USB数据采集卡.docx

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USB数据采集卡

USB2009数据采集卡

使用说明书

北京阿尔泰科技发展有限公司

请您务必阅读此说明书，他会使您事半功倍!

目录

第一章

USB简介

第二章

概述

第三章

产品说明

第一节、性能和技术指标

第二节、元件位置图及各种插座管脚定义

第三节、模拟信号的增益设置

第四节、短路套设置

第五节、寄存器数据格式

第六节、模拟信号输入连接方式

第四章

AD数据采集原理

第五章

产品的应用、校准、保修

附录一

板卡及其机箱

第一章USB简介

USB（UNIVERSALSERIERBUS）又称之为通用串行总线，不仅仅简单地将计算机和外设连接在一起，而是使我们进入了一个全新的PC机时代。

USB是您进行数字图象处理的最佳选择，同时她也为数字化设计提供了无限的创造空间，一但您尝试使用了USB，势必爱不释手。

为什么USB越来越受到用户的青睐呢？

第

．USB实现了那些一直梦想快速直接连接外设到PC机的使用者的梦想，添加一个传统外设首先您不得不弄清楚在那些令人迷惑的端口序列中那一个才是您需要的。

其次，在通常情况下，您还不得不提前拆开PC机，安装需要的板卡，并且选择跳线，诸如中断设置等，这些非常的麻烦。

甚至使一些用户惧怕去想添加外设。

USB使添加外设变的十分简单，任何人都可以轻松的做到。

首先，USB用一个标准的插拔端口代替了所有的不同种类的串并口。

使用USB连接PC机和外设，您只须把他们连接在一起！

剩下的事情USB会自动帮您完成。

他就像是给您的PC机添加一个新的功能。

您再也不须拆开您的PC机，也不必担心插入板卡，DIP跳线和中断设置。

第

．USB的即插即用功能，当您需要接入外设时，甚至不必关闭电源重启计算机。

只要插入便可运行！

PC自动检测外围设备并且配置必要的软件。

这种功能可用于想分享外设的商业PC和笔记本PC。

而当您需要移走外设时，只须拔走USB插头即可。

也许您会问“我可以同时接多个外围设备吗？

PC机有足够的USB接口吗？

”USB当然可以同时连接多个外围设备；许多PC机有两个以上的USB端口，而集线器——一种特殊的USB外围设备，可以附属多个USB端口，当您需要使用多于两个外设时，接入一个集线器即可。

第

．USB传输数据的速度非常快，达到12MBIT，而在新发行的USB2．0版本中，其传输速度居然达到480Mbit。

第二章概述

USB2009模板是USB总线兼容的数据采集板，可经USB电缆接入计算机，构成实验室、产品质量检验中心、野外测控、医疗设备等领域的数据采集、波形分析和处理系统，也可构成工业生产过程控制监控系统。

而且它具有体积小，即插即用等特点，因此是便携式系统用户的最佳选择。

板卡功能：

有14Bit分辨率的A/D转换器。

为用户提供了16路单端模拟信号输入、8路双端的模拟输入通道。

A/D转换器输入信号范围为:

USB2009:

±5V，±10V（AD7899-1）。

硬增益范围：

1、2、4、8（N6为PGA203时），1、10、100、10000（N6为PGA202时）。

本卡还为用户提供了四路DA输出功能。

同时还提供了内外时钟和内外触发工作方式。

还有一组计数器供用户使用。

USB2009数据采集板具有二种采样模式：

1、伪同步采集（也称为分组采集）

2、分频采集（也称为连续采集）

本产品为用户提供了机箱（铝合金外壳）小巧、美观、使用方便（310mm（长）×260mm（宽）×60mm（高））。

第三章产品说明

第一节性能和技术指标

一、性能

·模拟电压输入范围：

±5V、±10V（板上A/D转换器为AD7899-1）

0~5V、0~2.5V（板上A/D转换器为AD7899-2）

·A/D转换分辨率：

14Bit，32K字FIFO存储器保证AD数据的完整性。

·16路单端模拟信号输入

·8路双端模拟信号输入

·16路开关量输入

·16路开关量输出

·硬增益范围：

1、2、4、8（N6为PGA203）

1、10、100、10000（N6为PGA202）

·4路模拟信号输出

·模拟电压输出范围：

±5V，±10V,0～10V，0～5V

·可以选择内外时钟信号

·可以选择内外触发信号

·一组计数器供用户使用

二、应用范围

·野外测控

·信号采集

·医疗设备

三、技术指标

USB总线，支持USB2.0Full-Speed协议，真正实现即插即用

CPLD接口芯片设计，具有极高的保密性，特别适合OEM合作。

1、模拟信号输入部分

·模拟通道输入数：

16路单端/8路双端模拟信号输入

支持通道扫描及伪同时采样（同步采保）扫描模式。

（注：

伪同步模式：

既模拟同步采样模式，采样被定时器或外部时钟启动后，USB2009以400KHz的最大速度对用户设置的一组

通道采样，结束后等待下一次启动，如此循环采样）

·模拟输入电压范围：

±5V、±10V（板上A/D转换器为AD7899-1）

0~5V、0~2.5V（板上A/D转换器为AD7899-2）

·模拟输入阻抗：

100MΩ

·模拟输入共模电压范围：

>±2V

·程控放大器增益范围：

1、2、4、8（PGA203）

或1、10、100、1000倍（PGA202）

·放大器建立时间：

2uS

2、A/D转换电路部分

·A/D分辨率：

14Bit（16384）

·非线性误差：

±1LSB（最大）

·转换时间：

2.5μS

·系统测量精度（满量程）：

0.1%

·采样速率：

400K

·转换时间：

2.5us

·系统测量精度（满量程）：

0.05%

4、DA输出部分

·输出通道数：

4路

·模拟输出电压范围：

0～5V、±5V、0～10V、±10V

·D/A分辨率：

12Bit（4096）

·非线性误差：

±1LIB（最大）

·D/A输出精度（满量程）：

±1LIB

·建立时间：

10μS（0.01%精度）

·输出阻抗：

0.2Ω

注：

以上技术指标未注明者均为典型值。

5、开关量输入输出部分

·16路数字量输入、16路数字量输出经过20脚扁平电缆插座XS2、XS3引出。

·数字端口满足标准TTL电气特性：

输入TTL电平，吸入电流小于0.5毫安。

输出TTL电平，最大下拉电流20mA,上拉电流2.6毫安。

·数字量输入高电平（即“1”）的最低电压：

2V

数字量输入低电平（即“0”）的最高电压：

0.8V

·数字量输出高电平（即“1”）的最低电压：

3.4V

数字量输出低电平（即“0”）的最高电压：

0.5V

第二节元件位置图及各种插座管脚定义

一、主要元件位置图（模拟输入和输出量程均为±5V）

USB2009板的单端模拟输入主要跳线位置图（出厂标准设置）

RP1：

D/A输出电压零点调整电位器

RP2：

D/A0输出电压满度调整电位器

RP3：

D/A1输出电压满度调整电位器

RP4：

D/A2输出电压满度调整电位器

RP5：

D/A3输出电压满度调整电位器

RP6：

程控仪表放大器零点调整电位器

RP7：

程控仪表放大器满度调整电位器

XF1：

模拟电压输入量程选择

XF4、XF5：

模拟电压输入（AD转换部分）单端、双端选择

XF3、XF6：

模拟信号输出（DA转换部分）单端、双端选择

XF9：

模拟信号输出通道DA0量程选择

XF7：

模拟信号输出通道DA1量程选择

XF10：

模拟信号输出通道DA2量程选择

XF8：

模拟信号输出通道DA3量程选择

XF11：

内外时钟选择

XS1:

模拟信号输入连接插座

XS2：

开关量输入插座

XS3：

开关量输出插座

第一个POWERLED:

　USB2009卡电源指示灯，USB2009与计算机通过USB带缆连接后，此指示灯应亮

第二个POWERLED：

与POWERLED并联联接，当将USB2009放置于机箱内时，可将其电源指示灯移到机箱上

第一个OVERFLOWLED：

当USB2009卡上FIFO存储器“全满”指示灯亮时，说明USB2009卡的A/D数据已经溢出

第二个OVERFLOWLED：

与第一个并联联结，通过它可以将FIFO存储器“全满”指示灯移到上

二、关于模拟输入引脚37芯插头XS1的管脚定义

1、.图象说明

2、表格说明

管脚号

名称

管脚功能

特性

管脚号

名称

管脚功能

特性

19

DGND

数字地

IN/OUT

37

TR

外触发信号输入

IN

18

EX_CLK

外部时钟输入

IN

36

DGND

数字地

IN/OUT

17

DGND

数字地

IN/OUT

35

CH0

模拟信号输入通道0

IN

16

CH1

模拟信号输入通道1

IN

34

CH2

模拟信号输入通道2

IN

15

CH3

模拟信号输入通道3

IN

33

CH4

模拟信号输入通道4

IN

14

CH5

模拟信号输入通道5

IN

32

CH6

模拟信号输入通道6

IN

13

CH7

模拟信号输入通道19

IN

31

CH8

模拟信号输入通道18

IN

12

CH9

模拟信号输入通道7

IN

30

CH10

模拟信号输入通道8

IN

11

CH11

模拟信号输入通道9

IN

29

CH12

模拟信号输入通道10

IN

10

CH13

模拟信号输入通道11

IN

28

CH12

模拟信号输入通道12

IN

9

CH15

模拟信号输入通道13

IN

27

AGND

模拟地

IN/OUT

8

AGND

模拟地

IN/OUT

26

AGND

模拟地

IN/OUT

7

DA3

模拟信号输出通道3

OUT

25

AGND

模拟地

IN/OUT

6

AGND

模拟地

IN/OUT

24

AGND

模拟地

IN/OUT

5

DA2

模拟信号输出通道2

OUT

23

AGND

模拟地

IN/OUT

4

AGND

模拟地

IN/OUT

22

AGND

模拟地

IN/OUT

3

DA1

模拟信号输出通道1

OUT

21

AGND

模拟地

IN/OUT

2

AGND

模拟地

IN/OUT

20

AGND

模拟地

IN/OUT

1

DA0

模拟信号输出通道0

OUT

DA0～DA3：

DA输出通道号

CH0～CH15：

AD输入通道号（单端方式时）

CH0～CH7：

双端模拟信号输入正端（双端方式时）

CH8～CH15：

双端模拟信号输入负端（双端方式时）

在调用InitDeviceAD初始化AD过程中，若用户置硬件参数ADPara.GroundingMode为USB2009_SE_MODE常量时为单端方式，此时所有通道均可被采样，若置硬件参数ADPara.GroundingMode为USB2009_DI_MODE常量时为双端方式，此时，各通道的对应关系如下：

正端CH0+n与负端CH8+n构成双端输入，n为0-8的自然数，即为双端通道号。

如n为0时，则表示为双端通道0由正端CH0（即0+0）与负端CH8（即8+0）构成；

如n为1时，则表示为双端通道1由正端CH1（即0+1）与负端CH9（即8+1）构成；

以次类推。

EX_CLK：

外部输入时钟信号（由软件和硬件设置相一致时有效）

硬件上：

通过XF3跳线设置完成。

软件上：

当选择内时钟（即ADPara.ClockSource=USB2009_IN_CLOCK）时此信号无效

当选择外时钟时（即ADPara.ClockSource=USB2009_IN_CLOCK）时此信号有效。

此时，AD采样时钟由EX_CLK信号提供，且ADPara.Frequency参数自动失效。

内外时钟选择实现函数:

InitDeviceAD

详情请参考软件说明书中USB2009_PARA_AD

TR：

外部触发信号（由软件设置即可）

当选择内触发（即ADPara.TriggerSource=USB2009_IN_TRIGGER）时此信号无效

当选择外触发时（即ADPara.TriggerSource=USB2009_OUT_TRIGGER）时此信号有效。

此时，只有当TR管脚上有一上升沿跳变时，AD才会被启动，否则AD读取函数ReadDeviceAD自动等待直到触发信号到来。

内外触发选择实现函数:

InitDeviceAD

详情请参考软件说明书中USB2009_PARA_AD

AGND：

模拟地

DGND：

数字地

三、于20芯插头XS2开关量输入的管脚定义　　

管脚号

管脚名称

管脚定义

电气特性

管脚号

管脚名称

管脚定义

电气特性

1

DI0

数字量输入通道0

IN

2

DI1

数字量输入通道1

IN

3

DI2

数字量输入通道2

IN

4

DI3

数字量输入通道3

IN

5

DI4

数字量输入通道4

IN

6

DI5

数字量输入通道5

IN

7

DI6

数字量输入通道6

IN

8

DI7

数字量输入通道7

IN

9

DI8

数字量输入通道8

IN

10

DI9

数字量输入通道9

IN

11

DI10

数字量输入通道10

IN

12

DI11

数字量输入通道11

IN

13

DI12

数字量输入通道12

IN

14

DI13

数字量输入通道13

IN

15

DI14

数字量输入通道14

IN

16

DI15

数字量输入通道15

IN

17

DGND

数字地

IN/OUT

18

DGND

数字地

IN/OUT

19

DGND

数字地

IN/OUT

20

DGND

数字地

IN/OUT

DI0～DI15：

为开关量输入

DGND：

数字地

四、关于20芯插头XS3开关量输出的管脚定义

管脚号

管脚名称

管脚定义

电气特性

管脚号

管脚名称

管脚定义

电气特性

1

DO0

数字量输出通道0

IN

2

DO1

数字量输出通道1

IN

3

DO2

数字量输出通道2

IN

4

DO3

数字量输出通道3

IN

5

DO4

数字量输出通道4

IN

6

DO5

数字量输出通道5

IN

7

DO6

数字量输出通道6

IN

8

DO7

数字量输出通道7

IN

9

DO8

数字量输出通道8

IN

10

DO9

数字量输出通道9

IN

11

D010

数字量输出通道10

IN

12

DO11

数字量输出通道11

IN

13

D012

数字量输出通道12

IN

14

DO13

数字量输出通道13

IN

15

DO14

数字量输出通道14

IN

16

DO15

数字量输出通道15

IN

17

DGND

数字地

IN/OUT

18

DGND

数字地

IN/OUT

19

DGND

数字地

IN/OUT

20

DGND

数字地

IN/OUT

DO0～DO15：

为开关量输出

DGND：

数字地

五、关于4芯插头XS5计数器管脚定义

管脚号

管脚定义

1

CLK

2

OUT

3

GATE

4

DGND

CLK、OUT、GATE：

分别为8254定时/计数器的供用户使用的一组管脚

DGND：

数字地

注：

关于8254的编程资料见《定时计数器8253_4》文档。

第三节模拟信号的增益设置

USB2005A/D卡通过软件来选择AD前端放大器的倍数,N2为PGA203硬件增益：

1、2、4、8倍;

N2为PGA203硬件增益:

1、10、100、10000倍。

第四节短路套设置

本产品出厂设置为：

A/D：

双极性输入，±5V量程

D/A：

双极性输出，±5V量程

也可以根据用户要求设置各种配置。

一、模拟信号输入部分（A/D）跳线设置

1、单端、双端跳线设置

本卡模拟信号输入的单、双端选择是由软硬件共同完成的。

在调用InitDeviceAD初始化AD过程中，若用户置硬件参数ADPara.GroundingMode为USB2009_SE_MODE常量时为单端方式，此时所有通道均可被采样，若置硬件参数ADPara.GroundingMode为USB2009_DI_MODE常量时为双端方式

1单端输入方式：

　XF5

XF4

双端输入方式：

　XF5

XF4

2、模拟信号输入量程选择

跳线量程

±10V

±5V

XF1

二、模拟信号输出部分（D/A）跳线设置

输出范围

XF3

XF6

XF9（DA0）

XF7（DA1）

XF10（DA2）

XF8（DA3）

0～5V

0～10V

-5V～5V

-10～10V

三、内外时钟跳线设置

外时钟方式：

　XF11

内时钟方式：

　XF11

第五节寄存器数据格式

1、A/D转换结果寄存器各位定义如下：

D15

D14

D13

D12

D11

D10

D9

D8

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

IN1

IN0

AD13

AD12

AD11

AD10

AD9

AD8

AD7

AD6

AD5

AD4

AD3

AD2

AD1

AD0

AD0～AD13：

为A/D转换结果的14位数据，它的具体定义如下表。

IN0、IN1：

两个数据位已分别通过XS2接线座的11脚和12脚引出，可接外部TTL电平信号。

通过对此两位的合理利用，可以实现在AD采样过程中，跟踪某些特定的或随机的外部信号，如触发点信号，转速脉冲信号，频率脉冲信号等。

注意：

外接信号必须符合TTL电平标准，如果不用时，请最好接本设备地线。

USB2009板为双极性模拟输入（USB2009）时的结果数据格式如下表所示：

输入

AD原始码（二进制）

AD原始码（十六进制）

求补后的码（十进制）

正满度

01111111111111

1FFF

16383

正满度－1LSB

01111111111110

1FFE

16382

中间值+1LSB

00000000000001

0001

8193

中间值（零点）

00000000000000

0000

8192

中间值－1LSB

11111111111111

3FFF

8191

负满度+1LSB

10000000000001

2001

1

负满度

10000000000000

2000

0

USB2009板为单极性模拟输入（USB2009A）时的结果数据格式如下表所示：

输入

AD原始码（二进制）

AD原始码（十六进制）

求补后的码（十进制）

正满度

01111111111111

1FFF

16383

正满度－1LSB

01111111111110

1FFE

16382

中间值+1LSB

00000000000001

0001

8193

中间值

00000000000000

0000

8192

中间值－1LSB

11111111111111

3FFF

8191

零点+1LSB

10000000000001

2001

1

零点

10000000000000

2000

0

2、D/A转换结果寄存器各位定义如下

D/A转换数据寄存器

数据位

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

数字信号

DA7

DA6

DA5

DA4

DA3

DA2

DA1

DA0

数据位

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

数字信号

NC

NC

NC

NC

DA11

DA10

DA9

DA8

DA11—DA0为需要进行D/A转换的12位数据。

NC：

不用。

USB2009板为双极性电压输出时数据格式如下表所示：

输入

D/A结果编码（二进制）

D/A结果编码（十六进制）

D/A结果编码（十进制）

正满度

111111111111

FFF

4096

正满度－1LSB

111111111110

FFE

4095

中间值+1LSB

111000000001

801

2049

中间值（零点）

100000000000

800

2048

中间值－1LSB

011111111111

7FF

2047

负满度+1LSB

000000000001

001

1

负满度

000000000000

000

0

USB2009板为单极性电压输出时的数据格式如下表所示：

输入

D/A结果编码（二进制）

D/A结果编码（十六进制）

D/A结果编码（十进制）

正满度

111111111111

FFF

4096

正满度－1LSB

111111111110

FFE

4095

零点+1LSB

100000000001

801

2049

零点

000000000000

000

0

第六节模拟信号输入连接方式

模拟输入信号的连接方式

1、单端输入方式：

USB2009板均可按下图连接成模拟电压单端输入方式，16路模拟输入信号连接到CH0～CH15端，其公共地连接到AGND端。

图为单端输入方式，主要应用在噪声干扰不高的场合

2、双端输入方式：

USB2009板可按下图连接成模拟电压双端输入方式，可以有效抑制共模干扰信号，提高采集精度。

8路模拟输入信号正端接到CH0～CH7端，其模拟输入信号负端接到CH8～CH15端，并在距离XS1插座近处，在负端与AGND端各接一只几十KΩ至几百KΩ的电阻（当现场信号源内阻小于100Ω时，该电阻应为现场信号源内阻的1000倍；当现场信号源内阻大于100Ω时，该电阻应为现场信号源内阻的2000倍），为仪表放大器输入电路提供偏置。

图为双端输入方式，主要应用在噪声干扰高的场合

第四章AD数据采集原理

USB2009AD卡自带时钟和定时器，在设定首、末通道号后，模拟量从37芯D型接口输入后，经过8选一开关选择通道进入放大器，由放大器输出到A/D转换器，开始数据转换