广工测试技术说明mp421说明书.docx
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广工测试技术说明mp421说明书
MP421
使用手册
☐USB2.0总线AD采集模块
☐16路12位1MHzAD
☐512KDFIFO缓冲,支持连续采样
☐开关量:
16DI/16DO
☐二路20位计数器
BaoTron
2005/12
在开始使用前请仔细阅读下面说明
检查
打开包装请查验如下:
✧MP421采集模块
✧手册及光盘。
✧20、40线电缆各一套。
✧5伏1A电源。
安装
将MP421插入主机的任何一个USB2.0插槽中并将外部的输入、输出线连好。
如果主机有多套MP系列USB模块,请每次只安装一个模块。
软件启动安装请察看第3章说明。
如果主机USB电源供应能力差,请连接附送的电源。
保修
本产品自售出之日起一年内,用户遵守储存、运输和使用要求,而产品质量不合要求,凭保修单免费维修。
因违反操作规定和要求而造成损坏的,需缴纳器件费和维修费及相应的运输费用,如果板卡有明显烧毁、烧糊情况原则上不予维修。
如果板卡开箱测试有问题,可以免费维修(限购买板卡10天内)。
目录
一、MP421说明…………………………………………………………P4
⏹MP421板简介……………………………………………………P4
⏹主要特点、性能…………………………………………………P5
二、原理…………………………………………………………………P9
⏹简介………………………………………………………………P9
⏹模拟输入及AD数据计算…………………………………………P11
1.模拟输入……………………………………………………P11
2.AD转换数据格式与计算……………………………………P11
⏹AD采样的工作模式………………………………………………P13
1.AD转换模式Normal与SH模式……………………………P14
2.定时器与外时钟……………………………………………P16
3.外部触发……………………………………………………P17
⏹开关量部分的原理………………………………………………P18
⏹计数器……………………………………………………………P19
三、安装与连接………………………………………………………P21
⏹安装………………………………………………………………P21
⏹信号连接注意事项………………………………………………P22
⏹连接器插座定义…………………………………………………P23
⏹配套端子板………………………………………………………P24
⏹常用信号的连接与处理…………………………………………P26
四、软件………………………………………………………………P28
⏹软件安装与说明…………………………………………………P28
⏹接口函数说明……………………………………………………P31
1.设备操作函数……………………………………………P31
2.AD操作函数………………………………………………P32
3.开关量操作函数…………………………………………P40
4.计数器操作函数…………………………………………P42
⏹VC程序编程说明………………………………………………P45
⏹VB程序编程说明………………………………………………P46
五、附录………………………………………………………………P49
MP421示意图……………………………………………………P49
一、MP421说明
MP421板简介
MP421是一款USB2.0总线12位高速采集模块,具有16路模拟输入、开关量16路输入/16路输出、二路20位加法计数器(计数器通道0支持频率测量功能)。
采用USB2.0总线,支持即插即用、实时采集。
MP421内置512KByteDFIFO,支持全速实时不间断全速采集。
采集支持:
内、外部触发采集模式。
注:
MP421必须在USB2.0接口条件下应用,不支持1.0接口。
用户可以通过USB或PCMCIA插槽扩充2.0接口。
相关产品:
MP310:
12位400KHzUSB2.0采集模块。
MP312:
16位250KHzUSB2.0采集模块。
MP420:
12位333KHzUSB2.0采集模块。
MP422:
16位200KHzUSB2.0采集模块。
MP424:
12位8路4MHzUSB2.0采集模块。
MP425:
14位8路同时采样,50KHz/通道USB2.0采集模块。
配套端子板:
ACS420螺丝端子接线板。
AC1128路BNC插座输入放大缓冲板。
主要特点、性能:
AD部分:
⏹16路单端输入。
输入电压:
10伏/±5伏,软件控制。
⏹AD转换器:
12位AD,速度1000KHz(1uS转换时间)。
⏹通道输入阻抗:
1兆欧姆。
⏹输入插座:
20线扁平电缆插座。
⏹输入通道支持任意起始到任意结束通道的自动扫描。
⏹系统精度:
±0.2%FSR。
⏹分辨率:
12位。
⏹噪音(峰值):
小于±2LSB(典型,1000个采样点)
AD工作模式:
⏹启动模式:
软件、外部触发、外部时钟,软件控制。
⏹通道扫描或转换模式:
Normal模式(通道以等时间间隔进行转换),SH模式(每当一个有效启动信号后,MP421以1MHz的速度对用户设置的所有通道进行一次转换)。
⏹外部触发输入:
-输入:
TTL电平,高电平2-5伏,低电平0-0.8伏。
-触发电平:
大于2伏(误差±10%)。
-触发模式:
软件选择,上升或下降边沿触发。
-触发延时:
1个转换时钟周期(内部时钟)+250nS
⏹定时器:
内部12位定时器,基准时钟10MHZ(0.1uS周期)。
转换速度2.5KHz-1000KHz。
⏹外部时钟模式:
MP421支持外部同步时钟输入,可以由外部时钟来控制AD转换。
在Normal模式下,一个有效时钟进行一次AD转换(转换一个通道);在SH模式下,一个有效时钟对用户设置的所有通道以1000KHz的速度进行一次转换。
-转换时钟可以由外部输入(与开关量输入DI13共用)
-时钟输入电平与开关量输入相同。
-外部时钟输入延时小于100nS。
-外部时钟输入可以软件选择输入的上升或下降边沿有效。
⏹内部时钟:
10MHz基准时钟,12位可编程定时器(范围:
10-4095),可以按照100nS一步的精度设置AD转换周期。
开关量输入输出及计数器
⏹16路输入通道,性能:
1.输入电压:
TTL电平,兼容3伏电平。
2.高电平:
大于2伏。
3.低电平:
小于0.8伏。
4.输入电压范围:
0-5伏
⏹16路输出通道,性能:
1.输出电压:
3伏电平,兼容TTL电平。
2.高电平:
大于2.5伏。
3.低电平:
小于0.5伏。
4.最大输出电流:
15毫安/路。
5.开关量输出上电自动清零。
⏹二路20位计数器:
MP421有二路20位加法计数器通道0及1号(CNT0、CNT1),范围0-1048575。
计数器通道0支持频率测量,测量时间为1秒。
1.输入电平:
与开关量输入相同。
2.最大计数频率:
10MHz。
3.计数器输入时钟上升边沿有效。
4.硬件锁存计数器溢出标志,并可以软件读出。
5.通道0的频率测量范围0-1MHz,测量门控时间1S,精度±1uS。
6.二路计数器输入具有抗干扰的“史密特”输入门电路缓冲。
7.计数器输入通道0号与开关量输入DI15共用。
8.计数器输入通道1号与开关量输入DI14共用。
软件支持:
1.操作系统支持win98/win2000/winXP
2.开发包:
驱动程序、DLL库函数
3.例子:
MFC、VB
4.测试程序(MFC)
5.LABVIEW驱动模块。
位置:
光盘的\USB\MP421目录。
⏹总线:
符合USB2.0标准
⏹工作电流:
500mA。
⏹电源:
USB供电,可以选择外部电源供电。
⏹外部电源输入电压:
5伏,±5%。
⏹附件电源:
5伏输出,电流大于1安,输入:
220伏交流。
⏹内部板卡尺寸:
10cmx11.5cm
二、原理说明
2-1:
简介
MP421采用USB2.0接口,控制接口采用Cypress公司的CY68013芯片,提供12MByte/s的高速通讯速率。
AD部分接口采用GPIF与FIFO接口,数据自动传输、无需板上CPU干预,内部数据传输速率可以达到20MByte/s。
针对USB供电电源不稳定,板上设计了开关式DC-DC电源,使MP421从4.5V-5.5V输入电源都可以稳定工作。
AD转换器采用12位1000KHzAD,支持1000KHz速度的连续采集。
开关量采用门阵列芯片,提供4个8位I/O口:
16输入/16输出。
输出上电自动清零。
并在内部设计集成了2个20位计数器,提供计数、测频的功能。
原理框图:
模拟输入GPIF接口
16DI数据、地址
总线
16DO
外部触发
USB电源
外部电源输入
2-2:
模拟输入及AD数据计算
⏹模拟输入
MP421具有16路模拟输入,输入阻抗10兆欧姆。
输入具有过压保护,可以承受瞬时±20伏的电压。
AD输入有2档量程,由软件控制(详细见编程部分说明,分别对应增益选择:
0、1号)。
输入范围:
0号:
单极性输入0-10伏
1号:
双极性输入±5伏
注:
单极性指输入电压相对地线为大于0的信号。
双极性指输入电压相对地线为大于±输入的信号。
MP421的16路模拟输入,用户可以任意设置起始通道(STCH)及停止通道(ENDCH)。
停止通道的数值必须大于或等于起始通道数值。
以上的功能由MP421_AD()函数中的参数控制,如下:
1.stch:
控制AD采样的起始通道号(=0-15)
2.endch:
控制AD采样的结束通道号(=0-15)
3.gain:
=0、1,对应选择输入范围为:
0-10伏、-5伏-+5伏。
⏹AD转换数据格式与计算
AD采样的数据按从stch开始到endch结束的通道扫描顺序,循环存放,每一个16位采样结果按低8位在前,高8位在后的顺序排列,如下:
stch,stch+1,….,endch…….stch,..,endch,……结束
MP421函数在将数据发送给客户时已经按照顺序将数据存放到客户指定的数组中了(32位长整形,其中低16位为AD采样结果),因此用户不需要将FIFO中的二个8位数据拼装为16位数据。
MP421采用DAfifo(动态异步缓存)接口,容量为512Kbyte,具有空(EF)、半满(HF)、溢出(FF)标志,标志为“0”时有效。
采样数据不断的写入FIFO中,GPIF接口与PC的BULKREAD指令自动保持FIFO中的数据不超过512K,当发生用户读入数据操作时,GPIF接口自动将FIFO中所有的数据传输到计算机中。
如果用户没有及时读出数据,FIFO将溢出,数据队列顺序会打乱(新进入的数据将冲掉最先写入的数据)。
如果出现FIFO溢出,只能靠提高计算机速度或降低采样速度或扩大存储器容量来弥补。
数据格式:
16位读出数据(D15-D0)定义如下:
D15
D14
D13
D12
D11
D10
D9
D8
AD11
AD10
AD9
AD8
AD7
AD6
AD5
AD4
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
AD3
AD2
AD1
AD0
0
0
DI1
DI0
-D16-D0:
16位数据的从高到低位。
-AD11-AD0:
12位采样数据,(MSB-LSB)。
-DI1、DI0开关量输入通道1、0号。
12位转换数据范围为0-4095,对应电压计算:
设:
data为12位转换结果=16位读入数据/16。
0-10伏:
电压=data*10000.0/4095.0(mV)
±5伏:
电压=(data-2048)*5000.0/2048.0(mV)
2-3:
AD采样的工作模式
MP421具有多种模式,如下:
1.MP421的启动模式为:
软件启动/外部触发启动。
2.转换时钟:
内部/外部时钟。
3.MP421具有二种采样模式,SH:
采保模式、NORMAL:
普通扫描模式。
采样模式由MP421_AD()函数的sammode、trsl、trpol控制。
AD转换模式Normal与SH模式
模式由sammode位控制:
sammode=0:
Normal模式
sammode=1:
SH模式
SH模式:
模拟同步采样模式。
适合应用在对一组输入通道采样的时差要求尽量小,但组之间的时间间隔较大的应用场合。
当由定时器脉冲有效边沿启动后,在板上逻辑的控制下,AD以1MHz的速度(间隔时间1uS)对一组通道进行转换:
从第N通道开始顺序转换到第M通道结束,(N、M分别为用户设置的起始与结束通道,N<=M)。
同时转换数据顺序写入Dfifo中,转换完后重新进入等待模式,等待下一个时钟启动信号。
见下面图例为一个2个通道(通道0-1号)工作在SH模式的时序示意图:
通道:
0101
AD转换信号
启动时钟
启动时钟周期
在SH模式下,每个通道的转换周期为启动时钟或定时器的周期,同样转换速度为定时器设置的速度。
由于AD的最大转换速度为1000KHz(周期1uS),定时器或外部时钟的最大速度或频率f:
f=1000KHz/转换通道的个数
或时钟的最小周期T:
T=1uS*转换通道的个数
例如:
对4个通道运用SH模式,定时器最小周期T=1uSx4=4uS,对应最小设置数据=4uS/0.1uS=40(0.1uS为定时器输入时钟周期)
NORMAL模式:
普通模式指,当由定时器脉冲或外部时钟有效边沿启动后,AD开始第一次转换,采样通道为当前通道,并在启动AD后自动将输入通道设置为下一个转换通道。
通道转换顺序为:
从第N通道开始顺序转换到第M通道结束,然后又重新从N到M通道,如此循环直到用户结束转换,(N、M定义同上)。
转换数据顺序写入Dfifo中。
此模式下各个通道之间的时间间隔相等,大小为转换时钟的周期。
每个通道的采样速度f如下:
f=定时器频率/转换通道的个数
相同通道号之间的采样数据的时间间隔:
T=转换通道的个数*定时器设定的时间周期(1uS)
定时器与外部时钟
MP421的AD启动转换时钟可以软件选择由板上或外部时钟控制,MP421_AD()函数的clksl=0内部时钟/=1选择外部时钟。
外部时钟的极性可以软件选择为上升或下降边沿启动一次或一周转换,clkpol变量=0选择上升边沿有效/=1下降边沿有效。
内部定时器输入基准时钟为10MHz,周期为100ns(0.1uS),位数:
12位。
定时器数据由MP421_AD()函数的tdata变量设置。
定时器为减法计数器,当由用户设置数值tdata减到1时,发出启动脉冲并自动将定时器数据重新设置为tdata。
12位数据取值(tdata):
10-4095,对应:
转换周期T=0.1*N(uS),N:
设置的12位定时器数据tdata。
转换频率f=10000/tdata(KHz)
在NORMAL模式下,最小转换周期为1uS(tdata=10),由此转换周期为:
1uS~409uS。
在SH模式下,最小转换周期为1*Nch(uS),Nch:
为采样通道的个数。
由此转换周期的间隔范围为:
1*Nch(uS)~409uS。
相应总转换频率或速度为:
f=10000/tdata(KHz)tdata:
12位定时器数据。
外部转换时钟的周期或速度要求同板上定时器,如果在AD转换结束前,有外部时钟触发,MP421将丢掉这个有效触发时钟。
外部时钟输入与开关量输入DI13共用。
外部触发
MP421的启动或触发控制分为二种:
软件启动/外部硬件触发,由admode的trsl位控制,trsl=0:
选择软件触发启动/trsl=1:
选择外部硬件触发启动。
硬件触发的极性可以软件控制模式寄存器admode的TRPOL=0/TRPOL=1选择为:
上升边沿/下降边沿触发。
外部触发输入为数字电平输入。
软件启动:
指用户发出启动命令后转换自动开始,直到用户发出停止命令而结束。
硬件触发启动:
指用户发出启动命令后,当一个有效的触发到来后AD才开始工作。
转换启动选择可以在触发选择中设置:
由软件或外部硬件触发启动整个转换过程,除非用户终止转换,否则将一直转换下去。
硬件触发可以在触发极性选择中设置为“上升边沿”或“下降边沿”有效。
一旦启动转换,AD转换将在板上定时器时钟驱动下按用户设置的起始(STCH)、终止通道(ENDCH)逐一通道顺序、循环转换。
MP421的触发电路为TTL电平(详细见第一章说明),缺省触发电平设置在2伏左右。
小结:
采样模式
1.转换触发启动:
软件/硬件(trsl=0/1)。
2.转换时钟:
内部/外部(clksl=0/1)。
3.硬件触发极性:
上升/下降边沿(trpol=0/1)。
4.外部时钟极性:
上升/下降边沿(clkpol=0/1)。
5.模拟通道采样模式:
SH/NORMAL(sammode=1/0)。
6.采样通道控制:
起始通道/结束通道(stch/endch)。
7.定时器设置:
tdata控制转换速度。
2-4:
开关量部分的原理:
MP421开关量提供16个输入及16个输出接口。
所有的输出口在上电初始时为“0”或低电平。
输入接口为浮空状态,如果没有外部输入,读入数据不定。
16位输入DI0-DI15由函数MP421_DI()读入。
16位输出DO0-DO15由函数MP421_DO()设置。
输入或输出的32位数据的低16位(D15-D0)有效,分别对应输入或输出通道15-0号。
MP421的DIO为3伏电平,兼容5伏TTL电平,输入可以承受5伏电压,输出高电平通常为2.8伏-3伏(5伏TTL逻辑通常大于2.3伏,就认为为逻辑1)。
2-5:
计数器
MP421具有二路20位计数器,通道0及1号(cnt0、cnt1)。
计数器计数范围0-1048575,为加法计数器。
用户利用函数MP421_Cstart()启动计数器后,计数器自动清零并开始计数。
计数器输入为上升边沿有效,即一个逻辑由0到1的输入有效。
计数器输入与开关量输入通道DI14、DI15共用,通道0输入为DI15,通道1输入为DI14。
计数器通道0同时具有频率测量功能,由MP421_Cmode函数控制。
模式0位计数器功能,模式1为频率测量功能。
频率测量的门控周期为1秒,当用户利用MP421_Cstart函数启动通道0后,计数器自动清零,同时定时器开始工作。
当定时时间到后,硬件自动停止计数器工作并保持数据。
用户可以利用MP421_Cpoll函数查询定时器是否时间到。
计数器的数据读出可以利用MP421_Cread获得。
用户可以在任意状态调用此函数。
当用户调用函数时,硬件自动将相应通道的20位计数器数据锁存在硬件缓冲中,以避免因读入速度带来的误差。
所有计数器输入,在硬件上都有“史密特”触发器进行缓冲、整形,以提高抗干扰能力。
如果用户在使用中发现计数器不稳定或输入噪音过大,可以在输入与地线之间连接一个100PF-1000PF的电容来解决。
三、安装与连接
3-1:
安装
关于USB
用户的计算机必须支持USB2.0,如果没有USB2.0接口,用户可以通过安装扩展卡来实现,具体的价格请咨询您的经销商。
一些品牌的笔记本计算机的供电能力有限,如果MP421因此不能正常工作,使用随机配备的5伏电源(注意外部供电电压为5伏±5%)。
用户在应用时请尽量采用随机配备的原装电缆。
如果需要单独配备电缆,请按照以下原则配备:
●电缆要选择粗的电缆以满足供电要求。
●电缆必须满足USB2.0480Mbit/s传输速度的要求。
如果用户希望将MP421放置在远离计算器的地方,可以利用USB2.0延长线来解决,一条延长线可以延长5米,最多可以延长20米(或以实验结果确定)。
USB支持即插即用,用户可以在开机状态连接或拔掉MP421与PC机的连接。
一些计算机由于兼容的原因,可能在连接MP421模块启动计算机时出现“蓝屏”,请在计算机启动后再连接MP421。
USB支持多个外部设备同时工作,但用户必须保证MP421占据主要的通讯信号带宽。
3-2:
信号连接注意事项
⏹模拟输入:
1.输入连接电缆必须用屏蔽电缆,电缆的屏蔽外层最好只在一端连接到地线上。
2.模拟信号的地线应该连接到前端的模拟输出的地线上,不能与数字地线混合。
如果需要混合数字、模拟地线,可以将数字地线连接到前端的电源地线上。
3.如果前端信号干扰较大,如电力信号采集应用时,最好将PC机的外壳与前端的地线单独连接。
这样可以避免干扰、高压烧毁MP421。
4.对于高精度采样,要求前端设备输出有尽量低的输出阻抗及电流驱动能力。
5.建议用户的模拟输出设备应该具有低输出阻抗及高速跟踪信号的能力,建议运用带宽在20MHz、转换速度大于10V/uS的运算放大器。
也可以选用AC112缓冲放大板。
⏹开关量:
1.开关量输入电平不能低于-0.3V或高于+5V。
2.输出不要对地线、电源短路。
3.输出如果需要驱动大功率设备,为防止干扰应该选用AC145端子板,将输出与设备隔离。
3-3:
连接器插座定义
MP421有二个扁平电缆连接器:
P1、P2。
●P1:
20脚扁平电缆插座对应16路模拟输入、触发输入。
●P2:
40脚扁平电缆插座对应32路开关量。
P1定义:
说明:
❑AIN0-AIN15对应16路单端模拟输入通道0-15号。
❑脚17、18模拟输入AD的地线。
❑脚20-TRIG:
触发输入。
P2定义:
说明:
❑DI0-DI15对应16路开关量输入0-15号。
❑DO0-DO15对应16路开关量输出0-15号。
❑脚9、10、19、20、29、30、39、40地线。
❑DI13:
同时作为外部时钟输入。
不用时为DI13。
❑DI14:
同时作为计数器通道1的计数时钟输入。
不用时为DI14。
❑DI15:
同时作为计数器通道0的计数时钟输入。
不用时为DI15。
3-4:
配套端子板
MP421可以配接如下端子板:
ACS420:
螺丝端子通用转接板,支持P1、P2电缆共80线。
AC112:
8路高速信号放大板。
放大倍率1-10倍。
输入BNC头。
AC145A:
隔离16入/16出端子板。
输入电压0-24伏/输出:
OC输出,驱动电流100毫安。
ACS420说明
示意图:
16通道AD输入
开关量输入
开关量输出
P1P2
☐P1P2口分别通过扁平电缆连接MP421
☐16路螺丝端子连接AD输入。
☐40个螺丝端子连接P2开关量输入、输出。
☐板卡尺寸与固定螺钉位置与MP421相同。
3-5:
常用信号的连接、处理。
⏹加入隔离电容采集交流信号
⏹利用开关量输出驱动继电器
四、软
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- 测试 技术 说明 mp421 说明书