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工控机数据采集卡及其应用_耀彩网登录

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工控机数据采集卡及其应用

数据采集卡是指以通用的目标为前提,按一定的总线标准设计,并大量生产的工业标准的板卡。当系统中需要有模拟量输入时,就需要数据采集卡。如电压、电流,或一些物理量如压力、温度、流量、速度等等。下面简要介绍一种数据采集卡的原理,及其在发电机组振动检侧中的应用。PCL-818模板是IBM PC/XT系列微型机的通用I/O模块。它与国内外市场上PC总线标准的模块在电气性能与机械性能上完全兼容,只要擂人标准PC/XT总线柑即可投人使用。

PCL-818模板的模拟量输入信号由板上20芯扁平电缆插头输入,允许16路单端输入或8路双端输入,A/D转换器为12位,转换速率40kHz。此外,此模板还包括一个12位的D/A模拟量输出,16位数字量输入、16位数字量输出,以及一片8254高速计数器。可见PCL-818的功能已经很强,可以完成大部分的基本输入/输出功能。下面就详细介绍此模板的技术性能。

一、PCL-818模块主要技术性能

(一)模拟量输入A/D转换

(1)通道   单端16路双端8路

(2)分辨率  12位

(3)量程  ±0.625,±1.25,±2.5,±5或±1.25,±2.5,±5,±10全部可软件设定

耀彩网登录(4)转换非线性误差  ±1LSB

耀彩网登录(5)A/D转换时间  25μs

耀彩网登录(6)最大允许翰人电压   ±30V

(7)共模抑制比   最大允许共模电压输入时,输出端变化不大于1LSB

耀彩网登录(二)模拟盘输出D/A转换

耀彩网登录(1)通道   1路

耀彩网登录(2)分辨率  12位

(3)范围  0~+5V(+10V),使用板上-5V(-10V)参考电压±10V,使用外部参考电压

耀彩网登录(4)非线性误差  ±1/2LSB

(三)数字盘输入/输出

(1)通道  16路入,16路出

(2)TTL电平兼容

(四)可编程定时器雌十数器

(1)INTEL8254 , 3通道,16位

(2)2通道可编程用于A/D转换节拍控制,1通道用户使用

耀彩网登录(3)TTL/COMS兼容

耀彩网登录(4)最高计数频率10MHz

(五)总线接口

耀彩网登录(1)符合IBM Pc和Pc庆T总线的电气和机械特性,占用一个总线插棺

(2)IRQ2-IRQ7,软件可选,用于A/D完成(EOC)

(3)DMAI、DMA3,跳线选择,用于A/D采集数据传送

(4)需要16个地址,跳线设定首地址

(5)数字t输入/输出为20芯扁平电缆,模拟量输入/输出为37芯D型插座

(六)电源及功耗

(1)电源  +5伏 ±5%,典型210mA,最大500mA

耀彩网登录               +12伏 ±5%,典型20mA,最大100mA

              -15伏 ±5%,典型20mA,最大40mA

(2)使用温度0~+50℃

二、电路组成

如图1.1是PCL-818模板的原理框图。

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                                                 图1.1PCL-818模板原理图

耀彩网登录由于采用了大规模专用芯片AD1801,集成了大部分的逻辑控制电路,所以外围芯片很少,模板结构也相对简单。其中数字量的输入/输轴出、D/A输出都是基本的I/O端口逻辑,可参考前面有关章节,在此不再赞述。A/D转摸部分由于可以以三种方式进行,逻辑结构较为复杂,是此模板的关键部分。

(一)模拟量输人通道的组成

①多路开关,用于选择16路输入信号,因为只用一个采样保持器和A/D转换器,所以必须有多路开关选择输入通道。

耀彩网登录②可编程的模拟放大器,通过软件可设置其放大倍数,这样适用的模拟电压范围广,且各个通道可以使用不同的放大倍数,简化前置电路。

耀彩网登录③此外还包括12位的A/D芯片和采样保持器。

(二)控制逻辑电路

①地址译码,与其它部分共用,用于选择寄存器。

②通道扫描及触发逻辑。此模板允许多个连续的模拟通道以巡回扫描的方式进行转换,此部分电路产生通道信号给多路开关,选择相应的通道。A/D转换的启动可以由软件控制,也可以由硬件或外部触发信号控制。板上有一片8254定时器/计数器(原理同8253),其通道1、通道2申联起来构成一个32位的分频器,用于产生控制A/D转换巡回速率的脉冲。通过修改计数常数,可调整巡回速率的快慢。

耀彩网登录③IRQ、DMA逻辑。当A/D转换完成后,可以通过查询状态寄存器,判断转换是否完成,来读取转换结果;也可以使用完成后自动产生IRQ中断信号,通知CPU读取转换结果;当进行高速巡回转换时,若CPU同时还要进行其它操作,就有可能发生某些转换结果还没有被CPU读走时,下一个结果又来了,造成数据丢失,这时就要用到DMA传送。将转换结果自动送到主机的某一部分内存中,不占用CPU时间。

三、编程

耀彩网登录由于DMA方式要用到主机的8237DMA控制器,中断方式用到主机的8259中断控制器,感兴趣的读者可以参阅有关资料。下面是使用查询方式进行采样时的程序流程:

①设置每一通道的t程。

耀彩网登录②设置播要的输人通道。

③启动A/D转换。

④检查状态寄存器,转换是否完成,若未完成,持续进行检测。

⑤读取转换结果。

四、PCL-818应用举例

耀彩网登录图1.2是一个发电机组模型,采集它的振动信号可以进行实时的故障诊断。在本例中,共需要采集轴瓦1、2的X、Y方向位移,电机的温度,电机的嗓音等6路模拟信号。其中,位移信号用非接触式位移传感器,温度用温度传感器,嗓音用嗓声传感器,各信号经过前置放大以后,调理到-10V~+10V电平,接入A/D采集卡。

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①X1、Y1、X2、Y2接到通道1-4。由于发电机组以50r/s的转速旋转,需要同时采集四个通道,多个周期的波形,进行高速FFT变换。所以,这四个通道使用巡回扫描方式,DMA数据传送。

②T信号和N信号,由于是慢变信号,可以间隔10s以上采样一次。在每次采样时,采样多次的数据再取平均值,可排除噪音信号的干扰。