产品主要特性:
A/D部分模拟电压输入范围：±10V。 A/D转换分辨率：16Bit ，32K字FIFO存储器保证AD数据的完整性。 16 单端模拟信号输入 8双端模拟信号输入
→ 性能及技术指标
USB2015模板是USB总线兼容的数据采集板，可经USB电缆接入计算机，构成实验室、产品质量检验中心、野外测控、医疗设备等领域的数据采集、波形分析和处理系统，也可构成工业生产过程控制监控系统。而且它具有体积小，即插即用等特点，因此是便携式系统用户的最佳选择。
USB2015板上装有16Bit分辨率的A/D转换器和12Bit分辨率的D/A转换器。为用户提供了16路单端/8路双端模拟信号输入和4路模拟信号输出。A/D转换器输入信号范围为±10V。模拟电压输出范围：±5V，±10V, 0～10V，0～5V。
USB2015数据采集板具有二种采样模式：
1、同步采集(也称为分组采集)；
2、分频采集(也称为连续采集)。
一、性能和技术指标
（一）性能
1、A/D部分
模拟电压输入范围：±10V。
A/D转换分辨率：16Bit ，32K字FIFO存储器保证AD数据的完整性。
16 单端模拟信号输入
8双端模拟信号输入
2、D/A部分
D/A转换分辨率：12BIT
模拟电压输出范围：±5V，±10V, 0～10V，0～5V。
4路模拟信号输出通道
3、I/O部分
8路开关量输入
8路开关量输出
（二）应用
野外测控
信号采集
医疗设备
（三）技术指标
1、模拟信号输入部分
模拟通道输入数： 32路单端/16路双端模拟信号输入支持通道扫描及伪同时采样（同步采保）扫描模式。（注：伪同步模式：既模拟同步采样模式，采样被定时器或外部时钟启动后，USB2015以100KHz的最大速度对用户设置的一组通道采样，结束后等待下一次启动，如此循环采样）
模拟输入阻抗：100MΩ
模拟输入共模电压范围：>±2V
放大器建立时间：2Us
2、A/D转换电路部分
A/D分辨率：12Bit(4096)
非线性误差：±1LSB(最大)
转换时间：10μS
系统测量精度(满量程)：0.1%
采样速率：100K
转换时间：10 us
系统测量精度(满量程)：0.1%
3、D/A转换电路部分
输出通道数：2路
模拟输出电压范围：0～5V、±5V、0～10V、±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
注： 以上技术指标未注明者均为典型值。
4、开关量输入输出部分
8路数字量输入、8路数字量输出经过20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。
数字量输入高电平(即“1”)的最低电压：2V
数字量输入低电平(即“0”)的最高电压：0.8V
数字量输出高电平(即“1”)的最低电压：3.4V
数字量输出低电平(即“0”)的最高电压：0.5V
5、 USB2015板外形尺寸:137.16006mm * 114.427m
6、USB2015机箱（铝合金外壳）的尺寸：
310mm （长）* 260mm（宽）*60mm(高)
第二章 元件位置图、信号插座、跳线和数据定义
一、 主要元件位置图（模拟信号输入量程为±10V，模拟信号输出量程为±5V）
USB2015板的单端模拟输入主要跳线位置图（出厂标准设置）
RP1：D/A输出电压零点调整电位器
RP2：D/A0输出电压满度调整电位器
RP3：D/A1输出电压满度调整电位器
RP4：D/A2输出电压满度调整电位器
RP5：D/A3输出电压满度调整电位器
RP6：程控仪表放大器零点调整电位器
RP7：程控仪表放大器满度调整电位器
RP8：A/D零点调整电位器
RP9：A/D满度调整电位器
XF4、XF5：模拟电压输入单端、双端选择
XS1: 模拟信号输入和模拟信号输出连接插座
XS2：开关量输入/输出插座
XS3：4路定时/计数器连接插座
第一个POWER LED: USB2015卡电源指示灯，USB2015与计算机通过USB带缆连接后，此指示灯应亮
第二个POWER LED：与POWER LED并联联接，当将USB2015放置于机箱内时，可将其电源指示灯移到机箱上
第一个OVERFLOW LED：当USB2015卡上FIFO存储器“全满”指示灯亮时，说明USB2015卡的A/D数据已经溢出
第二个OVERFLOW LED：与第一个并联联结，通过它可以将FIFO存储器“全满”指示灯移到上
二、 关于模拟输入引脚37芯插头XS1的管脚定义
(1).图象说明
DA0～DA3：DA输出通道号
CH0～CH15：AD输入通道号（单端方式时）
CH0～CH7 ：双端模拟信号输入正端 （ 双端方式时）
CH8～CH15 ：双端模拟信号输入负端 （双端方式时）
在调用InitDeviceAD初始化AD过程中，若用户置硬件参数ADPara.GroundingMode为USB2015_SE_MODE常量时为单端方式，此时所有通道均可被采样，若置硬件参数ADPara.GroundingMode为USB2015_DI_MODE常量时为双端方式，此时，各通道的对应关系如下表：
原始通道对 对应的采样通道号
CH0,CH8 CH0
CH1,CH9 CH1
CH2,CH10 CH2
CH3,CH11 CH3
CH4,CH12 CH4
CH5,CH13 CH5
CH6,CH14 CH6
CH7,CH15 CH7
TR：外部触发信号，在调用InitDeviceAD初始化AD过程中，若用户置硬件参数ADPara.TriggerSource为USB2015_IN_TRIGGER常量（即内触发方式）时，此管脚信号对AD采样无效，只有当用户置硬件参数ADPara.TriggerSource为USB2015_OUT_TRIGGER常量时，该管脚信号才有效。此时，当TR管脚上的信号出现了上升沿（即由低至高的变化）时，USB2015 A/D卡将在硬件上响应该信号，且立即启动AD采集，用户便可以用ReadDeviceAD函数读取AD数据，如果这个TR信号没有上升沿，则ReadDeviceAD函数以不返回的方式一直等待外触发信号的到来，一旦AD被触发后，不管TR信号的状态如何，对后续AD采集无任何影响。过后用户都可以调用ReleaseDeviceAD释放AD设备，停止采样（也只有停止后，新的外触发信号才有效）。具体使用可以参考软件说明书和演示工程。
AGND：模拟地
DGND：数字地
三、关于20芯插头XS2开关量输入的管脚定义
管脚号 管脚定义 管脚号 管脚定义
1 DI0 2 DI1
3 DI2 4 DI3
5 DI4 6 DI5
7 DI6 8 DI7
9 DGND 10 DGND
11 DO0 12 DO1
13 DO2 14 DO3
15 DO4 16 DO5
17 DO6 18 DO7
19 DGND 20 DGND
DI0～DI7为开关量输入
DO0～DO7为开关量输出
DGND：数字地
四、关于20芯插头XS34路定时/计数器的管脚定义
管脚号 管脚定义 管脚号 管脚定义
1 OUT0 2 GATE0
3 CLK0 4 DGND
5 OUT1 6 GATE1
7 CLK1 8 DGND
9 OUT2 10 GATE2
11 CLK2 12 DGND
13 OUT3 14 GATE3
15 CLK3 16 DGND
17 DGND 18 CLK
19 DGND 20 VCC
OUT0～OUT3 分别为4路定时/计数器的信号输出端；
GATE0～GATE3 分别为4路定时/计数器的门控端；
CLK0～CLK3 分别为4路定时/计数器的时钟端；
CLK与板卡上的4M晶振相连。
DGND：数字地
六、短路套设置及数据格式
1、 模拟信号输入方式选择：
本卡模拟信号输入的单、双端选择是由软硬件共同完成的。
在调用InitDeviceAD初始化AD过程中，若用户置硬件参数ADPara.GroundingMode为USB2015_SE_MODE常量时为单端方式，此时所有通道均可被采样，若置硬件参数ADPara.GroundingMode为USB2015_DI_MODE常量时为双端方式
①
单端输入方式：
XF4
XF5
②
双端输入方式：
XF4
XF5
2、模拟信号输出量程选择
3、A/D转换结果寄存器：
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 AD1 AD0
其中：AD0～AD15：为A/D转换结果的16位数据，它的具体定义如下表。
输入 A/D结果编码(二进制) A/D结果编码(十六进制)
正满度 1111111111111111 FFFF
正满度－1LSB 1111111111111110 FFFE
中间值+1LSB 1110000000000001 8001
中间值（零点） 1000000000000000 8000
中间值－1LSB 0111111111111111 7FFF
负满度+1LSB 0000000000000001 0001
负满度 0000000000000000 0000
4、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。
USB2015板为双极性电压输出时数据格式如下表所示：
输入 D/A数据编码
正满度 1111 1111 1111
正满度－1LSB 1111 1111 1110
中间值+1LSB 1000 0000 0001
中间值（零点） 1000 0000 0000
中间值－1LSB 0111 1111 1111
负满度+1LSB 0000 0000 0001
负满度 0000 0000 0000
USB2015板为单极性电压输出时的数据格式如下表所示：
输入 A/D结果编码
正满度 1111 1111 1111
正满度－1LSB 1111 1111 1110
零点+1LSB 1000 0000 0001
零点 0000 0000 0000
七、模拟输入信号的连接方式
7．1 单端输入方式：
USB2015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～CH31端，其公共地连接到AGND端。
图7.1单端输入方式，主要应用在噪声干扰不高的场合
7．2双端输入方式：
USB2015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CH00～CH15端，其模拟输入信号负端接到CH16～CH31端，并在距离XS1插座近处，在负端与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。
图7.2双端输入方式，主要应用在噪声干扰高的场合
第三章 工作原理
USB2015AD卡自带时钟和定时器，在设定首、末通道号后，模拟量从 37 芯 D 型接口输入后，经过 8 选一开关选择通道进入放大器，由放大器输出到 A/D 转换器，开始数据转换，AD转换结果数据写入先进先出存储器 FIFO ，最后经USB2015卡的USB系统将AD数据送入计算机。
1、AD工作模式：
USB2015具有二种采样模式：伪同步采集模式、分频采集模式
伪同步采集模式：模拟同步采样模式，也叫分组采集模式，适合应用在对一组输入通道采样的时差要求尽量小，但组之间的时间间隔较大的应用场合。当由定时器脉冲或外部时钟有效边沿启动后，在板上逻辑的控制下以400KHz的速度，从第首通道FirstChannel开始顺序转换到末通道FirstChannel结束（FirstChannel<=LastChannel）。同时转换数据顺序写入FIFO存储器中，转换完后重新进入等待比较长的时间（时间长短由用户设定），等待下一个启动信号，再开始从FirstChannel到LastChannel通道的转换，如此循环下去。
分频器采集模式：也叫连续采集模式当由定时器脉冲或外部时钟有效边沿启动后，AD开始转换当前通道，并且AD在转换时板上逻辑电路自动设置为下一个转换通道，等待下一个有效启动脉冲到来。通道转换顺序为：从首通道FirstChannel开始顺序转换到第末通道LastChannel结束，然后由重新从FirstChannel到LastChannel通道，如此循环直到用户结束转换，（FirstChannel<=LastChannel）。AD转换数据顺序写入FIFO寄存器中。
因此，在不同模式下，启动时钟的最大频率不同。由于AD的转换速度是400KHz，各种模式下的最大转换速度如下：
伪同步采集模式：K个通道的转换时间 T = 2.5*K （uS）， K=(LastChannel-FirstChannel+1)为一次转换的输入通道数量。等效每通道最大采样速度：400K(Hz)/(LastChannel-FirstChannel+1)。
分频器采集模式：每通道最小转换时间：Tmin=2.5uS/通道，等效每通道最大转换速度（KHz）：400/（转换通道个数）。
2、A/D转换启动控制：
转换启动可以由软件或外部硬件触发启动整个转换过程，除非用户终止转换，否则将一直转换下去。
一旦启动转换，AD转换将在板上定时器或外部时钟驱动下按用户设置的起始、终止通道逐一通道顺序、循环转换。
3、板上转换定时器：
USB2015的16位定时器为模拟转换提供精确的定时，定时器输入基准时钟为4MHz，周期为250纳秒。定时器为减法计数器，当由用户设置的初值减到1时，发出启动脉冲并自动将定时器数据重新设置为初值。
16位数据初值范围：2-65535，对应周期=0.25*N(uS)，N：设置的16位定时器初值。
1、在分频器采样模式下：最小转换周期为2.5uS（初值=10），由此USB2015的转换周期为：2.5uS ~16384uS。
2、 伪同步采集，也叫分组采集，即将首末通道所限定的通道数作为采样组，假如FirstChannel=0, LastChannel=7那么0,1,2,3……7共8个通道作为采样组，0到7通道之间的采样频率由ADPara. Frequency参数指定，通常为AD的最高速率（本卡为400K，周期为2.5us,由8253的0通道决定），每完成一个采样组，即暂停下一段时间，这段时间由ADPara. GroupInterval参数决定，如下面的T1时间，它可以精确到1微秒，当这段时间一旦结束，即刻开始下一个采样组的转换，依次周而复始地进行。
启动信号
其中：
2.5us 为触发A/D转换的周期（一般为本卡最高速率，即400KHz）。此周期可以通过改变硬件参数ADPara.Frequency来实现，其单位为1Hz。
T1为每组转换完之后与下一组转换开始之前的时间间隔，这个时间可由软件按需求设定。 它由硬件参数ADPara.GroupInterval来实现，其单位为1微秒。
4、FIFO数据、状态：
FIFO中的数据按从首通道FirstChannel到末通道LastChannel的采样数据依次循环存放，如下：
FirstChannel, FirstChannel+1 ,…., LastChannel…….FirstChannel,..,LastChannel,……结束
USB2015的FIFO（先进先出寄存器）容量为32K字，具有空（EF）、半满（HF）、溢出（FF）标志，标志为“0”时有效。采样数据不断的写入FIFO中，用户检测到半满标志后，立即读入16K个数据，以保持FIFO中的数据不超过32K个，否则FIFO溢出，数据队列顺序会打乱（新进入的数据将冲掉最先写入的数据）。如果出现FIFO溢出，只能靠提高计算机速度或降低采样速度或扩大存储器容量来弥补。
第四章 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。
第五章 USB2015 A/D、D/A卡的应用、校准、保修
一、USB2015演示系统的操作：
请见本公司软件说明书的USB部分。
二、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USB2015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USB2015板时，应注意以下问题：
1、 USB2015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；先关信号源的电源，后关主机电源。
三、校准
USB2015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。下面以±5V量程为例，说明校准过程：
准备一块5位半精度以上数字电压表，安装好USB2015，打开主机电源，预热15分种。
A/D的校准
1、 选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4999.39毫伏，在WINDOWS下运行USB2015测试程序,选择0通道、程控增益为1，屏幕为单通道显示（即只采集0通道），开始采集后，调整电位器RP6，使N6（PGA202）的第11、12脚对地电压为0.000V。选择1通道、程控增益为1，屏幕为单通道显示（即只采集1通道），开始采集后，调整电位器RP7，使N6（PGA202）的第11、12脚对地电压为4999.89MV。重复以上步骤，直到满足要求为止。
2、在Windows下运行USB2015测试程序，选择0、1通道，调整RP8（调零）使CH0通道的采样值在FFFFH～00000H之间的变化，调整RP9（调满度）使CH1通道的值在7FFFH～7FFE之间变化，反复调整RP8、RP9直到满足为止。
2、 如果放大器增益大于1,在程控增益栏内键入相应值(参照本公司软件说明书的USB部分)，CH1通道也要接入相应的满度电压。
D/A的校准
1、 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USB2015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，通过调整零点电位器RP1，使相应的D/A输出
为0.000V。
4） 将D/A输出设置为4095，通过调整满度电位器RP2～ RP5，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。
2、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USB2015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，通过调整零点电位器RP1，使相应的D/A输出为0.000V。
4) 将D/A输出设置为4095，通过调整满度电位器RP2～ RP5，使相应的D/A输出为10.000V。
5) 重复以上3)、4）步骤，直到满足要求为止。
四、保修
USB2015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。
