实现了模拟通道同步采样的数据采集系统
基于PCI-E总线的多功能同步数据采集卡设计
基于PCI-E总线的多功能同步数据采集卡设计基于PCI-E总线的多功能同步数据采集卡设计摘要：随着科技的不断发展和应用领域的不断扩展，对高性能、多功能的数据采集卡的需求也越来越大。
本文提出了一种基于PCI-E总线的多功能同步数据采集卡设计方案，采用高速数据传输和同步采样技术，实现了对多种信号的高清晰度采集和处理。
1. 引言数据采集卡是一种广泛应用于各个领域的电子设备，用于采集和处理各种信号，如模拟信号、数字信号、视频信号等。
随着科技的发展和应用领域的不断扩展，人们对数据采集卡的需求也越来越高。
本文基于PCI-E总线的数据采集卡设计，旨在实现高性能、高可靠性和多功能的数据采集和处理功能。
2. 系统设计2.1 总体架构本系统的总体架构由PCI-E接口模块、时钟同步模块、高速数据采集模块、FPGA数据处理模块等组成。
PCI-E接口模块将数据采集卡与主机之间的数据传输实现，时钟同步模块用于实现各个模块之间的同步采样，高速数据采集模块负责高速采集各种信号，FPGA数据处理模块用于对采集到的数据进行处理和分析。
2.2 PCI-E接口模块PCI-E接口模块是数据采集卡与主机之间的数据传输通道，通过PCI-E总线实现高速数据传输。
在设计中，选择了PCI-E 3.0 x4作为数据采集卡的接口标准，以满足高速数据传输的需求。
2.3 时钟同步模块为了实现各个模块之间的同步采样，需要设计一个时钟同步模块。
该模块主要包括一个高精度的时钟源和时钟分频模块。
通过时钟源产生的时钟信号，经过分频模块分频后，分别作为各个模块的时钟输入。
通过时钟同步模块，实现了数据采集模块和数据处理模块之间的同步采样。
2.4 高速数据采集模块高速数据采集模块是数据采集卡的核心模块，负责采集各种信号。
该模块包括模拟信号采集电路和数字信号采集电路两部分。
模拟信号采集电路使用高精度的ADC芯片，能够实现高清晰度的模拟信号采集。
数字信号采集电路使用高速采样芯片，能够实现高速的数字信号采集。
斯麦科华 USB-4000 系列多功能同步数据采集卡 用户手册说明书
USB-4000系列多功能同步数据采集卡用户手册Rev: D北京思迈科华技术有限公司目录1.产品介绍 (4)1.1.概述 (4)1.2.功能结构框图 (5)1.3.产品特性 (5)1.4.产品规范 (6)模拟输入 (6)模拟输出 (8)数字IO (9)计数器 (9)总线接口 (9)电源要求 (9)其他规格 (10)2.外观与信号连接说明 (11)2.1.产品外观 (11)2.2.信号连接说明 (11)前面板信号连接 (11)后面板信号连接 (13)3.安装与测试 (14)3.1.驱动安装 (14)3.2.硬件安装 (15)4.模拟输入 (15)4.1.概述 (15)4.2.输入量程说明 (16)4.3.触发源 (16)4.4.模拟输入模式 (16)5.模拟输出 (17)5.1.概述 (17)5.2.触发源 (17)6.数字IO (18)6.1.概述 (18)7.计数器 (18)7.1.概述 (18)7.2.事件计数器 (19)7.3.周期/正脉宽/负脉宽测量 (19)8.开发者编程说明 (20)8.1.概述 (20)8.2.基本函数 (20)FindUSBDAQ() (20)OpenDevice() (20)CloseDevice() (21)8.3.模拟输入相关函数 (21)SetUSB4AiRange() (21)SetSampleRate() (21)SetChanSel() (22)SetTrigSource() (22)SetTrigEdge() (23)SetSoftTrig() (23)ClearTrigger() (23)8.4.模拟输出相关函数 (24)InitDA() (24)SetDA() (24)SetWavePt() (24)ClrWavePt() (25)SetWaveSampleRate() (25)WaveOutput() (25)8.5.数字IO相关函数 (26)SetDioOut() (26)8.6.计数器相关函数 (27)SetCounter() (27)StartCounter() (27)ClearCounter() (28)8.7.读取数据控制函数 (28)StartRead() (28)StopRead() (28)GetAiChans() (29)GetDioIn() (29)GetCounter() (30)GetCtrTime() (30)ClearBufs() (30)TransDioIn() (31)8.8.错误代码 (31)8.9.L AB VIEW开发者说明 (32)8.10.MATLAB开发者说明 (32)9.订购信息 (33)10.售后服务与保修 (35)11.文档修订历史 (36)1. 产品介绍1.1. 概述一个典型的数据采集系统，通常包含传感器，信号调理设备、数据采集设备和计算机以及运行在计算机上的数据处理软件。
瑞博华 USB 2.0 高精度高速连续采集卡 RBH8502 使用说明书
USB总线高速连续采集板5Msps/12位32-1024通道AD16通道高速同步数字输入/16通道数字输出RBH8502使用说明书北京瑞博华控制技术有限公司二00七年九月5Msps/12位32-1024通道AD16通道高速同步数字输入/16通道数字输出RBH8502使用说明书一、性能特点：本板采用USB2.0总线接口。
本板通过采用高速高精度AD芯片、高精度的放大器、高密度CPLD逻辑芯片、精细地布线以及优良的制版工艺，实现了高速、高精度实时数据采集，具有以下性能特点：1、 AD幅值采集精度： 12位AD精度,综合误差±1LSB。
2、 AD高速度：单通道连续采集速度达到5000000次/秒,也就是5Msps（Sample PerSecond）;多通道方式下采集速度由各个通道均摊,由于受多路开关的速度限制,多通道方式下在高速采集时通道间串扰相应增加。
3、 采集方式：连续采集，可以将采集结果直接送入PC，采集时间长度决定于用户的内存与硬盘。
4、 AD采集定时高精度：本板直接在FPGA控制下工作，由硬件时钟直接控制采集与传输，采集精度与晶振精度相同，缺省定时精度误差小于50PPM。
对于有特殊要求的用户，可以通过更换晶振的方式，达到0.1PPM精度，甚至更高精度。
5、 触发方式：可以采用软件触发方式和硬件触发方式，当采用软件触发方式时，采集软件启动采集后自动进行定时采集；当采用硬件触发方式后，只有等待外部触发电平为下降延才开始采集。
6、 模拟量采集与数字量采集同步。
提供模拟量与开关量同步采集功能，16路开关量采集与数字量同步采集。
7、 通道扩展模式：通过通道控制模块，可以实现多达1024通道高速采集。
8、 通道设定功能：用户可以设定32通道或1024通道中的任何相邻通道工作，而其它通道不工作，方便用户现场使用。
9、 校准信号：提供一个通道频率为1000Hz,幅值为3.3V的方波信号输出，用户可以用该信号检验采集系统工作是否正常。
使用JESD204B同步多个ADC
使用JESD204B同步多个ADC许多通信、仪器仪表和信号采集系统需要通过多个模数转换器（ADC）对多个模拟输入信号进行同时采样。
随后，经过采样得到的数据需被处理以实现各个通道的同步，然而他们各自有不同的时延。
这一直以来都成为使用LVDS和并行输出ADC的系统工程师所遇到的难题。
JESD204B提供了一个框架，通过一个或多个差分信号对发送高速串行数据，如ADC的输出。
JESD204B规范接口采用固有方案，实现通道间粗调对齐效果。
数据分割为帧，其边沿持续发送至接收器。
通过使用系统参考事件信号（SYSREF），JESD204B子类1接口支持多个串行通道链路或多个ADC的数据向下对齐至样本点级别，以便同步发射器和接收器的内部帧时钟。
这使得采用JESD204B链路的设备具有确定延迟。
但是，为了让采样同步达到彻底的时序收敛，仍然有许多挑战等待系统设计师去解决，如PCB布局考虑、时钟匹配和产生SYSREF以满足时序、SYSREF的周期性以及数字FIFO延迟的要求。
设计师必须决定设备时钟和SYSREF信号如何生成、以及如何在系统中分配。
理想状态下，设备时钟和SYSREF应处于相同的摆幅水平和偏置以防止元件输入引脚端的固有偏斜。
SYSREF事件的更新速率需被当做启动时的单次事件，或任意时刻需要同步时即可发生的重复信号。
需要将最大时钟和SYSREF信号偏斜纳入考虑范围，并仔细布局PCB，以满足整个电路板、连接器、背板和多种元件对于建立和保持时间的要求。
最后，通过多个时钟域的数字FIFO设计和信号会在JESD204B发射器和接收器内造成固有数字缓冲器偏斜，应计算在内并在后台数据处理中移除。
系统时钟可来自于多种源，如晶振、VCO和时钟发生或时钟分配芯片。
虽然特定的系统性能将决定对时钟的需求，但使用多个同步ADC时必须能够产生与输入时钟同步的SYSREF信号源。
这使得时钟源的选择成为重要的考虑因素，因为要能够通过已知时钟边沿在特定的时间点上锁存这一系统参考事件。
数据采集系统基本组成
动态范围：某个物理量的变化范围。信号的动态范围是指信号的最大幅值和最小幅值之比的分贝数。采集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最大幅值Vimax与最小幅值Vimin之比的分贝数，动态范围：
瞬时动态范围：对大动态范围信号的高精度采集时，某一时刻系统所能采集到的信号的不同频率分量幅值之比的最大值，即幅值最大频率分量的幅值Afmax与幅度最小频率分量的幅值Afmin之比的分贝数。瞬时动态范围：
参考地单端测量系统(Referenced Single-End，RSE)：也叫做接地测量系统，被测信号一端接模拟输入通道，另一端接系统地AIGND。
无参考地单端测量系统(NRSE)：信号的一端接模拟输入通道，另一端接一个公用参考端，但这个参考端电压相对于测量系统的地来说是不断变化的。
几种信号输入方式的特点 差分输入 可避免接地回路干扰 可避免因环境引起的共模干扰 NRSE 可避免接地回路干扰 RSE 最简单，若信号满足下列条件，可选择RSE输入
低速USB设备在插口端必须要有一个带有串行A口连接器的可控制电缆，速率为1.5Mb/s。当电缆与设备相连时，在D+/D-线上必须要有一个200～450PF的单终端电容器。低速电缆的传播时延必须小于18ns，从而保证信号响在其上升沿或下降沿的第一个中点处产生，以允许电缆与一块电容器相连。
微弱信号检测方法
提高信号检测灵敏度或降低可检测下限的基本方法： 从传感器及放大器入手：降低固有噪声水平、研制新的低噪声传感器。 分析测量中的噪声规律和信号规律，通过各种手段从噪声中提取信号。 对传感器的基本要求是：测量范围宽，线性好，灵敏度高，噪声低，谱段宽，响应快，寿命长，便于匹配，均衡稳定。用于弱信号检测的传感器，首要要求是高灵敏度、低噪声。
只有一个数据期，FRAME#信号在没有等待周期的情况下，在地址期(读操作应在交换周期)过后即撤销。
计算机控制系统复习题答案
《计算机控制系统》课程复习题答案一、知识点：计算机控制系统的基本概念。
具体为了解计算机控制系统与生产自动化的关系；掌握计算机控制系统的组成和计算机控制系统的主要特性；理解计算机控制系统的分类和发展趋势。
回答题：1.画出典型计算机控制系统的基本框图；答：典型计算机控制系统的基本框图如下：2.简述计算机控制系统的一般控制过程；答：(1) 数据采集及处理，即对被控对象的被控参数进行实时检测，并输给计算机进行处理；(2) 实时控制，即按已设计的控制规律计算出控制量，实时向执行器发出控制信号。
3.简述计算机控制系统的组成；答：计算机控制系统由计算机系统和被控对象组成，计算机系统又由硬件和软件组成。
4.简述计算机控制系统的特点；答：计算机控制系统与连续控制系统相比，具有以下特点：⑴计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。
⑵计算机控制系统修改控制规律，只需修改程序，一般不对硬件电路进行改动，因此具有很大的灵活性和适应性。
⑶能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。
⑷计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。
⑸一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路。
⑹采用计算机控制，便于实现控制与管理一体化。
5.简述计算机控制系统的类型。
答：（1）操作指导控制系统；（2）直接数字控制系统；（3）监督计算机控制系统（4）分级计算机控制系统二、知识点：计算机控制系统的硬件基础。
具体为了解计算机控制系统的过程通道与接口；掌握采样和保持电路的原理和典型芯片的应用，掌握输入/输出接口电路：并行接口、串行接口、A/D和D/A的使用方法，能根据控制系统的要求选择控制用计算机系统。
回答题：1.给出多通道复用一个A/D转换器的原理示意图。
2.给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。
3.例举三种以上典型的三端输出电压固定式集成稳压器。
答：W78系列,如W7805、7812、7824等；W79系列，如W7805、7812、7824等4.使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。
数据采集系统.
二、数据采集系统的基本功能
① 时钟功能。确定数据采样周期，同时也能为系统 提供时间基淮。
② 数据采集。将现场检测传感器送来的模拟电信号 按一定的次序巡回的采样、进行A／D转换并存储 数据，即完成数据的采集。
③ 信号处理。 模拟信号处理、数字信号处理、开关信号处理
④ 数据存储。 ⑤ 显示和打印输出。
四、模拟信号调理
在一般测量系统中信号调理的任务较复杂， 除了实现物理信号向电信号的转换、小信号放 大、滤波外，还有诸如零点校正、线性化处理、 温度补偿、误差修正和量程切换等，这些操作 统称为信号调理，相应的执行电路统称为信号 调理电路。
1、传感器的选用
传感器是信号输入通道的第一道环节，也 是决定整个测试系统性能的关键环节之一。要 正确选用传感器，首先要明确所设计的测试系 统需要什么样的传感器——系统对传感器的技 术要求；其次是要了解现有传感器厂家有哪些 可供选择的传感器，把同类产品的指标和价格 进行对比，从中挑选合乎要求的性能价格比最 高的传感器。
利用多路模拟开关让多个被测对象共用同一个 采集通道，这就是多通道数据采集系统的实质。
集中采集式— 多路分时采集分时输入 （多通道共享采样/保持器和A/D转换器）
• 工作过程：各路被测参数共用一个采样/保持器和A/D转换 器。在某一时刻，多路开关只能选择其中某一路，把它接 入到采样/保持器的输入端。当采样/保持器的输出已充分 逼近输入信号时，在控制命令的作用下，采样保持器由采 样状态进入保持状态，A/D转换器开始进行转换，转换完 毕后输出数字信号。在转换期间，多路开关可以将下一路 接通到采样保持器的输入端。系统不断重复上述操作，实 现对多通道模拟信号的数据采集。
频率量及开关量输出传感器的使用
基于AD7609的高精度数据采集系统
2023年 / 第9期 物联网技术710 引 言作为一种将模拟量转化为数字量的手段，数据采集在自动控制、自动检测、电子测量等自动化、智能化系统中被广泛应用，它是基于计算机实现不同工作过程的基础[1]。
在目前的发展阶段，各个产业的发展都涉及到大量的数据处理，新的发展要求不能仅仅依靠传统的数据采集系统来满足，还要将先进的数据采集设备和技术运用到实际工作中，这对于优化数据采集结果、提高工作效率、促进行业更好地发展等众多方面都具有重要意义[2]。
韩宾等人[3]设计了以FPGA 和STM32架构为数据处理和控制核心的数据采集系统，实现了16路高精度数据的实时处理和采集功能，采样频率可调，满足了精密产品所需的多通道、高精度和实时数据采集功能。
但是使用FPGA 控制模块的成本过高，不能满足更多的使用场景。
寇剑菊等人[4]设计了基于AT89S52和AD7865构成的四通道并行数据采集系统，但是AD7865是14位四路采集芯片，其精度和通道数量都有所限制，所以适用范围较小。
徐国明等人[5]利用AD7606设计了一种数字多功能表，信号采集部分使用了高性能ADC ，为了保证整个测量段的数据精度，电流线路使用了有源补偿方式，确保系统能够以最高30 MHz 的时钟速率工作。
司云朴等人[6]使用STM32配合AD7609芯片设计了组合称重装置，AD7609的8个通道可以同时采样，且均使用差分输入，每个通道的采样速率为 20 KSPS 。
整个系统运行速度快、精度高。
常见的数据采集系统大多以DSP 或者FPGA 配合12位的AD 芯片进行数据采集，已经可以满足大多数行业的使用，对于一些要求速度高、精度高的行业，常见的采集系统显然不能满足其要求[7]。
本文设计了一种以STM32F407ZET6和AD7609为核心，包含8个18位采集通道的数据采集系统，在配备电池模块和存储模块的同时，将控制部分和采集部分采用模块化设计，让用户轻松离线使用，不用固定电源，丰富使用场景。
EXC9100励磁系统说明书 2、系统组成及功能
EXC9100励磁系统说明书第 2 章系统组成及功能中国电器科学研究院有限公司广州擎天实业有限公司目录2-1 系统组成部分 (4)2-2 励磁调节器单元 (4)2-2.1 调节通道 (4)2-2.2 励磁调节器硬件及通道配置方案 (5)2-2.2.1 主控制板 (7)2-2.2.2 模拟量板 (8)2-2.2.3 I/O接口板 (9)2-2.2.4 开入量板 (9)2-2.2.5 开出量板 (9)2-2.2.6 智能IIU板 (9)2-2.2.7 人机界面――彩色液晶触摸屏 (10)2-2.2.8 电源系统 (10)2-2.3 励磁调节器软件功能 (11)2-2.3.1 调节功能 (11)2-2.3.1.1 运行方式及其给定值调节 (11)2-2.3.1.2自动方式AVR和手动方式FCR的数学模型 (11)2-2.3.1.3 余弦移相功能 (13)2-2.3.1.4 励磁系统放大倍数 (14)2-2.3.1.5电力系统稳定器（PSS）及其数学模型 (14)2-2.3.1.6电制动模式 (17)2-2.3.1.7恒控制角模式 (17)2-2.3.1.8 无功调差 (18)2-2.3.1.9 软起励控制 (19)2-2.3.1.10 通道间的跟踪 (19)2-2.3.2 限制功能 (20)2-2.3.2.1励磁电流强励限制 (20)2-2.3.2.3 V/F限制 (23)2-2.3.3 励磁调节器主环调节模型 (24)2-2.3.4 故障处理及信号报警 (26)2-2.3.4.1 过励保护 (26)2-2.3.4.2 低频保护 (26)2-2.3.4.3 同步回路故障信号 (26)2-2.3.4.4 PT断线故障 (28)2-2.3.4.5 通道故障 (29)2-2.3.4.6 低励磁电流 (29)2-2.3.5 防错功能 (29)2-2.3.5.1检测容错 (29)2-2.3.5.2控制容错 (29)2-2.3.6 跟踪功能 (30)2-2.3.6.1 调节通道内部跟踪 (30)2-2.3.6.2 系统电压跟踪 (30)2-2.3.6.3 通道间跟踪 (30)2-2.3.7 其他辅助功能 (31)2-2.3.7.1 R631信号 (31)2-2.3.7.2 R632信号 (31)2-2.3.7.3 恒无功（恒Q）控制 (31)2-2.3.7.4 恒功率因数（恒PF）控制 (32)2-2.3.7.5增、减磁操作 (32)2-3 励磁系统功率单元 (33)2-3.1 智能化功率柜 (33)2-3.1.1功率柜智能控制板 (33)2-3.1.2功率柜主要操作功能 (34)2-3.1.3 高频脉冲列形成 (36)2-3.1.4智能均流 (36)2-3.1.6集中式阻容保护 (37)2-3.2 常规功率柜 (38)2-4 灭磁及过压保护单元 (39)2-4.1灭磁及过压保护回路框图 (39)2-4.2 智能化灭磁柜 (40)2-4.2.1灭磁柜智能控制板 (40)2-4.2.2 转子绕组温度估算 (41)2-4.2.3 BOD板 (41)2-4.3 常规灭磁柜 (42)2-5 起励单元 (43)2-1 系统组成部分EXC9100型励磁系统主要由励磁调节器单元（调节柜）、功率单元（多个功率柜）、灭磁及过压保护单元（灭磁开关柜、灭磁柜、灭磁电阻柜等）、起励单元、励磁变压器等组成。
电力系统试题库之EMS题库
电力系统试题库之EMS题库EMS题库一、判断题1. 双机监控系统与外设开关部件的主要功能是切换外部设备和主机至备用机。
（×）2. 操作系统的用户接口不是衡量一个操作系统好坏的重要标志。
（×）3. 电力系统中的有功、无功、电压、电流等遥测量是模拟量信息。
（√）4. 电力系统中实时采集的数字量信息包括状态信号、刀闸信号、保护信号及事故总信号。
（√）5. RTU与调度端的通讯必须采用同步通讯模式。
（×）6. 调度员下发遥控命令时，只要确信遥控对象、性质无误，不必等待返校信息返回就可以操作“执行”命令。
（×）二、选择题1. 潮流计算的约束条件是通过求解方程得到了全部节点（b）后，才可以进一步计算各类接点的（c）以及网络中（c）的分布。
A：电流；B：电压；C：功率2. 电网调度自动化系统工厂验收和现场验收中进行无故障远动测试的时间应是（a）和（c）。
A：27h；B：96h；C：100h；D：120h3. 软件可移植性是用来衡量软件的质量的重要尺度之一，为提高软件可移植性，应注意提高软件的（d）。
A：使用方便性；B：简洁性；C：可靠性；D：设备独立性4. EMS（能量管理系统）=（c）。
A：SCADA；B：SCADA+AGC/EDC；C：SCADA+AGC/EDC+SA5. LAN代表（h）；WAN代表（g）；SCADA代表（f）；AGC 代表（e）；EDC代表（d）；EMS代表（c）；DMS代表（b）GPS 代表（a）。
A：全球定位系统；B：配电管理系统；C：能量管理系统；D：经济调度；E：行动发电控制；F：安全监控；G：广域网；H：局域网6. 事故追忆的定义是（a）。
A：将事故发生前和事故发生后有关信息记录下来；B：带有时标的遥信量。
三、填空题1. 基于UNIX的EMS系统用ps命令监视进程；用vmstat命令监视内存与CPU运行状态；用du或df命令监视磁盘使用的情况。
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实现了模拟通道同步采样的数据采集系统
多输入通道之间的相位误差是数据采集系统的重要问题之一。
采用六输入通道模数转换器件AD73360和数字信号处理器TMS320F2812设计了多通道数据采集系统，实现了两者之间的接口电路和通信程序设计。
该系统可用于多路输入信号的同步采样，实验证明了系统的有效性。
多通道数据采集系统一般是在一块印刷电路板上集成了模拟多路开关、程控放大器、采样/保持器、A/D和D/A转换器等器件，其原理框图如图1所示［1］。
这类系统虽然可以采集多路模拟信号，但其实只有一路A/D转换器，为了能够采集多路模拟信号，只能利用模拟多路开关在多路模拟信号之间进行切换。
这样做的好处是可以减少硬件成本和缩小板卡的尺寸，但是当多个模拟信号巡回采样时，各路信号之间必然存在采样的时差。
本文利用AD73360、TMS320F2812设计了数据采集系统，包含6个以上可同时采样的模拟通道，从而有效地减少了由于采样时间不同而产生的相位误差。
1 数据采集系统设计本文设计的数据采集卡如图2所示。
A/D转换器AD73360是一个包含6路模拟信号输入通道的器件，每路通道均包含独自的信号调理器、可编程放大器和16位的A/D转换部分。
这样可实现对多路模拟信号的同时采样，以减小采样的相位差。
数字信号处理器（DSP）采用TMS320F2812，实现对A/D转换器AD73360的控制和读取采样数据，从而减少了逻辑控制电路。
计算机接口电路采用RS232C和RS485标准串行口实现DSP与上位机之间的通信。
1.1 A/D转换器AD73360AD73360具有6路16位分辨率的同时采样通道，减少了由于采样时间不同而产生的相位误差。
各个通道的采样速率可设为8kHz、16kHz、32kHz或64kHz，都有内置的抗混迭滤波器和程控可变增益放大器。
可以级联使用，最多可将8片级联在一起。
因此，模拟量输入通道的最大数目可扩展到48路。
AD73360使用同步串行接口SPORT与CPU相连。
SPORT接口信号线只有6条，不仅节。