康泰克 | 模擬輸入輸出的基礎(chǔ)知識(shí)

模擬輸入輸出是什么

測(cè)量自然界中的溫度、壓力、流量等物理量的傳感器發(fā)出的信號(hào)是模擬信號(hào)，而且，用于控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)大多數(shù)依靠模擬信號(hào)動(dòng)作。而另一方面，電腦只能處理數(shù)字信號(hào)，所以使用電腦輸入來自傳感器的信號(hào)、向執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)時(shí)，必須在模擬信號(hào)和電腦能處理的數(shù)字信號(hào)之間架設(shè)一座橋梁。這就是模擬輸入輸出接口

模擬信號(hào)輸入輸出(多功能)

USB單

PCI Express接口板

PCI接口板

模擬信號(hào)輸入輸出

USB單元

PCI Express接口板

PCI接口板

PCI接口板

(數(shù)字化儀，萬用表)

無線I/O單元

模擬輸入輸出設(shè)備的分類

模擬輸入設(shè)備(A/D轉(zhuǎn)換)

將來自外部裝置的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成電腦可處理的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的設(shè)備。

模擬輸出設(shè)備(D/A轉(zhuǎn)換)

將電腦的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)、向外部裝置輸出的設(shè)備。

模擬輸入輸出設(shè)備(A/D、D/A轉(zhuǎn)換)

同時(shí)具有A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換功能的設(shè)備。

模擬信號(hào)的數(shù)字化、數(shù)字信號(hào)的模擬化

如果想將外部的模擬量輸入到電腦中，嚴(yán)格地進(jìn)行數(shù)字表示，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量需要無限的位數(shù)。這不僅對(duì)只能處理有限位數(shù)的電腦來說不可能，從構(gòu)成轉(zhuǎn)換器的電路技術(shù)方面來看，也是不可能的。

解決這個(gè)問題最有效的方法是通過四舍五入或舍去、向上進(jìn)位等方式將數(shù)據(jù)控制在允許范圍方位內(nèi)的方法，即，使用代表值置換一定范圍內(nèi)的量。這就稱作量子化。

如果將實(shí)線表示的模擬量量子化，會(huì)變?yōu)殡A梯狀的折線。這樣，就可用有限的值中的某一個(gè)表示模擬信號(hào)?這項(xiàng)技術(shù)一直廣泛地在大家的周圍使用。例如，手機(jī)。手機(jī)將大家的語音(模擬)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后進(jìn)行通話。

例如，將階梯的第一個(gè)臺(tái)階作為1，用10進(jìn)制數(shù)表示，再將這個(gè)10進(jìn)制數(shù)置換為2進(jìn)制數(shù)后，變?yōu)橄聢D所示的樣子。這樣，就用4個(gè)比特將模擬量數(shù)字化了，這是將模擬量量子化的基本思考方法。

模擬輸入輸出設(shè)備的絕緣類型

模擬輸入輸出設(shè)備大致可分為絕緣型和非絕緣型兩類。在此，對(duì)絕緣型的兩個(gè)類型的特點(diǎn)進(jìn)行說明。非絕緣型是沒有使用絕緣元件的類型。

總線絕緣型

通過光電耦合器使電腦和外部輸入輸出電路絕緣。這種絕緣可以防止外部電干擾，所以在配線方面容易產(chǎn)生噪音、擔(dān)心電腦誤動(dòng)作、損壞時(shí)也可放心使用。

獨(dú)立絕緣(通道間絕緣)型

除了總線絕緣，還通過光電耦合器、絕緣放大器進(jìn)行各輸入輸出通道間的絕緣。這種絕緣可防止各通道間的干擾，所以即使連接各通道的機(jī)器各自的接地等級(jí)不同，也能正確采樣。

光電耦合器是什么

光電耦合器是由發(fā)光二極管和光電晶體管組成一對(duì)而構(gòu)成的元件。如果發(fā)光二極管中流過電流(大約10mA)，就會(huì)發(fā)光。光電晶體管感應(yīng)到光后，變?yōu)镺N的狀態(tài)，電流流通。通過這個(gè)光信號(hào)的部分，系統(tǒng)和外部的電信號(hào)絕緣。

輸入輸出通道數(shù)是什么

輸入輸出通道數(shù)的意思是1個(gè)設(shè)備擁有的可輸入或輸出的信號(hào)數(shù)。即，表示能連接的傳感器(信號(hào)源)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(控制對(duì)象)的數(shù)目。看一看產(chǎn)品目錄等的規(guī)格欄，有時(shí)會(huì)看到單端**ch、差分**ch等表示方法。

單端輸入是什么

通過信號(hào)線和地線兩條線連接，根據(jù)與大地的電位差測(cè)量信號(hào)源電壓的方式。這在模擬輸入中也是最普通的輸入方式，對(duì)1個(gè)信號(hào)源，配2條線皆可以了，這是它的優(yōu)點(diǎn)。與差分輸入比較，它有容易受到噪音影響的缺點(diǎn)。

差分輸入是什么

通過2條信號(hào)線與地線合計(jì)3條線測(cè)量信號(hào)源電壓的方式。獲得大地與A點(diǎn)間的電位、大地與B點(diǎn)間的電位的差，測(cè)量信號(hào)源(A－B間)的電位。這樣，A-B間受到大地噪音影響互相抵消，與單端輸入比較，具有不容易受到噪音影響的優(yōu)點(diǎn)。但是，也有1個(gè)缺點(diǎn)：對(duì)于1個(gè)信號(hào)源，需要配3條線，與單端輸入相比，能使用的通道數(shù)減少一半。

輸入通道數(shù) 模擬信號(hào)輸入輸出(多功能)

單端輸入 64-ch (差分 32-ch)

單端輸入 32-ch (差分 16-ch)

單端輸入 16-ch (差分 8-ch)

單端輸入 8-ch (差分 4-ch)

單端輸入 16-ch

單端輸入 8-ch

輸入通道數(shù) 模擬信號(hào)輸入輸出

單端輸入 64-ch (差分 32-ch)

單端輸入 16-ch (差分 8-ch)

單端輸入 8-ch

單端輸入 4-ch

差分 8-ch

差分 4-ch

輸出通道數(shù) 模擬信號(hào)輸入輸出(多功能)

16-ch

8-ch

4-ch

2-ch

1-ch

輸出通道數(shù) 模擬信號(hào)輸入輸出

16-ch

8-ch

4-ch

2-ch

分辨率是什么

表示能將模擬信號(hào)以怎樣的細(xì)小程度進(jìn)行數(shù)字表示(近似)。分辨率越高，電壓范圍分得越細(xì)，越能將模擬值正確地轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。

以下列舉一例，說明如果要在多種多樣的模擬輸入輸出設(shè)備中，選擇具有適合自己要求的分辨率的設(shè)備，應(yīng)如何考慮。

例如，假設(shè)“測(cè)量 0℃ ～ 100℃的溫度”???

例1：希望以1℃為單位測(cè)量

需要1/100的精度。分辨率為8比特(分成2的8次方=256份)的設(shè)備就足夠了。

例2：如果希望以0.1℃為單位測(cè)量

需要1/1,000的精度。需要分辨率為12比特(分成2的12次方=4,096份)的設(shè)備。

例3：如果希望以0.01℃為單位測(cè)量

需要1/10,000的精度。需要分辨率為16比特(分成2的16次方=65,536份)的設(shè)備。、

分辨率/ADC 模擬信號(hào)輸入輸出(多功能)

16-bit

12-bit

分辨率/ADC 模擬信號(hào)輸入輸出

24-bit

16-bit

12-bit

10-bit

分辨率/DAC 模擬信號(hào)輸入輸出(多功能)

16-bit

12-bit

分辨率/DAC 模擬信號(hào)輸入輸出

16-bit

12-bit

輸入輸出范圍是什么

可輸入或輸出的模擬電壓、電流的范圍。雙極(Bipolar)的意思是雙極性(-10V ～ +10V范圍等)、單極(Unipolar)的意思是單極性(0 ～ +10V范圍等)。選擇輸入輸出范圍時(shí)，一般選擇與傳感器的輸出、對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入相同，或選擇具有稍寬一點(diǎn)的范圍的設(shè)備。

例如，假設(shè)使用一個(gè)將某模擬量轉(zhuǎn)換成0 ～ 5V電壓的傳感器。那么，輸入范圍為0 ～ 10V和0 ～ 5V的設(shè)備哪一個(gè)更有效？假設(shè)分辨率都是12比特，范圍為0 ～ 10V的主板能分割的最小電壓為10÷4096，大約2.44mV。0 ～ 5V的設(shè)備為5÷4096，所以能分割的最小電壓大約為1.22mV。傳感器只能輸出0 ～ 5V，所以選擇輸入范圍為0 ～ 5V的設(shè)備可測(cè)量得更加精確。

增益是什么

增益的意思是倍率。在模擬輸入設(shè)備中，有的設(shè)備搭載了增加輸入信號(hào)幅度的功能。例如，外部信號(hào)為0 ～ 2.5V時(shí)，假設(shè)模擬輸入設(shè)備的輸入范圍為0 ～ 10V，與直接轉(zhuǎn)換相比，將外部信號(hào)(輸入的信號(hào))的幅度增加到4倍，成為0 ～ 10V的信號(hào)后轉(zhuǎn)換可進(jìn)行更高精度的測(cè)量。

轉(zhuǎn)換速度(采樣周期)是什么

表示能以多細(xì)小的時(shí)間間隔將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，或能以多大的時(shí)間間隔將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬量輸出。轉(zhuǎn)換速度越快，轉(zhuǎn)換的再現(xiàn)性越高。

采樣頻率 模擬信號(hào)輸入輸出(多功能)

1μsec/ch (max.)　

2μsec/ch (max.)

5μsec/ch (max.)

10μsec/ch (max.)

采樣頻率 模擬信號(hào)輸入輸出

100nsec (max.)

4μsec/ch (Max.)

10μsec/ch (max.)

20μsec/ch (max.)

10μsec×-ch＋20μsec [電壓]

40μsec×-ch＋20μsec [電流]

5msec/ch

40msec/ch

170msec/ch

更新頻率 模擬信號(hào)輸入輸出(多功能)

6μsec (max.)

10μsec (max.)

12μsec (max.)

更新頻率 模擬信號(hào)輸入輸出

10μsec/ch (max.)

20μsec/ch (max.)

采樣速度是測(cè)量對(duì)象頻率的10倍以上

如何決定模擬信號(hào)測(cè)量時(shí)的采樣速度（周期）。采樣速度越快，越能準(zhǔn)確地將原信號(hào)波形轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。但是，采樣速度越快，數(shù)據(jù)也變大，模擬輸入設(shè)備上搭載的A/D轉(zhuǎn)換器也更昂貴。

在考慮現(xiàn)實(shí)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，首先該考慮的是采樣定理。采樣定理是表示在“將連續(xù)的模擬信號(hào)作為離散的數(shù)字信號(hào)采樣時(shí)的采樣間隔的定理。為了準(zhǔn)確地采樣原信號(hào)中包含的所有頻率成分，需要原信號(hào)頻率的2倍以上的采樣速度”。

例如，為了準(zhǔn)確地采樣1kHz模擬信號(hào)，需要至少2kHz以上的采樣周期，否則無法準(zhǔn)確地采樣原信號(hào)中包含的頻率成分。以低速采樣高速信號(hào)時(shí)，將被作為折疊信號(hào)觀測(cè)，并視為低于原測(cè)量對(duì)象波形頻率的低頻率信號(hào)波形，即發(fā)生混疊。

混疊在日常生活中也可見到?？焖傩D(zhuǎn)的螺旋槳看似緩慢旋轉(zhuǎn)的原因就是人的眼睛和大腦的采樣速度無法跟上旋轉(zhuǎn)的螺旋槳頻率。發(fā)生混疊時(shí)，采樣結(jié)果看起來會(huì)與實(shí)際的信號(hào)大相徑庭。

基于采樣定理，能夠準(zhǔn)確地獲取頻率成分，但實(shí)際上僅憑2倍于原信號(hào)，波形會(huì)看起來參差不齊，無法獲得準(zhǔn)確的振幅。能夠準(zhǔn)確捕捉信號(hào)特性的實(shí)用采樣速度是原信號(hào)的10倍以上。康泰克為不同頻率的信號(hào)準(zhǔn)備了多種模擬輸入設(shè)備。

轉(zhuǎn)換精度是什么

進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換或D/A轉(zhuǎn)換時(shí)的誤差范圍。用1LSB單位表示誤差。例如，假設(shè)A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備的分辨率為12比特，輸入范圍設(shè)定為±10Ｖ，那么能分辨的最小單位為20÷4,096 ≒ 4.88mV(1LSB)。該A/D轉(zhuǎn)換主板的轉(zhuǎn)換精度表示為±2LSB時(shí)，意思是可能產(chǎn)生大約4.88×2 ≒ ±9.76mV的誤差。

*LSB：Least Significant Bit的縮寫，表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的最后一位比特。

二進(jìn)制數(shù)據(jù)和電壓值的關(guān)系(分辨率為16比特時(shí))

從16比特的模擬輸入設(shè)備輸入的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的分辨率為二進(jìn)制16位(16進(jìn)制數(shù)=4位)，模擬輸出設(shè)備時(shí)，要設(shè)定的D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的分辨率為二進(jìn)制16位(16進(jìn)制數(shù)=4位)。如下圖所示，“0000”時(shí)為“-10V”，而“FFFF”時(shí)為“9.99970V”。

如果是分辨率為16比特的設(shè)備，對(duì)于-10V ～ 0V的電壓，將-10Ｖ表示為“0000H”，將0Ｖ表示為“8000H”，可表示32,768種數(shù)據(jù)，而對(duì)于0V ～ +10V，只能表示32,767種：從“8000H”到最大值“FFFFH”。因此，最大值為“＋10V－1LSB”。

這些關(guān)系在任何一種模擬輸入輸出設(shè)備上都是通用的。例如，進(jìn)行模擬輸出時(shí)，如果向外部輸出信號(hào)，分辨率為16比特，將設(shè)備設(shè)定為“FFFF”，但可輸出的最大電壓為“+10V－1LSB”。

縮寫(單位)的含義

LSB

Least Significant Bit的縮寫。表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的最后一位比特。

MSB

Most Significant Bitt的縮寫。表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的最前一位比特。

FSR

Full Scale Range的縮寫。±10V范圍時(shí)，“20”為FSR。

以數(shù)字值表示模擬值的方法

通過模擬輸入(A/D轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換(量子化)的數(shù)據(jù)、設(shè)定為模擬輸出(D/A轉(zhuǎn)換)的數(shù)據(jù)使用以下特有的編碼體系表示。表示方法有以下幾種。

標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制

將電壓的0V作為數(shù)字值的0，數(shù)字值與電壓成正比，電壓增加，數(shù)字值也增加。用于單極型。

偏移二進(jìn)制

將負(fù)電壓的最大值作為數(shù)字值的0。將電壓的0V作為數(shù)字值的中間值，將正電壓的最大值作為數(shù)字值的最大值。用于雙極型。

反二進(jìn)制(2的補(bǔ)數(shù))

反轉(zhuǎn)偏移二進(jìn)制編碼的最高位比特后得到。2的補(bǔ)數(shù)表示是一種在電腦運(yùn)算中使用方便的編碼。在雙極型中，有這種格式的數(shù)據(jù)。

采樣方式是什么

進(jìn)行多通道的采樣時(shí)，有使用多路復(fù)用器（切換器）的多路復(fù)用器方式和同步采樣方式。

多路復(fù)用器方式通過多路復(fù)用器切換進(jìn)行采樣，不能同步轉(zhuǎn)換多個(gè)通道(需要通道切換時(shí)間)。

同步采樣方式有每個(gè)通道都搭載A/D轉(zhuǎn)換器的類型和搭載樣本/保持放大器的類型，都可進(jìn)行多個(gè)通道的同步轉(zhuǎn)換。

轉(zhuǎn)換速度和通道數(shù)的關(guān)系

通過多路復(fù)用器方式進(jìn)行模擬受通道切換方式時(shí)，進(jìn)行多個(gè)通道的采樣時(shí)，可設(shè)定的采樣周期須保持以下關(guān)系?！稗D(zhuǎn)換速度×通道數(shù)≦采樣周期”

獲取同一時(shí)間的數(shù)據(jù)

通過模擬輸入設(shè)備測(cè)量多個(gè)信號(hào)時(shí)，已測(cè)量的所有通道信號(hào)是否會(huì)被作為同一時(shí)間采樣的信號(hào)。如果模擬輸入設(shè)備搭載了通道數(shù)同等數(shù)量的A/D轉(zhuǎn)換器，將同步所有通道的模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)同一時(shí)間采樣。

通過多路切換器切換通道從而以1臺(tái)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣的多路切換型，隨著通道數(shù)增加每條通道的采樣周期變長(zhǎng)，同時(shí)通道間的采樣時(shí)間也會(huì)發(fā)生偏差。

同步采樣型

數(shù)字化儀板卡

模擬量輸入輸出Z系列

多路切換器型

模擬量輸入輸出E系列

模擬量輸入輸出F系列

模擬量輸入輸出L系列

同步采樣功能增設(shè)附件可對(duì)多路切換器方式的模擬輸入設(shè)備消除時(shí)間偏差。ATSS-16A在模擬E系列發(fā)出控制信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)，16個(gè)通道同時(shí)保持模擬輸入信號(hào)，即可獲取無時(shí)間偏差的同一時(shí)間的數(shù)據(jù)。

同步采樣功能增設(shè)附件ATSS-16A

時(shí)鐘是什么

表示是否可使模擬輸入輸出設(shè)備的轉(zhuǎn)換動(dòng)作等在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)同步。決定采樣周期的采樣時(shí)鐘主要有以下幾種方式。

內(nèi)部時(shí)鐘

設(shè)備上搭載可設(shè)定周期的定時(shí)器元件，并將其作為時(shí)鐘源進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換的方法。在正確、短周期的時(shí)間序列處理中非常有效。

外部時(shí)鐘

可在搭載外部時(shí)鐘輸入端子的設(shè)備上使用。與從外部輸入的脈沖信號(hào)等同步進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在進(jìn)行與外部裝置的同步處理時(shí)非常有效。

軟件時(shí)鐘

與電腦的系統(tǒng)定時(shí)器同步，在軟件上發(fā)送開始命令，進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換的方法。但是，VisualBasic的定時(shí)器控制等誤差很大，所以不適合需要高速、正確周期的系統(tǒng)。

觸發(fā)器是什么

決定在什么時(shí)間點(diǎn)執(zhí)行開始、停止轉(zhuǎn)換的主要因素?？煞謩e獨(dú)立設(shè)定開始、停止。主要的觸發(fā)器如下所示。

軟件觸發(fā)器

通過軟件的命令控制轉(zhuǎn)換動(dòng)作的開始/停止的方法。

外部觸發(fā)器

通過外部信號(hào)(數(shù)字信號(hào))控制轉(zhuǎn)換動(dòng)作的開始/停止的方法。輸入預(yù)先設(shè)定的邊緣方向(上升、下降)的外部控制信號(hào)后，開始/停止轉(zhuǎn)換動(dòng)作。

電平比較(轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)比較)觸發(fā)器

根據(jù)指定通道的信號(hào)變化進(jìn)行轉(zhuǎn)換動(dòng)作的開始/停止的控制。比較預(yù)先設(shè)定的比較電平值和指定通道模擬信號(hào)的大小，如果和條件相符，開始/停止轉(zhuǎn)換動(dòng)作。

緩沖存儲(chǔ)器是什么

緩沖存儲(chǔ)器是暫時(shí)保管轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的場(chǎng)所。它不僅可進(jìn)行高速、高功能的模擬輸入輸出處理，還可大幅減輕電腦端的負(fù)荷。緩沖存儲(chǔ)器根據(jù)用途分為FIFO格式和RING(環(huán)形)格式。

FIFO格式

在FIFO(First In First Out)格式存儲(chǔ)器中，經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在緩沖存儲(chǔ)器的前面，可按照從前到后的順序讀取寫到緩沖存儲(chǔ)器前面的數(shù)據(jù)。讀取的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器內(nèi)部依次送出，可始終讀取緩沖存儲(chǔ)器中留有的最早的緩沖數(shù)據(jù)。超過FIFO存儲(chǔ)器容量的數(shù)據(jù)不能寫入，將被丟棄，另外，讀取過一次的數(shù)據(jù)也會(huì)被緩沖存儲(chǔ)器丟棄。

RING(環(huán)形)格式

在RING(環(huán)形)格式的存儲(chǔ)器中，緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)部的保存領(lǐng)域的構(gòu)成呈環(huán)狀。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)依次寫入，如果超過存儲(chǔ)器容量，繼續(xù)保存，將覆蓋前面的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)保存的領(lǐng)域。在正常的狀態(tài)下，不取得數(shù)據(jù)，因某個(gè)事情轉(zhuǎn)換動(dòng)作停止 ，要取得附近數(shù)據(jù)時(shí)，使用RING存儲(chǔ)器。采用RING(環(huán)形)格式存儲(chǔ)器時(shí)，讀取過一次的數(shù)據(jù)在被覆蓋前，可能被讀取好幾次。

緩沖存儲(chǔ)器 模擬信號(hào)輸入輸出(多功能)

16M word

128k word

64k word

1k word

緩沖存儲(chǔ)器 模擬信號(hào)輸入輸出

32M word

8k word

1k word

64 word

8 word

總線主控傳輸功能是什么

使用PCI總線主控功能的DMA(直接內(nèi)存訪問)傳輸。

不對(duì)電腦的CPU施加負(fù)荷，可從設(shè)備直接向電腦的內(nèi)存以80MB/sec(最大133MB/sec)的速度傳輸數(shù)據(jù)。

CPU不會(huì)被剝奪進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸處理等的能力，可以進(jìn)行其他的處理，所以不會(huì)對(duì)其他的應(yīng)用程序產(chǎn)生影響。

預(yù)先在設(shè)備中進(jìn)行輸入輸出所需的設(shè)定，主板根據(jù)相應(yīng)信息進(jìn)行處理，所以與一般的輸入輸出處理相比，可構(gòu)筑高效的系統(tǒng)。

一般處理

進(jìn)行一般的輸入輸出處理時(shí)，CPU從設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)后，存儲(chǔ)在本體內(nèi)存中。在這個(gè)期間，CPU不能進(jìn)行其他處理。在下圖的例子中，(4)和(5)的處理結(jié)束后，可進(jìn)行下一項(xiàng)處理。

總線主控處理

CPU向設(shè)備發(fā)出總線主控處理的指令后，設(shè)備可從本體內(nèi)存直接(不通過CPU)取得數(shù)據(jù)。在下圖的例子中，(2)和(3)的處理之間可進(jìn)行其他的處理。

中斷是什么

將特定的輸入端子連接到電腦(CPU)的IRQ上，從外部產(chǎn)生優(yōu)先處理的功能。用于檢測(cè)外部裝置的變化，通過執(zhí)行特定處理的應(yīng)用程序、外部的指令執(zhí)行高優(yōu)先度緊急處理等情況。

消耗電流是什么

設(shè)備動(dòng)作需要電源，消耗電流表示設(shè)備主板會(huì)消耗多少電流。一般，這個(gè)電源由電腦的擴(kuò)展總線連接器供給。

應(yīng)該注意，實(shí)際安裝的主板的最大消耗電流的總和不得超過電腦的額定電源容量(能向擴(kuò)展槽供給的電流最大値)。

如果超過了，可能會(huì)導(dǎo)致電腦的電源電壓降低、失去控制等故障，所以必須采取對(duì)策，如使用擴(kuò)展電腦插槽的“擴(kuò)展單元”等。

例：電腦從擴(kuò)展槽能供給的電源容量為3.6A時(shí)

如果安裝2塊1.2A的外部接口主板，最大消耗電流為

1.2(A)×2(塊) = 2.4A → 低于電腦的電源容量(3.6A)，所以【OK】

如果安裝6塊0.8A的外部接口主板，最大消耗電流為

0.8(A)×6(塊) = 4.8A →超過電腦的電源容量(3.6A)，所以【NG】

噪音的種類及其對(duì)策

噪音大致分為以下2種。與電氣實(shí)驗(yàn)不同，現(xiàn)場(chǎng)存在各種噪音，很多情況下都和理論不一樣。在這樣的情況下，很多精度失去控制的原因都是噪音。

外來噪音

從信號(hào)傳輸線的外部空中傳播而來的噪音。

與電機(jī)等動(dòng)力機(jī)器配線混在一起、從經(jīng)過附近的配線混入的噪音。

內(nèi)部噪音

與模擬輸入輸出電路連接導(dǎo)致的噪音。

裝置間的大地電位差導(dǎo)致的補(bǔ)償電壓及噪音。

配線材料導(dǎo)致的串?dāng)_、輻射噪音。

對(duì)策

特別是，進(jìn)行測(cè)量時(shí)的原則是不能對(duì)測(cè)量對(duì)象產(chǎn)生影響。為此，必須考慮阻抗和地面電平等的匹配?？梢哉f，如果習(xí)慣了，沒有什么難的，但如果忽略了，會(huì)產(chǎn)生很大影響。下表是噪音對(duì)策方法的一個(gè)例子。

硬件

軟件

防止輻射干擾

要防止飛來干擾，有效的是在模擬輸入設(shè)備與測(cè)量對(duì)象間連接屏蔽電纜。屏蔽通過接地發(fā)揮效果。屏蔽電纜經(jīng)由PC機(jī)箱進(jìn)行接地，因此PC電源接地即可生效。

防止信號(hào)線間的串?dāng)_

信號(hào)線相互干擾而成為干擾源的現(xiàn)象稱為串?dāng)_。對(duì)策有使用雙絞線電纜?？堤┛说钠帘坞娎|PCB37PS中信號(hào)線和GND是雙絞線，PCB96PS中差動(dòng)對(duì)間是雙絞線。還有各信號(hào)線采用同軸電纜的PCC16PS、PCD8PS。

屏蔽電纜 PCB37PS

屏蔽電纜 PCB96PS

同軸電纜 PCC16PS

同軸電纜 PCD8PS

防止多路切換器切換引起的串?dāng)_

通過模擬輸入設(shè)備內(nèi)的多路切換器切換，對(duì)信號(hào)源波形產(chǎn)生影響。這是通過信號(hào)源輸出電阻對(duì)多路切換器寄生電容進(jìn)行充放電的附帶現(xiàn)象。信號(hào)源的輸出電阻大時(shí)，信號(hào)源輸出電壓返回原本要測(cè)量的電壓需要時(shí)間（稱為穩(wěn)定時(shí)間）。

模擬輸入設(shè)備的輸入電路示意圖

穩(wěn)定時(shí)間因信號(hào)源的輸出電阻不同而有差異。以下表示輸出電阻小的信號(hào)源A與輸出電阻大的信號(hào)源B的2個(gè)通道采樣示例。

多路切換器切換影響的對(duì)策是降低信號(hào)源的輸出電阻。具體方法是盡量縮短信號(hào)線。無法縮短信號(hào)線或測(cè)量輸出電阻大的對(duì)象時(shí)，可通過連接采用高速高精度運(yùn)算放大器的高輸入電阻緩沖放大器，消除影響。

模擬輸入板用緩沖放大器功能增設(shè)盒

ATBA-8F/ATBA-16L/ATBA-32F/ATBA-8L/ATBA-16E

防止地線回路（接地回路）的誤差

地線回路（接地回路）是指接地配線成環(huán)狀。連接多個(gè)設(shè)備時(shí)若信號(hào)的各地線（GND）存在電位差，電流將通過地線或接地成環(huán)狀流動(dòng)。地線回路通電后，因線路電阻而產(chǎn)生電壓，表現(xiàn)為測(cè)量誤差（干擾）。

單端輸入（公共模式）在多通道時(shí)有用，存在地線回路時(shí)會(huì)受到影響。一方面，差動(dòng)輸入（差分模式）中通道數(shù)為單端輸入的一半，但可消除地線回路的誤差。

地線回路誤差的發(fā)生示例

單端輸入

AI_00的測(cè)量電壓 = Va + ΔV

AI_01的測(cè)量電壓 = Vb - ΔV

單端輸入中因地線回路內(nèi)的電流產(chǎn)生ΔV相應(yīng)的測(cè)量誤差。

差動(dòng)輸入

AI_00的測(cè)量電壓 = (Va + ΔV) – ΔV = Va

AI_01的測(cè)量電壓 = (Vb – ΔV) – (-ΔV) = Vb

差動(dòng)輸入可測(cè)量正極（AI_00[+]）端子與負(fù)極（AI_00[-]）端子間的電壓，防止地線回路的誤差。

地線回路誤差的對(duì)策有差動(dòng)輸入。懷疑接地導(dǎo)致地線回路時(shí)，可嘗試總線絕緣型，以切斷接地導(dǎo)致的地線回路。