数据采集系统基本组成.ppt

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1、数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l数据采集系统包括硬件和软件两大部分，硬件部分又可分为数据采集系统包括硬件和软件两大部分，硬件部分又可分为模拟部分和数字部分。模拟部分和数字部分。图图1.1 数据采集系统硬件基本组成数据采集系统硬件基本组成数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l每个通道都有各自独自的采样保持器与每个通道都有各自独自的采样保持器与A/D转换器，转换器，这种结构形式可以对各通道输入信号这种结构形式可以对各通道输入信号进行同步、高速进行同步、高速数据采集。数据采集。多通道多通道A/D转换转换 l各通道有各自独立的采样保持器，但公用一个各通道有各自独立的采样保持器，但公用一个

2、A/D转换器。通过多路开关分，对各路信号转换器。通过多路开关分，对各路信号分时进行分时进行A/D转换转换。能够实现。能够实现多路信号多路信号的的同步采集同步采集，但采集，但采集速度稍慢。速度稍慢。单通道共享单通道共享A/D转换器转换器 数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l各通道公用一个采样保持器和各通道公用一个采样保持器和A/D转换器。工作时，转换器。工作时，通过多路开关将各路信号分时切换，输入到公用的通过多路开关将各路信号分时切换，输入到公用的采样保持器中，实现采样保持器中，实现多路信号的分时采集多路信号的分时采集，而，而非同非同步采集步采集。并且。并且采集速度最慢采集速度最慢。优点是

3、。优点是节省硬件成本节省硬件成本，适于对适于对采集速度要求不高采集速度要求不高的应用场合。的应用场合。多通道共享采样保持器与多通道共享采样保持器与A/D转换器转换器 数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成1.系系统统分分辨辨率率：数数据据采采集集系系统统可可以以分分辨辨的的输输入入信信号号的的最最小小变变化化量量。通通常常用用最最低低有有效效位位值值（LSB）占占系系统统满满刻刻度度信信号号的的百百分分比比表表示示，或或用用系系统统可可分分辨辨的的实实际际电电压压数数值值来来表表示示。有有时时也也用用信信号号满满刻刻度度值值可可以以划划分分的的级数来表示。级数来表示。位数位数级级数数1 LS

4、B（满满度度值值的百分数）的百分数）1 LSB（10V满满度）度）82560.391%39.1mV1240960.0244%2.44 mV16655360.0015%0.15 mV200.000095%9.53 uV240.0000060%0.60 uV表表1.1 系统的分辨率（满度值为系统的分辨率（满度值为10 V）数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成2.系系统统精精度度：当当系系统统工工作作在在额额定定采采集集速速率率下下，每每个个离离散散子样的转换精度。子样的转换精度。模数转换器的精度是系统精度的极限值。模数转换器的精度是系统精度的极限值。系系统统精精度度是是系系统统的的实实际际输输

5、出出值值与与理理论论输输出出值值之之差差，它它是系统各种误差的总和。通常表示为满度值的百分数。是系统各种误差的总和。通常表示为满度值的百分数。3.采采集集速速率率（系系统统通通过过速速率率、吞吞吐吐率率）：在在满满足足系系统统精精度度指指标标的的前前提提下下，系系统统对对输输入入模模拟拟信信号号在在单单位位时时间间内内所所完完成成的的采采样样次次数数，或或者者说说是是系系统统每每个个通通道道、每每秒秒钟钟可采集的子样数目。可采集的子样数目。“采集采集”包括对被测物理量进行采样、量化、编码、包括对被测物理量进行采样、量化、编码、传输、存储等过程。传输、存储等过程。采集速率的倒数是采样周期。采集速

6、率的倒数是采样周期。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成4.动态范围：某个物理量的变化范围。信号的动态范围动态范围：某个物理量的变化范围。信号的动态范围是指信号的最大幅值和最小幅值之比的分贝数。采集是指信号的最大幅值和最小幅值之比的分贝数。采集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最大幅值系统的动态范围通常定义为所允许输入的最大幅值Vimax与最小幅值与最小幅值Vimin之比的分贝数，动态范围：之比的分贝数，动态范围：瞬瞬时时动动态态范范围围：对对大大动动态态范范围围信信号号的的高高精精度度采采集集时时，某某一一时时刻刻系系统统所所能能采采集集到到的的信信号号的的不不同同频频率率分分量量幅幅

7、值值之之比比的的最最大大值值，即即幅幅值值最最大大频频率率分分量量的的幅幅值值Afmax与与幅幅度度最最小小频频率率分分量量的的幅幅值值Afmin之之比比的的分分贝贝数数。瞬瞬时时动态范围：动态范围：数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成5.非非线线性性失失真真（谐谐波波失失真真）：给给系系统统输输入入一一个个频频率率为为f的的正正弦弦波波时时，其其输输出出中中出出现现很很多多频频率率为为kf（k为为正正整整数数）的的新新的的频频率率分分量量的的现现象象，称称为为非非线线性性失失真真。谐谐波波失失真真系系数数用用来来衡衡量量系系统统产产生生非非线线性性失失真真的的程程度度，它它通通常用下式表

8、示：常用下式表示：A1为基波振幅，为基波振幅，Ak为第为第k次谐波的振幅。次谐波的振幅。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l提高信号检测灵敏度或降低可检测下限的基本方法：提高信号检测灵敏度或降低可检测下限的基本方法：从传感器及放大器入手：降低固有噪声水平、研制新的低噪声从传感器及放大器入手：降低固有噪声水平、研制新的低噪声传感器。传感器。分析测量中的噪声规律和信号规律，通过各种手段从噪声中提分析测量中的噪声规律和信号规律，通过各种手段从噪声中提取信号。取信号。l对传感器的基本要求是：测量范围宽，线性好，灵敏度高，噪对传感器的基本要求是：测量范围宽，线性好，灵敏度高，噪声低，谱段宽，响应快

9、，寿命长，便于匹配，均衡稳定。用于声低，谱段宽，响应快，寿命长，便于匹配，均衡稳定。用于弱信号检测的传感器，首要要求是高灵敏度、低噪声。弱信号检测的传感器，首要要求是高灵敏度、低噪声。填空：填空：16*1=16 判断判断6*1=6 简简答答6*6=36分析分析10+10+10+12=12分分数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l使用测量放大器的原因：弱信号、强干扰；动态范围宽，共模使用测量放大器的原因：弱信号、强干扰；动态范围宽，共模干扰电压大。干扰电压大。目的：检测叠加在高共模电压上的微弱信号。目的：检测叠加在高共模电压上的微弱信号。要求：高输入阻抗、共模抑制能力强、失调及漂移小、噪声低

10、、要求：高输入阻抗、共模抑制能力强、失调及漂移小、噪声低、闭环增益稳定性高。闭环增益稳定性高。l分类：分类：l技术指标：技术指标：放大倍数：放大倍数：AU、AUS、Ai、Ais输入阻抗：输入阻抗：Ri=U0/Ii输出阻抗输出阻抗通频带通频带数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l采样率过低的结果是还原信号的频率看上去与原始信采样率过低的结果是还原信号的频率看上去与原始信号不同。这种信号畸变叫做混叠（号不同。这种信号畸变叫做混叠（alias）。出现的混）。出现的混频偏差（频偏差（alias frequency）是输入信号的频率和最靠）是输入信号的频率和最靠近的采样率整数倍的差的绝对值。近的采样

11、率整数倍的差的绝对值。采采样频样频率率fs是是100HZ数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l信号调理能够在信号、传感器、信号调理能够在信号、传感器、DAQ板卡和板卡和PC机之间提供接机之间提供接口。通常的信号调理类型包括：放大、隔离、滤波、激励、线口。通常的信号调理类型包括：放大、隔离、滤波、激励、线性化等。性化等。A所以流入所以流入节节点点A的的电电流流所以流入相所以流入相邻邻左左侧节侧节点的点的电电流依次减半。流依次减半。倒倒T型型电电阻解阻解码码网网络络 D/A转换转换器器l倒倒T型型电电阻网阻网络络是集成是集成DA转换转换器中采用最多的一种。从器中采用最多的一种。从节节点点A向左

12、看，每个向左看，每个节节点等效点等效电电阻均阻均为为2R。可写出可写出的表达式的表达式 输出模拟电压为输出模拟电压为于是输出电压于是输出电压与权电阻解码网络相比，电阻阻值仅两种，便于集成。与权电阻解码网络相比，电阻阻值仅两种，便于集成。而而数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成1.循环采样：只采用一个循环采样：只采用一个A/D芯片，通过多路转换开关实现不同芯片，通过多路转换开关实现不同通道的切换；通道转换时间造成多通道不能同时采样；可以通道的切换；通道转换时间造成多通道不能同时采样；可以通过外加采样通过外加采样/保持电路保证采样的同步。保持电路保证采样的同步。2.同步采样：每个通道采用独立的

13、放大器和采样保持器以及同步采样：每个通道采用独立的放大器和采样保持器以及A/D转换器，不同通道采用同一时钟；保证不同通道的采样时间转换器，不同通道采用同一时钟；保证不同通道的采样时间相同（信号同步）；相同（信号同步）；3.突发模式采样：采样频率由扫描时钟控制，通道切换时间间突发模式采样：采样频率由扫描时钟控制，通道切换时间间隔由通道时钟控制。隔由通道时钟控制。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成多通道共享采样保持器和多通道共享采样保持器和A/DA/D转换器转换器多通道同步型数据采集系通多通道同步型数据采集系通多通道并行数据采集系统多通道并行数据采集系统分布式数据采集系统分布式数据采集系统数

14、据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l电压信号可以分为接地和浮动两种类型。电压信号可以分为接地和浮动两种类型。接地信号：将信号的一端与系统地连接起来，如大地或建筑物接地信号：将信号的一端与系统地连接起来，如大地或建筑物的地。因为信号用的是系统地，所以与数据采集卡是共地的。的地。因为信号用的是系统地，所以与数据采集卡是共地的。浮动信号：一个不与任何地（如大地或建筑物的地）连接的电浮动信号：一个不与任何地（如大地或建筑物的地）连接的电压信号称为浮动信号，浮动信号的每个端口都与系统地独立。压信号称为浮动信号，浮动信号的每个端口都与系统地独立。常见的浮动信号有电池、热电偶、变压器和隔离放大器。常见的

15、浮动信号有电池、热电偶、变压器和隔离放大器。测量系统可以分为差分（测量系统可以分为差分（Differential）、参考地单端（）、参考地单端（RSE）、）、无参考地单端（无参考地单端（NRSE）三种类型。）三种类型。l差分测量系统：信号输入端分别与一个模入通道相连接。具差分测量系统：信号输入端分别与一个模入通道相连接。具有放大器的数据采集卡可配置成差分测量系统。有放大器的数据采集卡可配置成差分测量系统。l一个理想的差分测量系统仅能测出一个理想的差分测量系统仅能测出(+)和和(-)输入端口之间的输入端口之间的电位差，完全不会测量到共模电压；电位差，完全不会测量到共模电压；l实际应用的数据采集卡

16、的共模电压的范围限制了相对于测实际应用的数据采集卡的共模电压的范围限制了相对于测量系统地的输入电压的波动范围；量系统地的输入电压的波动范围；l可以用不同的方式来消除共模电压的影响。如果系统共模可以用不同的方式来消除共模电压的影响。如果系统共模电压超过允许范围，需要限制信号地与数据采集卡的地之电压超过允许范围，需要限制信号地与数据采集卡的地之间的浮地电压，以避免测量数据错误；间的浮地电压，以避免测量数据错误；l参考地单端测量系统参考地单端测量系统(Referenced Single-End，RSE)：也：也叫做接地测量系统，被测信号一端接模拟输入通道，另一叫做接地测量系统，被测信号一端接模拟输入

17、通道，另一端接系统地端接系统地AIGND。l无参考地单端测量系统无参考地单端测量系统(NRSE)：信号的一端接模拟输入：信号的一端接模拟输入通道，另一端接一个公用参考端，但这个参考端电压相对通道，另一端接一个公用参考端，但这个参考端电压相对于测量系统的地来说是不断变化的。于测量系统的地来说是不断变化的。l几种信号输入方式的特点几种信号输入方式的特点差分输入差分输入可避免接地回路干扰可避免接地回路干扰可避免因环境引起的共模干扰可避免因环境引起的共模干扰NRSE可避免接地回路干扰可避免接地回路干扰RSE最简单，若信号满足下列条件，可选择最简单，若信号满足下列条件，可选择RSE输入输入l若信号满足下

18、列条件，可选择若信号满足下列条件，可选择RSE测量方式：测量方式：输入信号幅值较大，一般需输入信号幅值较大，一般需1V；连线比较短，一般连线比较短，一般5m；环境干扰很小或信号屏蔽比较好；环境干扰很小或信号屏蔽比较好；所有输入信号都与信号源共地。所有输入信号都与信号源共地。l否则建议选用差分输入方式，总体而言，差分输入方式是比较否则建议选用差分输入方式，总体而言，差分输入方式是比较好的选择好的选择l输入信号源的阻抗与插入式数据采集卡的阻抗相匹配：输入信号源的阻抗与插入式数据采集卡的阻抗相匹配：对于电池、对于电池、RTD、应变片、热电偶等信号源，由于阻抗很小，、应变片、热电偶等信号源，由于阻抗很

19、小，可以将这些信号源直接连接到数据采集卡上或信号调理硬件上。可以将这些信号源直接连接到数据采集卡上或信号调理硬件上。直接将高阻抗的信号源接到插入式板卡上会导致出错。直接将高阻抗的信号源接到插入式板卡上会导致出错。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成 三运放测量放大器原理图三运放测量放大器原理图b.电电阻阻R3、R4、R5、R6要精密配合（要精密配合（R3=R5、R4=R6）。）。a.运放运放A1、A2的特性的特性一致性。一致性。对电路要求对电路要求A1A2A3+_b1b2+_i+由图可知由图可知A1A2A3+_b1b2+_i+放大器具有很高的抑制放大器具有很高的抑制共模信号的能力共模信号的

20、能力 令输输出出uO与共模信号与共模信号uIc无关无关 A1A2A3+_b1b2+_i+数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成 抑制共模信号能力抑制共模信号能力数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成总线宽度：指数据总线的位数，用位总线宽度：指数据总线的位数，用位(bit)来表示。如来表示。如8位、位、16位、位、32位、位、64位总线宽度。位总线宽度。寻址能力：地址总线的位数及能直接寻址的存储器空间的大小。寻址能力：地址总线的位数及能直接寻址的存储器空间的大小。总线频率：总线的工作频率，以总线频率：总线的工作频率，以MHz表示，是总线工作速率的表示，是总线工作速率的一个重要参数。一个重要参

21、数。数据传输率：在一定的时间内总线上可传送的数据总量，用每数据传输率：在一定的时间内总线上可传送的数据总量，用每秒最大传输数据量来表示。计算公式：秒最大传输数据量来表示。计算公式：总线数据传输率总线数据传输率=(总线宽度总线宽度8位位)*总线频率总线频率总线定时协议：总线上进行信息传送必须遵守定时规则，以使总线定时协议：总线上进行信息传送必须遵守定时规则，以使源与目的同步。源与目的同步。热拔插：允许带电插拔工作中的板卡。热拔插：允许带电插拔工作中的板卡。即插即用：自动配置扩展板卡及其他设备的能力。即插即用：自动配置扩展板卡及其他设备的能力。负载能力：总线上所有能挂接的器件个数。负载能力：总线上

22、所有能挂接的器件个数。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l前面板（前面板（front panel）；）；l流程框图（流程框图（block diagram）；）；l图标图标/连结器连结器(icon/connector)。l简单的简单的LabVIEW问题问题数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成lIEEE-488总总线线由由8条条双双向向数数据据线线、3条条信信号号交交换换线线、5条条通通用用控制线和控制线和8根地线组成。根地线组成。数据采集系统基数据采集系统基本组成本组成管理总线管理总线（5根）根）挂钩总线挂钩总线（3根）根）数据总线数据总线（8根）根）仪器仪器A(计算机计算机)控者、讲

23、者控者、讲者和听者和听者功能功能IECIEC接口接口仪器仪器B(激励源激励源)听者听者功能功能IECIEC接口接口仪器仪器C(数字万用数字万用表表)讲者、听者讲者、听者功能功能IECIEC接口接口仪器仪器D(打印机打印机)听者听者职能职能IECIEC接口接口DUT被被测测设设备备EOIRENSROIFCATNNDAVNRFDDAVDIO1 DIO8传递仪器消息和大部分接口传递仪器消息和大部分接口消息，包括数据、命令和地消息，包括数据、命令和地址：传送设备命令址：传送设备命令(7(7位位)，传送地址和数据传送地址和数据(8(8位位)。控制数据总线的时序，以控制数据总线的时序，以保证数据总线能正确

24、、有保证数据总线能正确、有节奏地传输信息。节奏地传输信息。控制控制GPIBGPIB总线总线接口状态。接口状态。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成lFRAME#信号有效，地址期开始，并在时钟信号有效，地址期开始，并在时钟2的上升沿处稳定有的上升沿处稳定有效。地址期内，效。地址期内，AD3l:00线传输一个有效地址，线传输一个有效地址，C/BE3:0#线线传输一个总线命令。数据期从时钟传输一个总线命令。数据期从时钟3的上升沿处开始，在此期间，的上升沿处开始，在此期间，AD31:00线传送数据，而线传送数据，而C/BE#作为字节使能线指明数据线上作为字节使能线指明数据线上当前传输哪几个字节，从

25、数据期开始到传输完成，当前传输哪几个字节，从数据期开始到传输完成，C/B#始终保始终保持有效。持有效。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l从设备被地址期内发送的地址选中，提供从设备被地址期内发送的地址选中，提供DEVSEL信号和信号和TRDY#信号，信号，TRDY#在在DEVSEL#之后出现。之后出现。IRDY#号由主设备发出。在号由主设备发出。在IRDY#和和TRDY#同时有效的时钟上升沿，数据传输开始，两信号中的一个无效同时有效的时钟上升沿，数据传输开始，两信号中的一个无效时，进入等待周期，不传输数据。读操作的地址期和数据期之间，时，进入等待周期，不传输数据。读操作的地址期和数据期之

26、间，AD线上要有交换期，要求线上要有交换期，要求TRDY#有效必须比地址的稳定有效晚一拍，交有效必须比地址的稳定有效晚一拍，交换期过后，有换期过后，有DEVSEL#信号时，从设备必须驱动信号时，从设备必须驱动AD线。线。l时钟时钟7处是最后一个数据期，由于主设备因某种原因不能完成最后一次处是最后一个数据期，由于主设备因某种原因不能完成最后一次传输传输(IRDY#有效有效)，故，故FRAME#不能撤销，只有在时钟不能撤销，只有在时钟8处，处，IRDY#为为有效后，有效后，FRAME#信号才能撤销。信号才能撤销。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l写写操操作作与与读读操操作作相相类类似似，也

27、也是是FRAME#信信号号有有效效，地地址址周周期期开开始始，在在时时钟钟2的的上上升升沿沿处处达达到到稳稳定定有有效效。整整个个数数据据期期也也与与读读操操作作基基本本相相同同。在在第第三三个个数数据据期期中中，从从设设备备连连续续插插入入了了3个个等等待待周周期期(TRDY#无效无效)。时钟。时钟5处，传输双方均插入了等待周期。处，传输双方均插入了等待周期。lFRAME#撤撤销销，以以IRDY#无无效效为为前前提提，以以表表明明最最后后一一个个数数据据期期。时时钟钟5处处，主主设设备备撤撤销销IRDY#，插插入入等等待待周周期期，要要写写的的数数据据延延迟迟发送，字节使能信号不受等待周期的

28、影响，不延迟。发送，字节使能信号不受等待周期的影响，不延迟。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l写操作与读操作的不同：写操作中，数据和地址是由同一个设写操作与读操作的不同：写操作中，数据和地址是由同一个设备备(主设备主设备)发出，址期与数据期之间没有交换周期。发出，址期与数据期之间没有交换周期。l只有一个数据期，只有一个数据期，FRAME#信号在没有等待周期的情况下，信号在没有等待周期的情况下，在地址期在地址期(读操作应在交换周期读操作应在交换周期)过后即撤销。过后即撤销。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l主主、从从设设备备都都可可提提出出终终止止PCI总总线线传传输输要要求求，

29、但但无无权权单单方方面面实实施施传传输输停停止止，停停止止控控制制由由主主设设备备完完成成。结结束束标标志志是是FRAME#信信号和号和IRDY#信号均已撤销，而后进入总线空闲状态。信号均已撤销，而后进入总线空闲状态。1.由主设备提出的终止：主设备通过撤销由主设备提出的终止：主设备通过撤销FRAME#信号并建立信号并建立IRDY#，提出终止请求，告诉从设备，现在进入最后数据期，提出终止请求，告诉从设备，现在进入最后数据期，此后此后IRDY#一直有效，直到出现一直有效，直到出现TRDY#信号，完成数据最后信号，完成数据最后传输。接着传输。接着IRDW便撤销，达到完全终止的条件便撤销，达到完全终止

30、的条件(FRAME#和和IRDY#同时无效同时无效)，结束传输，进入总线空闲状态。，结束传输，进入总线空闲状态。VXI器件、模块与主机箱器件、模块与主机箱1.VXI器件器件l器器件件是是组组成成VXI总总线线系系统统最最基基本本的的逻逻辑辑单单元元；通通常常，一一个个器器件件占占据据一一块块VXI模模块块，但但也也允允许许在在一一个个模模块块上上实实现现多多个个器器件件和和一一个器件占据多个模块；个器件占据多个模块；lVXIVXI系系统统中中，最最多多可可有有256256个个器器件件，每每个个器器件件都都有有一一个个唯唯一一的的逻逻辑地址，逻辑地址的编号为辑地址，逻辑地址的编号为0 02552

31、55。l器器件件之之间间的的基基本本操操作作是是信信息息传传输输。根根据据其其性性质质、特特点点和和它它所所支支持的通信规程，持的通信规程，VXIVXI总线器件分为总线器件分为:寄存器基器件寄存器基器件消息基器件消息基器件存储器器件存储器器件扩展器件扩展器件数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l字字节传节传送送协议协议是命令者和从者之是命令者和从者之间进间进行行8位数据位数据传输传输的的协议协议，借助借助“字字节节有效有效”和和“字字节请节请求求”两个字串行命令完成。两个字串行命令完成。1）字）字节节有效命令有效命令-命令者利用命令者利用“字字节节有效有效”命令向从者命令向从者发发送一个字

32、送一个字节节的数据的数据D15D9D15D9为命令标识，内容固定，为命令标识，内容固定，D7D0D7D0是命令者向从者发送的是命令者向从者发送的数据字节，数据字节，D8D8用来传送用来传送ENDEND消息，为消息，为1 1时表示这次发送的字节是时表示这次发送的字节是字节串的最后一个字节，为字节串的最后一个字节，为0 0说明还有字节要发送。说明还有字节要发送。2）字节请求命令）字节请求命令-命令者可用命令者可用“字节请求字节请求”命令从从者处取回一个命令从从者处取回一个字节数据字节数据，“字节请求字节请求”命令是一个固定的命令是一个固定的16位命令，其编码为位命令，其编码为DEEFH。从者在其数

33、据低寄存器返回一个数据字节：。从者在其数据低寄存器返回一个数据字节：数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成由由于于USB设设备备上上的的输输入入保保护护设设备备可可能能互互相相排排斥斥，因因此此当当观观察察数数据据的的输输入入端端口口时时，可可能能发发现现由由电电压压生生成成器器产产生生的的信信号号波波形形可能会变形。可能会变形。靠靠近近设设备备的的USBUSB连连接接器器上的上的D+D+或或D-D-插口插口数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l任何驱动状态下，任何驱动状态下，USB设备必须能接收上图所示波形。波形设备必须能接收上图所示波形。波形从

34、一个输出阻抗为从一个输出阻抗为39的电压源直接进入每个的电压源直接进入每个USB数据口。数据口。l高速高速USB设备的连接是通过阻抗为设备的连接是通过阻抗为9015%，最大单路时延，最大单路时延为为26ns的屏蔽双绞线电缆进行，其最大速率为的屏蔽双绞线电缆进行，其最大速率为12Mb/s，并且，并且每个驱动器的阻抗必须在每个驱动器的阻抗必须在2844之间。之间。l低速低速USB设备在插口端必须要有一个带有串行设备在插口端必须要有一个带有串行A口连接器的可口连接器的可控制电缆，速率为控制电缆，速率为1.5Mb/s。当电缆与设备相连时，在。当电缆与设备相连时，在D+/D-线上必须要有一个线上必须要有

35、一个200450PF的单终端电容器。低速电缆的的单终端电容器。低速电缆的传播时延必须小于传播时延必须小于18ns，从而保证信号响在其上升沿或下降，从而保证信号响在其上升沿或下降沿的第一个中点处产生，以允许电缆与一块电容器相连。沿的第一个中点处产生，以允许电缆与一块电容器相连。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成低速驱动器信号波形低速驱动器信号波形 驱动器信驱动器信号端口号端口经过信号端的经过信号端的标准输出电平，标准输出电平，并有最小映象并有最小映象和阻尼和阻尼数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成lUSB数

36、据收发器包含发送数据所需的差模输出驱动器和接收数据用的差模数据收发器包含发送数据所需的差模输出驱动器和接收数据用的差模输入接收器。输出信号时，差模输出驱动器向输入接收器。输出信号时，差模输出驱动器向USB电缆传送信号。电缆传送信号。l信号的信号的低输出低输出状态，驱动器稳态输出值必须小于状态，驱动器稳态输出值必须小于0.3V，且要承担，且要承担1.5K的的负载加到负载加到3.6V电源的灌电流。电源的灌电流。l信号的信号的高输出高输出状态，驱动器稳态输出值必须大于状态，驱动器稳态输出值必须大于2.8V，且要承担，且要承担15K的的负载到地的拉电流。负载到地的拉电流。l传输数据时，驱动器输出是两个

37、相差传输数据时，驱动器输出是两个相差180度的信号。即一个输出高电平，度的信号。即一个输出高电平，另一个为低电平。接收器检测到两条线之间的电压差，当另一个为低电平。接收器检测到两条线之间的电压差，当D+比比D-高时，高时，信号被定义为差模信号被定义为差模“1”；当；当D-比比D+高时，信号被定义为差模高时，信号被定义为差模“0”。l驱动器输出还支持三态输出，以保证可以进行双向半双工通信。同时还驱动器输出还支持三态输出，以保证可以进行双向半双工通信。同时还需高阻抗来将那些正在进行热插入操作，或已经连接了但电源却没有接需高阻抗来将那些正在进行热插入操作，或已经连接了但电源却没有接通的下游设备同端口

38、隔离开来。通的下游设备同端口隔离开来。l当两个差模数据输入，以地电位为参考，当两个差模数据输入，以地电位为参考，D+和和D-至少在至少在0.8V到到2.5V（此（此为允许的共模电压范围）之间时，接收器具有的灵敏度大于为允许的共模电压范围）之间时，接收器具有的灵敏度大于200mV。在。在没有损坏，并以本地地电位为参考的条件下，接收器所能承受的稳态输没有损坏，并以本地地电位为参考的条件下，接收器所能承受的稳态输入电压是入电压是-0.5V到到3.8V之间。每一条信号线都必须有一个单端接收器，这之间。每一条信号线都必须有一个单端接收器，这些接收器必须有一个位于些接收器必须有一个位于0.8V到到2.0V

39、之间（之间（TTL电平）的开关阀值电压电平）的开关阀值电压(称为接收器阀值电压称为接收器阀值电压VSE)。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l数据传输是由差模信号来实现的。在接收器看来，如果数据线数据传输是由差模信号来实现的。在接收器看来，如果数据线的的D+至少比至少比D-高高200mV就代表一个差模就代表一个差模“1”，而一个差模，而一个差模“0”则由则由D-至少比至少比D+高高200mV来表示。信号的交叉点必须位于来表示。信号的交叉点必须位于1.3V和和2.0V之间。之间。l数据的数据的J和和K状态是系统中用于差模数据通信的两个逻辑电平。状态是系统中用于差模数据通信的两个逻辑电平。差

40、模信号是在数据线的信号交叉点处进行测量的。只要信号的差模信号是在数据线的信号交叉点处进行测量的。只要信号的交叉电平位于共模范围之内，差模数据信号就与信号的交叉电交叉电平位于共模范围之内，差模数据信号就与信号的交叉电平无关。平无关。l当总线不处在差模信号方式时，数据线必须处在单端接收器开当总线不处在差模信号方式时，数据线必须处在单端接收器开关阀值（关阀值（VSE）范围（）范围（0.8V到到2.0V之间）之外才有效，如之间）之外才有效，如“空闲空闲”和和“重新开始重新开始”状态。注意，空闲和重新开始状态在逻辑上状态。注意，空闲和重新开始状态在逻辑上分别等同于分别等同于J和和K状态。而全速率的状态。

41、而全速率的J和和K状态正好与低速率的状状态正好与低速率的状态相反。态相反。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l在包传送时在包传送时，USB数据编码格式称为数据编码格式称为Non-Return to Zero Inverted whit bit stuffing（ZRZI 无回零反向码）。它可以确无回零反向码）。它可以确保收发数据不需要每个字节发送一个独立的时钟信号，或以保收发数据不需要每个字节发送一个独立的时钟信号，或以Start and Stop位来保持与发送器的同步通信。位来保持与发送器的同步通信。l遇到遇到“0”转换，遇到转换，遇到“1”保持。保持。l在在NRZI编码的数据格式中，

42、编码的数据格式中，USB定义逻辑定义逻辑0为电压改变，逻辑为电压改变，逻辑1为电压保持不变，传送的数据低位先送出。为电压保持不变，传送的数据低位先送出。NRZINRZI数据编码数据编码数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成l每个方框每个方框对应对应一个一个SCPI子系子系统统，各个子系，各个子系统统又有更又有更详细详细的的模型描述。根据需要，找到模型描述。根据需要，找到仪仪器特定的功能器特定的功能块块，沿着，沿着树树状网状网络络从从顶顶向下向下寻寻找各分支，找到完成功能的命令。找各分支，找到完成功能的命令。l格式化：用来格式化：用来转换转换数据的表达式，当数据需要向外部接口数据的表达式，当数

43、据需要向外部接口传传送送时时，必，必须须格式化。格式化。数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成电压表可能只需要用到测量功能、触发功能和格式化功能电压表可能只需要用到测量功能、触发功能和格式化功能单输出的源仪器可能只用到信号产生和格式化块单输出的源仪器可能只用到信号产生和格式化块格式化格式化测测量功能量功能触触发发数据数据总线总线简化的检测仪器模型简化的检测仪器模型信号信号发发生生格式化格式化数据数据总线总线简简化的源化的源仪仪器模型器模型数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成1.语法和式样：描述语法和式样：描述SCPI命令的产生规则以及基本的命令结构；命令的产生规则以及基本的命令结构；2.

44、命令标记：提供命令标记：提供SCPI要求和可供选择的命令；要求和可供选择的命令；3.数据交换格式：描述仪器与应用程序之间、应用程序与应用数据交换格式：描述仪器与应用程序之间、应用程序与应用程序之间或者仪器与仪器之间可使用的数据集标准表示方法。程序之间或者仪器与仪器之间可使用的数据集标准表示方法。VISA的的编编程程打开打开仪仪器器资资源源 写命令写命令 从从仪仪器器缓缓存存中中读读取数据取数据 关关闭仪闭仪器器资资源源数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成lIVI驱动驱动程序比程序比VPP联联盟制盟制订订的的VISA规规范更高一范更高一层层。它。它扩扩展了展了VPP仪仪器器驱动驱动程序的程序的标标准，并加上了准，并加上了仪仪器的可互器的可互换换性、仿真和状性、仿真和状态缓态缓存等存等特点，使得特点，使得仪仪器厂商可以器厂商可以继续继续使用它使用它们们的的仪仪器特征和新增功能。因器特征和新增功能。因此此IVI基金会是基金会是对对VPP系系统联统联盟的一个很好的盟的一个很好的补补充。充。