数据采集卡及基于板卡的测控系统

数据采集卡概述

数据采集卡的产生为了满足IBM-PC 机及其兼容机用于数据采集与控制 为了满足 IBM-PC机及其兼容机用于数据采集与控制 IBM 的需要， 的需要，国内外许多厂商生产了各种各样的数据采集板 I/O板卡 板卡) 这类板卡均参照IBM PC机的总线技 IBM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 IBM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， I/O扩展槽中 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 个数据采集与处理系统， 间和投资，又可以充分利用IBM PC机的软硬件资源 IBM- 机的软硬件资源， 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。 进行研究、进行系统设计以及程序的编制等。

数据采集卡的种类基于PC总线的板卡种类很多， 基于 总线的板卡种类很多，其分类方法也有很多 总线的板卡种类很多 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 卡 、模拟量输出板卡(D/A卡)、开关量输入板卡、开 卡 、开关量输入板卡、 关量输出板卡、脉冲量输入板卡、多功能板卡等。 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 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。 模拟量输入和数字量输入 输出集成在同一张卡上。根据 输出集成在同一张卡上 总线的不同，可分为 板卡和ISA板卡。 板卡。 总线的不同，可分为PCI板卡和 板卡和 板卡

还有其它一些专用I/O板卡，如智能接口卡、 还有其它一些专用 板卡，如智能接口卡、虚拟存储板 板卡 电子盘)、信号调理板、专用(接线)端子板等， )、信号调理板 (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 板卡与IPC配合使用，使系统的构成 配合使用， 类齐全、性能良好的 板卡与 配合使用 十分容易。 十分容易。

PCI-5121智能 智能CAN接口卡 智能 接口卡

常用的数据采集卡1.模拟量输入卡(A/D卡) .模拟量输入卡( 卡在工业测控系统中，输入信号往往是模拟量，这就需要一个装置把 模拟量转换成数字量，各种A/D芯片就是用来完成此类转换的。在实际 的计算机测控系统中，不是以A/D芯片为基本单元，而是制成商品化的 A/D板卡

。 模拟量输入板卡根据使用的A/D转换芯片和总线结构不同，性能有很 大的区别。板卡通常有单端输入、差分输人以及两种方式组合输入三种。 板卡内部通常设置一定的采样缓冲器，对采样数据进行缓冲处理，缓冲 器的大小也是板卡的性能指标之一。在抗干扰方面，A/D板卡通常采取 光电隔离技术，实现信号的隔离。板卡模拟信号采集的精度和速度指标 通常由板卡所采用的A/D转换芯片决定。

例如，下图所示为研华PCI-1713模拟量输入卡。该板卡具有32 路单端或 16 路差分模拟量输入，或组合输入方式，12位A/D转换分辨率，A/D转换器 的采样速率可达100 kHz,每个输入通道的增益可编程，卡上有4K采样FIFO 缓冲器，2500VDC 隔离保护，支持软件、内部定时器触发或外部触发。

2.模拟量输出卡(D/A卡) .模拟量输出卡( 卡计算机内部处理采用的是数字量， 计算机内部处理采用的是数字量 ， 而执行 机构采用的是模拟量。 计算机通过D/A D/A板卡将 机构采用的是模拟量 。 计算机通过 D/A 板卡将 数字量转化为模拟量，从而通过控制执行机构 数字量转化为模拟量， 的动作去控制生产工艺过程。 的动作去控制生产工艺过程。 D/A转换板卡同样依据其采用的 转换板卡同样依据其采用的D/A转换芯 转换板卡同样依据其采用的 转换芯 片的不同，转换性能指标有很大的差别。 片的不同，转换性能指标有很大的差别。

例如，下图所示为研华PCI-1720U模拟量输出卡。该板卡 具有四路12 位D/A 输出通道，多种输出范围。由于能够在 输出和PCI总线之间提供2500VDC的隔离保护，PCI-1720 非常适合需要高电压保护的工业场合。

3.数字量输入/输出卡(I/O卡) .数字量输入 输出卡 输出卡( 卡

计算机测控系统通过数字量输入板卡采集工 业生产过程的离散输入信号， 业生产过程的离散输入信号，并通过数字量 输出板卡对生产过程或控制设备进行开关式 控制(二位式控制)。 控制(二位式控制)。 将数字量输入和数字量输出功能集成在一块 板卡上，就称为数字量输入 输出板卡 输出板卡， 板卡上，就称为数字量输入/输出板卡，简称 I/O板卡。 板卡。 板卡

例如，下图所示为研华PCI-1730数字量输入/输出卡，它 提供了16路数字量输入和16路数字量输出，高输出驱动 能力和中断能力，具有2500VDC高电压隔离I/O通道。

4.脉冲量输入/输出板卡 .脉冲量输入 输出板卡工业控制现场有许多高速的脉冲信号，如旋转编码器、 流量检测信号等，这些都要用脉冲量输入板卡或一些专 用测量模块进行测量。脉冲量输入/输出板卡可以实现 脉冲数字量的输出和采集，并可以通过跳线器选择

计数、 定时、测频等不同工作方式，计算机可以通过该板卡方 便地读取脉冲计数值，也可测量脉冲的频率或产生一定 频率的脉冲。考虑到现场强电的干扰，该类型板卡多采 用光电隔离技术，使计算机与现场信号之间全部隔离， 来提高板卡测量的抗干扰能力。

例如，下图所示的研华PCI-1780U计数器/定时器卡，是基于 PCI总线设计的接口卡。该卡使用了AM9513芯片，能够通过 CPLD实现计数器/定时器功能。此外，该卡还提供8个16位计 数器通道，并具有8通道可编程时钟资源，8路TTL数字量输出 /8路TTL数字量输入，最高输入频率达20MHz,有多种时钟可 以选择，可编程计数器输出，同时有计数器门选通功能。

远程I/O模块 远程 模块

远 程 I/O模 块 又称 为 牛 顿 模块，为近年来比较流行 的 一种 I/O 方 式 ， 它 安 装 在工业现场，就地完成 A/D 、 D/A 转 换 、 I/O 操 作 及脉冲量的计数、累计等 操作。 远程I/O以通讯方式和计 算机交换信息，通讯接口 一般采用RS-485总线，通 讯协议与模块的生产厂家 有关，但都是采用面向字 符的通讯协议。