数据采集卡来说明

一）模拟量输入

1、通道数（Channels）

通道数指可同时采集模拟量的个数，例如在温度场实验中，我们需要检测6个不同物理位置的温度，这时就需要在6个不同位置安装温度传感器，每一个传感器都会输出自己位置的温度信号，数据采集卡就至少需要6个AD转换器，来满足系统检测的要求。

绝大多数数据采集卡上只有一个AD转换器，通过使用模拟开关来分时采集不同通道的数据，从而得到多通道的数据采集卡。

2、分辨率（Resolution）

     一般数据采集卡的分辨率也是该设备中AD转换器的分辨率，大多数数据采集设备采用逐次比较型AD转换器，分辨率一般有8位、10位、12位和16位，目前大多数数据采集卡都具有12位和16位两种分辨率。12位的分辨率可以分辨，满程电压的1/4096，16位可以分辨满程电压的1/65536。

3、精度

     精度是指数据采集卡在满量程范围内任意一点的输出值相对于其理想值之间的偏离程度。数据采集卡的精度受卡上放大倍数的影响比较大，一般厂商给出的数据采集卡的精度指标都很高，12位AD采集卡的精度在满程输入电压（FSR）的0.01%+1LSB，但在实际检测过程中，受到很多因素，特别是外部电磁干扰信号，电源干扰和传感器噪声等影响因素的限制，检测的精度往往达不到这样的水平。

     在实际应用中，干扰严重的环境可能使采样结果与厂商标称的精度相差甚远，在弱信号（例如热电偶信号）和高阻抗输出信号（例如压电陶瓷传感器、锆氧传感器输出信号）的才集中尤其如此，原因是逐次比较型AD采集的是微秒级时刻的电信号，而实际输入的信号是传感器输出信号与干扰信号的叠加，在这些干扰信号中，工频干扰信号是比较普遍的，防止工频干扰信号比较有效的方法是与工频信号同步，在工频周期时间内连续采集若干个信号取平均值，这样操作会降低实际的采样速度，在不需要高速采集但要求高精度采样的情况下可以得到比较好的效果。

4、板载FIFO

     FIFO是告诉先进先出存储器，主要用来做数据高速传输中的缓冲器。采集卡是否具有FIFO，对数据传输的速度影响很大。目前AD转换器的采样速度可以很高，但数据采集卡采集到数据后无法及时地传输到计算机中，AD的高速转换就没有发挥作用。具有FIFO的数据采集卡在采集时利用FIFO来做数据促出的缓冲，等到采集到一定的数量后再批量传输到计算机，也可以大大节省计算机的资源，保证采样数据的连续传输。

5、最大输入过电压（Over Voltage）

最大输入电压是指数据采集卡能承受的最大电压。输入到采集卡上的电压超过这个电压值，采集卡就可能被永久性的损坏。这个概念本质上不同于输入电压范围，使用时要特别注意。

6、输入电压范围

输入电压范围是指数据采集卡能正确检测输入电压的范围，也是该范围下的满程输入电压。大多数数据采集卡上带有程控放大电路，因此大多数数据采集卡的输入电压有很多档。就像万用表一样，具有不同的测量量程。只不过一般数据采集卡的输入电压范围是可以用计算机软件控制的，而普通万用表的量程要用手动开关来实现。

7、单端输入（Singel — ended Inputs）

     很多数据采集卡都具有单端输入和差分输入两种方式供用户选择。

     单端输入是指输入信号（比如传感器的输出信号）的负端接在基准地上，输入信号的正端接在数据采集卡输入端的输入测量方式。在单端输入情况下，所有输入端的负端是共地的，采集卡只需要一个引脚连接在输入信号的正端。

     在多通道输入的情况下，如果不同输入信号之间是完全独立的，即信号源是无源器件（如热电偶信号，不需要对热电偶进行供电）或者信号源是分别使用独立电源供电，使用单端输入可以获得更好的精度。

8、差分输入（Differential Inputs）

     查分输入指输入信号（比如传感器的输出信号）的正负两端分别接在数据采集卡的输入正端和输入负端，不同的通道具有不同的输入正负端。这种输入方式能适应更多的输入情况。

     在这种情况下，使用差分输入就可以很方便地解决这个问题。在差分输入方式下，一般数据采集卡的输入阻抗很高，几乎不吸收电桥的电流，也就自然的使用两个电桥和数据采集卡都能处于正常共组的状态下。

     在这里需要注意，输入到数据采集卡的共模电压必须小于数据采集卡的的输入电压，否则将产生很大的测量误差。如果外部电桥信号分别使用独立的电源供电，由于干扰和浮地电压的影响，很可能在两个独立供电电桥上产生较大的电位差，尽管这种电位差几乎不可能形成稳定的电流，但在很多瞬间会超出数据采集卡的输入电压范围，进而导致数据采集的误差，严重的情况还可能损坏数据采集卡（当浮地电压差大于最大输入电压时）。因此建议在外部传感器使用独立电源供电时，数据采集卡最好采用单端输入方式，这不仅可以提高数据采集的精度，也可避免地电压给数据采集卡带来的危害。

9、单极性输入（Unipolar input）

     单极性输入是指输入信号的只能是大于或等于0的信号。比如传感器输出信号在0~5V的单极性输入方式，这样可以充分发挥AD转换器的分辨率。

10、双极性输入（Bipolar input）

     在双极性输入方式下，数据采集卡可以采集以输入负端为基准，正负不同的电压信号。例如采集市电的正弦波信号，就应该使用双极性工作模式。

11、采样周期（Conversion Cycle）

     采样周期是指数据采集卡完成一次AD需要的时间，其倒数是采集速度，是数据采集卡的一个重要指标。一般数据采集卡的采样速度从40000/s到10⁷/s不等，采样速度不同对价格的影响较大。采样周期一般指数据采集卡能达到的最小采样周期（最大采样周期），实际采样速度取决于采集卡将数据传输给计算机的方式。

     也有用数据吞吐量（Throughput）来描述AD转换速度，单位是采样次数/秒（samples/s）。

12、数据传输方式

数据传输方式是指数据采集卡将采集到的数据传输给计算机的方式。数据采集卡的制造厂商附件中都会提供相应的动态链接库文件（DLL）和相应的函数及应用方法，并给出常用语言的例程。一般数据采集卡有三种方式传输到计算机。

（1）软件读取   计算机通过软件对每一次AD采样发出命令，等待采样结束，然后读取采样结果。这种方式数据传输速度较慢，占用计算机资源较多，在计算机全速运行的模式下一般可达30Kbit/s。但这种方式编程简单，对于采样速度要求不高（<10000K/s）和计算机负荷不重的情况下通常采用这种方式。

（2）中断方式   计算机采用中断方式接收数据采集卡的采集结果。这种方式计算机的资源较少，是一种搞笑的数据传输方式，适合高速连续的数据采集和处理。不是所有的数据采集卡都具有中断传输的功能，这一点在主句采集卡选型的时候一定要注意，有些数据采集卡标称具有中断传输功能，但并不可靠，甚至无法使用。一般要具有中断传输功能并可靠的工作，数据采集卡设计有FIFO是必要的，没有FIFO的数据采集卡很难保证中断数据传输的可靠性。

（3）DMA方式   采集卡与计算机之间实现储存器的直接数据存取，这种方式在实际应用中不多。

 数据传输方式很大程度上决定了数据采集的速度，标称的速度是数据采集卡能够达到的最大采样速度，如果不使用恰当的传输方式，通常是达不到标称采样速度的。

13、增益

     数据采集卡的增益是指数据采集卡在AD转换前对电压放大的倍数。为了对小信号进行采集，很多数据采集卡在AD转换前设计有程控制放大器，以充分发挥AD转换器的分辨率。也有用跳线方式来实现放大倍数的设定的，但现在比较少用。

     增益与电压输入范围可直接进行换算，一般以时增益为1，如果一个数据采集卡的可设定增益为0.5、1、2、4、8，那么对应的可设定输入电压范围为+10V、+5V、+2.5V、+1.25V、+0.625V。

14、输入阻抗（Input Impedance）

     输入阻抗是指数据采集卡输入端的等效阻抗。现在的数据采集卡都具有很高的输入阻抗，直流输入阻抗一般在10^-10~10^-13 之间，输入等效电容在1~10pF之间。这种特性极大地方便了数据采集卡在不同领域中的应用。

15、触发模式（Trigger Methods）

     触发模式是指启动数据采集卡AD转换方式，一般有三种模式供选择：

（1）内部软件触发（Internal Software Trigger）   在这种触发模式下，计算机通过调用DLL中的函数，或直接读写数据采集卡的寄存器来完成AD转换的启动。

（2）内部定时触发（Internal Pacer Trigger）   由内部始终发生器定时启动AD转换，这种方式结合中断传输，完成数据的高速和连续的采集。

（3）外部触发（External Trigger）   指使用外部脉冲或电平信号启动AD转换。外部触发在很多瞬间数据采集的场合下有重要作用，当我们需要对一个瞬态过程进行数据采集时，大多用这种触发模式。例如在需要对锻炼过程中压力机冲击过程对模具受力情况进行高速的瞬态压力采集，可以在上模块运行到某个位置时，使用形成开关给出一个触发信号，启动AD转换，这样就可以准确地采集到所需要的信号。一些数据采集卡还具有提前触发、对中触发和之后触发的功能。