USB 4AD Plus多功能采集卡技术手册V1706Word文档格式.docx
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USB 4AD Plus多功能采集卡技术手册V1706Word文档格式.docx
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1.无符号整型13
2.ADC数据类型13
3.模拟量值14
数字量输入功能15
数字输入原理15
DI高低电平/无源触点输入15
计数功能输入16
测频功能输入16
PWM功能输入16
编码器输入16
AO输出匹配输入16
输入接线方式17
数字量输出功能18
输出原理18
DO高低电平输出19
PWM测试输出19
AO输出19
输出接线方式19
通信协议21
USB通信21
加载流程24
应用实例25
采集卡连接25
发现硬件26
软件功能26
软件应用26
1.LabVIEW26
2.其他27
注意事项及故障排除28
注意事项28
1.存储说明28
2.出货清单28
3.质保及售后28
4.特别说明28
故障排除29
1.无法正常连接至上位机29
2.VI文件打不开30
3.数值不正常30
4.多卡数据相同30
5.采集速度不够30
6.软件出现错误30
性能测试31
安全规范31
耐电压范围测试31
环境适应性测试31
文档权利及免责声明33
联系方式34
V智能体验35
功能概述
电脑USB供电,无需外部电源,无需驱动,4路AI,2路DI,2路DO(可驱动3.3V继电器),其中DI通道兼容计数、测频、PWM和编码器采集功能。
DO兼容PWM和AO输出功能。
可直接配合上百种传感器使用,9种自动保护措施,安全方便。
可在WindowsXP、WIN7(32/64位)、WIN8(32/64位)、WIN10等操作系统下稳定运行,有配套的电脑软件,包含波形显示、存储、分析等十余种功能,操作简单直观。
技术指标
1.模拟信号输入
●输入路数:
4路单端直流输入;
●量程:
默认DC0~10V(可定制DC0~20mA/40mA/0~5V/15V/30V/60V/100V,量程可多种方式组合,例如2路20mA,2路10V);
●输入阻抗:
1MΩ(10V量程);
●ADC分辨率:
12Bit(4095)(10V量程,最小分辨率2mV);
●芯片采样率:
50kHz;
●每通道数据采样率:
默认1kHz(可设2005001k2k5k10kHz),通道同步;
●通道使能采样(特殊定制):
可使能AI0高速采集,单通道采样率50kHz,或者使能AI0/1同步采集,采样率20kHz每通道;
●触发采集(特殊定制):
可设置触发电平和采样长度,采样率最高可达500kHz;
●采集模式:
可实现连续(异步)采集;
●非线性:
0.05%FS;
●系统测量精度:
0.1%;
●零漂:
±
3με/4h;
●抗混滤波:
截止频率为采样频率的1/2.56,阻带衰减大于-80dB/oct;
(抗混滤波:
模拟信号变成数字信号,需要经过A/D转换,这里面需要满足采样定理,即采样频率要大于等于待采样信号最高频率的2倍以上(实际一般是10倍以上),若原始模拟信号中包含的频率成分很丰富,有些高频成分是不需要的,或者因实际需要不能无限制提高采样频率,此时便需要利用低通滤波器(通常是硬件形式的低通滤波器)先把高频成分滤除掉,以保证满足采样定理,避免发生频率混叠,这个过程就是抗混滤波)。
●低通滤波器(特殊定制):
●截止频率:
10、30、100、300、PASS程控切换;
●低通滤波器阶:
6阶;
●滤波器类型:
巴特沃斯、切比雪夫程控切换。
2.数字信号输入
2路;
●电气标准:
TTL或CMOS兼容;
●测频计数:
计频或计数;
●计数器功能模式:
脉冲频率应小于200Hz(100us去抖);
●测频功能模式:
脉冲频率0-65kHz,精度1Hz;
●输入范围:
●高电平(数字1):
2~30V;
●低电平(数字0):
≤1V。
●编码器:
正交编码器测量长度、距离,AB相分别接DI0\DI1(特殊定制)。
3.数字信号输出
●输出路数:
●输出模式:
●高低电平输出0/5v,可驱动继电器
◆高电平的最低电压:
4.45V;
◆低电平的最高电压:
0.5V;
◆上电(悬空)输出:
高电平。
●集电极开路晶体管输出,通/断,可驱动1A设备
◆最大负载电压:
30V;
◆最大负载电流:
100mA(外部上拉大功率50欧姆电阻)。
●功能
●输出高低电平;
●PWM输出,方波1~100kHz,精度1Hz,占空比0~255;
●DA输出,频率设置1000,通过调节占空比,调节输出电压大。
4.通信总线
●USB2.0高速总线传输;
●支持热插拔。
5.温度条件
●工作温度范围:
-30~70℃;
●存储温度范围:
-40~80℃。
硬件特点
●过压保护:
高精度分压、电压钳位控制、运放信号隔离、稳压控制和过流吸收等5重保护措施,保护采集卡使用安全可靠,通道耐压高达110V(AI0-10V量程下测试)。
●过流保护:
电流超过500mA,自动切断电源,保护电脑接口,避免出现蓝屏、死机状况。
●过载保护:
负载电流过大,系统会自动进入保护状态。
●绝缘保护:
工业级电路板,具备绝缘层,能防止意外漏电和短路,抓握安装安全方便。
●通信保护:
采用屏蔽线缆和磁环抑制浪涌技术,有效对抗辐射或传导干扰引起的板卡工作不稳定。
●抗干扰:
透明绝缘材料保护,产品耐高温,遇热不会滴落。
能在电路板上生成保护膜,防止外界电磁干扰对芯片和回路工作的影响。
EMC检测,可在15V/m的强电磁干扰下正常工作。
●抗腐蚀:
透明丙烯酸保护膜能防止弱酸、碱、盐雾、酒精、潮气的侵蚀。
防止腐蚀,延长设备寿命,保护效果持久。
●免驱:
USB设备无需驱动,Win系列操作系统均可自动识别硬件,不会出现无法找到驱动的提示。
●自动重连:
看门狗自动Reset,掉电或拔出再连后,软件与硬件自动重连,软件不崩溃,确保采集数据稳定。
●DMA保护:
系统采用高成本ARM芯片作为主控芯片,质量稳定可靠,程序智能,能在抑制干扰、高速采样、智能控制、数据组合等方面发挥出色作用,采用批量数据传输与数据校验算法,确保数据的稳定性。
●智能算法:
下位机具备智能滤波算法,上位机采用多级缓存技术与CRC16校验算法,采用干扰丢包分析与补偿技术,使受扰数据60%可修复补偿,确保了采集数据的准确性和实时性。
●DI去抖:
DI通道具备去抖动功能,能准确测频计数。
●软件强大:
适应UMS、WUMS等软件开源平台。
不断更新的上位机程序,有多种版本可供选择,方便二次开发。
应用案例及软件会定期更新,可提供长期保障。
原理框图
如“原理框图”所示。
采集卡主要由电源、隔离电路、A/D转换电路、数字量输入电路、数字量输出电路、隔离通讯接口以及MCU等组成。
微控制器采用32位ARM芯片,数据处理能力强,并采用了看门狗电路,可以在出现意外时将系统重新启动,使得系统更加稳定可靠,可以应用在高性能和高速度的应用环境中。
输入输出单元与控制单元之间采用光电隔离,对输入信号采取滤波措施,极大降低了工业现场干扰对采集卡正常运行的影响,使模块具有良好的可靠性。
采用带隔离的通信接口,可以避免工业现场信号对控制器通讯接口的影响,并具有ESD、过压、过流保护。
端子信息
1.端子排列
USB4ADPlus共有10个端子,采集卡端子排列如“端子排列图”所示。
端子排列图
安装底座图
2.端子描述
端子定义说明:
●AI0~AI3为4个模拟量信号输入端子;
●DI0、DI1为数字量信号输入端子;
●DO0、DO1为数字量信号输出端子;
●GND为公共接地端。
采集卡外观管脚分布表
端口
信号类型
说明
GND
信号接地
AI0
模拟量
模拟信号输入端
AI1
AI2
AI3
DI0
I
数字信号,计数/计频输入端
DI1
DO0
O
数字信号输出端
DO1
<
说明>
:
I—输入;
O—输出
电气参数
电气参数表(Tamb=25℃)
参数
Parameter
最小值
Min.
典型值
Typ.
最大值
Max.
单位
Unit
模拟量输入
AnalogInput
输入信号带宽
Bandwidth
1k
10k
Hz
采样精度
Accuracy
0.025
0.05
%FSR
采样速率
SamplingRate
1000
10000
Sa/s/ch
测量范围
InputRange
10
100
V
输入信号范围
AbsoluteInputRange
-10
110
数字量输入
DigitalInput
低电平
Logiclevel0
0.5
高电平
Logiclevel1
5
30
计数频率
CounterFrequency
0.01
200
测频频率
Frequency
65000
占空比
Duty
0.1
50
%
数字量输出
DigitalOutput
负载电压
LoadVoltage
VCC
负载电流
LoadCurrent
20
mA
负载功耗
PowerDissipation
2500
mW
PWMOut占空比
PWMOutDuty
PWMOut频率
PWMOutFrequency
隔离电压
IsolationVoltage
Vdc
供电电压
PowerSupply
供电电流(5V)
Supplycurrent
功耗(5V)
PowerConsumption
0.15
W
通信
USB采集卡提供二次开发的SDK,包含DLL和.h文件,可供常用开发平台(VC\VB\C#\LabVIEW\Matlab等)调用,详见《YAVUSB采集卡二次开发手册》。
采集卡指示灯
POW灯为电源指示灯,正常工作常亮。
SYS灯为系统指示灯,正常情况下常亮。
连接负载后指示灯POW、SYS同时熄灭表示外接负载过大或者外接电路短路,尽快移除负载,检查线路。
机械规格
USB4ADPlus采集卡物理尺寸如“亚当盒机械尺寸示意图”所示。
亚当盒机械尺寸示意图
模拟量输入功能
各领域控制过程中,常需要使用到各种传感器,模拟量信号的传感器尤为重要。
采集卡具有4路模拟量单端输入通,模拟量输入通道可以采集0~10V的电压信号,采集电流信号时,也可外接一个精密采样电阻,然后将测得的电压值转换为电流值。
模拟信号输入的性能表如“AI性能表”所示。
AI性能表
通道
功能
量程
输入阻抗
精度
采样率
耐压
抗干扰
AI
采集
0~20mA
150Ω
12位
10kHz
-20~60mA
抗200kHz以上高频干扰
抗浪涌干扰
0~5V
500KΩ
-10~30V
0~10V
1MΩ
-20~50V
0~30V
1.5MΩ
5kHz
-30~80V
0~60V
3MΩ
2kHz
-30~120V
EMI:
1m,10~500kHz,<
﹣70dbm;
EMC:
1m,10~3GHz,采样稳定度>
90%,信号精度>
95%
输入采样原理
模拟量输入采样是通过前端调理电路来实现的,前端调理电路的基本结构如“模拟量输入采样前端调理电路图”所示。
模拟量输入采样前端调理电路图
调理电路基本由平滑滤波器、增益调整电路、安全防护以及A/D转换电路组成。
平滑滤波器实现对输入信号的滤波,增益调整电路根据输入信号的幅值将信号调整至较合适的电压,安全防护主要是过压过流保护,提高采集卡安全性,提高对于系统对信号测量的动态范围,ADC完成最终对于信号的测量。
输入接线
采集卡具有4路模拟量单端输入通道,可以采集各传感器或变送器输出的电压信号或电流信号,模拟量单端输入接线方式如“模拟量单端输入接线方式图”所示。
模拟量单端输入接线方式图
采样值计算
模拟量输入的采样值采集经过校正后,存放于指定的寄存器地址空中,主机读取指定通道的采样值。
采样值为12位数据,具有多种数据类型,可根据用户要求通过配置软件进行选择。
配置软件对输出采样值数据类型的配置命令是通过写配置代码来实现的,配置类型代码和数据类型的对应关系如“AI采样值数据类型设置”所示。
采样数值是按照设置的数据类型存储在对应通道的寄存器中的,而对模拟量相关的配置寄存器进行配置时,也需要转换成指定的数据类型再进行配置。
AI采样值数据类型设置表(适应部分采集卡)
类型代码
数据类型
01
无符号整型
02
ADC采样数据
03(特定传感器)
模拟量值
注意:
如果使能了超限报警功能,修改了返回的数据类型后,需要对上下限值重新配置。
类型代码为1时(出厂默认),表示输出数据为16位整型数据,转换成模拟量值的计算公式为:
读取数据转换为10进制,然后X*FSR/4095(FSR为采集卡量程)。
ADC数据类型
类型代码为2时,表示数据为ADC输出数据类型,16位有效数据,0x0000为0值,0~0x7FFF表示采样值为负数,0x8001~0xFFFF表示采样值为正数。
0表示﹣10V,0xFFFF表示为10V。
将采样值数据转换成对应的模拟量值需要区分正负数,假设采样值数据为X,则负数的转换公式为
,正数的转换公式为:
(X-0x8000)*FSR/0x7FFF。
其中FSR为测量范围量程值10V。
将上下限值转换为对应数据类型寄存器数值计算公式为:
,其中X为带符号的模拟量值。
例如:
测量范围为±
10V,X=﹣4V时,转换值为
。
支持部分特定采集卡量程,配置代码为3时,返回的数据为有符号数,直接表示是模拟量值,负数采用补码方式,单位为mV。
例如,返回数据为0x3E8时,表示当前测量值为1000mV。
数字量输入功能
数字输入原理
数字量输入原理示意图
采集卡的数字输入DI的性能表如“DI性能表”所示。
DI性能表
性能
用途
高电平
低电平
备注
DI
数字量
TTL
光耦隔离输入,耐压35V
电压电平测量
5V
>
1V即可
0V
0.5V即可
内部5V上拉,悬空为高电平
若传感器低电平无法小于1V,可在DI与GND之间并联100欧电阻
测频/计数
正交编码器测量
俩DI同时使用
干接点(开关)信号
接入DI和GND,吸合为低电平
编码器为特殊功能,采购时需备注
DI高低电平/无源触点输入
2路DI通道可以用来采集电压型或无源触点(干接点)型数字量信号,输入信号逻辑状态定义如“DI输入信号定义表”所示。
DI输入信号定义表
输入信号类型
信号定义
电压型
高电平信号
状态1,电压范围:
1~5V
低电平信号
状态0,电压范围:
≤0.8V
无源触点型(干接点)
开路触点信号
状态1
闭合触点信号
状态0
数字量输入端口原理示意图如“数字量输入原理示意图”所示。
图中左侧为外部接线,当外部输入为电平信号时,输入信号的电压小于0.5V时,光耦导通,A点输出低电平,逻辑状态为0;
当输入信号的电压大于1V小于24V时,光耦截止,A点输出高电平,逻辑状态为1。
当采集卡接开关触点信号时,当开关闭合,光耦导通,逻辑状态为0;
同理,当开关断开时,光耦截止,逻辑状态为1。
计数功能输入
DI通道可独立配置为计数器功能方式,每一路DI通道作为32位计数器,该模式下,可以采集脉冲频率0.001~200Hz,对输入脉冲的上升沿进行计数。
计数值超过0xFFFFFFFF将自动清零。
该功能具备自动去抖动(80us)功能。
测频功能输入
DI通道可独立配置为测频器功能方式,每一路DI通道作为16位测频器,该模式下,可以采集的输入脉冲频率1~65000Hz。
对于非方波脉冲信号,计数、测频稳定度会降低。
PWM功能输入
DI通道可独立配置为PWM功能方式,每一路DI通道作为16位测频器,同时具备测量占空比的功能,该模式下,可以采集的输入脉冲频率1~3000Hz,占空比1~99%,频率精度1Hz,占空比精度1%。
(本功能为特殊功能,需定制)
编码器输入
DI通道可配置为正交编码器采集功能,每两路DI通道联合作为一个编码器测试端,例如A接DI0,B接DI1,转速0~3000转/分,32位计数器,可识别正反转,计数值超过0xFFFFFFFF将自动清零。
对于方波非脉冲信号,计数、测频、PWM测试稳定度会降低。
AO输出匹配输入
DI通道可以独立配置为对应AO通道的紧急输出功能的匹配输入方式,输入匹配电平可通过配置软件配置。
当DI通道配置为匹配输入方式,且DI端口输入电平与设置的匹配电平一致时,对应的AO通道将以设置的紧急输出值输出。
输入接线方式
接线方式如“数字量输入接线方式示意图”所示。
电压型数字量信号接线时要注意信号极性,以免接反。
数字量输入接线方式示意图
数字量输出功能
采集卡具有2路数字量输出通道,可以配置为用户控制输出或对模拟量输入采样进行超限状态指示输出。
输出原理
2路数字量输出通道,采用集电极开路输出方式,内置5V上拉,也可在输出端口连接上拉电源,最大负载电压50V,最大负载电流50mA。
输出信号的内部等效电路如“DO输出等效电路图”所示。
DO输出等效电路图(出厂默认)
DO输出等效电路图(用户)
DO控制位写入高电平命令时,晶体管T1导通,DOUT引脚输出为低电平信号;
反之DO控制位写入低电平信号,T1截止,DOUT被上拉电阻拉为高电平。
采集卡内部已经对DO控制位进行处理,在DO端口寄存器中,在DOn写入0,对应的DOn端子脚输出低电平,写入1即输出高电平。
DO输出性能表如“DO性能表”所示
DO性能表
DO
MOS管输出
高低电平输出
内部5V上拉
电流<
20mA
PWM输出
频率1~65kHz
占空比0.1-99.9
去掉内部上拉电阻,控制外部负载电源通断
电流需<
1A
MOS管为特殊功能,采购时需要明确备注
DO高低电平输出
2路DO通道可以用来直接输出高低电平信号。
使用内部5V上拉(出厂默认),可驱动20mA负载,使用外部上拉(例如电源24V,上拉电阻100Ω),可驱动大功率负载(例如照明灯泡等)。
DO作为驱动输出,需要根据所需电流和功率,详细计算上拉电阻,一般是所需电流越大,上拉电阻阻值越小,对于超过50mA的电流,上拉电阻一般使用大功率的碳膜电阻,否则会因为电阻发热而烧毁器件。
PWM测试输出
DO通道可独立配置为PWMOut功能方式,可以输出脉冲频率1~65000Hz,占空比1%~99%,频率精度1Hz,占空比精度1%。
AO输出
DO通道可作为AO输出,一般频率设置为1000Hz,通过调节占空比,可达到调节输出电压有效值的目的,例如DO5V上拉时,占空比为0,输出电压0V,占空比为50%,输出电压2.5V。
输出接线方式
DO输出端口在使用时可去掉内部上拉电阻,自行在外部连接上拉电阻。
采集卡的DOn端子脚与用户的上拉电阻连接,COM端子脚与用户的信号地相连接,如“DO接线方式示意图”所示。
DO接线方式示意图
DO驱动继电器接线示意图
采集卡的输出信号驱动继电器接线方式,如“DO驱动继电器接线示意图”所示。
连接固态继电器时,需要接一个限流电阻,连接普通继电器时,需要接一个续流二极管,以保护内部电路不被损坏。
COM是输出信号的公共地,与采集卡电源电压输入地GND是隔离的,接线时需要注意,不要混淆。
通信协议
USB通信
调用ADIO16.dll,以下函数,能匹配流行的所有开发平台,例如VCVBMATLAB等,使用时,多检查参数正确性,勿要过于怀疑函数本身。
●FindDevice查找设备
uint32_tFindDevice()
初始化函数,返回设备数量n,返回0,表示没有识别任何设备。
该函数如果无法调用,证明用户开发平台DLL调用功能没有配置正确。
●OpenDevice打开设备
uint32_tOpenDevice(uint_tID)
uint_tID:
USB设备编号,单设备为0(默认),多个设备为012……。
返回1打开成功,0打开失败。
●m_ReadDeviceHID2BUF读取数据
int32_tm_ReadDeviceHID2BUF(uint32_tID,uint32_t*ADBuf,uint16_tLen,uint32_t*DAbuf,uint32_t*CNbuf,uint32_
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