脉冲信号采集系统

数据采集

  电 子 测 量 技 术

  ELECTRONICMEASUREMENTTECHNOLOGY

第29卷第4期

2006年8月 

脉冲信号采集系统3

李炎新 石立华 陈竞 俞阳 赵斌

(解放军理工大学工程兵工程学院南京210007)

摘 要:介绍了用高速采集卡和计算机组成的脉冲信号自动采集系统。产生可靠的触发信号;利用采集卡的中间触发方式实现了脉冲信号的完整捕获;护能力。大量测试结果表明该系统稳定、可靠。关键词:脉冲信号;数据采集;触发

system

Lihua ChenJing YuYang ZhaoBin

(InstitofEngineeringCorps,PLAUniversityofScience&Technology,Nanjing210007)

Abstract:Inthispaper,apulsesignalautomationrecordersystem,whichismadeupwithhighspeedacquisitioncardandcomputerisintroduced.Thedevelopedtriggercircuitcanproduceareliabletriggersignalateitherpolaroftheinputpulsesignal.Inthemiddletriggermodeoftheanaloginputcard,thepulsesignalcanbecompletelycaptured.Thesystemusesopticcouplertoreduceelectromagneticinterferenceandprotectthecard.Alotoftestsshowthatthesystemisstableandreliable.

Keywords:pulsesignal;dataacquisition;trigger

1 系统原理

系统硬件框图如图1所示。系统包括光电隔离电路、

触发电路(如图2所示)、高速数据采集卡和计算机。传感器传来脉冲信号的强度有可能超出高速采集卡的动态范围而将其损坏,光电隔离电路可提供安全隔离,另外还可以抑制共模干扰,提高信噪比。光电隔离电路主要由一个驱动三极管T和一个高速光耦组成。脉冲信号的极性是随机的,而采集卡的触发极性只能设为正极性或负极性触发,需要一个触发电路从任何极性脉冲信号提取固定极性的触发信号。触发电路主要由两个比较器(A和B)、两个或非门(C和D)以及一个带清零端和置位端的D触发器Q组成。当正脉冲信号输入大于比较器A的阈值时,或非门C会输出一个低电平使触发器Q置位,产生触发信号输出;当负脉冲信号输入小于比较器B的阈值时,

或非门C也会输出一个低电平使触发器Q置位,产生触发信号输出。脉冲过后或非门D产生一个清零信号将触发器Q清零。触发信号由采集卡的外触发端输入。数据采集卡采到的脉冲信号由PCI总线以DMA方式传送到计算机。计算机自动存储脉冲信号,并且可以通过网络提供远程服务。

 3基金项目:国家自然科学基金资助项目(50237040,60471013)

图1 脉冲信号采集框图

2 高速采集卡

本系统选用PCI29812高速采集卡。该采集卡有如下

特点[1]:具有直接内存访问(DMA)功能;卡上带32K字的FIFO缓存;4个12位20MHz的独立A/D采样器,能同时高速采集4路双极性信号;5种触发方式,其中中间触发(middletrigger)可实现提前触发捕捉脉冲信号的波前。

PCI29812采集卡能达到的最高采样率与采样的通道数、采集的数据量以及PCI总线带宽有关。当单次触发采集的所有通道数据总量不超过32K的FIFO缓存时,每通道都可以按最高的20MHzA/D采样速度来采样。当数据总量超过32K字的FIFO缓存区时,要以DMA方式直接

・89・

 第29

卷电 子 测 量 技 术

图2 触发电路

当前主流计算机PCI32,时钟为33MHz,因此PCI总线带宽为132MByte/s。由于其他设备占用一部分PCI总线的带宽,因此分配给采集卡的带宽一般不超过100MByte/s。采集卡的采样分辨率虽为12位,但是每个采样点还是占用一个字,因此如果采集卡启用4个通道,数据量大于卡上的缓冲区时,A/D采样率不能超过

12.5MHz。如果只启用2个通道,则可达到最高采样率20MHz。

3 程序设计

脉冲信号自动数据采集系统的软件流程如图3所示。

钟选择、触发电平以及触发后的采样点数。

用AI_ContScanChannels()函数启动A/D采样。该函数还设定采样通道、采样电压范围、采样点数以及采样率等。用AI_AsyncCheck()函数查询采集卡是否采样完毕。在采样过程中,采集卡自动以DMA方式把各通道采到的数据交替写入所申请的DMA内存中。可以用MFC提供的CTime::GetCurrentTime()函数获取计算机的当前时间。以当前时间作为文件名,用CFile类实现自动保存采到的脉冲信号[3]。

采集结束时要AI_AsyncClear()函数停止采集卡,用Release_Card()函数释放采集卡,用Win32函数释放DMA内存空间。

4 结 论

该系统最多可以同时采集4路脉冲信号,在总数据量不超过32KWords时,每路信号采样率可达20MHz;当总数据量超过32KWords,只采2路脉冲信号时,每路信号采样率也可达20MHz,若同时采4路脉冲信号,每路信号采样率可达12.5MHz。大量脉冲模拟信号测试以及雷电脉冲发生器的脉冲电流实测表明,该系统稳定可靠,抗干扰能力强,完全可以实现无人监视下自动采集随机到来的脉冲信号。

参考文献

[1] ADLINKTecknologyInc.NuDAQPCI29812/1020MHz

Simultaneous42CHAnalogInputCardUsers’Guide[Z].2003.[2] DavidJ,Kruglinski.VisualC++技术内幕(4版)

[M].潘爱民,王国印,译.北京:清华大学出版社,1999.

图3 程序流程

[3] 陈建春.VisualC++高级编程技术[M].北京:电子

采集卡初始化程序包括用Register_Card()函数对采集卡注册,用Win32函数获取DMA空间[2],用AI_9812_

Config()函数设置采集的触发方式、触发源、触发极性、时

工业出版社,1999.

・90・

数据采集

  电 子 测 量 技 术

  ELECTRONICMEASUREMENTTECHNOLOGY

第29卷第4期

2006年8月 

脉冲信号采集系统3

李炎新 石立华 陈竞 俞阳 赵斌

(解放军理工大学工程兵工程学院南京210007)

摘 要:介绍了用高速采集卡和计算机组成的脉冲信号自动采集系统。产生可靠的触发信号;利用采集卡的中间触发方式实现了脉冲信号的完整捕获;护能力。大量测试结果表明该系统稳定、可靠。关键词:脉冲信号;数据采集;触发

system

Lihua ChenJing YuYang ZhaoBin

(InstitofEngineeringCorps,PLAUniversityofScience&Technology,Nanjing210007)

Abstract:Inthispaper,apulsesignalautomationrecordersystem,whichismadeupwithhighspeedacquisitioncardandcomputerisintroduced.Thedevelopedtriggercircuitcanproduceareliabletriggersignalateitherpolaroftheinputpulsesignal.Inthemiddletriggermodeoftheanaloginputcard,thepulsesignalcanbecompletelycaptured.Thesystemusesopticcouplertoreduceelectromagneticinterferenceandprotectthecard.Alotoftestsshowthatthesystemisstableandreliable.

Keywords:pulsesignal;dataacquisition;trigger

1 系统原理

系统硬件框图如图1所示。系统包括光电隔离电路、

触发电路(如图2所示)、高速数据采集卡和计算机。传感器传来脉冲信号的强度有可能超出高速采集卡的动态范围而将其损坏,光电隔离电路可提供安全隔离,另外还可以抑制共模干扰,提高信噪比。光电隔离电路主要由一个驱动三极管T和一个高速光耦组成。脉冲信号的极性是随机的,而采集卡的触发极性只能设为正极性或负极性触发,需要一个触发电路从任何极性脉冲信号提取固定极性的触发信号。触发电路主要由两个比较器(A和B)、两个或非门(C和D)以及一个带清零端和置位端的D触发器Q组成。当正脉冲信号输入大于比较器A的阈值时,或非门C会输出一个低电平使触发器Q置位,产生触发信号输出;当负脉冲信号输入小于比较器B的阈值时,

或非门C也会输出一个低电平使触发器Q置位,产生触发信号输出。脉冲过后或非门D产生一个清零信号将触发器Q清零。触发信号由采集卡的外触发端输入。数据采集卡采到的脉冲信号由PCI总线以DMA方式传送到计算机。计算机自动存储脉冲信号,并且可以通过网络提供远程服务。

 3基金项目:国家自然科学基金资助项目(50237040,60471013)

图1 脉冲信号采集框图

2 高速采集卡

本系统选用PCI29812高速采集卡。该采集卡有如下

特点[1]:具有直接内存访问(DMA)功能;卡上带32K字的FIFO缓存;4个12位20MHz的独立A/D采样器,能同时高速采集4路双极性信号;5种触发方式,其中中间触发(middletrigger)可实现提前触发捕捉脉冲信号的波前。

PCI29812采集卡能达到的最高采样率与采样的通道数、采集的数据量以及PCI总线带宽有关。当单次触发采集的所有通道数据总量不超过32K的FIFO缓存时,每通道都可以按最高的20MHzA/D采样速度来采样。当数据总量超过32K字的FIFO缓存区时,要以DMA方式直接

・89・

 第29

卷电 子 测 量 技 术

图2 触发电路

当前主流计算机PCI32,时钟为33MHz,因此PCI总线带宽为132MByte/s。由于其他设备占用一部分PCI总线的带宽,因此分配给采集卡的带宽一般不超过100MByte/s。采集卡的采样分辨率虽为12位,但是每个采样点还是占用一个字,因此如果采集卡启用4个通道,数据量大于卡上的缓冲区时,A/D采样率不能超过

12.5MHz。如果只启用2个通道,则可达到最高采样率20MHz。

3 程序设计

脉冲信号自动数据采集系统的软件流程如图3所示。

钟选择、触发电平以及触发后的采样点数。

用AI_ContScanChannels()函数启动A/D采样。该函数还设定采样通道、采样电压范围、采样点数以及采样率等。用AI_AsyncCheck()函数查询采集卡是否采样完毕。在采样过程中,采集卡自动以DMA方式把各通道采到的数据交替写入所申请的DMA内存中。可以用MFC提供的CTime::GetCurrentTime()函数获取计算机的当前时间。以当前时间作为文件名,用CFile类实现自动保存采到的脉冲信号[3]。

采集结束时要AI_AsyncClear()函数停止采集卡,用Release_Card()函数释放采集卡,用Win32函数释放DMA内存空间。

4 结 论

该系统最多可以同时采集4路脉冲信号,在总数据量不超过32KWords时,每路信号采样率可达20MHz;当总数据量超过32KWords,只采2路脉冲信号时,每路信号采样率也可达20MHz,若同时采4路脉冲信号,每路信号采样率可达12.5MHz。大量脉冲模拟信号测试以及雷电脉冲发生器的脉冲电流实测表明,该系统稳定可靠,抗干扰能力强,完全可以实现无人监视下自动采集随机到来的脉冲信号。

参考文献

[1] ADLINKTecknologyInc.NuDAQPCI29812/1020MHz

Simultaneous42CHAnalogInputCardUsers’Guide[Z].2003.[2] DavidJ,Kruglinski.VisualC++技术内幕(4版)

[M].潘爱民,王国印,译.北京:清华大学出版社,1999.

图3 程序流程

[3] 陈建春.VisualC++高级编程技术[M].北京:电子

采集卡初始化程序包括用Register_Card()函数对采集卡注册,用Win32函数获取DMA空间[2],用AI_9812_

Config()函数设置采集的触发方式、触发源、触发极性、时

工业出版社,1999.

・90・


相关内容

  • 随机脉冲信号采集卡的设计
  • 电源招聘专家 随机脉冲信号采集卡的设计 在雷达.声纳及工业控制领域中的故障监测系统中,往往需要采集雷达.声纳的回波信号或故障检测系 统中的故障信号.由于这些信号是随机出现的,并且这些信号的幅度.脉宽及形状相差较大.有些信号脉宽可能很窄,有的可能较宽,且占空比不均匀.若采用传统 的固定采样速率采集方式 ...

  • 计算机数据采集与处理作业
  • 计算机数据采集与处理 年级 08级机电1班 姓名 刘 子 靖 学号 [1**********]8 教师 吴 晓 明 第一章 3. 简述数据采集系统的基本结构形式,并比较其特点. 答:从硬件方面来说数据采集系统的结构形式主要有两种:一种是计算机数据采集系统,另一种是集散型数据采集系统. 计算机数据采集 ...

  • 利用超声波传感器测液位的方法
  • 自动化与仪器仪表 ZIDONGHUAYUYIQIYIBIAO 2002年第5期(总第103期) 文章编号:1001-9227(2002}05-0051-03 利用超声波传感器测液位的方法 郏东耀 (郑州大学物理工程学院,450052) 摘要:介绍了一种高精度的超声波传感器,利用PICl6C63单片机 ...

  • 基于单片机设计的脉搏测量仪
  • 基于单片机设计的脉搏测量仪 祝汉营(沈阳工业大学,辽宁沈阳110870) 再把采集到的电信号通过放大滤波整形电路,把[摘要]利用光电传感器为信号采集转换原件,把采集的微弱生理脉搏信号转换成电信号, 最后把脉搏次数通过数码管显示出来,而超出范围报警,使电信号转变成符合要求的脉搏脉冲信号,然后经单片机对 ...

  • 示波器实验一
  • 实验题目:泰克TDS1002数字示波器的使用报告 姓 名:冉 杰 文 学 号: 2012213624 一.实验目的 1.了解示波器的基本结构和工作原理,巩固在理论上学习的示波器的知识. 2.熟悉示波器的面板及每个按钮的功能和作用,熟练运用示波器. 3.学会使用数字示波器测量各种电压信号波形,熟练读取 ...

  • 测井深度测量系统
  • 测量与设备 石油测井深度测量系统 冯林 吴超 吴振宇 (大连理工大学创新教育实践中心, 大连116024) 摘 要 介绍石油测井深度测量系统的测量原理.电路分析, 详细分析了系统误差产生的原因及校正方法, 在Visual C ++6. 0集成环境下开发出上位机主控软件, 可对深度.温度等参数进行显示 ...

  • 智能电能表概述
  • 智能电能表概述 一.定义 随着微电子技术的不断发展,集成了CPU .存储器.定时器/计数器.并行和串行接口.看门狗.前置放大器甚至A/D.D/A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片(即单片机) 出现了.以单片机为主体,将计算机技术与测量控制技术结合在一起,又组成了所谓的"智能化测 ...

  • 采空区光纤监控方案
  • 采空区分布式测温安全监测系统 技术方案 北京蔚蓝仕科技有限公司 1.概述 采空区是指地下矿产被采出后留下的空洞区.矿井火灾是煤矿主要灾害之一,其中采空区煤炭自燃发火占很高比例.目前主要是通过监测采空区的标志气体进行分析预警,该手段欠缺实时性和直观性. 采空区分布式测温安全监测系统.该系统利用先进的计 ...

  • 测量风速风向
  • 仪器科学与电气工程学院 本科生科技学术实践"六个一"工程 调研报告 风速风向测量 --"车载微型气象站"大创项目 学生姓名 指导教师学 院 ********* 专 业 ****** 光电编码器测量风速风向 摘要: 由于气象事业已经和人们的民用和工业活动密不可分 ...