PCI数据采集卡.docx
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PCI数据采集卡
PCI2013数据采集卡
使用说明书
北京迪阳科技有限责任公司
目录
第一章概述
1、介绍
2、应用
3、性能和技术指标
4、软件支持
第二章主要元件位置图、信号输出插座和开关跳线选择定义
1、主要元件布局图
2、短路套设置
3、信号输入输出插座定义
4、模拟信号输入连接方式及应注意的问题
第三章寄存器结构及功能
1、AD控制模块的设计
2、D/A控制模块的设计
3、开关量控制模块的设计
第四章PCI2013A/D、D/A卡的应用、校准、保修
第五章编程实例、函数接口及模块调用（见软件说明书相应部分）
附录：
PCI2601端子板使用说明
第一章概述
信息社会的发展，在很大程度上取决于信息与信号处理技术的先进性。
数字信号处理技术的出现改变了信息与信号处理技术的整个面貌，而数据采集作为数字信号处理的必不可少的前期工作在整个数字系统中起到关键性、乃至决定性的作用，其应用已经深入到信号处理的各个领域中。
实时信号处理、数字图像处理等领域对高速度、高精度数据采集卡的需求越来越大。
ISA总线由于其传输速度的限制而逐渐被淘汰。
我公司推出的PCI2013数据采集卡综合了国内外众多同类产品的优点，以其使用的便捷、稳定的性能、极高的性价比，获得多家试用客户的一致好评，是一款真正具有可比性的产品，也是您理想的选择。
一、介绍
PCI2013卡是一种基于PCI总线的数据采集卡，可直接插在IBM-PC/AT或与之兼容的计算机内的任一PCI插槽中，构成实验室、产品质量检测中心等各种领域的数据采集、波形分析和处理系统。
也可构成工业生产过程监控系统。
PCI2013板上装有12Bit分辨率的A/D转换器和12位D/A转换器。
为用户提供了16双/8单的模拟输入通道和2路模拟输出通道。
输入信号幅度可以经硬件增益仪表放大器调到合适的范围，保证最佳转换精度,A/D和D/A转换器信号范围:
±5V、±10V、0~10V。
◆32位PCI总线，支持PCI2.2协议，真正实现即插即用
◆FPGA接口芯片设计，具有极高的保密性，特别适合OEM合作
◆100KHz12位A/D转换器，通过率为100K;12位D/A转换器,建立时间10us
◆16通道单端模拟输入或8路双端模拟输入
◆支持软件查询方式、中断方式，两种方式的传输率均可达到100K
◆8K字（点）深度的FIFO存储器保证数据的完整性
◆16路开关量输入，16路开关量输出
◆支持超前、滞后、定时、外部、阈值电平触发等多种触发方式，支持内外时钟
◆任意切换通道，硬件增益1~1000
完备的函数模块使您可以方便的编写自己的应用程序，而不需要对硬件有
所了解，真正做到了即插即用
二、应用
■电子产品质量检测
■信号采集
■过程控制
■伺服控制
三、性能及技术指标
3.1、PCI局部总线性能
▼PCI总线宽度32位，同步工作频率可达到33MHz，最高传输速率为132MB/S
▼使用方便，能够实现自动配置，实现设备的即插即用
▼可靠性高,标准中考虑了负载容限，即使扩展卡超过了负载的最大值，系统也能正常工作
▼PCI提供的数据和地址奇偶校验功能，保证了数据的完整性和准确性
3.2、模拟信号输入部分
★模拟通道输入数:
16路单端或8路双端输入
★模拟输入电压范围：
±5V、±10V、0~10V。
★模拟输入阻抗:
100MΩ
★模拟输入共模电压范围：
>±2V
★硬件增益1~1000
★放大器建立时间：
10us
★放大器增益误差性：
0.05%
3.3、A/D转换电路部分
A/D分辨率：
12Bit（4096）
非线性误差：
±1LSB（最大）
转换时间：
10us
系统测量精度：
0.1%
3.4、D/A转换电路部分
输出通道数：
2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
3.5、开关量输入输出部分
16路数字量输入、16路数字量输出分别经过两个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。
数字量输入最低的高电平：
2V
数字量输入最高的低电平：
0.8V
数字量输出最低的高电平：
3.4V
数字量输入最高的低电平：
0.5V
3.6、计数器及A/D采样率
定时、计数器：
由QL5030PCI接口芯片完成
A/D采样通过率：
100KHz
3.7、FIFO存储器（AD的缓存）
深度：
8KWords
宽度：
12Bits
标志：
满、空、半满
3.8、外形尺寸
173mm*118mm
四、软件支持
提供Windows9x/2000/XP下的多种语言的驱动，具有采集、显示、存盘、数据回放等功能，详见本公司的软件说明书。
第二章元件位置图、信号输出插座和开关跳线选择定义
一、主要元件布局图
XS1：
模拟量信号输入引线插座
XS2：
开关量输入信号引线插座
XS3：
开关量输出信号引线插座
RP1：
A/D电路单极性零点调整电位器
RP2：
A/D电路双极性零点调整电位器
RP3：
A/D电路满度调整电位器
RP4：
D/A1输出电压满度调整电位器
RP5：
D/A0输出电压满度调整电位器
RP6:
D/A输出电压零点调整电位器
XF1、XF2、XF3：
模拟电压输入单端、双端选择
XF4：
模拟电压输入量程选择
XF7、XF8、XF9、XF10：
D/A输出极性选择
XF5、XF6：
D/A输出量程选择
XF11：
时钟源接线管脚（1=OUTCLK，2=GND，3=INCLK）
二、短路套设置
2.1模拟信号输入方式选择
单端输入方式：
双端输入方式：
2．2D/A模拟信号输出范围选择
在PCI2013板上，D/A模拟输出范围可选择单极性0～5V、0～10V输出，或选择双极性±5V、±10V输出，通过跳线XF6、XF7、XF8、XF9可进行选择，跳线设置可按表2.3进行选择。
其中XF6、XF9选择DA0、DA1是单极性0～5V、0～10V输出或双极性±5V、
±10V输出；XF8选择DA0的模拟信号输出量程，XF7选择DA1的模拟信号输出量程。
表2.3D/A模拟信号输出范围选择
三、信号输入输出插座定义
3.1关于37芯D型插头XS1的管脚定义（模拟输入信号）
管脚号
管脚定义
管脚号
管脚定义
1
DGND
20
DGND
2
DGND
21
DTR
3
ATR
22
VCC
4
VCC
23
DGND
5
AGND
24
-15V
6
-15V
25
AGND
7
+15V
26
+15V
8
AGND
27
DA1
9
AGND
28
DA0
10
AGND
29
AGND
11
AGND
30
CH15（IN7-）
12
CH14（IN06-）
31
CH13（IN05-）
13
CH12（IN04-）
32
CH11（IN03-）
14
CH10（IN02-）
33
CH9（IN01-）
15
CH8（IN00-）
34
CH7（IN07+）
16
CH6（IN06+）
35
CH5（IN05+）
17
CH4（IN04+）
36
CH3（IN03+）
18
CH2（IN02+）
37
CH1（IN01+）
19
CH0（IN00+）
CH00～CH15：
PCI2013A/D卡输入通道号
IN00+～IN07+：
双端模拟信号输入正端
IN00-～IN00-：
双端模拟信号输入负端
DA0：
模拟信号输出端
DA1：
模拟信号输出端
·DGND：
数字地
·+5V：
PCI2013板+5V电源
·+15V：
PCI2013板+15V电源
·-15V：
PCI2013板-15V电源
DTR：
外部数字触发信号，当DTR有一由低至高的变化（当选择上升沿）时，PCI2013A/D卡将按预先设定的采集通道总数进行采集，直至采集结束。
或者当DTR有一由高低至低的变化（当选择上降沿）时，PCI2013A/D卡将按预先设定的采集通道总数进行采集，直至采集结束。
程序举例见软件说明书相应部分。
ATR:
外部模拟触发信号，当ATR管脚上所加电压大于DA0设定的值时，AD按预先设定的参数开始采集，直至采集结束。
AGND：
模拟地
DGND：
数字地
3.2关于20芯插头XS2的管脚定义（TTL开关量输入）
管脚号
管脚定义
管脚号
管脚定义
1
DGND
2
DGND
3
DI8
4
DI9
5
DI10
6
DI11
7
DI12
8
DI13
9
DI14
10
DI15
11
DGND
12
DGND
13
DI0
14
DI1
15
DI2
16
DI3
17
DI4
18
DI5
19
DI6
20
DI7
3.3关于20芯插头XS3的管脚定义（TTL开关量输出）
管脚号
管脚定义
管脚号
管脚定义
1
DGND
2
DGND
3
DO8
4
DO9
5
D10
6
DO11
7
DO12
8
DO13
9
DO14
10
DO15
11
DGND
12
DGND
13
DO0
14
DO1
15
DO2
16
DO3
17
DO4
18
DO5
19
DO6
20
DO7
四、模拟输入信号的连接方式
4．1单端输入方式：
PCI2013板均可按图4.1连接成模拟电压单端输入方式，32路模拟输
入信号连接到CH0～CH31端，其公共地连接到AGND端。
4．2双端输入方式
在双端输入方式下，其所有AD通道的分配情况如下表：
原始通道对
通道序列
正端IN+
负端IN-
CH0[IN00+]
CH16[IN00-]
CH0
CH1[IN01+]
CH17[IN01-]
CH1
CH2[IN02+]
CH18[IN02-]
CH2
CH3[IN03+]
CH19[IN03-]
CH3
CH4[IN04+]
CH20[IN04-]
CH4
CH5[IN05+]
CH21[IN05-]
CH5
CH6[IN06+]
CH22[IN06-]
CH6
CH7[IN07+]
CH23[IN07-]
CH7
PCI2013板可按图4.2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IN00+～IN7+端，其模拟输入信号负端接到IN00-～IN7-端，并在距离XS1插座近处，在IN00-～IN7-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。
第三章寄存器结构及功能
为了保证使用的灵活性，PCI2013数据采集卡在设计时运用了一些寄存器。
这些寄存器的运用使得用户可以按自己的需要来设置：
✧首末通道值，用户可以选择感兴趣的任意通道
✧数据传送方式：
查询、中断可选
✧启动A/D转换
✧终止A/D转换
✧定时器工作方式，输出波形，输出频率
本章详细地说明了PCI2013数据采集卡上所有寄存器的结构和功能，正确地理解各寄存器的功能是用户自己开发用户程序的基础。
一、AD控制模块的设计
该模块完成程序触发、外触发、任意通道切换、单点读取、多点读取等功能。
表
（一）A/D控制模块寄存器（端口）分配
寄存器（端口）名称
偏移地址
访问方式
功能描述
ADCNTL0
通道号寄存器
200—27F
读写
存放模拟通道号
ADCNTL1
AD采样频率控制字
280
读写
设置AD采样频率
ADCNTL2
通道数寄存器
290
读写
设置所用模拟通道的数目
ADCNTL3
AD模式寄存器
2A0
读写
设置AD的各种模式
ADCNTL4
清外触发端口
2B0
可写
清外触发标志
ADCNTL5
AD允许寄存器
2C0
读写
非外触发方式时允许（禁止）AD
ADCNTL6
AD中断允许寄存器
2D0
读写
用于允许（禁止）AD中断
ADCNTL7
清ADFIFO端口
2E0
可写
清ADFIFO
ADCNTL8
AD数据端口
2F0
可读
可从该端口读入板上AD数据
ADCNTL9
ADFIFO状态端口
300
可读
可从该端口ADFIFO的状态
ADCNTL10
AD分组采样频率控制字
210
读写
1.通道增益控制
正确设置通道号寄存器（ADCNTL0）和通道数寄存器（ADCNTL2），就可以方便控制AD模拟输入通道。
所选的通道将按设置的顺序以相同的采样频率循环采集。
ADCNTL0数据格式
D[31:
7]
D[6:
5]
D[4:
0]
Unused
Unused
ADChannel
ADChannel通道号（0~0F）
ADCNTL2数据格式
D[31:
4]
D[4:
0]
Unused
ChannelCount
ChannelCount当前所用模拟通道的数目-1（0~0F）
说明：
ADCNTL0共有32个寄存器（7位），所占用的偏移地址为200H、204H、208H、20CH、210H、214H、218H、21CH、220H、224H、228H、22CH、230H、234H、238H、23CH、240H、244H、248H、24CH、250H、254H、258H、25CH、260H、264H、268H、26CH、270H、274H、278H、27CH。
偏移地址为200H、204H、208H、···的寄存器依次寄存首通道、第二通道、第三通道、···、末通道的增益及实际通道号编码。
参见下表：
表
（二）A/D通道控制
通道次序
实际通道号
增益
通道控制值
写入寄存器地址
首通道
12
1
00_01100B
200H
第2通道
22
4
10_10110B
204H
第3通道
0
4
10_00000B
208H
第4通道
7
8
11_00111B
20CH
第5通道
23
2
01_10111B
210H
第6通道
31
4
10_11111B
214H
第7通道
15
1
00_01111B
218H
第8通道
15
1
00_01111B
21CH
末通道
6
1
00_00110B
220H
从上表看出，如果要循环对12、22、0、7、23、31、15、15、6通道进行循环采样，并且各个通道的增益依次为1、4、4、8、2、4、1、1、1，我们应按以下两步进行：
第一步：
依次往偏移地址为200H、204H、208H、20CH、210H、214H、218H、21CH、220H的寄存器中写入0CH、56H、40H、67H、37H、5FH、0FH、0FH、06H；
第二步：
往通道数寄存器（ADCNTL2）中写入08H（注意，该值应该为当前所用模拟通道的数目-1）；
这样，当启动AD后就可以循环对12、22、0、7、23、31、15、15、6通道进行依次采样。
2.AD采样频率控制（ADCNTL1，ADCNTL10）
（1）ADMode=0时，系统处于连续采集（缺省）。
AD采样周期计数器（ADCNTL1）
D[31:
20]
D[19:
0]
Unused
AD采样周期计数值（缺省为0063H）
AD采样周期计数值=晶振频率（40MHz）/AD采样频率-1
根据其分频器的最大宽度，则最低频率为：
38Hz
（2）ADMode=1时，系统处于分组采集状态。
AD采样周期计数器（ADCNTL1）
D[31:
20]
D[19:
0]
Unused
AD采样周期计数值（缺省为0063H）
AD采样周期计数值=晶振频率（40MHz）/AD采样频率-1
AD分组组间隔时间计数器（ADCNTL10）
D[31:
20]
D[19:
0]
Unused
AD分组组间隔时间计数值（缺省为0063H）
AD分组采样频率=晶振频率[40MHz]/（AD分组组间隔时间计数值+1）。
经公式整理后为：
AD分组组间隔时间计数值=AD分组组间隔时间/（1/晶振频率[40MHz]）–1
根据其分频器的最大宽度，则最低间隔时间：
0.05微秒，最大间隔时间：
26214.375微秒
分组采集的过程如下
启动AD后，所选的通道将按设置的顺序以AD采样周期计数器（ADCNTL1）设置的采样频率依次采集一次；采集完成后，此组AD暂停；由AD分组组间隔时间计数器（ADCNTL10）设置分组间隔时间（uS），间隔时间一到暂停的AD将以AD采样周期计数器（ADCNTL1）设置的采样频率依重新启动，并将所选的通道将按设置的顺序以AD采样周期计数器（ADCNTL1）设置的采样频率依次采集一次后，AD暂停；暂停的时间将以AD分组组间隔时间计数器（ADCNTL10）设置的分组间隔时间（uS），以此循环；由此可见，分组采集频率和采样频率必须遵循如下关系
但组内通道间的周期必须小于分组间隔时间。
3.AD模式控制
AD模式控制由AD模式寄存器（ADCNTL3）、清外触发端口（ADCNTL4）、AD允许寄存器（ADCNTL5）来设置。
ADCNTL3数据格式
D[31:
6]
D[5]
D[4]
D[3]
D[2]
D[1]
D[0]
Unused
EnableRead
ClockSource
ADMode
TriggerSource
OutDigitAnalog
OutTriggerEdge
OutTriggerEdge：
等于PCI2013_FALLING_EDGE或1为外触发时的下降沿触发
等于PCI2013_RISING_EDGE或0为外触发时的上升沿触发（缺省）
OutDigitAnalog：
等于PCI2013_DIGIT_TRIGGER或1为数字外触发
等于PCI2013_ANALOG_TRIGGER或0为模拟外触发（缺省）
TriggerSource：
等于PCI2013_OUT_TRIGGER或1为外触发
等于PCI2013_IN_TRIGGER或0为内触发（缺省）
ADMode：
等于常量PCI2013_GROUP_MODE或1为分组采集；
等于常量PCI2013_SEQUENCE_MODE或0为连续采集（缺省）
EnableRead：
1
主机可以读出ADCNTL0各个寄存器中的值
0
系统正常工作（缺省）
当TriggerSource为1时，系统工作于外触发状态，数字外触发还是模拟外触发由OutDigitAnalog确定、外触发的极性由OutTriggerEdge确定。
如果系统AD已由外触发启动并处于工作状态，用户可以读清外触发端口（ADCNTL4）来停止AD，此后只有出现下一个触发信号，系统才能开始AD采样。
当TriggerSource为0时，系统工作于内触发状态，用户可以通过访问AD允许寄存器（ADCNTL5）来启动（停止）AD。
模拟外触发时，需要适当控制DA0。
ADMode=0时，系统处于连续采集（缺省）。
当ADMode=1时，系统处于分组采集状态，
实现函数：
PCI2013_InitDeviceProAD,PCI2013_InitDeviceIntAD
ADCNTL5数据格式
D[31:
1]
D[0]
Unused
ADEN
ADEN：
1
内触发状态启动AD
0
内触发状态停止AD（缺省）
AD采样的时钟由ClockSource来决定，当ClockSource=PCI2013_OUT_CLOCK或1时，AD采样的时钟由外接信号驱动。
当ClockSource=PCI2013_IN_CLOCK或0时，AD采样的时钟由内部设置来驱动。
实现函数：
PCI2013_StartDeviceProAD
4.中断控制
中断允许寄存器（ADCNTL6）用于允许（禁止）AD中断。
ADCNTL6数据格式
D[31:
1]
D[0]
Unused
ADINTEN
ADINTEN：
1
允许AD中断（FIFO半满）
0
禁止AD中断（FIFO半满）（缺省）
5.数据读入控制
该控制功能主要由清ADFIFO端口（ADCNTL7）、ADFIFO状态端口（ADCNTL9）、AD数据端口（ADCNTL8）共同来完成。
写清ADFIFO端口（ADCNTL7），可清ADFIFO中的所有数据。
读ADFIFO状态端口（ADCNTL9），可以得到当前ADFIFO的状态；
D[31:
3]
D[2]
D[1]
D[0]
Unused
ADFIFO_FF
bHalf
bNotEmpty
bNotEmpty：
1
ADFIFO不空
0
ADFIFO空
bHalf：
1
ADFIFO非半满
0
ADFIFO半满
bOverflow：
1
ADFIFO不满
0
ADFIFO满
读AD数据端口（ADCNTL8），可以得到AD转换的结果。
D[31:
14]
D[13:
0]
Unused（缺省为0）
AD_DATA
AD_DATA：
AD转换结果
其中AD0～AD13为A/D转换结果的14位数据，其对应关系如下：
A/D转换结果寄存器（偏移地址0x260，只读）
数据位
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
数字信号
AD0
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
数据位
D7
D8
D9
D10
D11
D12
D13
数字信号
AD7
AD8
AD9
AD10
AD11
AD12
AD13
USB2013板为双极性模拟输入时的结果数据格式如下表所示：
输入
A/D结果编码
正满度
111111111111
正满度－1LSB
111111111110
中间值+1LSB
100000000001
中间值（零点）
100000000000
中间值－1
升级会员 