信息采集技术-数据采集卡(精)
数据采集卡技术原理
核心提示：一、数据采集卡①定义：数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号①设备，其核心就是A/D芯片。
二、数据采集简介：在计算机广泛应用①今天，数据采集①重要性是十分显著①。
它是计算机与外部物理世界连接①桥梁。
各种类型信号采集①难易程度差别很大。
实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。
数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多①实际①问题要解决。
假设现在对一个模拟信号x(t)每隔△ t时间采样一次。
时一、数据采集卡①定义：数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号①设备，其核心就是A/D芯片。
二、数据采集简介：在计算机广泛应用①今天，数据采集①重要性是十分显著①。
它是计算机与外部物理世界连接①桥梁。
各种类型信号采集①难易程度差别很大。
实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。
数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多①实际①问题要解决。
假设现在对一个模拟信号x(t)每隔△ t时间采样一次。
时间间隔△ t被称为采样间隔或者采样周期。
它①倒数1/ △ t被称为采样频率，单位是采样数/每秒。
t=0, △ t ,2 △ t ,3 A t……等等，x(t)①数值就被称为采样值。
所有x(0),x( △ t),x(2 △ t )都是采样值。
这样信号x(t) 可以用一组分散①采样值来表示：下图显示了一个模拟信号和它采样后①采样值。
采样间隔是A t ,注意，采样点在时域上是分散①。
如果对信号x(t)采集N个采样点，那么x(t)就可以用下面这个数列表示：这个数列被称为信号x(t)①数字化显示或者采样显示。
注意这个数列中仅仅用下标变量编制索引，而不含有任何关于采样率(或△ t)o信息。
所以如果只知道该信号①采样值，并不能知道它①采样率，缺少了时间尺度，也不可能知道信号x(t)①频率。
根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率①两倍。
反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发生畸变①最大频率叫做恩奎斯特频率，它是采样频率①一半。
数据采集卡
这是全局原理图：具体思路是模拟输入信号由输入级输入，经阻抗匹配和放大后进入ICL5510进行模数转换，出来的数据存放到FIFO高速缓存芯片IDT7203，单片机将数据读出再经由D12 USB发到电脑显示，上位机打算有NI公司的LabWindowsCVI来开发（也可以用VB,VC等）。
下面我分别介绍我的各部分电路：1．输入级电流比较大所以输入阻抗不是太大，300K欧，下面是NE5532 datashit的截图如果大家觉得输入阻抗不够大可以采用JFET的高输入阻抗运放，如TL082，它的封装与NE5532兼容。
第二级输入是加法放大电路，通过选取不同的反馈电阻进行小信号的放大。
由于ICL5510的输入电压范围是2V，所以大家根据需要，自行计算。
不过要说明的是由于运放采用+/-15V供电，最大输出可达+/-12V左右，所以放大倍数不能太大，输入的电压也要在自己设计的范围内。
也可以加一个稳压管进行限压保护。
下面讨论一下一个很重要的问题，输入带宽。
NE5532接成跟随器的带宽有10M,但在放大模式下会降低很多。
如9倍放大，跟理论放大倍数一致的带宽只能达到1M。
输入信号的频率再大，放大倍数就会相应变低，100倍放大带宽只有100KHZ。
下面是NE5532 datashit的截图：测试电路如下：频率响应如下：所以本设计的采集频率范围定为1M，如果你想设计更高速的输入通道那你就要采用更高速的运放，不过这些运放价格不菲，而且封装是一个元件一个运放（5532有两个）。
这里要说明的是为什么采用加法器，因为输入的信号有正负，如果输入一负信号，那经放大输出也是负信号，不满足5510的采样输入电压范围。
举个例：假如你输入一个+/-0.1v的信号，经加法器加上一个1v的电压，那得出的是+0.9~+1.1的电压信号，满足输入要求。
2．AD转换ICL5510ICL5510是CMOS,8位，20MSPS高速模数转换器，它采用半闪结构，5V电源供电，功率100mW。
数据采集卡
（3）缓存：主要用来存储AD芯片转换后的数据。带缓存板卡可以设置采样频率，否则不可改变。缓存有 RAM和FIFO两种。FIFO主要用作数据缓冲，存储量不大，速度快；RAM一般用于高速采集卡，存储量大，速度较慢。
（4）分辨率：采样数据最低位所代表的模拟量的值，常有12位、14位、16位等。如12位分辨率，当电压量 程为5000mV，单位增量为（5000mV）/4096=1.22mV（注：2的12次方为4096）。
数据采集卡
计算机技术术语
01 分类
03 技术参数
目录
02 功能 04 选型
基本信息
数据采集是指对设备被测的模拟或数字信号，自动采集并送到上位机中进行分析、处理。数据采集卡，即实 现数据采集功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线（1394）、PCMCIA、ISA、 Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入计算机。
分类
分类
基于PC总线的板卡种类很多，其分类方法也有很多种。 按照板卡处理信号的不同可以分为模拟量输入板卡（A/D卡）、模拟量输出板卡（D/A卡）、开关量输入板 卡、开关量输出板卡、脉冲量输入板卡、多功能板卡等。其中多功能板卡可以集成多个功能，如数字量输入/输出 板卡将模拟量输入和数字量输入/输出集成在同一张卡上。 根据总线的不同，可分为PXI/CPCI板卡和PCI板卡。
数据采集卡采集工具使用说明
数据采集卡采集工具使用说明1. 数据采集工具界面：2. 打开采集工具接入USB数据采集卡后，采集工具会自动查找系统接入USB设备，左图为连接数据采集卡成功。
右图为没有接入数据采集卡，没有接数据采集卡前采集工具的上的所有功能为不可以操作。
未接入采集卡，功能为不可以操作：3. 选择数据采集卡输出路径，点击如图下所示：勾选“采集数据结束后自动打开文件”复选项后结束采集后会自动的打开采集数据文件。
4. 采集参数设置：A.采集间隔时间（毫秒）：采集每次数据点之间的等待时间设置，设置为0表示不等待连续采集数据。
B.采集数据量（个）：最大采集数量值，采集到最大值后程序自动停止结束。
勾选“勿略采集最大量值，连续采集”复选框后此设置将无效。
采集结束在点击“停止采集”按键后结束。
C.数据存储深度（个）：存储深度主要解决实时显示数据软件所占用的时间，存储深度值越大显示数据越慢，此显示速度慢不影响正常采集速度，只是影响显示速度。
如采集时频率比较慢时需要设置采集间隔时间，把存储深度设置为1表示实时值。
D.采集接入模式：采集模拟分为三种：模拟输入（单极性），差分输入，真双极输入。
模拟输入只能采集大于0V以上的电压值，不能采集负电压。
差分输入可以测试正负电压，测试正负电压需要按差分方式接线，差分方式接线与地线无关。
真双极输入可以测试正负电压，可以直接测试负电压。
采集工具会根据采集卡类型显示不同的输入模式，工具只会显示支持的模式选择项。
详细支持输入模式请参考产品说明书参数规格。
E.采集卡输入通道：输入通道表示采集卡指定的采集通道，不同型号采集有不同数量的采集通道。
采集卡支持：单通道采集和全通道采集功能。
全通道采集功能可以勾选“同时采集所有通道”复选框。
F.采集量程选择：不同类型采集卡支持不同的量程选择，详细参数可以参考用户说明。
5.清空列表数据点击“清空列表数据”按键后会清除列表数据，注意：清空后的数据不可恢复：6.数据采集：点击“开始采集”按键后采集工具自动开始采集数据，点击“停止采集”后程序自动停止并保存采集数据。
信息系统数据高频采集方法
信息系统数据高频采集方法信息系统数据高频采集的方法主要有以下几种：1. 使用高速数据采集卡：这种方法具有较高的采样速率和分辨率，可以满足高频信号的采集要求。
数据采集卡一般通过PCIe或USB接口连接至计算机，并通过软件进行信号的采集与分析。
此外，示波器具有存储和测量功能，可以对信号进行进一步的分析。
2. 使用数字化频谱分析仪：频谱分析仪可以将时域信号转换为频域信号，从而更直观地观察信号的频率特性。
它也可以对高频正弦信号进行采集，通过频谱图显示信号的频率、幅度信息，并对数据进行进一步处理。
3. 使用数据采集器：数据采集器可以对高频正弦信号进行长时间、连续的采集并存储数据。
4. 直接数字下变频（DDC）：DDC是一种将高频正弦信号转换为低频信号进行采集和处理的方法。
5. 通过系统日志采集大数据：用于系统日志采集的工具，目前使用最广泛的有：Hadoop的Chukwa、Apache Flume、Facebook的Scribe和LinkedIn的Kafka等。
这里主要学习Flume。
Flume是一个高可靠的分布式采集、聚合和传输系统，Flume支持在日志系统中定制各类数据发送方，用于收集数据，同时对数据进行简单处理，并写到诸如文本、HDFS这些接受方中。
6. 通过网络采集大数据：网络采集是指通过网络爬虫或网站公开API等方式，从网站上获取大数据信息，该方法可以将非结构化数据从网页中抽取出来，将其存储为统一的本地数据文件，并以结构化的方式存储。
它支持图片、音频、视频等文件或附件的采集。
以上内容仅供参考，建议咨询专业人士获取更多信息。
另外，选择哪种方法取决于特定的应用需求和限制，包括所需的采样速率、分辨率、数据量和分析的复杂性等因素。
数据采集卡单端和差分的接法
数据采集卡单端和差分的接法数据采集卡是一种用于采集外部数据并将其传输到计算机的硬件设备。
在数据采集过程中，接法的选择对于采集的准确性和稳定性至关重要。
本文将主要介绍数据采集卡的单端接法和差分接法，并对其特点进行分析比较。
一、单端接法单端接法是指将待采集的信号的一个极性接在数据采集卡的输入端，而另一个极性接地。
这种接法适用于信号的幅度较大，且对共模干扰的抑制要求不高的情况。
单端接法的优点是接线简单，成本低，适用于一些信号源本身就是单端输出的情况。
然而，单端接法也存在一些问题。
首先，由于信号的一个极性接地，可能会引入一定的共模干扰。
其次，单端接法对于信号的抗干扰能力相对较弱，容易受到外部干扰的影响。
二、差分接法差分接法是指将待采集的信号的两个极性都接到数据采集卡的输入端。
这种接法适用于信号的幅度较小，且对共模干扰的抑制要求较高的情况。
差分接法通过对信号的两个极性同时采集和处理，可以有效抑制共模干扰，提高信号的抗干扰能力和准确性。
差分接法的优点是能够减小地线干扰、提高信噪比，适用于一些对信号质量要求较高的应用场景。
然而，差分接法也存在一些问题。
首先，接线相对复杂，需要两个输入通道和地线。
其次，差分输入需要更高的采样率和分辨率，增加了系统的设计难度和成本。
单端接法和差分接法在数据采集中各有优劣。
选择合适的接法需要根据实际的采集需求和信号特点来决定。
如果信号幅度较大，且对共模干扰的要求不高，可以选择单端接法；如果信号幅度较小，且对共模干扰的抑制要求较高，可以选择差分接法。
除了单端和差分接法，还有一些其他的接法，如差动单端接法和单端差动接法。
差动单端接法是将差分信号的一个极性与单端信号进行采集，而单端差动接法则是将单端信号与差分信号的一个极性进行采集。
这些接法在特定的应用场景中也有一定的优势。
总的来说，数据采集卡的单端接法和差分接法在实际应用中具有不同的适用性和特点。
选择合适的接法需要综合考虑信号的特点、采集要求和系统成本等因素。
数据采集卡性能指标与应用
如果对于同一 ｎ 位分辨率的不同数据采集卡， 其精度是不
同的， 这就是精度和分辨率概念不同的所在。例如， 一块具有 １２
位 Ａ ／Ｄ 转 换 的 数 据 采 集 卡 ， 它 的 最 佳 分 辨 率 就 是 １ ／（ ２１２） ＝１ ／
４０９６， 也 就 是 说 ， 当 输 入 电 压 范 围 为±１０Ｖ（ 即 Ｖｐ ｐ ＝２０Ｖ） 时 ， 它
６） Ｄ ／Ａ 转换器： 将 Ａ／Ｄ 转换后的数字信号转换成电压或电 流等模拟信号， 可将转换后的模拟信号送入执行机构进行控制 或调节。 ２ 数据采集卡的性能指标
由于不同的数据采集卡具有不同的性能指标， 在科学实验 或工程测量中如何选择数据采集卡就成了测量的首要任务。数 据采集卡的选择要考虑的因素很多， 所以必须从信号处理的原 理和电路原理上来考虑， 本文根据应用经验， 总结得出主要的数 据采集卡的性能指标有： 模拟信号输入部分； Ａ／Ｄ 转换和采样 ／ 保持部分； Ｄ ／Ａ 转换部分。 ２．１ 模拟信号输入部分
因此对于用户而言， 选择时， 除了 Ａ／Ｄ 转换器的位数， 更重 要的是了解自己所选数据采集卡的绝对精度指标。以免所选的 具有高分辨率的数据采集卡的精度不如一块具有低分辨率的数 据采集卡的精度。
最后， 选择驱动软件和数据采集处理软件的编写语言。目前 市场上的数据采集卡都有专门配套的驱动程序， 甚至有的驱动程 序可以在不同的高级语言中被调用， 就可以实现数据采集卡的识 别与数据传输。这就在使用上大大减少了使用的难度以及复杂 性。而测量系统界面的开发可以使用 ＶＢ、ＶＣ、Ｌａ ｂ ＶＩＥＷ、Ｃ ／Ｃ＋＋ 、 Ｂｏｒｌａ ｎｄ Ｃ＋＋ Ｂｕｉｌｄ ｅ ｒ、Ｊ ａ ｖａ 等来编写数据控制处理软件。 ３．２ 数据采集卡使用
数据采集卡使用是否得当， 也是造成其使用寿命长短以及 影响测量系统精度的一个重要方面。
ni数据采集卡
ni数据采集卡1. 简介NI数据采集卡（National Instruments Data Acquisition Card）是一种用于采集模拟信号和数字信号的硬件设备。
它可以将外部信号转换为计算机可读取的数字数据，从而实现数据采集、数据处理和数据分析等功能。
NI数据采集卡常用于科学研究、工程应用和实验教学等领域。
2. 功能特点NI数据采集卡具有以下主要功能特点：2.1 模拟信号输入NI数据采集卡可以接收模拟信号的输入，并将其转换为数字信号进行处理。
它具有高精度的模拟输入通道，可适应不同信号类型和信号范围的输入需求。
通过采集卡提供的软件接口，用户可以方便地配置和控制模拟输入参数。
2.2 模拟信号输出除了模拟信号输入功能外，NI数据采集卡还可以输出模拟信号。
用户可以通过采集卡的输出通道，将数字信号转换为模拟信号输出到外部设备，如执行器、显示器等。
这样可以实现对外部设备的控制和观测。
2.3 数字信号输入和输出NI数据采集卡除了支持模拟信号输入输出，还具备数字信号输入输出的功能。
它可以读取和写入数字信号，用于采集和控制数字设备，如开关、传感器等。
数字信号的输入输出通常更快速和稳定，可以满足实时性要求较高的应用需求。
2.4 多通道采集NI数据采集卡通常具有多个模拟输入通道和数字输入通道，可以同时采集多个信号。
这使得它可以广泛应用于多通道数据采集和处理的场景，如声音信号采集、振动信号采集等。
2.5 软件支持NI数据采集卡配套的软件十分强大，可以提供丰富而易用的数据采集和处理功能。
用户可以通过软件界面对采集卡进行配置和控制，实现数据的实时监控、录制和分析。
常见的软件包括NI LabVIEW和NI Measurement Studio等。
3. 应用领域NI数据采集卡广泛应用于以下领域：3.1 科学研究在科学研究领域，NI数据采集卡被广泛应用于物理实验、化学实验、生物实验等。
它可以帮助科研人员采集实验数据，进行数据分析和模型建立。
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信息采集技术-数据采集卡
3 分类
基于PC总线的板卡种类很多，其分类方法也有很多种。按照板卡处理信号的不同 可以分为模拟量输入板卡(A/D卡)、模拟量输出板卡(D/A卡)、开关量输入板卡、开关 量输出板卡、脉冲量输入板卡、多功能板卡等。其中多功能板卡可以集成多个功能， 如数字量输入/输出板卡将模拟量输入和数字量输入/输出集成在同一张卡上。根据总 线的不同，可分为PXI/CPCI板卡和PCI板卡。 还有其它一些专用I/O板卡，如智能接口卡、虚拟存储板（电子盘）、信号调理板 、专用（接线）端子板等，这些种类齐全、性能良好的I/O板卡与IPC配合使用，使系 统的构成十分容易。
人计算机。
信息采集技术-数据采集卡
2 起源
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为了满足IBM-PC机及其兼容机用于数据采集与控制的需要，国内外许多厂商生产了各种各 样的数据采集板卡（或I/O板卡）。这类板卡均参照IBM-PC机的总线技术标准设计和生产，用户 只要把这类板卡插入IBM-PC机主板上相应的I/O扩展槽中，就可以迅速方便地构成一个数据采集 与处理系统，从而大大节省了硬件的研制时间和投资，又可以充分利用IBM-PC机的软硬件资源 ，还可以使用户集中精力对数据采集与处理中的理论和方法进行研究、进行系统设计以及程序 的编制等。
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信息采集技术-数据采集卡
4 主要类型
在工业现场，我们会安装很多的各种类型的传感器，如压力的、温度的、流 量的、声音的、电参数的等等，受现场环境的限制传感器信号如压力传感器输出 的电压或者电流信号不能远传或者因为传感器太多布线复杂，我们就会选用分布 式或者远程的采集卡（模块）在现场把信号较高精度地转换成数字量，然后通过 各种远传通信技术（如485、232、以太网、各种无线网络）把数据传到计算机或 者其他控制器中进行处理。这种也算作数据采集卡的一种，只是它对环境的适应 能力更强，可以应对各种恶劣的工业环境。
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信息采集技术-数据采集卡
6 系统实例
6.1 操作系统简介 嵌入式操作系统μC/OSII（Microcontroller Operating System）是专为微控制器系 统和软件开发而设计的公开源代码的抢占式实时多任务操作系统内核，是一段微 控制器启动后首先执行的背景程序，作为整个系统的框架贯穿系统运行的始终。 对于对实时性和稳定性要求很高的数据采集系统来说，引入μC/O区别及它的作用：主要用来存储AD芯片转换后的数据。有缓存可以 设置采样频率，没有则不可以。缓存有RAM和FIFO两种:FIFO应用在数据采 集卡上，做数据缓冲，存储量不大，速度快。RAM是随机存取内存的简称。 一般用于高速采集卡，存储量大，速度较慢。
信息采集技术-数据采集卡
5 技术参数
分辨率：采样数据最低位所代表的模拟量的值，常有12位、14位、16位等（12 位分辨率，电压5000mV）12位所能表示的数据量为4096（2的12次方），即 ±5000 mV电压量程内可以表示4096个电压值，单位增量为（5000 mV）/ 4096=1.22 mV。分辨率与A/D转换器的位数有确定的关系，可以表示成FS/2n。FS 表示满量程输入值，n为A/D转换器的位数。位数越多，分辨率越高。 精度：测量值和真实值之间的误差，标称数据采集卡的测量准确程度，一般用 满量程(FSR，full scale range)的百分比表示，常见的如0.05%FSR、0.1%FSR等，如 满量程范围为0~10V，其精度为0.1%FSR，则代表测量所得到的数值和真实值之间 的差距在10mv以内。
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信息采集技术-数据采集卡
5 技术参数
通道数：就是板卡可以采集几路的信号，分为单端和差分。常用的有单端 32路/差分16路、单端16路/差分8路 采样频率：单位时间采集的数据点数，与AD芯片的转换一个点所需时间有 关，例如：AD转换一个点需要T = 10uS，则其采样频率f = 1 / T为100K，即每 秒钟AD芯片可以转换100K的数据点数。它用赫兹（Hz），常有100K、250K 、500K、800K、1M、40M等
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信息采集技术-数据采集卡
5 技术参数
量程：输入信号的幅度，常用有±5V、±10V 、0~5V 、0~10V ，要求输入信号在量 程内进行 增益：输入信号的放大倍数，分为程控增益和硬件增益，通过数据采集卡的电压放 大芯片将AD转换后的数据进行固定倍数的放大。由两种型号PGA202 (1、10、100、1000) 和PGA203 (1、2、4、8)的增益芯片。
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触发：可分为内触发和外触发两种，指定启动AD转换方式。
信息采集技术-数据采集卡
6 系统实例
在一些工业现场中，设备长时间运行容易出现故障，为了监控这些设备，通常 利用数据采集装置采集他们数据采集。 运行时的数据并送给PC机，通过运行在PC机上的特定软件对这些数据进行分析 ，以此判断当前运行设备的状况，进而采取相应措施。当前常用的数据采集装置 ，在其系统软件设计中，多采用单任务顺序机制。这样就存在系统安全性差的问 题。这对于稳定性、实时性要求很高的数据采集装置来说是不允许的，因此有必 要引入嵌入式操作系统。下面以μC/OSII为操作系统平台，基于ARM7系列处理器 ，对一种高性能的数据采集系统开发进行探索。
国家职教计算机应用技术专业教学资源库
北京信息职业技术学院 | 冯雷
MADE BY
数据采集卡
北京信息职业技术学院 | 冯雷
1 数据采集卡定义
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数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量
或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专
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用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 数据采集卡，即实 现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线
(IEEE1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个