一、數據采集卡的產生

為了滿足IBM-PC機及其兼容機用于數據采集與控制的需要，國內外許多廠商生產了各種各樣的數據采集板卡（或I/O板卡）。這類板卡均參照IBM-PC機的總線技術標準設計和生產，用戶只要把這類板卡插入IBM-PC機主板上相應的I/O擴展槽中，就可以迅速方便地構成一個數據采集與處理系統，從而大大節省了硬件的研制時間和投資，又可以充分利用IBM-PC機的軟硬件資源，還可以使用戶集中精力對數據采集與處理中的理論和方法進行研究、進行系統設計以及程序的編制等。

二、數據采集卡的種類

基于PC總線的板卡種類很多，其分類方法也有很多種。按照板卡處理信號的不同可以分為模擬量輸入板卡(A/D卡)、模擬量輸出板卡(D/A、開關量輸入板卡、開關量輸出板卡、脈沖量輸入板卡、多功能板卡等。其中多功能板卡可以集成多個功能，如數字量輸入/輸出板卡將模擬量輸入和數字量輸入輸出集成在同一張卡上。根據總線的不同，可分為PCI板卡和ISA板卡。還有其它一些專用I/O板卡，如智能接口卡、虛擬存儲板（電子盤）、信號調理板、專用（接線）端子板等，這些種類齊全、性能良好的板卡與IPC配合使用，使系統的構成十分容易。

PCI-5121智能CAN接口卡

常用的數據采集卡

1．模擬量輸入卡（A/D卡）

在工業測控系統中，輸入信號往往是模擬量，這就需要一個裝置把模擬量轉換成數字量，各種A/D芯片就是用來完成此類轉換的。在實際的計算機測控系統中，不是以A/D芯片為基本單元，而是制成商品化的A/D板卡。

模擬量輸入板卡根據使用的A/D轉換芯片和總線結構不同，性能有很大的區別。板卡通常有單端輸入、差分輸人以及兩種方式組合輸入三種。

板卡內部通常設置一定的采樣緩沖器，對采樣數據進行緩沖處理，緩沖器的大小也是板卡的性能指標之一。在抗干擾方面，A/D板卡通常采取光電隔離技術，實現信號的隔離。板卡模擬信號采集的精度和速度指標通常由板卡所采用的A/D轉換芯片決定。 例如，下圖所示為研華PCI-1713模擬量輸入卡。該板卡具有32 路單端或 16 路差分模擬量輸入，或組合輸入方式，12位A/D轉換分辨率，A/D轉換器的采樣速率可達100 kHz，每個輸入通道的增益可編程，卡上有4K采樣FIFO 緩沖器，2500VDC 隔離保護，支持軟件、內部定時器觸發或外部觸發。#p#分頁標題#e#

2．模擬量輸出卡（D/A

計算機內部處理采用的是數字量，而執行機構采用的是模擬量。計算機通過D/A板卡將數字量轉化為模擬量，從而通過控制執行機構的動作去控制生產工藝過程。

轉換板卡同樣依據其采用的轉換芯片的不同，轉換性能指標有很大的差別。

例如，下圖所示為研華PCI-1720U模擬量輸出卡。該板卡具有四路12 位D/A 輸出通道，多種輸出范圍。由于能夠在輸出和PCI總線之間提供2500VDC的隔離保護，PCI-1720 非常適合需要高電壓保護的工業場合。

3．數字量輸入輸出卡（

計算機測控系統通過數字量輸入板卡采集工業生產過程的離散輸入信號，并通過數字量輸出板卡

對生產過程或控制設備進行開關式控制（二位式控制）。

將數字量輸入和數字量輸出功能集成在一塊板卡上，就稱為數字量輸入輸出板卡，簡稱

例如，下圖所示為研華PCI-1730數字量輸入/輸出卡，它提供了16路數字量輸入和16路數字量輸出，高輸出驅動能力和中斷能力，具有2500VDC高電壓隔離I/O通道。

4．脈沖量輸入輸出板卡

工業控制現場有許多高速的脈沖信號，如旋轉編碼器、流量檢測信號等，這些都要用脈沖量輸入板卡或一些專用測量模塊進行測量。脈沖量輸入/輸出板卡可以實現脈沖數字量的輸出和采集，并可以通過跳線器選擇計數、定時、測頻等不同工作方式，計算機可以通過該板卡方便地讀取脈沖計數值，也可測量脈沖的頻率或產生一定頻率的脈沖?？紤]到現場強電的干擾，該類型板卡多采用光電隔離技術，使計算機與現場信號之間全部隔離，來提高板卡測量的抗干擾能力。例如，下圖所示的研華PCI-1780U計數器/定時器卡，是基于 PCI總線設計的接口卡。該卡使用了AM9513芯片，能夠通過 CPLD實現計數器/定時器功能。此外，該卡還提供8個16位計數器通道，并具有8通道可編程時鐘資源，8路TTL數字量輸出 /8路TTL數字量輸入，最高輸入頻率達20MHz，有多種時鐘可以選擇，可編程計數器輸出，同時有計數器門選通功能。

遠程I/O模塊又稱為牛頓模塊，為近年來比較流行的一種I/O方式，它安裝在工業現場，就地完成 A/D、D/A轉換、I/O操作及脈沖量的計數、累計等操作。

遠程I/O以通訊方式和計算機交換信息，通訊接口一般采用RS-485總線，通訊協議與模塊的生產廠家有關，但都是采用面向字符的通訊協議。#p#分頁標題#e#

基于板卡的計算機測控系統的組成如圖所示，它可分為硬件和軟件兩大部分。

．計算機主機

它是整個計算機控制系統的核心。主機由

CPU、存儲器等構成。它通過由過程輸入通道發送來的工業對象的生產工況參數，按照人們預先安排的程序，自動地進行信息處理、分析和計算，并作出相應的控制決策或調節，以信息的形式通過輸出通道，及時發出控制命令，實現良好的人機聯系。目前采用的主機有機及工業機（）等。

．傳感器與變送器

傳感器的作用是把非電物理量（如溫度、壓力、速度等）轉換成電壓或電流信號。例如，使用熱電偶可以獲得隨著溫度變化而變化的電壓信號；轉速傳感器可以把轉速轉換為電脈沖信號。

．信號調理器

信號調理器（電路）的作用是對傳感器輸出的電信號進行加工和處理，轉換成便于輸送、顯示和記錄的電信號（電壓或電流）。常見的信號調理電路有：電橋電路、調制、解調電路、濾波電路、放大電路、線性化電路、A/D轉換電路、隔離電路等。

如：傳感器輸出信號是微弱的，就需要放大電路將微弱信號加以放大，以滿足過程通道的要求；為了與計算機接口方便，需要轉換電路將模擬信號變換成數字信號等。

如果信號調理電路輸出的是規范化的標準信號（如∽20mA、5V等），這種信號調理電路稱為變送器。

在工業控制領域，常常將傳感器與變送器做成一體，統稱為變送器。變送器輸出的標準信號一般送往智能儀表或計算機系統。

．輸入輸出板卡

應用對工業現場進行控制，首先要采集各種被測量，計算機對這些被測量進行一系列處理后，將結果數據輸出。計算機輸出的數字量還必須轉換成可對生產過程進行控制的量。因此，構成一個工業控制系統，除了主機外，還需要配備各種用途的接口產品，即 各種板卡是不能直接由計算機主機控制的，必須由“I/O”接口來傳送相應的信息和命令。接口是主機和板卡、外圍設備進行信息交換的紐帶。

目前絕大部分接口都是采用可編程接口芯片，它們的工作方式可以通過編程設置。

5.驅動電路 #p#分頁標題#e#

要想驅動執行機構，必須具有較大的輸出功率，即向執行機構提供大電流、高電壓驅動信號，以帶動其動作；另一方面，由于各種執行機構的動作原理不盡相同，有的用電動，有的用氣動或液動，如何使計算機輸出的信號與之匹配，也是執行機構必須解決的重要問題。因此為了實現與執行機構的功率配合，一般都要在計算機輸出板卡與執行機構之間配置驅動電路。

6．執行機構

它的作用是接受計算機發出的控制信號，并把它轉換成執行機構的動作，使被控對象按預先規定的要求進行調整，保證其正常運行。生產過程按預先規定的要求正常運行，即控制生產過程。

7．外圍設備

主要是為了擴大計算機主機的功能而配置的。它用來顯示、存儲、打印、記錄各種數據。包括輸入設備、輸出設備和存儲設備。

常用的外圍設備有：打印機、記錄儀、圖形顯示器（CRT）、外部存儲器（軟盤、硬盤、光盤等）、記錄儀、聲光報警器等。

8．人機聯系設備

操作臺是人機對話的聯系紐帶。計算機向生產過程的操作人員顯示系統運行狀態、運行參數，發出報警信號；生產過程的操作人員通過操作臺向計算機輸入和修改控制參數，發出各種操作命令；程序員使用操作臺檢查程序；維修人員利用操作臺判斷故障等。

9．網絡通信接口

對于復雜的生產過程，通過網絡通信接口可構成網絡集成式計算機控制系統。系統采用多臺計算機分別執行不同的控制功能，既能同時控制分布在不同區域的多臺設備，同時又能實現管理功能。

軟件子系統

軟件使PC和數據采集硬件形成了一個完整的數據采集、分析和顯示系統。沒有軟件，數據采集硬件是毫無用處的——或者使用比較差的軟件，數據采集硬件也幾乎無法工作。

大部分數據采集應用實例都使用了驅動軟件。軟件層中的驅動軟件可以直接對數據采集件的寄存器編程，管理數據采集硬件的操作并把它和處理器中斷，DMA和內存這樣的計算機資源結合在一起。驅動軟件隱藏了復雜的硬件底層編程細節，為用戶提供容易理解的接口。#p#分頁標題#e#

系統特點

DAQ系統（簡稱PCs）的基本特點是，輸入輸出裝置為板卡的形式，并將板卡直接與個人計算機的系統總線相連，即直接插在計算機主機的擴展槽上。這些輸入輸出板卡往往按照某種標準由第三方批量生產，開發者或用戶可以直接在市場上購買，也可以由開發者自行制作。一塊板卡的點數（指測控信號的數量）少的有幾點，多的可達24點、32點甚至更多。

由于價格低廉、組成靈活、標準化程度高、結構開放、配件供應來源廣泛、應用軟件豐富等特點，是一種很有應用前景的計算機測控系統。

利用板卡開發測控系統的開發步驟用數據采集卡構成完整的測控系統還需要：

接線端子板、通信電纜和驅動程序光盤

板卡產品的成套性

PCI-1710HG多功能板卡

PCI-1710HG多功能板卡介紹

是一款功能強大的低成本多功能總線數據采集卡，如圖所示，其中包含五種最常用的測量和控制功能。

PCI1710HG板卡的成套性

電纜采用PCL-10168型，是兩端針型接口的68芯SCSI-II電纜，用于連接板卡與ADAM-3968接線端子板。

電纜接線端子板采用型，是DIN導軌安裝的接線端子板，用于各種輸入輸出信號線的連接。

接線端子板用板卡構成的控制系統框圖如圖6-6所示。

板卡設備的安裝

首先進入研華公司官方網站www.advantech.com.cn找到并下載下列程序：PCI1710.exe、DevMgr.exe、PortIO.exe、All_Examples.exe、Utility.exe等；

1．安裝設備驅動程序在測試板卡和使用研華驅動編程之前必須首先安裝研華設備管理程序Device Manager和32bitDLL驅動程序。

首先執行DevMgr.exe程序，根據安裝向導完成配置管理軟件的安裝；接著執行PCI1710.exe程序，按照提示完成驅動程序的安裝。

2．安裝硬件

關閉計算機電源，打開機箱，將PCI-1710HG板卡正確地插到一空閑的PCI插槽中，如圖6-8所示，檢查無誤后合上機箱。#p#分頁標題#e#

圖6-8 PCI-1710HG板卡安裝

重新開啟計算機，進入WindowsXP系統，首先出現“找到新的硬件向導”對話框，選擇自動安裝軟件項，點擊下一步按鈕，計算機將自動完成Advantech PCI-1710HG Device驅動程序的安裝。系統自動地為板卡設備分配中斷和基地址，用戶無需關心。

注意：在用手持板卡之前，請先釋放手上的靜電（例如：通過觸摸電腦機箱的金屬外殼釋放靜電），不要接觸易帶靜電的材料（如塑料材料），手持板卡時只能握它的邊沿，以免手上的靜電損壞面板上的集成電路或組件。

檢查板卡是否安裝正確：右擊我的電腦，點擊屬性項，彈出系統屬性對話框，選中硬件設備管理器按鈕，進入畫面，若板卡安裝成功后會在設備管理器列表中出現PCI-1710HG的設備信息，如圖所示。

設備管理器中的板卡信息

板卡資源信息

．配置板卡

在測試板卡和使用研華驅動編程之前必須首先對板卡進行配置，通過研華板卡配置軟件Device Manager來實現。

從開始菜單所有程序/Advantech Automation/DeviceManager打開設備管理程序Advantech Device Manager，如圖所示。

如果沒有安裝的板卡，先找到該板卡，再執行“Add”即可。配置板卡

4．板卡測試可以利用板卡附帶的測試程序對板卡的各項功能進行測試。

運行設備測試程序：在研華設備管理程序對話框中點擊“Test” 按鈕，出現“Advantech Device Test”對話框，通過不同選項卡可以對板卡的“Analog Input”“Analog Output”“Digital Input”“DigitalOutput“Counter”等功能進行測試。

板卡其它程序的安裝

1．安裝編程示例程序

運行All_Examples.exe或Utility.exe程序，安裝示例程序。#p#分頁標題#e#

例程默認安裝在:C:\Program Files\Advantech\Adsapi\Examples下，可以在這里找到32bitDLL驅動函數使用的示例程序供編程時參考。示例程序在驅動手冊Device Driver’s Manual中有說明。

．安裝ActiveDAQ控件

研華提供控件，供VBVC++等可視化語言對其板卡編程使用。

首先在研華公司官方網站www.advantech.com.cn找到ActiveDAQ.exe文件，運行該程序，安裝程序會把所需要的文件復制到計算機的硬盤中，并把控件安裝在C:\windows\system路徑下或者在C:\Winnt\system32路徑下 安裝完文件后，在部件選項卡中就會出現控件集，如圖所示。使用時先把它們加入到控件面板中，再加到程序窗體上。

注意：安裝完設備管理程序Device Manager和32bitDLL驅動程序后，ActiveDAQ控件才能正常使用。

ActiveDAQ控件集

LabVIEW驅動程序

研華提供LabVIEW驅動程序，供LabVIEW語言對其板卡編程使用。

首先在研華公司官方網站找到驅動程序LabVIEW.exe文件,安裝該文件后，在LabVIEW功能模板中就會出現LabVIEW函數庫，如圖所示。

研華公司LabVIEW函數庫