器应是衰减器。如果传感器输出信号过程中或在传输过程中,混 入了虚假部分,就需要进行滤波、压缩频带,用以降低采样率。另外,阻抗变换、屏蔽接地、调制与解调 信号线性化等等,皆属处理范围。一般说来,对弱信号测试,放大与滤波是最重要的环节。并非每个系统都 得包含上述全部内容,对不同的测试任务,系统应包含哪些环节是有所选择的。注意到被测信号有n个,相 应的n个通道共享一个A/转换器,这样做的目的是为了降低成本、减小体积。为了是各路信号互不混迭 系统中比须采用模拟多路切换开关。切换开关相当于一个单刀多掷开关(这里为n掷)开关,它的作用是把 各路信号按预定时序分时地与保持电路接通。保持电路的引入是因为AD转换需要一定时间,在转换期间模 拟信号应保持不变 带计算机的测控系统的性能是很高的。计算机在系统究竟起何作用,有何优点呢? (1)使测控自动化 由于计算机有信号存贮、判断和处理能力,所以能控制开关通断、量程自动切换、系统自动校准、自 动诊断故障、结果自动输出,等等。总之,计算机是测试系统的神经中枢,它使整个系统成为一个有机的整

课程设计指导书 5 [典型的数据采集/控制系统] 图 1-4 典型数据采集/控制系统 图中被测信号由传感器转化成相应的电信号（最终是电压），这是任何非电检测必不可少的环节。不同 信号其传感器是不同的。例如，若第１路被测信号是温度，其传感器可以是热敏电阻、热电耦等。第２路是 力，传感器可以是各种应变片，等等。 传感器输出的信号不能直接送到输出设备进行显示或记录，需要进一步处理。信号的处理由两部分完成， 即模拟信号处理和数字信号处理。后者由计算机承担。计算机以前的全部信号处理都是模拟信号处理。其中 A/D（模／数）转换是关键环节，它的作用是将模拟量转换为数字量以适应计算机工作。 模拟信号处理与调节的内容是相当丰富的。信号调节的主要作用是使传感器输出信号与 A/D 转换器相匹 配，例如 A/D 转换的输入电平是０－５V，而传感器的输出电平仅几毫伏（mV）,这时必须采取放大措施以减 小量化误差，放大器输出电平愈接近 A/D 输入的满标，相对误差也就越小，这时的信号调节器就是放大器。 当然，若传感器输出电平过大，则信号调节器应是衰减器。如果传感器输出信号过程中或在传输过程中，混 入了虚假部分，就需要进行滤波、压缩频带，用以降低采样率。另外，阻抗变换、屏蔽接地、调制与解调、 信号线性化等等，皆属处理范围。一般说来，对弱信号测试，放大与滤波是最重要的环节。并非每个系统都 得包含上述全部内容，对不同的测试任务，系统应包含哪些环节是有所选择的。注意到被测信号有 n 个，相 应的 n 个通道共享一个 A/D 转换器，这样做的目的是为了降低成本、减小体积。为了是各路信号互不混迭， 系统中比须采用模拟多路切换开关。切换开关相当于一个单刀多掷开关（这里为 n 掷）开关，它的作用是把 各路信号按预定时序分时地与保持电路接通。保持电路的引入是因为 A/D 转换需要一定时间，在转换期间模 拟信号应保持不变。 带计算机的测控系统的性能是很高的。计算机在系统究竟起何作用，有何优点呢？ （1）使测控自动化 由于计算机有信号存贮、判断和处理能力，所以能控制开关通断、量程自动切换、系统自动校准、自 动诊断故障、结果自动输出，等等。总之，计算机是测试系统的神经中枢，它使整个系统成为一个有机的整 传感器 1 传感器 2 传感器 n 信号 处理 信号 处理 信号 处理 多 路 切 换 开 关 S / H 测 控 接 口 计算机 绘图仪 显 示 终 端 打印机 A / D D / A 数字信 号输入 模拟信 号输出

课程设计指导书 体,使测控实现了自动化,从而也大大地提高了测控速度。 (2)提高测控精度 由于外界的干扰、内部的噪音、电源的波动、温度的变化、期间的非线性等,必然降低测控精度。引 入微型计算机后,系统可以进行数字滤波,对器件的非线性进行校正:系统可以进行自动校准以消除系统 误差,多次重复测量可以削弱随机误差。从而可将测控精度提高很多。 (3)通过数据变换实现多功能 测频率后,通过倒数变换(T=1/f)可得周期;测正弦波的峰值可求得有效值(v=v/205);时域数据 通过快速傅立叶变换(FFT)可得到相应的频域数据可求得信号的最大值、最小值、平均值. (4)降低了测控系统成本 由于软件有替代硬件的功能,各种运算器、比较器、滤波器、线性化器、定时器等都可由计算机承担, 省去一大批硬件,从而减低了系统的成本。由于计算机的性能不断提高,价格逐年下降,这一优点今后将更 加突出。 (5)提高了系统的可靠性 另外,由于计算机有分析、判断的能力,因此它作为过程控制的核心——决策机构是不容置疑的 测量结果由计算机通过接口电路送给输出设备。输出设备可采用数字显示、打印机或绘图仪。如果要 观察或记录被测信号的波形,可用D/A转换器把计算机输出的数字量恢复成模拟量,然后用示波器或X-Y记 录仪显示或记录,也可将数字量直接送到显示终端绘制波形。D/A输出的模拟信号可作为控制信号。 [设备及器材] 微机、多功能AD板及接口、示波器、信号发生器。 [设计步骤] 、理论知识准备 第一部分:采样定理、AD的原理与D/A的原理复习 第二部分:VC、ⅦB语言复习及图形编程 第三部分:AD板使用介绍. 第四部分:典型测控采集系统介绍、布置设计内容. 信号发生器信号与AD板连接 AC611|D板经DB25芯电缆经过AC146端子板连接信号发生器输出的模拟信号。 三、测控系统软件设计要求 编写AD板的初始化程序与采集程序,调试上述程序,绘制波形,可用信号发生器输出的信号调试 注意:图形曲线以及幅值刻度和时间刻度要与实际信号一直。调试程序可参考所给的参考程序 调试成功后可编辑其他相关功能,(如设置采样长度、采样间隔、形成数据文件、FFT分析及波形 统计分析等)。自动检测系统在数据处理功能上除了可进行FFT分析外,还应给出检测信号的最大值、最小 值、平均值。自动分析得出信号的频率和周期 所编程序包括菜单的实现及相关功能,如举例所示,其中功能必须包括数据的采集及保存,波形显示 数据显示、FFT变换、信号周期和频率的自动检测。 通过D/A输出相关波形,由示波器进行观测的内容作为选项,完成基本内容的同学可以设计实习 有关FFT变换的编程,可参看《测试技术与测试信号处理》(吴正毅编,清华大学出版社出版)203 页至212页有关内容。 完成测控系统的界面及工作菜单设计。一个好的采集系统程序应有一个方便、实用、友好、快捷的工 作界面。因此编制一个好的菜单亦很重要

课程设计指导书 6 体，使测控实现了自动化，从而也大大地提高了测控速度。 （2）提高测控精度 由于外界的干扰、内部的噪音、电源的波动、温度的变化、期间的非线性等，必然降低测控精度。引 入微型计算机后，系统可以进行数字滤波，对器件的非线性进行校正；系统可以进行自动校准以消除系统 误差，多次重复测量可以削弱随机误差。从而可将测控精度提高很多。 （3）通过数据变换实现多功能 测频率后，通过倒数变换（T=1/f） 可得周期；测正弦波的峰值可求得有效值（v =vm/20.5 ）；时域数据 通过快速傅立叶变换（FFT）可得到相应的频域数据可求得信号的最大值、最小值、平均值…… 。 （4）降低了测控系统成本 由于软件有替代硬件的功能，各种运算器、比较器、滤波器、线性化器、定时器等都可由计算机承担， 省去一大批硬件，从而减低了系统的成本。由于计算机的性能不断提高，价格逐年下降，这一优点今后将更 加突出。 （5）提高了系统的可靠性 另外，由于计算机有分析、判断的能力，因此它作为过程控制的核心——决策机构是不容置疑的。 测量结果由计算机通过接口电路送给输出设备。输出设备可采用数字显示、打印机或绘图仪。如果要 观察或记录被测信号的波形，可用 D/A 转换器把计算机输出的数字量恢复成模拟量，然后用示波器或 X-Y 记 录仪显示或记录，也可将数字量直接送到显示终端绘制波形。D/A 输出的模拟信号可作为控制信号。 [设备及器材] 微机、多功能 A/D 板及接口、示波器、信号发生器。 [设计步骤] 一、理论知识准备。 第一部分: 采样定理、A/D 的原理与 D/A 的原理复习. 第二部分: VC、VB 语言复习及图形编程. 第三部分: A/D 板使用介绍. 第四部分: 典型测控采集系统介绍、布置设计内容. 二、信号发生器信号与 A/D 板连接 AC6111AD 板经 DB25 芯电缆经过 AC146 端子板连接信号发生器输出的模拟信号。 三、测控系统软件设计要求 编写 A/D 板的初始化程序与采集程序，调试上述程序，绘制波形，可用信号发生器输出的信号调试。 注意：图形曲线以及幅值刻度和时间刻度要与实际信号一直。调试程序可参考所给的参考程序。 调试成功后可编辑其他相关功能，（如设置采样长度、采样间隔、形成数据文件、FFT 分析及波形、 统计分析等）。自动检测系统在数据处理功能上除了可进行 FFT 分析外，还应给出检测信号的最大值、最小 值、平均值。自动分析得出信号的频率和周期。 所编程序包括菜单的实现及相关功能，如举例所示，其中功能必须包括数据的采集及保存，波形显示， 数据显示、FFT 变换、信号周期和频率的自动检测。 通过 D／A 输出相关波形，由示波器进行观测的内容作为选项，完成基本内容的同学可以设计实习。 有关 FFT 变换的编程，可参看《测试技术与测试信号处理》（吴正毅编，清华大学出版社出版）203 页至 212 页有关内容。 完成测控系统的界面及工作菜单设计。一个好的采集系统程序应有一个方便、实用、友好、快捷的工 作界面。因此编制一个好的菜单亦很重要

课程设计指导书 [调试注意事项 1、连接好线路后,再打开电源。 2、使用FFT程序时,注意对数据点数的要求 3、A/D板使用前要仔细了解说明及相关编程,注意接口引脚。调试程序要耐心 [Ac6111AD板介绍] AC61l是一款中速度通用AD板,采用PCI总线支持即插即用。属于“ JP FREE”系列,无需任何跳 线、开关设置,方便应用。(北京双诺测控技术有限公司) AC6l!1具有16路模拟输入、2路12位DA输出、16路可编程开关量、一路16位计数器、采集转 换支持多种触发形式。AC6l11.用大规模可编程门阵列设计,提高可靠性。 ⊙Acil: B心- 1.1AD部分介绍: ☆采用DB25接头。 ☆16路输入,支持通道扫描及伪冋时采样(冋步采保)扫描模式。(注:伪同步模式:既模拟同步采样模 式,采样被定时器或外部时钟启动后,611以400KHz的最大速度对用户设置的一组通道采样,结東后 等待下一次启动,如此循环采样),新卡支持16路单端8路差分输入(连接与定义见后)。 令12位400 HZAD转换器。多通道采集速度可以达到最大采样速度 ☆模拟输入通道支持自动扫描模式,可以设置任意起始、截止通道 ◆输入量程程控,范围:5伏、10伏、±5伏、±10伏 ◆输入通道模式: SH/NORMAL,既:伪同步/等时间间距通道扫描模式 ☆AD启动模式:软件、外部硬件触发。触发可以选择上升、下降边沿有效。 ☆AD定时器模式:板上16位定时器(基准时钟4MHz)、外部同步时钟(OCLK)。OCLK可以选择时钟上 升或下降边沿有效。时钟触发在“SH”模式,每个触发转换N个通道:“ NORMAL”模式,每个时钟触 发转换一个通道 ☆AD接口采用4K字FIFO,支持大容量数据采集。 ☆采集数据支持:起始通道标志、触发标志。用户可以检测采集数据的连续性及支持预触发功能 1.2AD性能 ■AD转换器ADS7818:400KHZ,12位AD,AD内置采样保持器。 7

课程设计指导书 7 [调试注意事项] 1、连接好线路后,再打开电源。 2、使用 FFT 程序时，注意对数据点数的要求。 3、A/D 板使用前要仔细了解说明及相关编程,注意接口引脚。调试程序要耐心。 [ AC6111 A/D 板介绍 ] AC6111是一款中速度通用A/D板，采用PCI总线支持即插即用。属于“JP FREE”系列，无需任何跳 线、开关设置，方便应用。（北京双诺测控技术有限公司） AC6111 具有 16 路模拟输入、2 路 12 位 D/A 输出、16 路可编程开关量、一路 16 位计数器、采集转 换支持多种触发形式。AC6111 采用大规模可编程门阵列设计，提高可靠性。 1.1 AD 部分介绍： ❖ 采用DB25接头。 ❖ 16路输入，支持通道扫描及伪同时采样（同步采保）扫描模式。（注：伪同步模式：既模拟同步采样模 式，采样被定时器或外部时钟启动后，6111以400KHz的最大速度对用户设置的一组通道采样，结束后 等待下一次启动，如此循环采样），新卡支持16路单端/8路差分输入（连接与定义见后）。 ❖ 12位400KHz A/D转换器。多通道采集速度可以达到最大采样速度。 ❖ 模拟输入通道支持自动扫描模式，可以设置任意起始、截止通道。 ❖ 输入量程程控，范围：5伏、10伏、5伏、10伏。 ❖ 输入通道模式：SH/NORMAL，既：伪同步/等时间间距通道扫描模式。 ❖ AD启动模式：软件、外部硬件触发。触发可以选择上升、下降边沿有效。 ❖ AD定时器模式：板上16位定时器（基准时钟4MHz）、外部同步时钟（OCLK）。OCLK可以选择时钟上 升或下降边沿有效。时钟触发在“SH”模式，每个触发转换N个通道；“NORMAL”模式，每个时钟触 发转换一个通道。 ❖ AD接口采用4K字FIFO，支持大容量数据采集。 ❖ 采集数据支持：起始通道标志、触发标志。用户可以检测采集数据的连续性及支持预触发功能。 1.2 AD 性能： ◼ A/D转换器ADS7818：400KHZ，12位A/D，A/D内置采样保持器

7 CLK ADS7818 GND 8-Pin Plastic Mini-DIP 12V/-12V,瞬时输入耐压: 30ⅴ~+30V,差分输入共模抑制比大于80DB。DB25孔式输入连接器 输入支持:SH、 NORMAL二种通道模式(并行采样、扫描采样)。对应最小每通道采样时间 SH:N*2.5(uS)其中:N为设置的采样通道数量 NORMAL: 2. 5uS 程控模拟输入范围,双极性输入幅度:±5V、±10伏,单极性输入幅度:5V、10输入,对应输入幅度 及精度如下: + LsB 0-10V 0.1%±1LSB 5V-+5V0.1%±1LSB 10V-+10V01%±1LSB A/D最大通过率:400KHZ,输入通道建立时间<2uS AD工作模式、参数: 采集启动模式:软件、硬件触发(外触发)启动。外部触发的极性可以选择为“上升边沿“或“下降边 沿“有效。 触发输入:TL电平(注1),内置10K上拉电阻,CMOS输入。输入带 shmit触发器。 采样定时器模式:内部时钟、外部时钟。外部时钟支持上升、下降边沿选择。 板上时钟:16位定时器、基准时钟4MHz,设置范围:10~65535,对应采样速度:400KHz~16Hz 外部时钟输入:T∏L电平,输入特性同外部触发输入。时钟输入最小有效脉冲宽度:大于100nS。时钟 频率必须小于对应采样模式的最大采样速度。 AD与计算机采用FIFO接口,容量:4K字,提供:FIFO空、半满、溢出标志。半满标志支持中断。 注1:TL电平:高电平大于23V,低电平小于:0.6V 1.3DA部分介绍 ☆DB25插座 ☆二路DA输出,分辨率12位, ☆模拟输出量程:10伏、±10伏,每路输出可以分别软件设置 令输出建立时间:小于50微秒(0.1%精度) 1.4DA性能 D/A转换器DAC7612:二路12位DA,输出电压10V或±10V(程控)。 精度:10v:0.1%,-10V~+10V:0.2% CLK 2 LOADDACS 3 DAC7612U 6GND

课程设计指导书 8 ◼ 16路单端输入／8路差分， 输入阻抗大于100MΩ，最大输入电压：< ＋12V / －12V，瞬时输入耐压： -30V～+30V，差分输入共模抑制比大于80DB。DB25孔式输入连接器。 ◼ 输入支持：SH、NORMAL二种通道模式（并行采样、扫描采样）。对应最小每通道采样时间： SH：N*2.5 (uS) 其中：N为设置的采样通道数量。 NORMAL：2.5uS ◼ 程控模拟输入范围，双极性输入幅度： 5V、10伏，单极性输入幅度：5V、10V输入，对应输入幅度 及精度如下： 输入 精度 分辨率 0－5V 0.1%  1LSB 0－10V 0.1%  1LSB -5V－+5V 0.1%  1LSB -10V－+10V 0.1%  1LSB ◼ A/D最大通过率：400KHZ，输入通道建立时间<2uS。 AD工作模式、参数： ◼ 采集启动模式：软件、硬件触发（外触发）启动。外部触发的极性可以选择为“上升边沿“或“下降边 沿“有效。 ◼ 触发输入：TTL电平（注1），内置10K上拉电阻，CMOS输入。输入带shmit触发器。 ◼ 采样定时器模式：内部时钟、外部时钟。外部时钟支持上升、下降边沿选择。 ◼ 板上时钟：16位定时器、基准时钟4MHz，设置范围：10～65535，对应采样速度：400KHz～16Hz。 ◼ 外部时钟输入：TTL电平，输入特性同外部触发输入。时钟输入最小有效脉冲宽度：大于100nS。时钟 频率必须小于对应采样模式的最大采样速度。 ◼ AD与计算机采用FIFO接口，容量：4K字，提供：FIFO空、半满、溢出标志。半满标志支持中断。 注 1：TTL 电平：高电平大于 2.3V，低电平小于：0.6V 1.3 DA 部分介绍 ❖ DB25插座。 ❖ 二路D/A输出，分辨率12位。 ❖ 模拟输出量程：10伏、10伏，每路输出可以分别软件设置。 ❖ 输出建立时间：小于50微秒（0.1%精度） 1.4 DA 性能 ◼ D／A转换器DAC7612：二路12位D/A，输出电压10V或10V（程控）。 精度：10V：0.1% ， -10V ～ +10V：0.2%

课程设计指导书 分辨率:12位。 输出驱动能力:电流大于5毫安、 电容驱动能力:100P。 1.5开关量部分介绍: ◆20芯扁平电缆插座 ☆16位开关量的二个8位可以分别设置为输入、输出 1.6开关量性能 16路开关量(2个8位定义为:PA、PB口),T电平。PA、PB可以分别程控为输入、输出。 20脚扁平电缆插座输出、输出。开关量复位后为输入状态 输出高电压>3V,低电压20mA路,上拉>6mA 输入电流:<0.1mA输入高电压门限:)25V,低电压:〈0.8V, 最大输入耐压:-0.3V~+7V 1.7计数器/定时器部分介绍: ☆一路16位计数器(DB25插座输入)。内置16位定时器(基准时钟:IMHz),可以精确测量频率、脉冲宽 度。定时器测量范围:1微秒-65毫秒 1.8计数器/定时器性能: 16位计数器,计数范围1~65535,减法计数器。计数输入TTL电平,上升边沿有效,内部结构同触发输 入。最大计数频率:大于SMHz。具有计数溢出标志(计数到0时溢出)。 内置16位定时器,可以测量从计数器设置数值到溢出有效这一个时间段的时间。定时器输入时钟为1MHz (lusS周期),精度:±66纳秒。 ■计数器与定时器结合可以完成:计数、测频、测量脉冲宽度的功能。 PCI总线,符合PCIV2.1标准 AC6l11用64个O选通空间(自动分配)。 9连接 ◆AC6l!1模拟输入可以配接AC146端子板。开关量可以配接AC142或AC145端子板 ☆win98、2000、XP、NT驱动 A/D、D/A AC146 AC142

课程设计指导书 9 分辨率：12位。 输出驱动能力：电流大于5毫安、 电容驱动能力：100P。 1.5 开关量部分介绍： ❖ 20芯扁平电缆插座。 ❖ 16位开关量的二个8位可以分别设置为输入、输出。 1.6 开关量性能： ◼ 16路开关量（2个8位定义为：PA、PB口），TTL电平。PA、PB可以分别程控为输入、输出。 ◼ 20脚扁平电缆插座输出、输出。开关量复位后为输入状态。 输出高电压 > 3V，低电压 20mA/路，上拉>6mA 输入电流：<0.1mA 输入高电压门限：〉2.5V， 低电压：〈 0.8V， 最大输入耐压：-0.3V ～ +7V 1.7 计数器／定时器部分介绍： ❖ 一路16位计数器（DB25插座输入）。内置16位定时器（基准时钟：1MHz），可以精确测量频率、脉冲宽 度。定时器测量范围：1微秒-65毫秒。 1.8 计数器／定时器性能： ◼ 16位计数器，计数范围1～65535，减法计数器。计数输入TTL电平，上升边沿有效，内部结构同触发输 入。最大计数频率：大于5MHz。具有计数溢出标志（计数到0时溢出）。 ◼ 内置16位定时器，可以测量从计数器设置数值到溢出有效这一个时间段的时间。定时器输入时钟为1MHz （1uS周期），精度：66纳秒。 ◼ 计数器与定时器结合可以完成：计数、测频、测量脉冲宽度的功能。 ◼ PCI总线，符合PCI V2.1标准 ◼ AC6111占用64个I/O选通空间（自动分配）。 1.9 连接 ❖ AC6111 模拟输入可以配接 AC146 端子板。开关量可以配接 AC142 或 AC145 端子板 ❖ win98、2000、XP、NT 驱动

课程设计指导书 AC146:提供25端子到DB25插座的接线 P1:DB25芯D型插头,孔式,在输入的插头上标有对应的号码。定义如下 AMPLOW DB25 AC61!1.用PLⅹ∞052PCIl接口芯片及门阵列作为主控芯片。门阵列控制模拟输入、采样、模拟输出 及开关量。如下图: 输出 输入量程选择 A/D 门阵列 D/Aw XC952884 D/A 计数器 触发、时钟 1 6DIO+ PI总线

课程设计指导书 10 AC146：提供 25 端子到 DB25 插座的接线 P1：DB25 芯 D 型插头，孔式，在输入的插头上标有对应的号码。定义如下： AC6111 采用 PLX9052 PCI 接口芯片及门阵列作为主控芯片。门阵列控制模拟输入、采样、模拟输出 及开关量。如下图： AIN6 AIN11 AIN1 AIN4 AIN14 P1 DB25 13 25 12 24 11 23 10 22 9 21 8 20 7 19 6 18 5 17 4 16 3 15 2 14 1 DAOUT1 AIN12 AIN0 AIN13 AIN7 OCLK AIN9 AIN5 CNT0 TRIG AIN15 AIN8 AMPLOW AIN2 AIN10 AIN3 DAOUT0