U18数据采集卡 硬件使用说明书 北京迪阳公司
1 U18 数据采集卡 硬件使用说明书 北京迪阳公司
U18数据采集板 USB简介 USB( UNIVERSAL SERIER BUS)又称之为通用串行总线,不仅仅简单地将计算机和外设 连接在一起,还把我们带进了一个全新的PC机时代。 USB是您进行数字图象处理的最佳选择,同时她也为数字化设计提供了无限的创造空间 为什么USB越来越受到用户的青睐呢? 第一.USB实现了那些一直渴望简单、直接、快速连接外设到PC机的使用者的梦想, 添加一个传统外设,首先您必须要弄清那些复杂的端口序列中那一个才是您需要的。其 次,在通常情况下,您还不得不拆开PC机,安装所需要的板卡,并且选择跳线,诸如中断设 置等,这些都是非常麻烦的事情,甚至会使一些用户害怕添加外设 USB使添加外设变得十分简单,任何人都可以轻松的做到。 首先,USB用一个标准的插拔端口代替了所有的不同种类的串并口。 使用USB连接PC机和外设,您只须把他们连接在一起就行,剩下的事情USB会自动帮您 完成。他就像是给您的PC机添加一个新的功能。您再也不须拆开您的PC机,也不必担心插 入板卡,DIP跳线和中断设置 第二,USB的即插即用功能。当您需要接入外设时,甚至不必关闭电源重启计算机,只要 插入便可运行!PC自动检测外围设备并且配置必要的软件。因此,它不仅广泛用于各种台式 机,还给笔记本PC带来了新的生机。而当您需要移走外设时,只须拔走USB插头即可 也许您会问,“我可以同时接多个外围设备吗?PC机有足够的USB接口吗”?USB当然 可以同时连接多个外围设备;许多PC机有两个以上的USB端口,而集线器——一种特殊的 USB外围设备,可以附属多个USB端口,当您需要使用多于两个外设时,接入一个集线器即 第三.USB传输数据的速度非常快,达到12Mbit,而在新发行的USB2.0版本中,其传 输速度居然达到480Mbit
U18 数据采集板 2 USB 简介 USB（UNIVERSAL SERIER BUS）又称之为通用串行总线，不仅仅简单地将计算机和外设 连接在一起，还把我们带进了一个全新的 PC 机时代。 USB 是您进行数字图象处理的最佳选择，同时她也为数字化设计提供了无限的创造空间。 为什么 USB 越来越受到用户的青睐呢？ 第一．USB 实现了那些一直渴望简单、直接、快速连接外设到 PC 机的使用者的梦想。 添加一个传统外设，首先您必须要弄清那些复杂的端口序列中那一个才是您需要的。其 次，在通常情况下，您还不得不拆开 PC 机，安装所需要的板卡，并且选择跳线，诸如中断设 置等，这些都是非常麻烦的事情，甚至会使一些用户害怕添加外设。 USB 使添加外设变得十分简单，任何人都可以轻松的做到。 首先，USB 用一个标准的插拔端口代替了所有的不同种类的串并口。 使用 USB 连接 PC 机和外设，您只须把他们连接在一起就行，剩下的事情 USB 会自动帮您 完成。他就像是给您的 PC 机添加一个新的功能。您再也不须拆开您的 PC 机，也不必担心插 入板卡，DIP 跳线和中断设置。 第二，USB 的即插即用功能。当您需要接入外设时，甚至不必关闭电源重启计算机，只要 插入便可运行！PC 自动检测外围设备并且配置必要的软件。因此，它不仅广泛用于各种台式 机，还给笔记本 PC 带来了新的生机。而当您需要移走外设时，只须拔走 USB 插头即可。 也许您会问，“我可以同时接多个外围设备吗？PC 机有足够的 USB 接口吗”？ USB 当然 可以同时连接多个外围设备；许多 PC 机有两个以上的 USB 端口，而集线器——一种特殊的 USB 外围设备，可以附属多个 USB 端口，当您需要使用多于两个外设时，接入一个集线器即 可。 第三．USB 传输数据的速度非常快，达到 12Mbit，而在新发行的 USB2．0 版本中，其传 输速度居然达到 480Mbit
U18数据采集板 、概述 U18模板是USB总线兼容的数据采集板,可经USB电缆接入计算机,构成实验室、产品质 量检验中心、特别是野外测控、医疗设备等领域的数据采集、波形分析和处理系统,也可构 成工业生产过程控制监控系统。而且它具有体积小,即插即用等特点,因此是便携式系统用 户的最佳选择。 U8板上设计有12Bit分辨率的AD转换器和D/A转换器,提供了16路单端或8路双端的模拟 输入通道和4路D/A输出通道,A①转换器输入信号范围:士5V、±10V、0~10V,D/A转换器输 入信号范围:0~5V、0~10V、±5V、±10V。16路开关量输入,16路开关量输出且均能上电 清零。使用本卡时最好通过板卡上EXCC插座接上外接电源。如本卡不能正常工作,必须接 上外接电源 使用外接电源时,应先接外接电源,后接USB电缆。拔掉时先拔USB电缆,后拔外接电 、性能和技术指标 2.1、模拟信号输入部分 ★模拟通道输入数:16路单端或8路双端输入 ★模拟输入电压范围:±5V、±10V、0~+10V ★模拟输入阻抗:100MΩ ★模拟输入共模电压范围:>±2V ★放大器建立时间:2Us ★放大器增益G与电阻R的运算关系为:G 1+50Kg/R ★放大器增益与电阻R的对应关系如下表所 增益 R(2 最接近的阻值(1%的精度)R 空 50.00K 49.9K 5.556K 5.62K 2.632K 2.61K 1.02K 1.02K 511 251.3 249 500 100.2 1000 50.05 49.9 5000 10.00 10000 5.001 4.94
3 U18 数据采集板 一、概述 U18模板是USB总线兼容的数据采集板，可经USB电缆接入计算机，构成实验室、产品质 量检验中心、特别是野外测控、医疗设备等领域的数据采集、波形分析和处理系统，也可构 成工业生产过程控制监控系统。而且它具有体积小，即插即用等特点，因此是便携式系统用 户的最佳选择。 U18板上设计有12Bit分辨率的A/D转换器和D/A转换器，提供了16路单端或8路双端的模拟 输入通道和4路D/A输出通道，A/D转换器输入信号范围:±5V、±10V、0～10V，D/A转换器输 入信号范围: 0～5V、0～10V、±5V、±10V。16路开关量输入，16路开关量输出且均能上电 清零。使用本卡时最好通过板卡上EX_VCC插座接上外接电源。如本卡不能正常工作，必须接 上外接电源。 使用外接电源时，应先接外接电源，后接USB电缆。拔掉时先拔USB电缆，后拔外接电 源。 二、性能和技术指标 2.1、模拟信号输入部分 ★模拟通道输入数: 16 路单端或 8 路双端输入 ★模拟输入电压范围：±5V、±10V、0～＋10V ★模拟输入阻抗: 100MΩ ★模拟输入共模电压范围：>±2V ★放大器建立时间：2Us ★放大器增益G与电阻RG的运算关系为： G ＝ 1 ＋ 50KΩ/RG ★放大器增益与电阻RG的对应关系如下表所示： 增益 RG(Ω) 最接近的阻值（1%的精度）RG(Ω) 1 空 空 2 50.00K 49.9K 5 12.50K 12.4K 10 5.556K 5.62K 20 2.632K 2.61K 50 1.02K 1.02K 100 505.1 511 200 251.3 249 500 100.2 100 1000 50.05 49.9 2000 25.01 24.9 5000 10.00 9.88 10000 5.001 4.94
U18数据采集板 2.2、AD转换电路部分 ●AD分辨率:12Bit(4096) ●非线性误差:±LSB(最大) 转换时间:10us 系统测量精度:0.1% 2.3、D/A转换电路部分 ●输出通道数:4路 模拟输出电压范围:0~5V、0~10V、±5V、±10V ●D/A分辨率:12Bit(4096) ●非线性误差:±1LB(最大) ●D/A输出精度(满量程):±1LIB 建立时间:10uS(0.01%精度) ●输出阻抗:0.29 2.4、开关量输入输出部分 ●16路数字量输入、16路数字量输出经过50脚扁平电缆插座 XS2引出。 数字端口满足标准TTL电气特性 输入TTL电平,吸入电流小于0.5毫安。 输出TTL电平,最大下拉电流20mA,上拉电流2.6毫安 ●数字量输入最低的高电平:2V 数字量输入最高的低电平:0.8V ●数字量输出最低的高电平:3.4V 数字量输入最高的低电平:0.5V 2.5、定时/计数器 ●定时/计数器:8253的三个定时/计数器(CLK0、CLK1、CLK2)、门控 ( GATAO、GATA1、GATA2)及输出(OUT0、OUT1、OUT2)也由XS2引出 2.6、A/D采样率 ●M/D采样通过率:100KHz 2.7、外形尺寸 158mm*117mm 、工作原理概述 U18板主要由模/数转换(AD)电路、数/模转换(D/A)电路、USB总线接口电路等部分电路 的组合,力求满足用户各种用途的需求
U18 数据采集板 4 2.2、A/D 转换电路部分 A/D 分辨率：12Bit(4096) 非线性误差：±1LSB(最大) 转换时间：10us 系统测量精度：0.1% 2.3、D/A转换电路部分 输出通道数：4路 模拟输出电压范围：0～5V、0～10V、±5V、±10V D/A分辨率：12Bit(4096) 非线性误差：±1LIB(最大) D/A输出精度(满量程)：±1LIB 建立时间：10μS(0.01%精度) 输出阻抗：0.2Ω 2.4、开关量输入输出部分 16 路数字量输入、16 路数字量输出经过 50 脚扁平电缆插座 XS2 引出。 数字端口满足标准 TTL 电气特性： 输入 TTL 电平，吸入电流小于 0.5 毫安。 输出 TTL 电平，最大下拉电流 20mA,上拉电流 2.6 毫安。 数字量输入最低的高电平：2V 数字量输入最高的低电平：0.8V 数字量输出最低的高电平：3.4V 数字量输入最高的低电平：0.5V 2.5、定时/计数器 定时/计数器： 8253 的三个定时/计数器（CLK0、CLK1、CLK2）、门控 （GATA0、GATA1、GATA2）及输出（OUT0、OUT1、OUT2）也由 XS2 引出。 2.6、A/D 采样率 A/D 采样通过率：100KHz 2.7、外形尺寸 158mm * 117mm 三、工作原理概述 U18板主要由模/数转换(A/D)电路、数/模转换(D /A)电路、USB总线接口电路等部分电路 的组合，力求满足用户各种用途的需求
四、主要元件位置图、信号输入插座和开关量管脚定义 4.1主要元件位置图 RP1 RP2 RP3 RP4 RP5 RP6 RP7 RP8 XPg DOO DO.xF10 XSI ■]·xF7 F xFa XF3■ OeXF8 xF4口 UsB座 口·xF12 41.1为U18板的主要跳线位置图,此位置图上跳线设置为出厂标准设置。设置为:单端 输入方式,模拟输入范围±5V,模拟输出范围±5V。 XS:模拟信号输入/输出引线插座 XS2:开关量输入/输出及8254接口引线插座 USB一T:USB总线连接插座 RP5:4路DA输出电压零点调整电位器 RPL:DA0输出电压满度调整电位器 RP2:DA1输出电压满度调整电位器 RP3:DA2输出电压满度调整电位器 RP4:DA3输出电压满度调整电位器 RP8:AD电路单极性零点调整电位器 RP7:A/D电路双极性零点调整电位器 RP6:A/D电路满度调整电位器 ⅪF1、XF5:模拟电压输入单端、双端选择 XF9、XF10:模拟电压输入量程选择 XF7、XF8:D/A输出极性选择 XF1、XF2、XF3、F4:D/A输出量程选择 42模入信号37芯D型插座XS1的管脚定义
5 四、主要元件位置图、信号输入插座和开关量管脚定义 4.1 主要元件位置图 图4.1.1为U18板的主要跳线位置图， 此位置图上跳线设置为出厂标准设置。设置为：单端 输入方式，模拟输入范围±5V，模拟输出范围±5V。 XS1: 模拟信号输入/输出引线插座 XS2：开关量输入/输出及8254接口引线插座 USB－T：USB总线连接插座 RP5：4路DA输出电压零点调整电位器 RP1：DA0输出电压满度调整电位器 RP2：DA1输出电压满度调整电位器 RP3：DA2输出电压满度调整电位器 RP4：DA3输出电压满度调整电位器 RP8：A/D电路单极性零点调整电位器 RP7：A/D 电路双极性零点调整电位器 RP6：A/D电路满度调整电位器 XF1、XF5：模拟电压输入单端、双端选择 XF9、XF10：模拟电压输入量程选择 XF7、XF8：D/A 输出极性选择 XF1、XF2、XF3、XF4：D/A 输出量程选择 4.2 模入信号37芯D型插座XS1的管脚定义
U18数据采集板 XSI 37 18 AGND CHIS AGND DAS AGND DAI AGND CHo0~CH15:16路模拟信号输入通道号 CHo0~CH07:双端模拟信号输入正端(双端方式时) cH08~CH15:双端模拟信号输入负端(双端方式时) DA0~DA1:4路模拟信号输出端 AGND:模拟地 双端方式时,各通道的对应关系如下表 原始通道对|对应的采样通道号 原始通道对对应的采样通道号 CHO. CH8 CH4. CH12 CHI, CH9 CHI CH5, CH13 CH5 CH2. CH10 CH2 CH6 CH14 CH6 CH3. CH11 CH3 CH7 CH15 43关于XS2开关量输入/输出及8254接口引线插座的管脚定义
U18 数据采集板 6 CH00～CH15：16路模拟信号输入通道号 CH00～CH07 ：双端模拟信号输入正端 （ 双端方式时） CH08～CH15 ：双端模拟信号输入负端 （双端方式时） DA0～DA1：4路模拟信号输出端 AGND：模拟地 双端方式时，各通道的对应关系如下表： 原始通道对 对应的采样通道号 原始通道对 对应的采样通道号 CH0,CH8 CH0 CH4,CH12 CH4 CH1,CH9 CH1 CH5,CH13 CH5 CH2,CH10 CH2 CH6,CH14 CH6 CH3,CH11 CH3 CH7,CH15 CH7 4.3关于XS2开关量输入/输出及8254接口引线插座的管脚定义
XS2 GATE DI0~DI15为开关量输入 D0~DO15为开关量输出 OUT0~OUT2分别为8253的0、1、2的定时/计数器的信号输出端 GATE~GATE2分别为8253的0、1、2的定时/计数器的门控端; CLK0~CLK2分别为8253的0、1、2的定时/计数器的时钟端 CLK与板卡上的2M晶振相连。 GND:数字地 VCC: +5V 五、短路套设置及数据格式
7 DI0～DI15为开关量输入 DO0～DO15为开关量输出 OUT0～OUT2 分别为8253的0、1、2的定时/计数器的信号输出端； GATE0～GATE2 分别为8253的0、1、2的定时/计数器的门控端； CLK0～CLK2 分别为8253的0、1、2的定时/计数器的时钟端； CLK与板卡上的2M晶振相连。 GND：数字地 VCC：+5V 五、短路套设置及数据格式
U18数据采集板 A/D电路部分: 1、模拟信号输入方式选择 ①单端输入方式: XF5 XF6 ②双端输入方式 XF5 2、模拟信号输入量程选择 口。·口。 XF9 XF1O 模拟量输入范围为±5V的选择图 XF10 模拟量输入范围为0V~10V的选择图 XF10 模拟量输入范围为±10V时的选择图 3、AD数据格式: U18通过函数 ReadDeviceAD进行16位读操作,将读入AD转换结果12位数据,其各位 定义如下 DISD14D13 D12 DI1 DI0 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 DIDO XXIXIXADIIADIO AD9 ADS AD7AD6ADSAD4 AD2 ADIADO 其中:AD0~AD11:为AD转换结果的12位数据。×:不用。 U18板为双极性模拟输入时的结果数据格式如下表所示:
U18 数据采集板 8 A/D 电路部分： 1、 模拟信号输入方式选择 ① 单端输入方式： XF5 XF6 ② 双端输入方式： XF5 XF6 2、模拟信号输入量程选择 XF9 XF10 模拟量输入范围为±5V的选择图 XF9 XF10 模拟量输入范围为0V～10V的选择图 XF9 XF10 模拟量输入范围为±10V 时的选择图 3、AD数据格式： U18通过函数ReadDeviceAD进行16位读操作，将读入A/D转换结果12位数据，其各位 定义如下： D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 × × × × AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 其中：AD0～AD11：为A/D转换结果的12位数据。×：不用。 U18板为双极性模拟输入时的结果数据格式如下表所示：
输入 AD结果编码 正满度 111111111111 正满度一1LSB 111111111110 中间值+LSB 100000000001 中间值(零点) 100000000000 中间值一SB0111 负满度+LSB0000000 000000000000 U18板为单极性模拟输入时的结果数据格式发下表所示: 输入 AD结果编码 正满度 正满度1LSB l1l1111l110 零点+1LSB0010 000000000000 例如:在[-5V,+5V量程下采集2、3、4三个通道的数据,且分别在这三个通道上输入25V, 0V,-2.5V的直流电压,那么通过 Read DeviceAD函数取得的值分别是十六进制:0c00 0800,0400 D/A电路部分: 、模拟信号输出量程选择 输出范围 XF7 XF8 (DAO) 0~5V ■回可 回● 0~10V ■p ■回可 ■p ■p4 ■p● ■p 5V~+5V 口● 10V~+10V□。 ■p ■◆ ■ ■p● 2、D/A数据格式:
9 输入 A/D结果编码 正满度 111111111111 正满度－1LSB 111111111110 中间值+1LSB 100000000001 中间值（零点） 100000000000 中间值－1LSB 011111111111 负满度+1LSB 000000000001 负满度 000000000000 U18板为单极性模拟输入时的结果数据格式发下表所示： 输入 A/D结果编码 正满度 111111111111 正满度－1LSB 111111111110 零点+1LSB 000000000001 零点 000000000000 例如：在[-5V，+5V]量程下采集2、3、4三个通道的数据，且分别在这三个通道上输入2.5V， 0V，-2.5V的直流电压，那么通过ReadDeviceAD函数取得的值分别是十六进制：0c00， 0800，0400。 D/A电路部分： 1、 模拟信号输出量程选择 输出范围 XF7 XF8 XF4 (DA0) XF3 (DA1) XF2 (DA2) XF1 （DA3） 0～5V 0～10V －5V～+5V -10V～+10V 2、D/A 数据格式：
U18数据采集板 D/A转换数据寄存器 数字信号|DA7LDA6DA5DA4DA3LDA2LDA1DA0 数据位D7D6 数字信号 NCNC NC|DA1DA10DA9DA8 其中,DA1-—DA0为需要进行D/A转换的12位数据。NC:不用 USB2016板为双极性电压输出时数据格式如下表所示 D/A数据编码 正满度 111111111111 正满度一1LSB 111111111110 中间值+1LSB 100000000001 中间值(零点) 100000000000 中间值一1LSB 011111111111 负满度+1LSB 000000000001 负满度 000000000000 USB2016板为单极性电压输出时的数据格式如下表所示: A/D结果编码 正满度 l11111111111 正满度一LSB l11111111110 零点+LSB 100000000001 零点 000000000000 六、模拟输入信号的连接方式 6.1单端输入方式 U8板均可按图4.1连接成模拟电压单端输入方式,16路模拟输入信号连接到CHo0~CH5 端,其公共地连接到AGN端
U18 数据采集板 10 D/A 转换数据寄存器 数据位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 数字信号 DA7 DA6 DA5 DA4 DA3 DA2 DA1 DA0 数据位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 数字信号 NC NC NC NC DA11 DA10 DA9 DA8 其中，DA11—DA0 为需要进行 D/A 转换的 12 位数据。NC：不用。 USB2016 板为双极性电压输出时数据格式如下表所示： 输入 D/A数据编码 正满度 1111 1111 1111 正满度－1LSB 1111 1111 1110 中间值+1LSB 1000 0000 0001 中间值（零点） 1000 0000 0000 中间值－1LSB 0111 1111 1111 负满度+1LSB 0000 0000 0001 负满度 0000 0000 0000 USB2016 板为单极性电压输出时的数据格式如下表所示： 输入 A/D结果编码 正满度 1111 1111 1111 正满度－1LSB 1111 1111 1110 零点+1LSB 1000 0000 0001 零点 0000 0000 0000 六、模拟输入信号的连接方式 6．1 单端输入方式： U18板均可按图4.1连接成模拟电压单端输入方式，16路模拟输入信号连接到CH00～CH15 端，其公共地连接到AGND端