多通道同步采集卡的性能特点及工作原理的说明

概述

USB-2432采集卡是一款基于USB2.0总线，高速、高精度32通道同步采集卡，高达24位精度、256KSPS采样率。支持外触发和软件触发。32路差分信号及触发信号通过板上的SCSI68端子输入。

USB-2432模拟量输入信号采用差分输入方式进入ADC转换，AD转换结果存储在大容量存储器SDRAM（容量4M字）中。AD芯片自带差分放大器和数字滤波器。

USB-2432卡的USB主控芯片采用CYPRESS公司的CY68013A。本板是一款USB2.0总线高速、高精度数据采集板，支持热插拔，即插即用。运用现场可编程门阵列FPGA设计，提高可靠性。

出厂时提供XP/WIN7/WIN10下驱动程序和动态链接程序（DLL）及编程指导（DEMO程序），有VB/VC/LABVIEW采集程序例程，并提供两年的质保服务。 

产品应用

USB-2432是一款基于USB2.0总线的数据采集卡，可直接和计算机的USB口相连，构成实验室、产品质量检测中心等各种领域的数据采集、波形分析和处理系统。也可构成工业生产过程监控系统。它的主要应用场合为：

▪ 电子产品质量检测

▪ 医学检测

▪ 高精度信号同步采集

▪ IO控制

性能特点

▪ A/D转换器：24-bit Σ-Δ型ADC：AD7768

▪ 本体噪声低，通道隔离度高；

▪ 差分输入范围：±10V；

▪ AD触发方式：软件触发、外触发；

▪ 工作时钟：内时钟、外时钟（可选择同步时钟/触发时钟）；

▪ 多通道：32通道

▪ 耦合方式：DC；

▪ 采样频率可软件设置（范围：1KHz～256KHz/1KHz～200KHz/1KHz～160KHz模式可选）；

▪ 板载大容量存储器（4M字），支持连续采集，实现实时监控；

▪ 板卡ID识别（0～15），支持多卡操作；

▪ 提供WIN7/WIN10/XP下驱动程序及动态连接库；

▪ 尺寸大小（不含外壳）：92(W) × 140(L)  (mm)；

工作原理

1、逻辑框图

2、工作原理简述

USB-2432由以下功能模块组成：USB2.0总线桥电路，AD转换，数据存储等功能组成。

地址译码：由现场可编程门阵列FPGA芯片控制。由于是USB2.0总线，用户可以不关心具体I/O地址，直接调用我公司提供的动态连接库即可。

AD转换：外部模拟信号由SCSI68接头接入，经过前级运放，进入ADC，AD控制时序由FPGA完成。

数据存储：AD转换的结果存储在SDRAM中。读、写数据的时序由FPGA控制。

3、工作模式

3.1、软触发

在这种模式下，用户配置采样频率和同步通道后，启动AD，便可进行连续不间断采样，每一通道都能达到设定的采样频率，各通道之间无相差。

3.2、外触发 

在这种模式下，需要接入外触发信号，用户配置采样频率和同步通道后，启动AD，AD并不马上开始工作，而是等待外触发信号到来，给与有效的电平后，AD开始工作。

在这种模式下，触发源为模拟信号（模拟触发）或TTL电平信号（数字触发），模拟信号幅值在0V -- +5V之间，信号越平滑越好，如下图示；

外触发默认为输入模式，输入外触发信号。多卡时可将外触发引脚通过跳线设置为输出模式，用以提供外触发信号。

3.3、外时钟

外时钟模式可选择外触发时钟模式或者多卡同步时钟使用。外触发时钟模式：采样频率由该时钟确定，每个CLK上升沿采集一个点；同步时钟：用于ADC工作时钟，需提供特定的时钟，才可正常工作。

4、SDRAM中数据存放顺序

本卡采用SDRAM FIFO化的技术，数据位宽为16位（D0～D15），32路模拟信号（CH0～CH31）通过AD转换以后，结果存放在FIFO中。以四通道同时工作为例，其他依此类推。软件可任意勾选几个通道同时工作。一个通道的转换结果占用4个字节，其中数据占3个字节，1个字节的状态位。

以选择4通道为例：CH1、CH2、CH3、CH4的转换结果依次存放在FIFO中的第1、2，3、4，5、6，7、8个位置，第二轮CH1、CH2、CH3、CH4的转换结果依次存放在FIFO中的第9、10，11、12，13、14，15、16个位置。。。依此类推(分两次写，一次写16bit)

32路同步的情况，CH1、CH2、…、CH31被同步采样；各通道之间无相差。数据交织存放。具体可参照DEMO软件。

5、FIFO容量

本卡采用1片SDRAM，容量为4M字，FPGA将SDRAM  FIFO化，USB主控芯片内含1K字FIFO，所以本板总的FIFO容量为：硬FIFO+软FIFO = 4M字+1K字（构成海量FIFO），上位机一次读取18432个字节的数据量，该数据量能被2、3整除，分配到每个通道上的数据是一样多。

上位机是一次读取18432个字节，也可以更多或更少，但必须是512的倍数，因为USB端点2数据满512字节时，才打包提交。同时，为了上位机处理方便，一次读取的字节数最好能被（通道数×4）整除。

6、批量数据的传输

USB的主控芯片的端点2我们配置为批量读方式，端点0配置为控制传输，当外部FIFO（SDRAM）不为空且USB端点2的FIFO不满，USB就自动从外FIFO中读取一个数至内FIFO中，当端点2数据满512时，就自动打包提交。

外部FIFO（SDRAM）满标志为高时，代表数据有溢出，应当停止AD，清空FIFO后，重新开始采样。否则FIFO中的数据存放顺序会被打乱。

由于USB主控芯片采用胶链接，与16位宽度的SDRAM无缝对接。

审核编辑：符乾江