Podręcznik

2.2. Budowa

Typowe rozwiązania funkcjonalne wielokanałowych kart zbierania danych zawierają pojedynczy układ przetwornika analogowo-cyfrowego z multiplekserem analogowym i pojedynczym wzmacniaczem pomiarowym. W związku z tym efektywna częstotliwość próbkowania jest odwrotnie proporcjonalna do liczby wykorzystanych kanałów. Typowe liczby kanałów wejściowych to: 8, 16, 32. Celem zwiększenia liczby kanałów można zastosować dodatkowe karty lub moduł multipleksera analogowego, jako moduł kondycjonowania sygnałów.

W standardowych rozwiązaniach stosuje się bezpośrednie przetworniki analogowo-cyfrowe typu kompensacji wagowej o czasie konwersji rzędu mikrosekund. Dzięki temu osiąga się częstotliwości próbkowania od setek kHz do pojedynczych MHz. Rozdzielczości przetworników analogowo-cyfrowych typowo zmieniają się w zakresie 12¸16 bitów. Typowe zakresy napięć wejściowych to: 0¸+10V, 0¸+5V, -10V¸+10V, -5V¸+5V. Wzmocnienia zmieniane są w sposób dekadowy: 1, 10, 100, 500 lub oktawowy: 1,2,4,8,16,...,256. Często, karty umożliwiają selektywny dobór niektórych parametrów dla poszczególnych kanałów. Dotyczy to również wspomnianego układu z pojedynczym wzmacniaczem, gdy jego wzmocnienie zmieniane jest w takt przełączania kanałów. Umożliwia to optymalne wykorzystanie pełnej skali przetwarzania przetwornika A/C, nawet przy bardzo dużej różnorodności w zakresie poziomu sygnałów. Ma to decydujące znaczenie z metrologicznego punktu widzenia, gdy chodzi o minimalizację błędu przetwarzania i utrzymanie możliwie dużej wartości stosunku sygnał/szum (SNR).

W zasadzie wszystkie dostępne karty DAQ wyposażone są ponadto w przetworniki cyfrowo-analogowe (nawet 2 szt.) oraz odpowiadające im wyjścia analogowe. Przykładowe zastosowanie tych układów to np. generacja sygnałów pobudzających, o dowolnych parametrach, potrzebnych do wysterowania testowanych układów, czy też generacja sygnałów akustycznych w sytuacjach awaryjnych. Podstawowym parametrem przetwornika C/A jest szybkość ustalania napięcia wyjściowego, która limituje maksymalną wartość częstotliwości pojawiania się próbek sygnału na tym wyjściu. W standardowych rozwiązaniach układów wyjściowych karty DAQ nie ma oczywiście analogowych (odtwarzających) filtrów dolnopasmowych. Proces „ zgrubnej” filtracji realizowany jest drogą przeciągania wartości amplitudy próbki na wzór próbkowania z pamięcią. Tworzy to obwiednię sygnału, którą można interpretować jako splot ciągu (nieskończenie krótkich impulsów) próbek sygnału z impulsem prostokątnym o jednostkowej amplitudzie i czasie trwania równoważnym okresowi wysyłania próbek sygnału. Istotę działania takiej filtracji najwygodniej jest opisać w dziedzinie widmowej, zastępując splot iloczynem odpowiedników widmowych. Dodatkowe użycie filtru dolnopasmowego może nie być konieczne, jeżeli zadba się o wysłanie odpowiednio dużej liczby próbek w okresie zmienności sygnału. To pociąga za sobą jednak znaczne ograniczenia częstotliwości generowanych sygnałów.

Ponadto, jak już podkreślano wcześniej, karty tego typu są wyposażone w cyfrowe równoległe porty wejścia/wyjścia (Digital I/O), które mogą być (po stosownym oprogramowaniu) wykorzystane do specjalnych zastosowań np.: sterowanie procesem skojarzonym z systemem pomiarowym, komunikacja z urządzeniami peryferyjnymi itp. Typowy przypadek to użycie standardowego, dwukierunkowego portu firmy Intel typu 8255, zawierającego trzy rejestry 8-bitowe i oferującego trzy tryby pracy.

Ostatnią grupę stanowią układy zegarowe (Timing I/O). Układy te bywają bardzo pomocne w wielu zastosowaniach jak np.: pomiar częstotliwości powtarzania zdarzeń, pomiary parametrów przebiegów impulsowych, generacja pojedynczych impulsów czy przebiegów impulsowych. Wszystkie wymienione zastosowania mogą być zrealizowane na bazie trzech podstawowych elementów: bramka, źródło, wyjście, charakterystycznych dla układu 8253 firmy Intel (timer w systemie mikroprocesorowym).