【正文】 號采集環(huán)境最為適合，例如，在某一高速公路的路段，需要對來往的車輛的車速進行采集，這時候由于來往車輛較多，不同的路 段的傳感器數(shù)量較多，就需要進行多通路信號采集的設(shè)計。 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 31 圖 4— 1 單、雙通道 信號采集 圖 4— 2 多通道 信號采集 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 32 4． 3． 1 單 通道信號采集實物測試與分析 圖 4— 3 單通道 信號采集 圖 在剛開始運行信號采集器驅(qū)動的時候，由于對信號采集卡驅(qū)動程序不大了解，向老師求教之后順利完成驅(qū)動安裝程序。 本章小結(jié) 本章節(jié)主要講述了信息的一些基礎(chǔ)知識和信息調(diào)制的過程，然后就著重介紹了單、雙通路信號采集的實驗以及分析，最后在點明本次畢業(yè)設(shè)計的主要工作：多通路（四通路）信號采集的實驗測試以及分析，完成整個畢業(yè)設(shè)計的實驗操作部分。實驗所使用的是示波器，規(guī)定了一定頻率的信號，以及規(guī)定了信號的波形，因而在信號采集的展示圖上成功顯示出信號的波形。在采集信號的時候，多通路采集系統(tǒng)采集的主要是那些相關(guān)的信息量。 然而，當前發(fā)展的狀況則 是信號 采集系統(tǒng) 通過某些計算機處理軟件來解決這一難題 。 ： 細微的 信號 都需要經(jīng)過 放大 來增強分辨能力 和 消除噪音 ， 這樣就會使得放大后信號的電壓和 模數(shù)轉(zhuǎn)換所要求的 電壓相 符合 。 以上涉及到的信號之間沒有相互的聯(lián)系 。直流信號中最重要的信息 就隱含在幅度中 。接下來就分別介紹這兩類信號的具體特征： 1. 數(shù)字信號 第一 種叫做 開關(guān)信號。 程序驅(qū)動安裝說明 Windows 7 系統(tǒng)中，打開 MPSSoftwareRuntimeLib，然后再打開 Installer，選擇文件名為“ ”的應(yīng)用程序，如圖 3— 1 所示： 圖 31 安裝過程 雙擊執(zhí)行 setup 進行安裝，就會開始安裝驅(qū)動程序， 如圖 3— 2 所示： 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 24 圖 32 安裝驅(qū)動 點擊“ Next” ,選擇軟件裝載地址， 如圖 3— 3 所示： 圖 33 選擇地址 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 25 點擊“ Next”，進行軟件裝載， 如圖 3— 4 所示： 圖 34 裝載中 軟件安裝成功，如圖 35所示： 圖 35 安裝成功 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 26 按照 的軟件安裝過程中的步驟安裝驅(qū)動程序，安裝成功后點擊“ MPS010601”文件，打開“ ”，再點擊“采集卡綜合應(yīng)用程序 【 MPS010601】”，如圖 36所示： 圖 36 文件地址 雙擊“多功能綜合應(yīng)用程序【 MPS010601】 .exe”應(yīng)用程序，就會得到 采集界 圖 37所示： 圖 3— 7 采集界面 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 27 如果不能成功打開到采集界面圖，就說明 的軟件安裝程序不成功，應(yīng)該重新檢查檢查，發(fā)現(xiàn)問題后再重新進行安裝。指針所指向的對象為整型數(shù)，函數(shù)成果執(zhí)行后該整型數(shù)將被更新為最新的計數(shù)器計數(shù)值。當 Dx被配置為輸出模式時，其輸出電平狀態(tài)將由 DO 中的輸出值決定。 DI 指向的數(shù)組大小應(yīng)大于 SampleNumber 的大小。 VoltgaIn2 為一個一維數(shù)常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 22 組，其每個元素代表一個采樣點的電壓值。 ExtTrigger = 0，使用內(nèi)部時鐘觸發(fā)采集和輸出； ExtTrigger 為其他值時使用外部時鐘觸發(fā)。 PWM1 取值范圍 065535，其值越大占空比越高。對于 AD 而言， SampleRate 的值為總采樣率值，實際分配到每個通道上的采樣率為 SampleRate/（ ADChannelNumber/ 2)。//找到 dll 中的函數(shù) Func()。 MPS010601為每個 PWM輸出配置了一個硬件指示燈，指示燈的亮度可以指示占空比的大小，方便用戶觀察。比常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 19 較器與 DAC 相配合，可以實現(xiàn)對任意參考電壓的比較。該軟件可對八路電壓進行監(jiān)測并與設(shè)定的警戒條件進行比較，一旦符合就向用戶報警，同時會將報警信號將從 DO 向外輸出。例如，若外部設(shè)備有工作情況的指示信號，就可以用 DI 來進行采集，從而令計算機了解外部設(shè)備的工作狀態(tài)；又如，對一些通信總線（如 RS232）上的信號進行采集，可以獲取總線的活動狀態(tài)，進一步根據(jù)通信協(xié)議進行解讀就能得到通信內(nèi)容；再如，在開發(fā)單片機等可編程器件時，可采集 IO端口 上的電平狀態(tài)作為調(diào)試的參考；等等。 MPS010601提供了比較實用的信號發(fā)生器軟件，使用該軟件不但可以輸出標準波形（正弦、方波、三角波、鋸齒波、直流），還可以從數(shù)據(jù)文件中讀取的波形或手工繪制的波形。通過把采集卡的差分輸 入斷接，可以得到一個理論上的零電壓信號，但實際采集中受各種影響總會有一些噪聲存在。 5V ? 輸入量程： 177。 通用異步接收器 /發(fā)送器模塊（ UART）使得它可以通過在 CPU 上具有很少負載的一條串行線路上接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。 除了轉(zhuǎn)換器，許多嵌入式微處理器也可以包括各種定時器。功耗是重要的，因為在電池供電的設(shè)備中斷還可以喚醒微控制器從哪里處理器暫停，直到需要通過外圍事件做一些低功耗的睡眠狀態(tài)。通過減小尺寸，成本和功率消耗與使用一個單獨的微處理器，存儲器，以及輸入 /輸出裝置的設(shè)計相比，微控制器能夠經(jīng)濟的電子化地控制更多的進程。 它包含一個處理器核心，存儲器和可編程的輸入 /輸出外圍設(shè)備。 這種整合大大減少芯片的數(shù)量，并且將需要使用不同的芯片上，以產(chǎn)生等效的系統(tǒng)，并已被證明是由于其在 20 世紀 70 年代引入的嵌入式系統(tǒng)非常流行的布線和印刷電路板的空間量 。通常，唯一通過一個可讀的 I / O 設(shè)備是一個單一的發(fā)光二極管，它的嚴重的成本或功耗限制甚至可以消除。對于無片內(nèi) ROM型的芯片，必須外接 EPROM 才能應(yīng)用（典型芯片為 8031）。路數(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率、“握手”能力都是數(shù)字量輸入 /輸出的 重要參數(shù)，應(yīng) 根據(jù)實際應(yīng)用中的需要來選用 合適的數(shù)字量 I/O 卡 。計算機通過數(shù)模轉(zhuǎn)換卡將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量，從而通過運行機構(gòu)來調(diào)控整個生產(chǎn)進程。按照總線類型的不同，信號采集卡也不同，可以分為 ISA卡和 PCI 卡。常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 第 2 章 采集卡硬件設(shè)計部分 2. 1 信號采集器概述 2． 1． 1 信號采集器 的產(chǎn)生 信號采集，是指從 傳感器 和其它待測設(shè)備等 模擬 和 數(shù)字 被測單元中自動采非電量或者電量信號，送到 上位機 中進行分析，處理。因此，基于 USB 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在通信、遙感、智能儀器表、工業(yè)自動化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。信號采集系統(tǒng)功能的好壞，絕大部分取決于系統(tǒng)的速率和精確度。國內(nèi)外生產(chǎn)廠商研發(fā)的各種新型的信號采集器，將采集卡的生產(chǎn)要求向高性能、低耗能的技術(shù)標準發(fā)展。就采樣速率而言，其中有的是變化的信號，比如燃燒爐內(nèi)的溫度，針對它就可以選用普通數(shù)據(jù)采樣速率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；有的則又是瞬間突變的模擬信號，比如機械振動中物體所承受的壓力或電閘開關(guān)瞬間打開或者關(guān)閉時候?qū)﹄娐分须娏鞯挠绊憽６谛盘柗治龅奈⑻幚砩?，最初的信號采集系統(tǒng)以 8 位單片機為 中心。 目前，國內(nèi)外的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)常用的數(shù)據(jù)采集卡有 RS23 RS485 卡、 PCI 卡、 ISA卡等。高性能采集卡的設(shè)計成為他們設(shè)計的重要任務(wù)。就數(shù)模轉(zhuǎn)換的通道數(shù)而言，采樣通道由以前的單通道發(fā)展到雙通道、多通道，數(shù)據(jù)采樣頻率、分辨率以及精確度也已經(jīng)不斷地強化和提高。因此，鑒于對不同的工程技術(shù)要求，測量技術(shù)的標準也會 隨之不同。目前信號采集器已經(jīng)與個人計 算機相結(jié)合，利用 USB 接口可以在計算機界面進行信號的采集。它借助于各種類型的傳感器檢測外部世界的各種信號，并轉(zhuǎn)換成電信號，然后進行信號調(diào)理和 A/D 轉(zhuǎn)換，使之轉(zhuǎn)換成為能夠在數(shù)字系統(tǒng)中進一步處理的數(shù)字信號。而通用串行總線 (USB)是一種新的接口方式，具有連接方便、支持 熱插拔、無需外界電源、傳輸速度高、功耗低等優(yōu)點。 本章小結(jié) 本章節(jié)主要講述了多通路信號采集電路當前的研究背景、研究現(xiàn)狀、國 內(nèi)外的研究成果以及展望未來多通路信號采集卡設(shè)計方面可能會遇到的瓶頸和技術(shù)障礙，對于信號采集卡的設(shè)計充滿了無盡的遐想。其中多功能模塊可以具有多種功能，如同一張板卡上數(shù)字輸入 /輸出模塊可以分布數(shù)字輸入 /輸出和模擬輸入 /輸出。 （ D/A 卡） 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 10 計算機內(nèi)部處理的是數(shù)字量，而運行時所采用的是模擬量。為了 滿足 同步通信的需要， 其他 一 部分 數(shù)字口還有“握手”線。 MCU按存儲器類型可分為無片內(nèi) ROM型和帶片內(nèi) ROM型兩種。它們可以控制電動馬達，繼電器或電壓，并且讀開關(guān)，可變電阻器或其他電子設(shè)備。C，串行外設(shè)接口和控制器局域網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)互連如定時器和看門狗的 RAM 數(shù)據(jù)存儲器 ROM， EPROM， EEPROM 或閃存用于程序存儲的時鐘發(fā)生器 通常是振蕩器石英計時晶振，諧振器或 RC 電路的包括許多模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 [需要的引證 ] 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 12 2． 2． 2微控制器的 功能說明 微控制器（ MCU 也或μ C）是一種功能性的計算機上系統(tǒng)級芯片。 微控制器用于自動地控制產(chǎn)品和設(shè)備，如汽車的發(fā)動機控制系統(tǒng)，遠程控制，辦公機器，電器，電動工具，玩具等?？赡艿闹袛嘣词窍嚓P(guān)設(shè)備，并且通常包括諸如內(nèi)部定時器溢出事件，完成模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，對輸入諸如從被按下的按鈕邏輯電平的變化，和數(shù)據(jù)通信鏈路上接收。還有一個數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換器，它允許處理器將數(shù)據(jù)發(fā)送到被控制的設(shè)備。 專用脈沖寬度調(diào)制（ PWM）使得它可以為 CPU 控制功率轉(zhuǎn)換器，電阻性負載，電機等，而無需在緊定時環(huán)路使用大量 CPU 資源。 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 14 圖 2— 1 采集卡 2． 3． 2 性能以及 接口說明 總線性能 ? ? 使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)自動配置，支持設(shè)備的熱插拔即插即用 ? 輸入通道： 2路同步差分、 4路多路差分、 8路多路差分 ? 輸入端耐壓： 177。 噪聲也是采集卡的一個重要性能參數(shù)，這里將對 MPS010601 的精度進行一個簡單的測試。正弦波、方波、三角波、鋸齒波、直流電平自然不在話下，不但頻率、幅值和相位可任意設(shè)置，而且可以人為的向信號中添加噪聲，或是對信號進行各種運算和處理，更為強大的是，還可以由外部的波形文件中讀取數(shù)據(jù)并輸出，甚至可以用鼠標去手工繪制波形。 DI 是對數(shù)字信號的采集，可用來對數(shù)字信號進行偵測。例如莫非電子提供的一款“電壓在線監(jiān)測報警軟件”中就包含了這樣的功能。用戶可以對結(jié)果輸出進行采集和分析，也可以直接用來控制外部設(shè)備。 PWM 的占空比是可控的，用戶只需要通過軟件編程就可以完成配置，得到所需要的 PWM 輸出。 //加載 dll Func=(FUNC)GetProcAddress(hDll.FuncInDLL)。若常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 21 ExtTrigger = 0， EX1 和 EX5 對外輸出該頻率的時鐘脈沖；若 ExtTrigger = 1，只有EX1 輸出時鐘脈沖。 unsigned short PWM1:PWM1 輸出占空比設(shè)置。 int ExtTrigger：外部時鐘觸發(fā)使能。 float *VoltgaIn2:第二組模擬信號輸入（ AD5AD8）的數(shù)據(jù)。若函數(shù)執(zhí)行成功，該數(shù)組內(nèi)數(shù)據(jù)被自動更新為最新采集到的數(shù)據(jù)（更新的元素個數(shù)由 SampleNumber 決定）；若函數(shù)執(zhí)行失敗，該數(shù)組內(nèi)數(shù)據(jù)無效。因此在配置 Dx為輸入模塊的同時，應(yīng)對 Dx輸出高電平。 int *Counter1：指向保存計數(shù)器 1計數(shù)值的變量的指針。 int DeviceNumber：操作所針對的設(shè)備號。 信號通常都包含一定信息量的函數(shù)，根據(jù)所裝載信息方式的不同，可以將信號分為模擬信號和數(shù)字信號。 2. 模擬信號 第一類模擬信號是 直流信號 ，指的 是 不變 的或變化 很慢 的信號。 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 29 第三類則是 頻域信號 ，與 時域信號 相似 ， 但所采集到的信息是包含在信號本身當中的 ， 既 不 與 波形 相關(guān) ， 又 不 會隨著 時間 的推移而發(fā)生改變 。 一些性能高的信號采集器本身就裝載該裝置 。 ： 很多采集器 對 采樣的信號 響應(yīng) 不是 線性的，因 此必須要 對其 傳輸過程中的信號 進行先行處理 ，以 降低信號源發(fā)出的信號所導(dǎo)致的 誤差。多通路信號采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信號的同步采集和傳輸，在現(xiàn)代采集信號處理系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用于交通、醫(yī)學(xué)、商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域等，例如高速路段上測超速還有雷達信號捕捉不明物體等。信號發(fā)生器經(jīng)過信號采集卡后，在應(yīng)用程序上顯示出了正弦波形圖，經(jīng)過波形處理后，如圖 43 所示。 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 35 第五章 結(jié)論 隨著信號采集技術(shù)的發(fā)展，對信號本