ACTRLRUN USB2016 数据采集板

2.2、A/D转换电路部分
　A/D分辨率：16Bit(65536)
非线性误差：±1LSB(最大)
转换时间：10us
系统测量精度：0.1%
2.3、D/A转换电路部分
输出通道数：4路
模拟输出电压范围：0～5V、0～10V、±5V、±10V
D/A分辨率：12Bit(4096)
非线性误差：±1LIB(最大)
D/A输出精度(满量程)：±1LIB
建立时间：10μS(0.01%精度)
输出阻抗：0.2Ω
2.4、开关量输入输出部分
16路数字量输入、16路数字量输出经过50脚扁平电缆插座
XS2引出。
　　　　　　数字端口满足标准TTL电气特性：
输入TTL电平，吸入电流小于0.5毫安。
输出TTL电平，最大下拉电流20mA,上拉电流2.6毫安。
数字量输入最低的高电平：2V
数字量输入最高的低电平：0.8V
数字量输出最低的高电平：3.4V
数字量输入最高的低电平：0.5V
2.5、定时/计数器
定时/计数器：8253的三个定时/计数器（CLK0、CLK1、CLK2）、门控（GATA0、GATA1、GATA2）及输出（OUT0、OUT1、OUT2）也由XS2引出。
2.6、A/D采样率
A/D采样通过率：100KHz
　　 2.7、外形尺寸
158mm * 117mm
三、工作原理概述
USB2016板主要由模/数转换(A/D)电路、数/模转换(D/A)电路、USB总线接口电路等部分电路的组合，力求满足用户各种用途的需求。
四、主要元件位置图、信号输入插座和开关量管脚定义
4.1 主要元件位置图
图4.1.1为USB2016板的主要跳线位置图，此位置图上跳线设置为出厂标准设置。设置为：单端输入方式，模拟输入范围±10V，模拟输出范围±5V。
XS1: 模拟信号输入/输出引线插座
XS2：开关量输入/输出及8254接口引线插座
USB－T：USB总线连接插座
RP5：4路DA输出电压零点调整电位器
RP1：DA0输出电压满度调整电位器
RP2：DA1输出电压满度调整电位器
RP3：DA2输出电压满度调整电位器
RP4：DA3输出电压满度调整电位器
RP8：A/D电路单极性零点调整电位器
RP7：A/D电路双极性零点调整电位器
RP6：A/D电路满度调整电位器
XF1、XF5：模拟电压输入单端、双端选择
XF7、XF8：D/A输出极性选择
XF1、XF2、XF3、XF4：D/A输出量程选择
4.2 模入信号37芯D型插座XS1的管脚定义
　　　CH00～CH15：16路模拟信号输入通道号
　　　CH00～CH07 ：双端模拟信号输入正端 （ 双端方式时）
CH08～CH15 ：双端模拟信号输入负端 （双端方式时）
DA0～DA1：4路模拟信号输出端
　AGND：模拟地
双端方式时，各通道的对应关系如下表：
原始通道对 对应的采样通道号 原始通道对 对应的采样通道号
CH0,CH8 CH0 CH4,CH12 CH4
CH1,CH9 CH1 CH5,CH13 CH5
CH2,CH10 CH2 CH6,CH14 CH6
CH3,CH11 CH3 CH7,CH15 CH7

4.3关于XS2开关量输入/输出及8254接口引线插座的管脚定义
DI0～DI15为开关量输入
DO0～DO15为开关量输出
OUT0～OUT2 分别为8253的0、1、2的定时/计数器的信号输出端；
GATE0～GATE2 分别为8253的0、1、2的定时/计数器的门控端；
CLK0～CLK2 分别为8253的0、1、2的定时/计数器的时钟端；
CLK与板卡上的2M晶振相连。
GND：数字地
VCC：+5V
五、短路套设置及数据格式
A/D电路部分：
1、 模拟信号输入方式选择
①

单端输入方式：

XF5

XF6
②
双端输入方式：
XF5

　XF6
　2、AD数据格式：
A/D转换结果寄存器各位定义如下：
D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
AD15 AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1AD0

其中：AD15～AD0：为A/D转换结果的16位数据，它的具体定义如下表。
USB2005板为双极性模拟输入时的结果数据格式如下表所示：
输入 A/D结果编码 原始码(十六进制) 原始码(十进制) 电压mV
正满度 0111 1111 1111 1111 7FFF 32767 +9999.69
正满度－1LSB 0111 1111 1111 1110 7FFE 32766 +9999.38
中间值+1LSB 0000 0000 0000 0001 0001 1 +0.3052
中间值（零点） 0000 0000 0000 0000 0000 0 0
中间值－1LSB 1111 1111 1111 1111 FFFF -1 -0.3052
负满度+1LSB 1000 0000 0000 0001 8001 -32767 -9999.69
负满度 1000 0000 0000 0000 8000 -32768 -10000.00

D/A电路部分：
1、模拟信号输出量程选择
输出范围 XF7 XF8 XF4
(DA0) XF3
(DA1) XF2
(DA2) XF1
（DA3）
0～5V
0～10V
－5V～+5V
-10V～+10V

2、D/A数据格式：
D/A转换数据寄存器
数据位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
数字信号 DA7 DA6 DA5 DA4 DA3 DA2 DA1 DA0
数据位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
数字信号 NC NC NC NC DA11 DA10 DA9 DA8

其中，DA11—DA0为需要进行D/A转换的12 位数据。NC：不用。
USB2016板DA为双极性电压输出时数据格式如下表所示：
输出 D/A数据编码 AD原始码(十六进制) 求补后的码(十进制)
正满度 1111 1111 1111 FFF 4095
正满度－1LSB 1111 1111 1110 FFE 4094
中间值+1LSB 1000 0000 0001 801 2049
中间值（零点） 1000 0000 0000 800 2048
中间值－1LSB 0111 1111 1111 7FF 2047
负满度+1LSB 0000 0000 0001 001 1
负满度 0000 0000 0000 000 0

USB2016板DA为单极性电压输出时的数据格式如下表所示：
输出 DA结果编码 AD原始码(十六进制) 求补后的码(十进制)
正满度 1111 1111 1111 FFF 4095
正满度－1LSB 1111 1111 1110 FFE 4094
零点+1LSB 1000 0000 0001 801 2049
零点 0000 0000 0000 000 0

六、模拟输入信号的连接方式
6．1 单端输入方式：
USB2016板均可按图4.1连接成模拟电压单端输入方式，16路模拟输入信号连接到CH00～CH15端，其公共地连接到AGND端。
单端输入方式，主要应用在噪声干扰不高的场合
6．2双端输入方式：
USB2016板可按图3.2连接成模拟电压双端输入方式，可以有效抑制共模干扰信号，提高采集精度。8路模拟输入信号正端接到IN00+～IN7+端，其模拟输入信号负端接到IN00-～IN7-端，并在距离XS1插座近处，在IN00-～IN07-端与AGND端各接一只几十KΩ至几百KΩ的电阻（当现场信号源内阻小于100Ω时，该电阻应为现场信号源内阻的1000倍；当现场信号源内阻大于100Ω时，该电阻应为现场信号源内阻的2000倍），为仪表放大器输入电路提供偏置。
双端输入方式，主要应用在噪声干扰高的场合
七、使用方法
1、用USB电缆将USB2016板与主机连接起来，若发光二极管亮，则表示USB2016板电源已接通。
2、时主机屏幕上会显示检测到artUSB2016设备，接着让您安装驱动程序，您须插入本公司提供的安装盘。详细的安装过程请见本公司软件说明书的USB部分。
3、安装完毕后，打开USB2016操作系统，即可检测设备是否正常工作。
注：其硬件参数配置请参考软件说明书中USB部分的结构USB_PARA中的介绍。
八、应用注意事项
在公司售出的产品包装中，用户将会找到这本说明书和USB2016板，同时还有产品质保卡。产品质保卡请用户务必妥善保存，当该产品出现问题需要维修时，请用户将产品质保卡同产品一起，寄回本公司，以便我们能尽快的帮用户解决问题。
在使用USB2016板时，应注意以下问题：
①USB2016板正面的IC芯片不要用手去摸，防止芯片受到静电的危害。
②用户务必注意电源的开关顺序，使用时要求先开主机电源，后开信号源的电源；先关主机电源，后关信号源的电源。
九、校准
USB2016板出厂时已经校准，只有当用户使用一段时间后，或者用户认为需要时才做校准。
准备一块5位半精度以上数字电压表，安装好USB2016，打开主机电源，预热15分种。
A/D校准
1、 模拟输入的任两个通道，比如CH0、CH1通道，将CH0通道输入接0伏电压,CH1接正满度电压9997.56毫伏。
2、 调整电位器RP6，使读回的A/D转换结果在7FFH和800H 之间变化。
3、调整电位器RP7，使读回的A/D转换结果在FFEH～FFFH之间变化。
4、重复2）、 3）步骤，直到满足要求为止。
D/A校准
（一） 双极性输出的校准：
1） 将数字电压表的地线与37芯D型插头XS1中的任意模拟地(AGND)相接,电压表的输入端与需要校准的DA通道相连接。
2）在Windows下运行USB2016测试程序，选择菜单文件操作下的D/A输出检测，根据需要校准的通道选择相应的手动单点输出。
3） 将D/A输出设置为2048，通过调整电位器RP5，使相应的D/A输出为0.000V。
4） 将D/A输出设置为4095，通过调整电位器RP1～RP4，使相应的D/A输出为5.000或10.000V。
5） 重复以上3)、4）步骤，直到满足要求为止。
（二） 单极性输出的校准
1） 将数字电压表的地线与37芯D型插头XS1中的任意模拟地(AGND)相接,电压表的输
入端与需要校准的DA通道相连接。
2） 在Windows下运行USB2016测试程序，选择菜单文件操作下的D/A输出检测，根据
需要校准的通道选择相应的手动单点输出。
3） 将D/A输出设置为0，通过调整电位器RP5，使相应的D/A输出为0.000V。
4) 将D/A输出设置为4095，通过调整电位器RP1～RP4，使相应的D/A输出为5.000或
10.000V。
5) 重复以上3)、4）步骤，直到满足要求为止。
十、保修
USB2016自出厂之日起，两年内，凡用户遵守运输，贮存和使用规则，而质量低于产品标准者公司免费修理。

附录 可编程定时/计数器8254编程描述
有关8254详细情况请参见8254技术手册或有关资料。
一、 控制字
在使用8254内部计数器前，必须先向8254内部控制字寄存器写入控制字和写入计数器
置值。
控制字寄存器格式如下：
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
SC1 SC0 RL1 RL0 M2 M1 M0 BCD

各位定义如下：
BCD：计数器计数方式选择，可采用二进制或BCD码。
M2、M1、M0：计数器工作方式选择，可有六种工作方式，具体含义见下表。
BCD 计数类型
0 二进制计数
1 BCD码计数
M2 M1 M0 方式
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 2
0 1 1 3
1 0 0 4
1 0 1 5

SC1 SC0 选择计数器
0 0 计数器0
0 1 计数器1
1 0 计数器2
1 1 非法

RL1 RL0 操作类型
0 0 计数器锁存操作
0 1 只读/写低字节
1 0 只读/写高字节
1 1 先读/写低字节
后读/写高字节

RL1、RL0计数器读写操作长度选择，以决定对计数器进行装入或读出是双字节还是单字节。SC1、SC0选择计数器0、1或2。
当对8254写入控制字后，就要给计数器赋初值了。当控制字D0＝0时，即二进制计数，初值可在0000H～FFFFH之间选择，当控制字D0＝1时，则装入计数器的初值应选十进制方式，其值可在0000～9999十进制数之间选择，但无论何种计数方式，当初值为0000时，计数器的计数值最大。
二、 工作方式
对8254的读写操作
方式0-计数结束中断
当写入方式0控制字后，计数器输出立即变成低电平，当赋初值后，计数器马上开始计数，并且输出一直保持低电平，当计数结束时变成高电平，并且一直保持到重新装入初值或复位时为止。当控制字中D5D4＝11时，在写入低字节后计数器还不计数，当写入高字节后，计数器才开始计数，如果对正在做计数的计数器装入一个新值，则计数器又从新装入的计数值开始，重新作减量计数。可用门控端GATE控制计数，当GATE＝0时，禁止计数，当GATE＝1时，允许计数。
方式1—可编程单次脉冲方式
该方式要在门控信号GATE作用下工作。当装入计数初值N之后，要等GATE由低变高，并保持高时开始计数，此时输出OUT变成低电平，当计数结束时，输出变成高电平，即输出单次脉冲的宽度由装入的计数初值N来决定。当计数器减量计数未到零时，又装入一个新的计数值N1，则这个新值，不会影响当前的操作，只有原计数值减到零且有一个GATE上升沿时，计数器才从N1开始计数。如当前操作还未完，又有一次GATE上升沿时，则停止当前计数，又重新从N1开始计数，这时输出单次脉冲就被加宽。
方式2—频率发生器方式
在该方式下，计数器装入初始值，开始工作后，输出端将不断输出负脉冲，其宽度等于一个时钟周期，两负脉冲间的时钟个数等于计数器装入的初始值。在方式2中门控信号相当于复位信号，当GATE＝0时，立即强迫输出为高电平，当GATE＝1时，便启动一次新的计数周期，这样可以用一个外部控制逻辑来控制GATE，从而达到同步计数的作用。当然计数器也可以用软件控制GATE而达到同步控制目的。
方式3—方波频率发生器方式
与方式2类似，当装入一个计数器初值N后，在GATE信号上升沿启动计数，定时/计数器此时作减2计数，在完成前一半计数时，输出一直保持高电平，而在进行后一半计数时，输出又变成低电平。若装入的数N为奇数，则在（N＋1）/2个计数期间，输出保持高电平。在（N－1）/2个计数期间，输出保持低电平。若在一次计数期间，将一个新的初值装入计数器，那么在当前的计数发生跳变时，计数器马上又按新的计数开始计数。
方式4—软件触发选通方式
用控制字设置该方式后，输出即变为高电平，在GATE＝1时，计数器一旦装入初值，便马上开始计数，每当计数结束，便立即在输出端送出一个宽度等于一个时钟周期的负脉冲。如果在一次计数期间，装入了一个新的计数值。则在当前的计数结束，送出负脉冲后，马上以这个新的计数开始计数。在GATE＝0时，禁止计数，这些均与方式2同，但这不是用GATE的上升沿来启动计数的。
方式5—硬件触发选通方式
当采用该方式工作时，在GATE信号的上升沿启动计数器开始计数，输出一直保持高电平，当计数结束时，输出一个宽度等于时钟周期的负脉冲。在此种方式下，GATE是高电平或低电平都不再影响计数器工作。但计数操作可用GATE信号的上升沿重新触发，便又从原来的初值开始计数，计数期间，输出又一直保持高电平。
在上述六种工作方式中，GATE信号均起作用，现将GATE信号的作用列于表中：
GATE 低电平或下降沿 上升沿 高电平
方式0 禁止计数 无作用 允许计数
方式1 无作用 启动计数，
下一时钟后输出变低 无作用
方式2 禁止计数并输出为高 启动计数 允许计数
方式3 禁止计数并输出为高 启动计数 允许计数
方式4 禁止计数 无作用 允许计数
方式5 无作用 启动计数 无作用

注意：8254的每个定时/计数器在所有操作方式下，均不能设置初值为“１”，否则定时/计数器将停止计数及计数输出。