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生物医学仪器科研训练数据采集综合性训练目录一、科研训练目的以及内容...................................3二、科研训练设备...........................................3三、采集系统构成...........................................3四、驱动程序说明...........................................5五、程序框架...............................................6六、代码关键算法说明.......................................7七、实验总结及讨论.........................................8八、专题资料总结..........................................11参考文献..................................................17指导教师：邹远文材料科学与工程学院生物医学工程专业0843015044王夕雨生物医学仪器科研训练一、科研训练目的及内容1、科研训练目的数据采集是仪器设计中的关键环节，涉及计算机语言、微机原理、操作系统、数字电路、嵌入式系统、数字信号处理等多门课程的内容；同时要求具备计算机编程、设备器件组装等实际操作能力。通过此项训练，能将多门课程的内容融合，加深学生对课程内容的理解，提升学生实际运用课程知识的能力；同时为学生进入科研训练和毕业论文阶段，打下工程运用的基础。2、科研训练内容1、USB和BIOPAC的AD/DA、数字IO的编程（VC++）和使用2、练习采集数据存储与管理3、练习示波器和信号发生器二、科研训练设备1、计算机2、USB数据采集卡和BIOPAC数据采集器3、示波器和信号发生器三、采集系统的构成本次数据采集系统主要是USB数据采集与电脑和示波器数据采集，信号发生器用FG-275/FG-273A。生物医学仪器科研训练图1数据采集卡图2信号发生器生物医学仪器科研训练图3示波器USB数据采集系统的构成如下图1所示。[1]图4、USB数据采集系统示波器数据采集系统的构成如图5。泰克TDS3000C系列示波器拥有高达500MHz的带宽，在紧凑的电池供电的设计中提供了经济的性能，这一流行的产品系列现在配有USB主机端口和PC连接软件，同时提供了熟悉的操作和简单的导航功能，您可以用更少的时间学习和重新学习怎样使用示波器，用更多的时间完成手头的任务。[2]生物医学仪器科研训练图5、示波器数据采集系统FG-275/FG-273A函数信号发生器。[3]FG-273A/-275函数信号发生器规格方波特性：对称性：±3%或更小(100Hz时)上升及下降时间：最大100ns(最大输出)正弦波特性：失真：1%或更小(100KHz时)三角波特性：线性：1%或更小(100KHz时)电源要求：100/120/220/240VAC,50/60Hz,约20VA尺寸：240(宽)×64(高)×190(长)mm重量：1.8kg特点：·扫描/函数/脉冲信号产生·频率范围0.5Hz-5MHz·内置5Hz-10MHz频率计·多种输出波形：正弦波、三角形波、方波、TTL电平方波和CMOS电平方波·对数/线形扫描功能，可同时或独立设定起始频率和中断频率·频率计数器功能，可独立设置频率范围和门时间·VCG（外部频率控制终端），可通过外接电压（0~10V）控制输出频率技术参数：型号：FG-273AFG-275输出波形：锯齿波、正弦波，方波，三角波，TTL-电平方波，脉冲波，CMOS-电平，方波，锯齿波震荡频率范围：0.02Hz～2MHz分7档(1,10,100,1K,10K,100K,1M)0.5Hz-5MHz分7档(1,10,100,1K,10K,100K,1M)频率精度：最高±1位最高±4位（数字显示输出）生物医学仪器科研训练四、驱动程序说明1、批量取得AD数据的驱动程序[4]当有了hDevice设备句柄后，便可使用InitDeviceAD函数初始化AD部件，关于采样通道、频率等的参数的设置是由这个函数pADPara参数结构体决定的。只需要对pADPara参数结构体的各个成员简单赋值即可实现所有硬件参数和设备状态的初始化，然后这个函数启动AD设备，接着便可用ReadDeviceAD反复读取AD数据以实现连续不间断采样，当需要关闭AD设备时，用ReleaseDeviceAD便可实现（但设备对象hDevice依然存在）。2、USB设备管理驱动程序[4]由于这里的USB设备驱动程序采用面向对象编程，所以使用设备的一切功能，必须首先用CreateDevice函数创建一个设备对象句柄hDevice,有了这个句柄，就相当于拥有了对该设备的控制权。让后将此作为参数传递给其他函数，如InitDeviceAD可以使用hDevice句柄以初始化设备的AD部件并启动AD设备，ReadDeviceAD函数可以用hDevice句柄实现AD数据的采样批量读取，SetDeviceD0，函数可以实现开关量的输出等。最后可以通过ReleaseDevice将hDevice释放掉。3、USB设备接口驱动程序列表[4]函数名函数功能备注1、设备对象操作函数CreateDevice创建USB总线的设备对象GetDeviceCount取得设备总数GetDeviceCurrentID取得设备当前ID号ResetC复位USB设备RealseDevice关闭设备，且释放USB设备对象2、AD采样操作函数InitDeviceAD初始化USB设备AD部件，准备传数ReadDeviceAD连续批量读取USB设备上的AD数据RealseDeviceAD释放USB设备对象中的AD部件3、AD辅助函数（硬件参数设置、保存、读取函数）LoadParaAD从Windows系统中读取硬件参数SaveParaAD往Windows系统保存硬件参数4、DA操作函数WriteDeviceAD输出DA数据5、DIO数字开关量函数生物医学仪器科研训练CreateDeviceDI开关输入函数CreateDeviceDO开关输出函数五、程序框架USB数据采集卡采集数据A/D程序框架如图6所示。[4]图6USB数据采集框架注意：图中较粗的虚线表示对称关系。如红色虚线表示CreateDevice和生物医学仪器科研训练ReleaseDevece两个函数的关系是：最初执行一次CreateDevice,在结束时就须执行ReleaseDevice。绿色虚线表示InitDeviceAD与ReleaseDeviceAD成对称方式出现。六、代码关键算法说明AD采样操作函数的说明：[4]1、初始化设备对象函数原型：VisualC++&C++Builder:BOOLInitDeviceAD(HANDLEhDevice,PUSB2828_PARA_ADpADPara)VisualBasic:DeclareFunctionInitDeviceADLib“USN2828”(ByValhDeviceaslong,_ByRefpADParaasUSB2828_PARA_AD)AsBooleanDelphi:FunctionInitDeviceAD(hDevice:Integer;pADPara:PUSB2828_PARA_AD):Boolean:StdCall;External‘USB2828’Name‘InitDeviceAD’LabView:功能：它负责初始化设备对象中的AD部件，为设备操作就绪有关工作。2、批量读取USB设备上的AD数据函数原型：VisualC++&C++Builder:BOOLReedDeviceAD(HANDLEhDevice,PWORDpADBuffer,LONGnReadSizeWords,PLONGnReTSizeWordsVisualBasic:DeclareFunctionReedDeviceADLib“USN2828”(ByValhDeviceaslong,_ByRefpADBufferAsInteger,_ByRefnReadSizeWordsAsLong,_ByRefValnReTSizeWordsAsLong,)AsBooleanDelphi:FunctionReedDeviceAD(hDevice:Integer;pADBuffer:Word;nReadSizeBytes:LongWord;nRetSizeBytes:LongArray):BooleanStdCall;External’USN2828’Name‘ReadDeviceAD’;LabView:生物医学仪器科研训练功能：读取USB设备AD部件上的批量数据。待读完制定长度的数据才返回。它必须在InitDeviceAD和ReleaseDeviceAD之前调用。三、释放设备对象中的AD部件函数原型：VisualC++&C++Builder:BOOLReedDeviceAD(HANDLEhDevice)VisualBasic:DeclareFunctionReleaseDeviceADLib“USN2828”(ByValhDeviceaslong)AsBooleanDelphi:FunctionReleaseDeviceAD(hDevice:longint):BooleanStdCall:External’USN2828’Name‘ReleaseDeviceAD’;LabView:功能：释放设备对象中的AD部件所占有的系统资源。七、实验总结及讨论（一）、实验总结1、用示波器采集信号发生器的数据（1）、示波器的面板如图3所示。导航简单，熟悉的操作，帮助缩短学习周期，专用前面板控制，您可以迅速进入所需的功能，USB主机端口，可以简便地存储和传送测量信息，使用OpenChoice®和NILabVIEWSignalExpress™泰克版软件，在PC上存档和分析数据，重量轻，设计紧凑，可以简便地在实验室之间携带。实验波形图（1）锯齿波生物医学仪器科研训练图（2）正弦波图（3）三角波图（4）方波生物医学仪器科研训练2、用USB数据采集卡采集信号发生器的数据（1）、USB2828数据采集卡是阿尔泰公司的产品。[5]USB2828上集成了12位、16路、采样率可达100KHz的AD模拟量输入功能，4路、12位、输出速率可达100KHz的DA模拟量输出功能，8路、TTL兼容的DI数字输入功能，8路、TTL兼容的DO数字输出功能。（2）、此款数据采集卡的接口为USB，在PC机上需要首先安装驱动程序，然后编写数据采集程序。1、首先安装驱动程序，双击USB2828文件夹下的App子文件夹中的setup.exe即可完成驱动的安装，安装完成之后可以使用示例程序查看数据采集情况；2、数据采集软件编写，厂家提供了VisualC++\C++Builder、VisualBasic、Delphi以及LabView\CVI等API接口函数，以VC为例，创建了工程文件之后只需要将Usb2828.lib和Usb2828.h两个文件引入工程，就可以对其进行操作。（3）、运用USB2828数据采集卡可以方便的设置采集信号的采集频率，设置的采集频率不同，产生的波形各不相同。实验产生的各种波形以及所选用的采集频率如下图所示。正弦波锯齿波三角波方波生物医学仪器科研训练3、结果讨论通过比对不同波形可知，在调整过程中，频率会对波形造成影响，不同的波形对频率的要求也不同。在实际操作过程中也要考虑到仪器的老化和损坏问题，示波器接头接触不良也会影响波形的输出。八、专题资料总结AD的原理及目前产品（一）原理[7]：AD:模数转换，将模拟信号变成数字信号，便于数字设备处理。DA：数模转换，将数字信号转换为模拟信号与外部世界接口。具体可以看看下面的资料，了解一下工作原理：1.AD