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多通道同步采集卡的性能特點及工作原理的說明

北京新超仁達科技有限公司 ? 來源:北京新超仁達科技有限公 ? 作者:北京新超仁達科技 ? 2022-05-31 13:24 ? 次閱讀

概述

USB-2432采集卡是一款基于USB2.0總線,高速、高精度32通道同步采集卡,高達24位精度、256KSPS采樣率。支持外觸發(fā)和軟件觸發(fā)。32路差分信號及觸發(fā)信號通過板上的SCSI68端子輸入。

USB-2432模擬量輸入信號采用差分輸入方式進入ADC轉(zhuǎn)換,AD轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲在大容量存儲器SDRAM(容量4M字)中。AD芯片自帶差分放大器和數(shù)字濾波器

USB-2432卡的USB主控芯片采用CYPRESS公司的CY68013A。本板是一款USB2.0總線高速、高精度數(shù)據(jù)采集板,支持熱插拔,即插即用。運用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA設(shè)計,提高可靠性。

出廠時提供XP/WIN7/WIN10下驅(qū)動程序和動態(tài)鏈接程序(DLL)及編程指導(dǎo)(DEMO程序),有VB/VC/LABVIEW采集程序例程,并提供兩年的質(zhì)保服務(wù)。

產(chǎn)品應(yīng)用

USB-2432是一款基于USB2.0總線的數(shù)據(jù)采集卡,可直接和計算機的USB口相連,構(gòu)成實驗室、產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心等各種領(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)過程監(jiān)控系統(tǒng)。它的主要應(yīng)用場合為:

? 電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測

?醫(yī)學檢測

?高精度信號同步采集

?IO控制

性能特點

?A/D轉(zhuǎn)換器:24-bit Σ-Δ型ADC:AD7768

?本體噪聲低,通道隔離度高;

?差分輸入范圍:±10V;

?AD觸發(fā)方式:軟件觸發(fā)、外觸發(fā);

?工作時鐘:內(nèi)時鐘、外時鐘(可選擇同步時鐘/觸發(fā)時鐘);

?多通道:32通道

?耦合方式:DC

?采樣頻率可軟件設(shè)置(范圍:1KHz~256KHz/1KHz~200KHz/1KHz~160KHz模式可選);

?板載大容量存儲器(4M字),支持連續(xù)采集,實現(xiàn)實時監(jiān)控;

?板卡ID識別(0~15),支持多卡操作;

?提供WIN7/WIN10/XP下驅(qū)動程序及動態(tài)連接庫;

?尺寸大小(不含外殼):92(W) × 140(L) (mm);

工作原理

1、邏輯框圖

新超仁達最新推出USB-2432多通道同步采集卡

2、工作原理簡述

USB-2432由以下功能模塊組成:USB2.0總線橋電路,AD轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)存儲等功能組成。

地址譯碼:由現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片控制。由于是USB2.0總線,用戶可以不關(guān)心具體I/O地址,直接調(diào)用我公司提供的動態(tài)連接庫即可。

AD轉(zhuǎn)換:外部模擬信號由SCSI68接頭接入,經(jīng)過前級運放,進入ADC,AD控制時序由FPGA完成。

數(shù)據(jù)存儲:AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果存儲在SDRAM中。讀、寫數(shù)據(jù)的時序由FPGA控制。

3、工作模式

3.1、軟觸發(fā)

在這種模式下,用戶配置采樣頻率和同步通道后,啟動AD,便可進行連續(xù)不間斷采樣,每一通道都能達到設(shè)定的采樣頻率,各通道之間無相差。

3.2、外觸發(fā)

在這種模式下,需要接入外觸發(fā)信號,用戶配置采樣頻率和同步通道后,啟動AD,AD并不馬上開始工作,而是等待外觸發(fā)信號到來,給與有效的電平后,AD開始工作。

在這種模式下,觸發(fā)源為模擬信號(模擬觸發(fā))或TTL電平信號(數(shù)字觸發(fā)),模擬信號幅值在0V -- +5V之間,信號越平滑越好,如下圖示;

新超仁達最新推出USB-2432多通道同步采集卡

外觸發(fā)默認為輸入模式,輸入外觸發(fā)信號。多卡時可將外觸發(fā)引腳通過跳線設(shè)置為輸出模式,用以提供外觸發(fā)信號。

3.3、外時鐘

外時鐘模式可選擇外觸發(fā)時鐘模式或者多卡同步時鐘使用。外觸發(fā)時鐘模式:采樣頻率由該時鐘確定,每個CLK上升沿采集一個點;同步時鐘:用于ADC工作時鐘,需提供特定的時鐘,才可正常工作。

4、SDRAM中數(shù)據(jù)存放順序

本卡采用SDRAM FIFO化的技術(shù),數(shù)據(jù)位寬為16位(D0~D15),32路模擬信號(CH0~CH31)通過AD轉(zhuǎn)換以后,結(jié)果存放在FIFO中。以四通道同時工作為例,其他依此類推。軟件可任意勾選幾個通道同時工作。一個通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果占用4個字節(jié),其中數(shù)據(jù)占3個字節(jié),1個字節(jié)的狀態(tài)位。

以選擇4通道為例:CH1、CH2、CH3、CH4的轉(zhuǎn)換結(jié)果依次存放在FIFO中的第1、2,3、4,5、6,7、8個位置,第二輪CH1、CH2、CH3、CH4的轉(zhuǎn)換結(jié)果依次存放在FIFO中的第9、10,11、12,13、14,15、16個位置。。。依此類推(分兩次寫,一次寫16bit)

32路同步的情況,CH1、CH2、…、CH31被同步采樣;各通道之間無相差。數(shù)據(jù)交織存放。具體可參照DEMO軟件。

5、FIFO容量

本卡采用1片SDRAM,容量為4M字,F(xiàn)PGA將SDRAM FIFO化,USB主控芯片內(nèi)含1K字FIFO,所以本板總的FIFO容量為:硬FIFO+軟FIFO = 4M字+1K字(構(gòu)成海量FIFO),上位機一次讀取18432個字節(jié)的數(shù)據(jù)量,該數(shù)據(jù)量能被2、3整除,分配到每個通道上的數(shù)據(jù)是一樣多。

上位機是一次讀取18432個字節(jié),也可以更多或更少,但必須是512的倍數(shù),因為USB端點2數(shù)據(jù)滿512字節(jié)時,才打包提交。同時,為了上位機處理方便,一次讀取的字節(jié)數(shù)最好能被(通道數(shù)×4)整除。

6、批量數(shù)據(jù)的傳輸

USB的主控芯片的端點2我們配置為批量讀方式,端點0配置為控制傳輸,當外部FIFO(SDRAM)不為空且USB端點2的FIFO不滿,USB就自動從外FIFO中讀取一個數(shù)至內(nèi)FIFO中,當端點2數(shù)據(jù)滿512時,就自動打包提交。

外部FIFO(SDRAM)滿標志為高時,代表數(shù)據(jù)有溢出,應(yīng)當停止AD,清空FIFO后,重新開始采樣。否則FIFO中的數(shù)據(jù)存放順序會被打亂。

由于USB主控芯片采用膠鏈接,與16位寬度的SDRAM無縫對接。

審核編輯:符乾江

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