Placi de achizitii de date

Conversiea semnalului purtator de informatie este efectuata de catre o componenta electronica distincta, numita placa de achizitie, ce poate fi montata in calculator (imaginea 1) sau conectata la o intrare USB (figura 2).         

Componenta principala a unei placi de achizitie este Convertorulul Analog - Digital.
Acesta ataseaza o cifra unei tensiuni: de exemplu 0 pentru 0 V, 1024 pentru 3V.
Astfel, o marime fizica oarecare poate fi "vizibila" pentru un calculator.
Imagini ale unor placi de achizitie

1. Principalele functii ale unei placi de achizitie

-intrare analogica (masurarea unui semnal, sub forma unei tensiuni electrice, provenit de la un traductor aflat in sistemul studiat);

-iesire analogica (generarea unui semnal, sub forma unei tensiuni electrice care sa comande un element de actionare din sistemul monitorizat);

-comunicatii digitale (primirea si emiterea de valori in forma binara, reprezentand date sau coduri ale unor comenzi; comunicatiile digitale pot fi utilizate si pentru masurari sau generari de semnale in cazul in care traductorul sau elementul de actionare au o functionare descrisa de o stare logica binara - comutatoare cu doua pozitii, intrerupatoare, relee, etc);

- numarare / cronometrare (primirea si emiterea de semnale in care informatia este continuta in numarul de impulsuri din serie sau in frecventa acestora).

Majoritatea tipurilor de placi de achizitie au toate cele patru functii (placi multifunctionale).

2. Factori care afecteaza calitatea semnalului digitizat

Cand se masoara semnale analogice cu o placa DAQ, trebuie luati in considerare urmatorii factori care afecteaza calitatea semnalului digitizat:

intrari simple (configurare RSE pentru placa de achizitie de tip NI DAQ USB 6008) si diferentiale (mod de configurare diferential),

domeniu

rezolutie

rata de esantionare,

precizie

zgomot

Intrarile simple sunt toate raportate la un punct de masa comun. Aceste intrari sunt folosite cand semnalele de intrare sunt de nivel mare (mai mare de 1V), iar legaturile de la sursa de semnal la intrarea analogica hard sunt scurte (mai mici de 2 m)
Daca nu sunt indeplinite aceste conditii, canalele de achizitie sunt configurate in modul diferential (fiecare intrare are referinta ei proprie de masa). Este important de amintit faptul ca intrarile diferentiale reduc sau elimina erorile de zgomot.

Rezolutia reprezinta numarul de biti utilizati de convertorul analogic digital pentru reprezentarea semnalului analogic (pentru detectia unor variatii mici ale semnalului este necesara o rezolutie mai mare, domeniul fiind impartit intr-un numar mai mare de un diviziuni).

Domeniul se refera la nivelele de tensiune minima si maxima pe care convertorul analogic digital le poate cuantifica. Placile de achizitie a datelor ofera domenii selectabile (in general 0 la 10 V sau -10 la 10 V), ceea ce permite alegerea domeniul de semnal pentru care convertorul analogic digital va avea o rezolutia disponibila maxima pentru masurarea precisa a semnalului.

Esantionare

Procesul de baza al esantionarii consta in preluarea unui semnal anlogic printr-un puls periodic care va permite trecerea semnalului doar atat timp cat pulsul este activ.
Semnalul de preluare are pulsuri de inaltime, lungime (dt) si timp de separare (T) constante.

Intervalul de timp T dintre doua esantioane sucurent continuuesive se numeste perioada de esantionare sau interval de esantionare. Inversa acestei marimi (1/T=fs) se numeste viteza sau rata de esantioanare (esantioane /secunda) sau frecventa de esantionare (se masoara in Hertz). Rata de esantionare determina cat de des are loc conversia. O rata de esantionare rapida achizitioneaza mai multe puncte intr-un timp dat si deci poate forma o reprezentare mai buna a semnalului original decat o rata de esantionare lenta.

Teorema Nyquist
Toate semnalele de intrare trebuie sa fie esantionate la o rata suficient de rapida pentru a reproduce cat mai fidel semnalul analogic. In teorema esantionarii a lui Nyquist se indica necesitatea essntionarii la o rata cel putin dubla din frecventa maxima a componentei ce se doreste a fi detectata (de exemplu, pentru semnalele audio de 20 kHz este nevoie de o placa cu o rata de esantionare mai mare de 40 kH). Frecventa de la jumatatea frecventei de esantionare este cunoscuta ca frecventa Nyquist. Informatia este transmisa corect numai la frecvente mai mici sau egale cu frecventa Nyquist. Frecventele de deasupra frecventei Nyquist vor fi modificate pentru a apare intre 0 si frecventa Nyquist. Frecventa aparenta (alias) reprezinta valoarea absoluta a diferentei dintre frecventa semnalului de intrare si cel mai apropiat multiplu intreg al ratei de esantionare.

Teorema lui Nyquist da un punct de pornire pentru o rata de esantionare adecvata. Exista insa situatii in care semnalele de masurat contin armonici care se gasesc deasupra frecventei Nyquist, acestea fiind falsificate si adaugate la partile semnalului care sunt esantionate cu precizie, producand un set de date esantionate distorsionat.

Zgomotul nedorit distorsioneaza semnalul analogic inainte de a fi convertit in semnal digital.
Sursa acestui zgomot poate fi externa sau interna computerului. Pentru reducerea erorii datorate zgomot extern se utilizeaza conditionari convenabile de semnal. De asemenea, se pot minimiza efectele acestui zgomot prin supraesantionarea semnalului si apoi medierea punctelor supraesantionate.

Achizitia pe mai multe canale

Cand se achizitioneaza date pe mai multe canale de intrare, rata efectiva de esantionare pe un canal este invers proportionala cu numarul canalelor esantionate.

3. Placa de achizitii de date USB 6009

Ghidul utilizatorului si specificatii pentru USB-6008/6009
Hardware. Urmatoarele Diagrame bloc arata functionare tastelor componente ale USB-6008/6009.

Dispozitivul de blocare

Setarea Hardware
Finalizeaza urmatorii pasi ai procesului pentru a configura hardware-ul:
1. Instalati combicon surub terminale de blocuri, prin introducerea acestora in combicon jacks.
Puteti aplica etichete de semnal la blocuri terminale pentru un semnal de identificare.
2. A se vedea Tabelul si Figura pentru eticheta de orientare si a se aplica cu conditia de semnal etichete la terminalele de blocuri. Pana la semnal etichetele sunt aplicate, puteti introduce terminale de blocuri surub, in a combicon jacks. A se vedea Figura pentru mai multe informatii despre semnal de eticheta de orientare.

Semnal Label Application diagrama

Nota Dupa ce eticheta de terminale de blocuri surub, doar trebuie sa introduceti in combicon Jack potrivit, astfel cum a fost indicat de USB-6008/6009 eticheta de pe aparat.
3. Conectati cablurile electrice corespunzatoare suruburilor terminale.
1 Acoperiti Eticheta cu Pin Ghiduri de orientare
2 Combicon Jack
3 semnal Etichete

4 cablu USB

Tabelul descrie semnalele disponibile pe I / O conectori.

Semnal Descrieri
Figura ilustreaza analogic de intrare circuitele de USB-6008/6009.

Circuitele de intrare analogica

MUX USB 6008/6009 are unul analogic-la-convertor digital (ADC). multiplexer (MUX) trasee AI un canal la un moment dat la PGA.
PGA De progammable-amplificator prevede obtinerea castigurilor de intrare de 1, 2, 4, 5, 8, 10, 16, sau 20, atunci cand este configurata pentru masuratori diferentiale si a obtine 1, atunci cand este configurata pentru single-ended masuratori. PGA de castig este calculata in mod automat, pe baza larga de tensiune selectata in masura cererii.
A / D Converter
Convertor analogic digital (ADC) digitizes de AI semnal de convertirea analogic de tensiune intr-un cod digital.
( FIFO) tamponul detine date in timpul AI achizitii pentru a se asigura ca nu exista date care se pierd.
Moduri de intrare analogica
Puteti configura AI canale pe USB-6008/6009 pentru a lua single-ended diferential sau masuratori. A se vedea tabelul pentru mai multe informatii despre I / O conexiuni pentru un singur sfarsit sau diferential masuratori.
Conectarea diferentiala de tensiune Semnale
Spre diferenta de semnale, conectati pozitiv duce de semnal de la AI + terminale, precum si negative conduc la AI-terminal.

Conectarea unui semnal de tensiune diferentiala
Modul diferential de intrare pot masura ± 20 V semnale de la ± 20 V gama.
Cu toate acestea, numarul maxim de tensiune pe una de aderenta este de ± 10 V cu privire la GND. De exemplu, daca AI 1 este de 10 V si AI 5 este -10 V, atunci masurare revenit de la aparat este de 20 V.

Digital Trigger
In cazul in care un AI sarcina este definit, puteti configura PFI 0 ca un digital declansa de intrare. Cand digital de declansare este activata, AI sarcina asteapta o crestere pe marginea PFI 0 inainte de a incepe o achizitie. Pentru a utiliza AI / Start Trigger cu o sursa digitala , specificati PFI 0 ca sursa si selectati in crestere marginea.
Iesire analogica
USB-6008/6009 are doua independent AO canale independente care pot genera rezultate 0-5 V. Toate actualizarile de AO linii sunt software-timed.
Circuit de iesire analogica
Figura ilustreaza Circuitul de iesire analogica pentru USB-6008/6009.

Circuit de iesire analogica

Dacilor Digital-to-analog converteste (dacilor) conversia analog la digital codurile tensiuni.

I / O Protectia
Conditiile pentru a proteja impotriva supratensiunilor USB-6008/6009, undervoltage, si supracurentiilor, precum si ESD evenimente, se utilizeaza urmatoarele linii directoare:
. In cazul in care se configureaza un DIO ca o linie de productie, nu se conecteaza la orice sursa externa de semnal, semnal de teren, sau de alimentare cu energie.
. In cazul in care se configureaza un DIO ca o linie de productie, sa inteleaga de curent cerintele de sarcina conectata la aceste semnale. A nu se depasi limitele de curent specificate de iesire de la DAQ aparat.

National Instruments semnal conditionat are mai multe solutii pentru aplicatii digitale care necesita unitati mari de curent.
. In cazul in care se configureaza un DIO ca o linie de intrare, nu conduce in conformitate cu tensiuni din afara sale normale de functionare. De DIO linii au o gama de operare mai mici decat AI semnale.
. tratarea DAQ dispozitiv asa cum ati trata orice statica sensibile aparat.
Intotdeauna corect sol-te si de echipament in timpul manipularii DAQ pe dispozitiv sau conectarea la el.
Power-On membre
La pornirea sistemului si reinitializarea, hardware-ul seturi DIO toate liniile de la inalta impedanta intrarilor. DAQ de aparat nu conduce la un semnal de sus sau de jos. Fiecare linie are o slaba rezistenta pull-up conectata la acesta.
Static DIO
Fiecare din linii USB-6008/6009 DIO poate fi utilizata ca o statica sau DI DO linie. Puteti folosi statica DIO linii pentru a monitoriza sau a controla semnalele digitale. Toate mostre de statica DI linii si actualizari ale software-ului sunt linii DO-datate.
Eveniment Counter
Puteti configura PFI 0 ca sursa pentru un gated Invertor contra intrare marginea conta sarcina. In acest mod, care se incadreaza-marginea evenimentelor sunt numarate, folosind un 32-bit contra.

De USB-6008/6009 creeaza o externe de referinta si de acurent continuuesorii pentru o putere sursa.
De USB-6008/6009 creeaza o mare puritate de referinta de tensiune de alimentare pentru
ADC, folosind un stat multi-reglementare, amplificator, si filtru de circuit. De rezulta 2.5 V tensiune de referinta poate fi folosit ca un semnal de test pentru sine.
5 V sursa de energie
USB-6008/6009 de bunuri de 5 V, 200 mA de iesire. Aceasta sursa poate fi utilizat la putere externe componente.

Analogic de intrare
Convertor de tip . sucurent continuuesive apropiere
Analog intrarilor 8 single-ended, 4 diferentiala,
software selectable
Intrare rezolutie
USB-6008 . 12 biti diferentiala,
11-biti singur sa incheiat
USB-6009 . 14 biti diferentiala,
13-biti singur sa incheiat
Max rate1 de prelevare de probe
Singur canal
USB-6008 10 KS / s
USB-6009 48 KS / s
Mai multe canale (cumulat)
USB-6008 10 KS / s
USB-6009 42 KS / s
AI FIFO .. 512 octeti
Termenul rezolutie .. 41.67 ns (24 MHz timebase)
Termenul de precizie . 100 ppm a ratei reale de proba
Gama de intrare
Single-a incheiat ± 10 V
Diferentiala ..± 20 V, ± 10 V, ± 5 V , ± 4 V,
± 2,5 V, ± 2 V, V ± 1.25, ± 1 V
Tensiunea de lucru .± 10 V
Impedanta de intrare . 144 kΩ
Supratensiune de protectie ± 35

Trigger sursa . Software-ul sau externe digitale
declansa
Sistemul de zgomot
USB-6008, diferential .. 1.47 mVrms
USB-6009, single-ended .. 2.93 mVrms
USB-6009, diferential .. 0.37 mVrms
USB-6009, single-ended

Iesire analogica
Convertor de tip . Sucurent continuuesive apropiere
Analog outputs 2
Rezultat rezolutie 12 de biti
Valoarea maxima a ratei actualizare . 150 Hz, software-timed
Rezultat gama . 0 - 5 V
Impedanta de iesire . 50 Ω

Curent de iesire de unitate .. 5 mA
Power-on stat . 0 V
Slew rata .1 V / μs
Scurt-circuit curent .. 50 mA
Precizie absoluta (fara sarcina) . 7 mV tipic, 36.4 mV maxim
la scara completa
Digital I / O
Digital I / O
P0. <0 .. 7> .. 8 linii
PI. <0 .. 3> 4 linii
Directia de control . Fiecare canal individual
programabile ca intrare sau iesire
Driver de iesire de tip
USB-6008 . Open colector (open-drain)
USB-6009 . Fiecare canal individual
programabile ca activ unitate
(push-pull) sau deschis colector
(open-drain)
Compatibilitate TTL, LVTTL, CMOS
Absoluta maxima tensiune gama .- 0.5 - 5.8 V cu privire la GND
Trage-up rezistor . 4.7 kΩ la 5 V
Power-on stat . de intrare (de inalta impedanta

Externe de tensiune
5 V output (200 mA maxim) . 5 tipic V, 4.85 V minim
2.5 V output (1 mA maxim) .. 2.5 V tipic
2.5 V precizie . 0,25% max
Referinta temperatura purtat de vant . 50 ppm / ° C max
Counter
Numarul de contoare .. 1
Rezolutie . 32 de biti
Counter masuratori Margine de numarare (care se incadreaza-marginea)
Trage-up rezistor 4.7 kΩ la 5 V
Frecventa maxima de intrare 5 MHz
Latimea minima a ridicat pulsul .. 100 ns
Latimea minima a scazut puls 100 ns
De intrare de inalta tensiune . V 2.0
Joasa tensiune de intrare .. V 0.8
Bus Interface
USB specificatie . USB 2.0 full-viteza
Magistralei USB de viteza

Cerinte de putere
USB
4.10 - 5.25 VDC .. 80 mA tipic, 500 mA max
USB suspend .. 300 μA tipic, 500 μA max
Caracteristici fizice
Daca aveti nevoie pentru a curata de module, stergeti-l cu un prosop uscat.
Dimensiuni
Fara conectori .. 6.35 cm x 8.51 cm x 2.31 cm
(2,50 inch x 3.35 inch x 0.91 inch)
Cu conectori . 8.18 cm x 8.51 cm x 2.31 cm
(3,22 inch x 3.35 inch x 0.91 inch)
I / O conectori USB .. seria B recipient,
(2), 16 terminale de pozitie bloc
plug antete
Greutate
Cu conectori . 84 g (3 oz)
Fara conectori .. 54 g (21 oz)
Surub-terminale cabluri . 16 - 28 AWG
Cuplului pentru surub terminale 0.22 - 0.25 N m
(2.0 - 2.2 lb inch)