复杂计数器多功能卡USB2861

USB2861多功能数据采集卡说明介绍

一. 简介：

USB2861是一款通用的USB3.0多功能工业级数据采集卡，广泛适用于各种工业环境，覆盖了工业I/O信号标准，包括：模拟I/O、数字I/O和四个用于PWM、编码器、频率、事件计数等的多功能计数器。适用于从基本数据采集到闭环控制和测试自动化、电子产品质量检测、信号采集、过程控制、伺服控制等广泛的应用。

二. 性能描述：

USB2861系统框图主要由ADC模块、DAC模块、PFI复用功能控制模块、数字量输入输出模块、FPGA控制模块、USB设备控制器等组成。

ADC模块可实现对64通道RSE/NRSE或32通道DIFF的采集。输入前端采用模拟开关进行输入通道的切换，支持按需单点采样、有限点采样和连续采样。

DAC模块可实现4通道信号同步输出，输出量程为±10V、±5V。支持按需单点采样、有限点采样和连续采样。

数字量输入输出模块包含带缓冲数字输出（总共8路）及PFI复用功能控制模块（提供可配置数字量输入输出、采样时钟输入输出、数字触发或者计数器的I/O，总共16路）。

1.基于USB3.0总线的Super Speed Stream传输技术，数据的传输稳定性、速度、实时性都有了极大的提升。

2.设备端USB接口 Lock方式，使USB接口因松动导致掉线的几率大幅度降低。

3.采集卡每个功能都支持带缓冲采样，可以稳定的独立运行且互不干扰。

4.内置高性能、高屏蔽性端子板，方便用户接线。

5.板卡功耗很低，支持USB总线供电与5~24V宽范围外供电的自适应切换。

6.支持5V 200mA电源输出，支持过载保护，可直接为编码器等传感器供电。

7.支持DIN导轨安装。

详细功能列表：

产品概述	总线类型	USB3.0  Super Speed
	操作系统	XP、Win7、Win8、Win10
	产品级别	工业级
AI模拟量输入	分辨率	16bit
	采样范围	±10V、±5V、±2V、±1V
	最大采集速率	250Ksps
	通道数量	64通道（RSE、NRSE）； 32通道（DIFF）
	通道扫描模式	异步循环扫描
	采集模式	按需单点采样、有限点采样、连续采样
	存储器深度	4K点FIFO存储器
	触发源	软件强制触发、开始触发、暂停触发
AO模拟量输出	通道数量	4路
	最大采集速率	1Msps
	分辨率	14bit
	采样范围	±10V、±5V
	驱动能力	5mA
	存储器深度	4K点FIFO存储器
	通道输出模式	同步输出
	生成模式	单点（按需）采样、有限点采样、连续采样
CTR计数器	通道数	4路独立多功能计数器
	计数器位数	32位
	电气标准	TTL电平
	计数器功能	边沿计数、脉宽测量、频率/周期测量、半周期测量、 双边沿间隔测量、线性位置测量、角位置测量、可编程脉冲输出
	采集模式	按需单点采样、有限点采样、连续采样
	存储器深度	1K点FIFO存储器
DI/O	通道数	24通道 DI/O：Port0 8路，Port1与Port2各8路复用PFI
	配置方式	程控I/O方向与状态
	最大输入范围	0V～5V
	电气标准	TTL电平
	采样方式	按需单点采样、有限点采样、连续采样
	存储器深度	2K点FIFO
	输入速率	10MHz
	输入阻抗	1MΩ
	输出速率	10MHz
	单通道最大 驱动能力	-20mA    @Source电流  25mA     @Sink   电流
+5V输出	输出电压	+5.0V ± 0.2V
	带载能力	200mA
	负载调整率	3.3%
	其他保护	过载后自动保护
	软件开关	支持

四. 特殊功能介绍：

1、多功能计数器的功能介绍：多功能计数器可以实现：USB2861是4路32位多功能计数器，支持边沿计数、频率测量、周期测量、半周期测量、脉宽测量、双边沿间隔测量、线性位置测量、角位置测量、脉冲输出。

1.1 边沿计数

边沿计数是设备使用计数器得到上升沿和下降沿个数。

在边沿计数应用中，计数器使能后会对输入信号脉冲沿进行计数，用户可以配置计数的有效脉冲沿（上升沿或下降沿），同时也可以控制计数方式（加计数或减计数）。计数器的数值可以通过软件读取或通过采样时钟获取。

单点边沿计数：计数器使能后对输入信号脉冲沿进行计数。  

缓冲边沿计数：计数器使能后会对输入信号脉冲沿进行计数，但计数值需要在采样时钟的有效时钟沿时才被采样，因此需要指定采样时钟。

下述信号可作为采样时钟信号：n PFI0～PFI15

1.2 频率测量

用户可以通过计数器实现对特定信号频率的测量。

连续测量的第一个采样通常是无效的，因计数器在使能后开始计数，该使能信号通常位于输入信号当前周期的中部位置，所以存入缓存的第一个计数值不能完全反映输入信号的周期，因此用户在读取数据时应将第一个数据丢弃。

频率测量方法根据实际应用的不同主要包括下述几个：

① 测量低频信号

该测量方法是通过一个已知频率的时基信号对输入信号进行测量，适用于中低频信号。

单点测量时，计数器对输入信号的单个周期进行计数，计数停止后，计数值存储至硬件寄存器。

缓冲测量时，计数器对连续多个周期进行计数并存入缓存，在缓冲区溢出时将丢失部分计数值。

 信号频率 = 内部时基频率 / 计数值M 。

②   测量高频信号

该测量方法将使用两个计数器，在指定的测量时间内对信号的脉冲进行计数。本卡测量时间最小单位1ms，最大40s，适用于高频信号。

单点测量时，计数器对输入信号的单个周期的有效边沿进行计数，计数停止后，计数值存入缓存(两个采样深度)。

缓冲测量时，计数器对连续多个周期进行计数并存入缓存。

信号频率 = 计数值N  / 测量时间 ， 测量时间 = 计数值M  / 内部时基频率 。

③  测量大范围信号

该测量方法将使用两个计数器，使用一个计数器将输入信号的频率除以除数，生成一个计数器更易于测量的Divided Down信号，然后通过内部时基信号对该脉冲信号进行测量。因此需要设置除数。除数设置范围>=4。

单点测量时，计数器对输入信号的单个周期的有效边沿进行计数，计数停止后，计数值存储至硬件寄存器。

缓冲测量时，计数器对连续多个周期进行计数并存入缓存。

信号频率 = 内部时基频率 / 计数值M * 除数 。

1.3 半周期测量

半周期测量是测量连续高低时间交替边沿之间的时间间隔。

单点测量时，计数器对输入信号的半周期进行计数，计数停止后，计数值存储至硬件寄存器。

缓冲测量时，计数器对连续多个周期进行计数并存入缓存。

半周期值 = 计数值M / 内部时基频率 。

连续测量的第一个采样通常是无效的，因计数器在使能后开始计数，该使能信号通常位于输入信号当前周期的中部位置，所以存入缓存的第一个计数值不能完全反映输入信号的周 期，因此用户在读取数据时应将第一个数据丢弃。

1.4 脉宽测量

脉宽测量是对从上升沿到下降沿，或下降沿到上升沿的时间间隔进行测量。

单点测量时，计数器对输入信号的单个有效脉冲进行计数，计数停止后，计数值存储至硬件寄存器。

缓冲测量时，计数器对连续多个脉冲进行计数并存入缓存。

脉冲宽度值 = 计数值M / 内部时基频率 。

连续测量的第一个采样通常是无效的，因计数器在使能后开始计数，该使能信号通常位于输入信号当前周期的中部位置，所以存入缓存的第一个计数值不能完全反映输入信号的周 期，因此用户在读取数据时应将第一个数据丢弃。

1.5  双边沿间隔测量

两边沿间隔测量是测量一个数字信号的上升沿或下降沿与另一个数字信号的上升沿或下降沿之间的时间。

单点测量时，计数器使能后，在第一个信号的有效边沿开始计数，第二个信号的有效边沿停止计数，并将计数值存储至硬件寄存器。

缓冲测量时，计数器对连续多个有效边沿间隔进行计数并存入缓存。

两边沿间隔 = 计数值M / 内部时基频率 。

1.6 脉冲输出

① 脉冲输出方式

脉冲输出方式有时间输出、频率输出及时钟滴答。

脉冲输出方式为时间输出时，计数器可以输出预定时间长度的脉冲序列。具体脉冲高低电平时间、初始延时时间及其空闲状态用户可以配置。

脉冲输出方式为频率输出时，计数器通过频率生成电路可生成一个所需的频率信号。频率生成器的频率输出信号为频率时基信号的分频输出，具体脉冲频率、占空比、初始延时时间及其空闲状态用户可以配置。

脉冲输出方式为时钟滴答时，计数器可以输出预定计数长度的脉冲序列。具体脉冲高低电平计数长度、初始延时时间及其空闲状态用户可以配置。

③  脉冲输出采集模式

脉冲输出采集模式有单点生成、有限点生成、连续生成。

单点生成时，计数器只输出单个脉冲信号。

有限点生成时，计数器可以输出有限脉冲序列，脉冲个数由采样深度决定。

连续生成时，计数器可输出连续脉冲序列。

④  脉冲输出触发源选择

计数器在硬件开始触发信号后，输出对应的脉冲信号。在开始触发信号有效后，计数器将忽略触发源端所有输入信号。

下述信号可作为触发源信号：PFI0～PFI15

2、采样方式介绍：

   AI、AO、DI/DO、CTR各个功能均支持软件按需单点采样、有限点采样、连续采样。下面以AI功能为例介绍三种采样方式：

2.1  按需单点采样

按需单点采样可简单、方便的实现各通道单个点的采样。

按需单点采样功能是指用户根据需求，随时可以获取各个通道一个采样点的功能。该功能主要针对简单采样或采样实时性要求较高、数据量很少且采样时间不确定的应用中。采集实时性比较高，可方便的用于PID，PLC等实时的快速伺服闭环控制系统等场合。用户在每发出单点的读命令(AI_ReadAnalog()或AI_ReadBinary())后，设备快速的完成一次采集，各通道采集一个点，之后通过USB总线将采集的AI数据迅速的传给PC机。

在按需单点采样模式下，AI启动并被触发后，以AI最大采样频率作为转换时钟，按照预设的通道AI2、AI0、AI1顺序扫描采集，每通道各采集一个点，数据采集完成后将其传输到PC机完成一次单点采样。

2.2  有限点采样

有限点采样功能是指AI在采样过程中，以设置的采样速率扫描各采集通道，采集过程中不停顿，每通道各采集预设采样长度（AIParam.nSampsPerChan）后自动停止采集的方式。

有限点采样用在已知采样总点数或采样总时间的采样任务中，尤其是用在带有触发的采样任务中。例如：需要在触发信号开始之后采集2秒钟长度的数据，使用有限点采样方式可以很方便的实现此需求。使用时，需要指定每通道的采样长度，或将需要采集的时间根据采样速率转换为每通道的采样长度，比如当每个通道需采集N个数据（nSampsPerChan = N）.

在有限点采样模式下，AI启动后等待触发事件，被触发后，以预设的内时钟或外时钟作为AI采样时钟，按照预设的通道AI2、AI0、AI1顺序扫描采集，每通道各采集N个数据完成后，数据通过USB总线传输到PC机，至此完成一次有限点采集。若再次启动AI采集，等待触发事件，重复上述动作直至停止采集。

2.3  连续采样

连续采样功能是指AI在采样过程中每相邻两个采样点的时间相等，采集过程中不停顿，连续不间断的采集数据，直到用户主动停止采集任务。

在连续采样模式下，AI启动并开始触发后，以预设的内时钟或外时钟作为AI采样时钟，按照预设的通道AI2、AI0、AI1顺序扫描采集，采集完成后，继续扫描采集AI2、AI0、AI1，以此循环直到用户停止AI采集。