在过程控制及各种仪器仪表中,可由微型计算机完成实时数据采集与控制。计算机所加工的信息总是数字量。被测量或测量对象的有关参量往往是一些连续变化的模拟量,如温度、压力、流量、速度等。因此必须将这些模拟量转化为数字量,以送入计算机进行加工,这一过程为模数转换(A/D)。由计算机加工的数字量,转换为模拟量,对被控对象进行控制,这一过程为数模转换(D/A)。

使用PC机进行数据采集,便携机和笔记本具有自身的优点。便携机、笔记本重量轻、通用性好,方便携带,满足数据采集工作随时随地进行的要求。但由于便携机和笔记本内,缺少数据采集所需要的内置ISA扩展槽。因而需用并行口或RS232来进行数据采集。若利用便　机和笔记本的串口RS-232进行数据采集,速度会受到很大的限制,因此我们利用便携机和笔记本的并行口(Standard Parallel Port)进行数据采集。并行口分为普通型和增强型两种,尽管普通型并行口只有150KB/s的传输率,且由于数据线是单向的,无法直接完成信号的数据采集,而增强型的并行口有高达2MB/s的传输率,可以直接完成信号的数据采集,但考虑到586以下(除部分晚期大486外)的机型均不具备增强型的并行口,为了使数据采集卡有较强的适应性,这里仍选用普通型并行口为设计对象。

1.通用数据采集卡的结构及工作原理

通用数据采集卡的结构如图1所示,包括微弱信号放大、通道转换控制、时基发生器、时序控制器、采样/保持控制、A/D转换控制、D/A转换控制、转换驱动电路、数据读入、读出接口控制几部分。其工作原理是被测量(如：温度、压力、流量、速度等)经相应的传感器转换为电信号,经过微弱信号放大器(包括电压放大器、电流——电压转换、电荷放大器及低通滤波器)后,弱小的信号放大到与A/D转换输入电压相匹配;通道转换控制完成多路被测量或被控量轮流切换,分时与模数、数模转换电路接通的任务;时基发生器为A/D、D/A转换提供时钟信号或启动信号;时序控制器用来控制A/D转换、D/A转换的正确进行;采样/保持电路保证A/D转换期间,保持输入信号不变,它对A/D转换的精度起着决定性的影响;转换驱动电路完成对D/A转换控制输出信号的转换及功率放大;数据读入、读出接口控制电路完成与并行口的连接。

图1　通用采集卡结构

2.通用数据采集卡的应用

数据采集卡的形式是多种多样的,在此仅介绍两种*基本的形式。

2.1　专用的数据采集卡

专用数据采集卡只对某种或某类特定的被测信号进行采集,即它具有固定的采样频率、记录方式,通常只需要几个芯片就可以实现。图2给出了一种专用的数据采集卡电原理图。

图2　一种专用的数据采集卡

图3给出了利用上述装置测得的×弹膛压曲线。

图3　×弹膛压曲线

2.2　存储测试装置

图4是存储测试系统原理框图。它的工作原理是：自复位后存储测试系统就不断对信号采样转换并循环地写入存储器,触发事件到来时,启动延迟计数器(模块⑥)按采样频率计数,直到计满设定值,停止这一记录过程。这时的存储器地址就是记录的起始地址,这个地址虽是随机的,但由于我们记录的只是一个过程,因此完全可以通过数据形式,得到所需要的有用信号。

图4　存储测试系统原理框图

由这类电路构成的装置可以有效捕获单次瞬变信号,比如车辆碰撞、弹丸发射、**爆炸等一次性瞬间信号。

图5给出了由上述存储测试系统获取的××弹发射时膛内加速度曲线。

图5　××弹膛内加速度曲线