多通道同步采集卡的性能特點(diǎn)及工作原理的說明

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(dá)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(hào)及觸發(fā)信號(hào)通過板上的SCSI68端子輸入。

USB-2432模擬量輸入信號(hào)采用差分輸入方式進(jìn)入ADC轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)在大容量存儲(chǔ)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(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA設(shè)計(jì)，提高可靠性。

出廠時(shí)提供XP/WIN7/WIN10下驅(qū)動(dòng)程序和動(dòng)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(jì)算機(jī)的USB口相連，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)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(chǎng)合為：

? 電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)

?醫(yī)學(xué)檢測(cè)

?高精度信號(hào)同步采集

?IO控制

性能特點(diǎn)

?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(shí)鐘：內(nèi)時(shí)鐘、外時(shí)鐘（可選擇同步時(shí)鐘/觸發(fā)時(shí)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(chǔ)器（4M字），支持連續(xù)采集，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控；

?板卡ID識(shí)別（0～15），支持多卡操作；

?提供WIN7/WIN10/XP下驅(qū)動(dòng)程序及動(dòng)態(tài)連接庫；

?尺寸大?。ú缓鈿ぃ?2(W) × 140(L) (mm)；

工作原理

1、邏輯框圖

2、工作原理簡(jiǎn)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(chǔ)等功能組成。

地址譯碼：由現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)態(tài)連接庫即可。

AD轉(zhuǎn)換：外部模擬信號(hào)由SCSI68接頭接入，經(jīng)過前級(jí)運(yùn)放，進(jìn)入ADC，AD控制時(shí)序由FPGA完成。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果存儲(chǔ)在SDRAM中。讀、寫數(shù)據(jù)的時(shí)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(dòng)AD，便可進(jìn)行連續(xù)不間斷采樣，每一通道都能達(dá)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(hào)，用戶配置采樣頻率和同步通道后，啟動(dòng)AD，AD并不馬上開始工作，而是等待外觸發(fā)信號(hào)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(hào)（模擬觸發(fā)）或TTL電平信號(hào)（數(shù)字觸發(fā)），模擬信號(hào)幅值在0V -- +5V之間，信號(hào)越平滑越好，如下圖示；

外觸發(fā)默認(rèn)為輸入模式，輸入外觸發(fā)信號(hào)。多卡時(shí)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(hào)。

3.3、外時(shí)鐘

外時(shí)鐘模式可選擇外觸發(fā)時(shí)鐘模式或者多卡同步時(shí)鐘使用。外觸發(fā)時(shí)鐘模式：采樣頻率由該時(shí)鐘確定，每個(gè)CLK上升沿采集一個(gè)點(diǎn)；同步時(shí)鐘：用于ADC工作時(shí)鐘，需提供特定的時(shí)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(hào)（CH0～CH31）通過AD轉(zhuǎn)換以后，結(jié)果存放在FIFO中。以四通道同時(shí)工作為例，其他依此類推。軟件可任意勾選幾個(gè)通道同時(shí)工作。一個(gè)通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果占用4個(gè)字節(jié)，其中數(shù)據(jù)占3個(gè)字節(jié)，1個(gè)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(gè)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(gè)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(jī)一次讀取18432個(gè)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(gè)通道上的數(shù)據(jù)是一樣多。

上位機(jī)是一次讀取18432個(gè)字節(jié)，也可以更多或更少，但必須是512的倍數(shù)，因?yàn)閁SB端點(diǎn)2數(shù)據(jù)滿512字節(jié)時(shí)，才打包提交。同時(shí)，為了上位機(jī)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(diǎn)2我們配置為批量讀方式，端點(diǎn)0配置為控制傳輸，當(dāng)外部FIFO（SDRAM）不為空且USB端點(diǎn)2的FIFO不滿，USB就自動(dòng)從外FIFO中讀取一個(gè)數(shù)至內(nèi)FIFO中，當(dāng)端點(diǎn)2數(shù)據(jù)滿512時(shí)，就自動(dòng)打包提交。

外部FIFO（SDRAM）滿標(biāo)志為高時(shí)，代表數(shù)據(jù)有溢出，應(yīng)當(dāng)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(huì)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(duì)接。

審核編輯：符乾江