code width
7.50
110
6.25
100
5.00
011
3.75
010
2.50
001
1.25
000
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Time
3-bit ADC
16-bit ADC
Code width = smallest detectable change in voltage
5
虚拟仪器专题设计实验
多功能数据采集卡简介
多功能数据采集卡
模拟输入/输出
数字输入/输出
On
Off
DAQ Board
AI – A/D AO – D/A Digital I/O Counter/Timer
1
时钟输入/输出 0
7
信号分类
信号根据其所传递的有用信息进行分类
Signals
Digital Analog
TTL Signal
START TRIG* Input of MIO Board
Edge Initiates Acquisition
Level and Slope of Analog Signal Initiates Acquisition
Level and Slope of Analog Signal Retrieves Acquisition 18
21
ELVISII平台硬件指标
阻抗分析仪 ▪ 0.2 Hz到35 kHz范围 ▪ NPN, PNP, 二极管 其他分析 ▪ 波特图分析仪 ▪ 2-线电流电压分析 ▪ 3-线电流电压分析
原型板 ▪ 可替换 ▪ 自定义Banana, BNC, D-Sub连接
集成DAQ ▪ AI采样率1.25 MS/s 单通道,
=
AD的输入范围
增益 * 2n
n = # of ADC bits
15
A/D 采样率
Adequately sampled Aliased due to undersampling
Nyquist 原理: 采样率 > 2倍的最高频率
16
多通道采集
采集模式
通道设置
连续扫描 同步采样 间隔扫描
Battery 1 Battery 2
500kS/s双通道 ▪ 16 bit分辨率 ▪ AO 2.8 MS/s更新率 ▪ 24 DIO, 15 PFI, 2 CTR
可变电源供电 ▪ 10 bit 分辨率 ▪ 0到+12V, 0到-12V ▪ 500 mA电流范围
22
ELVISII平台原型板
AI、 示波器、 PFI
电源、波形发生器、AO、 DMM
直流信号
t
时域信号
f
频域信号
温度 压力 流量 应变
DC 精度
心电信号 血压 单次事件
振动 语音 声纳
DAQ卡需要考虑的指标参数
分辨率 采样率 AC 和 DC 精度 触发
分辨率 采样率 AC 精度 触发 滤波器
11
模拟信号调理
低电压信号 电流输入/输出 RTDs(热电阻)
和 热敏电阻 热电偶
应变仪
隔离，放大，滤波
虚拟仪器设计方法
本科生课程《仪器设计专题实验》
虚拟仪器专题设计实验
内容
专题设计实验安排 多功能数据采集卡简介 设计实验
3
专题设计实验安排
第二个阶段
3-6周，共计4周，8学时/周
设计实验（24学时）
虚拟数字示波器（24学时）
1人一组
4
专题设计实验安排
教学方式
确定项目设计目标 学生独立设计和实现 学生制作PPT进行汇报和演示 教师评分
电流与电压的转换 隔离，放大，滤波
激励电源 隔离，放大，滤波
冷端补偿 隔离，放大，滤波
激励电压 全桥和半桥设置 隔离，放大，滤波
多功能I/O
12
Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation (SCXI)
DAQ卡的前端信号调理模块
13
SCXI 选择
Strain gauge 1 Strain gauge 2
Temp Pressure
单端/差分输入 单极性/双极性 信号范围：增益 扫描顺序
17
触发方式
软件触发 (SW) 数字触发 (HW) 模拟触发 (HW) 条件获取 (SW)
Software Command Initiates Acquisition
Output: 产生一个方波
DAQ卡需要考虑的指标
分辨率 时钟频率
9
数字信号调理
需要交流切换或大电流的负载
电磁阀 阀
电动机
加热器 灯 泵
生产过程监测
接近开关 限位压 or
高电压
机械式继电器 或
固体继电器
机械式继电器 或
固体继电器
光隔离
数字I/O
10
模拟信号
0.985 t
On-Off Pulse Train
on
10-
状态
off t
速率
t
DC
0.985
幅值
t
Time Domain Frequency Domain
形状
t
频率
f
8
数字信号
on off
开关信号 Input: 检测一个开关闭合 Output: 关闭一个阀
通道数
1-
0-
t
t
连续脉冲信号
Input: 检测光电编码器的脉冲
传感器和信号 • 热电偶
• RTDs • 热敏电阻 • 应变仪 • 电压信号
微伏，毫伏，伏 • 电流信号
4~20 mA, 0~20 mA • 数字信号
信号调理
• 多路复用 • 放大 • 隔离 • 滤波 • 传感器激励 • 冷端补偿 • ……
14
A/D 分辨率
Amplitude 10.00
9.75
111
数据采集卡的优越性
灵活 成本较低 性能选择范围大 有大量的软件工具可用 利用PC技术
19
虚拟仪器专题设计实验
ELVISII 平台简介
ELVISII平台硬件指标
示波器 ▪ 16 bit 分辨率 ▪ 1.25 MS/s 单通道 ▪ 500kS/s 双通道共计 ▪ 1到1.5 MHz 带宽 ▪ 1x和10x探针 ▪ ±10 V 输入范围 ▪ AC/DC耦合 ▪ BNC连接
数字万用表 ▪ 隔离 ▪ 5½ 位 ▪ 60 VDC，20Vrms, 2 ADC,
2 Arms, 100MΩ
USB连接 ▪ 即插即用 ▪ USB 2.0
函数发生器 ▪ 10-bit ▪ ±5V范围 ▪ 0.2 Hz到5 MHz 正弦 ▪ 0.2 Hz到1 MHz 三角波/
方波 ▪ 软件或手动可控 ▪ BNC或原型板连接
数字 I/O 计数器、 LED
23
原型板行、列连接
24
应用软件
Application Software
LabVIEW
Instrument I/O
NI DAQmx (.dll)