產品主要特性:
模擬信號輸入部分 ★模擬通道輸入數: 16路單端或8路雙端輸入 ★模擬輸入電壓范圍：±10V ★模擬輸入阻抗: 100MΩ ★模擬輸入共模電壓范圍：>±2V ★放大器建立時間：2Us ★放大器增益G與電阻RG的運算關系為： G ＝ 1 ＋ 50KΩ/RG
→ 性能及技術指標
USB2016模板是USB總線兼容的數據采集板，可經USB電纜接入計算機，構成實驗室、產品質量檢驗中心、特別是野外測控、醫療設備等領域的數據采集、波形分析和處理系統，也可構成工業生產過程控制監控系統。而且它具有體積小，即插即用等特點，因此是便攜式系統用戶的最佳選擇。
USB2016板上設計有16Bit分辨率的A/D轉換器和12Bit分辨率D/A轉換器，提供了16路單端或8路雙端的模擬輸入通道和4路D/A輸出通道，A/D轉換器輸入信號范圍:±10V，D/A轉換器輸入信號范圍: 0～5V、0～10V、±5V、±10V。16路開關量輸入，16路開關量輸出且均能上電清零。使用本卡時最好通過板卡上EX_VCC插座接上外接電源。如本卡不能正常工作，必須接上外接電源。
使用外接電源時，應先接外接電源，后接USB電纜。拔掉時先拔USB電纜，后拔外接電源。
二、性能和技術指標
2.1、模擬信號輸入部分
★模擬通道輸入數: 16路單端或8路雙端輸入
★模擬輸入電壓范圍：±10V
★模擬輸入阻抗: 100MΩ
★模擬輸入共模電壓范圍：>±2V
★放大器建立時間：2Us
★放大器增益G與電阻RG的運算關系為： G ＝ 1 ＋ 50KΩ/RG
★放大器增益與電阻RG的對應關系如下表所示：
增益 RG(Ω) 最接近的阻值（1%的精度）RG(Ω)
1 空 空
2 50.00K 49.9K
5 12.50K 12.4K
10 5.556K 5.62K
20 2.632K 2.61K
50 1.02K 1.02K
100 505.1 511
200 251.3 249
500 100.2 100
1000 50.05 49.9
2000 25.01 24.9
5000 10.00 9.88
10000 5.001 4.94
2.2、A/D轉換電路部分
A/D分辨率：16Bit(65536)
非線性誤差：±1LSB(最大)
轉換時間：10us
系統測量精度：0.1%
2.3、D/A轉換電路部分
輸出通道數：4路
模擬輸出電壓范圍：0～5V、0～10V、±5V、±10V
D/A分辨率：12Bit(4096)
非線性誤差：±1LIB(最大)
D/A輸出精度(滿量程)：±1LIB
建立時間：10μS(0.01%精度)
輸出阻抗：0.2Ω
2.4、開關量輸入輸出部分
16路數字量輸入、16路數字量輸出經過50腳扁平電纜插座
XS2引出。
數字端口滿足標準TTL電氣特性：
輸入TTL電平，吸入電流小于0.5毫安。
輸出TTL電平，最大下拉電流20mA,上拉電流2.6毫安。
數字量輸入最低的高電平：2V
數字量輸入最高的低電平：0.8V
數字量輸出最低的高電平：3.4V
數字量輸入最高的低電平：0.5V
2.5、定時/計數器
定時/計數器： 8253的三個定時/計數器（CLK0、CLK1、CLK2）、門控（GATA0、GATA1、GATA2）及輸出（OUT0、OUT1、OUT2）也由XS2引出。
2.6、A/D采樣率
A/D采樣通過率：100KHz
2.7、外形尺寸
158mm * 117mm
三、工作原理概述
USB2016板主要由模/數轉換(A/D)電路、數/模轉換(D /A)電路、USB總線接口電路等部分電路的組合，力求滿足用戶各種用途的需求。
四、主要元件位置圖、信號輸入插座和開關量管腳定義
4.1 主要元件位置圖
圖4.1.1為USB2016板的主要跳線位置圖， 此位置圖上跳線設置為出廠標準設置。設置為：單端輸入方式，模擬輸入范圍±10V，模擬輸出范圍±5V。
XS1: 模擬信號輸入/輸出引線插座
XS2：開關量輸入/輸出及8254接口引線插座
USB－T：USB總線連接插座
RP5：4路DA輸出電壓零點調整電位器
RP1：DA0輸出電壓滿度調整電位器
RP2：DA1輸出電壓滿度調整電位器
RP3：DA2輸出電壓滿度調整電位器
RP4：DA3輸出電壓滿度調整電位器
RP8：A/D電路單極性零點調整電位器
RP7：A/D電路雙極性零點調整電位器
RP6：A/D電路滿度調整電位器
XF1、XF5：模擬電壓輸入單端、雙端選擇
XF7、XF8：D/A輸出極性選擇
XF1、XF2、XF3、XF4：D/A輸出量程選擇
4.2 模入信號37芯D型插座XS1的管腳定義
CH00～CH15：16路模擬信號輸入通道號
CH00～CH07 ：雙端模擬信號輸入正端 （ 雙端方式時）
CH08～CH15 ：雙端模擬信號輸入負端 （雙端方式時）
DA0～DA1：4路模擬信號輸出端
AGND：模擬地
雙端方式時，各通道的對應關系如下表：
原始通道對 對應的采樣通道號 原始通道對 對應的采樣通道號
CH0,CH8 CH0 CH4,CH12 CH4
CH1,CH9 CH1 CH5,CH13 CH5
CH2,CH10 CH2 CH6,CH14 CH6
CH3,CH11 CH3 CH7,CH15 CH7
4.3關于XS2開關量輸入/輸出及8254接口引線插座的管腳定義
DI0～DI15為開關量輸入
DO0～DO15為開關量輸出
OUT0～OUT2 分別為8253的0、1、2的定時/計數器的信號輸出端；
GATE0～GATE2 分別為8253的0、1、2的定時/計數器的門控端；
CLK0～CLK2 分別為8253的0、1、2的定時/計數器的時鐘端；
CLK與板卡上的2M晶振相連。
GND：數字地
VCC：+5V
五、短路套設置及數據格式
A/D電路部分：
1、 模擬信號輸入方式選擇
①
單端輸入方式：
XF5
XF6
②
雙端輸入方式：
XF5
XF6
2、AD數據格式：
A/D轉換結果寄存器各位定義如下：
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：AD15～AD0：為A/D轉換結果的16位數據，它的具體定義如下表。
USB2005板為雙極性模擬輸入時的結果數據格式如下表所示：
輸入 A/D結果編碼 原始碼(十六進制) 原始碼(十進制) 電壓mV
正滿度 0111 1111 1111 1111 7FFF 32767 +9999.69
正滿度－1LSB 0111 1111 1111 1110 7FFE 32766 +9999.38
中間值+1LSB 0000 0000 0000 0001 0001 1 +0.3052
中間值（零點） 0000 0000 0000 0000 0000 0 0
中間值－1LSB 1111 1111 1111 1111 FFFF -1 -0.3052
負滿度+1LSB 1000 0000 0000 0001 8001 -32767 -9999.69
負滿度 1000 0000 0000 0000 8000 -32768 -10000.00
D/A電路部分：
1、模擬信號輸出量程選擇
輸出范圍 XF7 XF8 XF4
(DA0) XF3
(DA1) XF2
(DA2) XF1
（DA3）
0～5V
0～10V
－5V～+5V
-10V～+10V
2、D/A數據格式：
D/A轉換數據寄存器
數據位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
數字信號 DA7 DA6 DA5 DA4 DA3 DA2 DA1 DA0
數據位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
數字信號 NC NC NC NC DA11 DA10 DA9 DA8
其中，DA11—DA0為需要進行D/A轉換的12 位數據。NC：不用。
USB2016板DA為雙極性電壓輸出時數據格式如下表所示：
輸出 D/A數據編碼 AD原始碼(十六進制) 求補后的碼(十進制)
正滿度 1111 1111 1111 FFF 4095
正滿度－1LSB 1111 1111 1110 FFE 4094
中間值+1LSB 1000 0000 0001 801 2049
中間值（零點） 1000 0000 0000 800 2048
中間值－1LSB 0111 1111 1111 7FF 2047
負滿度+1LSB 0000 0000 0001 001 1
負滿度 0000 0000 0000 000 0
USB2016板DA為單極性電壓輸出時的數據格式如下表所示：
輸出 DA結果編碼 AD原始碼(十六進制) 求補后的碼(十進制)
正滿度 1111 1111 1111 FFF 4095
正滿度－1LSB 1111 1111 1110 FFE 4094
零點+1LSB 1000 0000 0001 801 2049
零點 0000 0000 0000 000 0
六、模擬輸入信號的連接方式
6．1 單端輸入方式：
USB2016板均可按圖4.1連接成模擬電壓單端輸入方式，16路模擬輸入信號連接到CH00～CH15端，其公共地連接到AGND端。
單端輸入方式，主要應用在噪聲干擾不高的場合
6．2雙端輸入方式：
USB2016板可按圖3.2連接成模擬電壓雙端輸入方式，可以有效抑制共模干擾信號，提高采集精度。8路模擬輸入信號正端接到IN00+～IN7+端，其模擬輸入信號負端接到IN00-～IN7-端，并在距離XS1插座近處，在IN00-～IN07-端與AGND端各接一只幾十KΩ至幾百KΩ的電阻（當現場信號源內阻小于100Ω時，該電阻應為現場信號源內阻的1000倍；當現場信號源內阻大于100Ω時，該電阻應為現場信號源內阻的2000倍），為儀表放大器輸入電路提供偏置。
雙端輸入方式，主要應用在噪聲干擾高的場合
七、使用方法
1、用USB電纜將USB2016板與主機連接起來，若發光二極管亮，則表示USB2016板電源已接通。
2、時主機屏幕上會顯示檢測到artUSB2016設備，接著讓您安裝驅動程序，您須插入本公司提供的安裝盤。詳細的安裝過程請見本公司軟件說明書的USB部分。
3、安裝完畢后，打開USB2016操作系統，即可檢測設備是否正常工作。
注：其硬件參數配置請參考軟件說明書中USB部分的結構USB_PARA中的介紹。
八、應用注意事項
在公司售出的產品包裝中，用戶將會找到這本說明書和USB2016板，同時還有產品質保卡。產品質保卡請用戶務必妥善保存，當該產品出現問題需要維修時，請用戶將產品質保卡同產品一起，寄回本公司，以便我們能盡快的幫用戶解決問題。
在使用USB2016板時，應注意以下問題：
①USB2016板正面的IC芯片不要用手去摸，防止芯片受到靜電的危害。
②用戶務必注意電源的開關順序，使用時要求先開主機電源，后開信號源的電源；先關主機電源，后關信號源的電源。
九、校準
USB2016板出廠時已經校準，只有當用戶使用一段時間后，或者用戶認為需要時才做校準。
準備一塊5位半精度以上數字電壓表，安裝好USB2016，打開主機電源，預熱15分種。
A/D校準
1、 模擬輸入的任兩個通道，比如CH0、CH1通道，將CH0通道輸入接0伏電壓,CH1接正滿度電壓9997.56毫伏。
2、 調整電位器RP6，使讀回的A/D轉換結果在7FFH和800H 之間變化。
3、調整電位器RP7，使讀回的A/D轉換結果在FFEH～FFFH之間變化。
4、重復2）、 3）步驟，直到滿足要求為止。
D/A校準
（一） 雙極性輸出的校準：
1） 將數字電壓表的地線與37芯D型插頭XS1中的任意模擬地(AGND)相接,電壓表的輸入端與需要校準的DA通道相連接。
2） 在Windows下運行USB2016測試程序，選擇菜單文件操作下的D/A輸出檢測，根據需要校準的通道選擇相應的手動單點輸出。
3） 將D/A輸出設置為2048，通過調整電位器RP5，使相應的D/A輸出為0.000V。
4） 將D/A輸出設置為4095，通過調整電位器RP1～RP4，使相應的D/A輸出為5.000或10.000V。
5） 重復以上3)、4）步驟，直到滿足要求為止。
（二） 單極性輸出的校準
1） 將數字電壓表的地線與37芯D型插頭XS1中的任意模擬地(AGND)相接,電壓表的輸
入端與需要校準的DA通道相連接。
2） 在Windows下運行USB2016測試程序，選擇菜單文件操作下的D/A輸出檢測，根據
需要校準的通道選擇相應的手動單點輸出。
3） 將D/A輸出設置為0，通過調整電位器RP5，使相應的D/A輸出為0.000V。
4) 將D/A輸出設置為4095，通過調整電位器RP1～RP4，使相應的D/A輸出為5.000或
10.000V。
5) 重復以上3)、4）步驟，直到滿足要求為止。
十、保修
USB2016自出廠之日起，兩年內，凡用戶遵守運輸，貯存和使用規則，而質量低于產品標準者公司免費修理。
附錄 可編程定時/計數器8254編程描述
有關8254詳細情況請參見8254技術手冊或有關資料。
一、 控制字
在使用8254內部計數器前，必須先向8254內部控制字寄存器寫入控制字和寫入計數器
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
各位定義如下：
BCD：計數器計數方式選擇，可采用二進制或BCD碼。
M2、M1、M0：計數器工作方式選擇，可有六種工作方式，具體含義見下表。
BCD 計數類型
0 二進制計數
1 BCD碼計數
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 選擇計數器
0 0 計數器0
0 1 計數器1
1 0 計數器2
1 1 非法
RL1 RL0 操作類型
0 0 計數器鎖存操作
0 1 只讀/寫低字節
1 0 只讀/寫高字節
1 1 先讀/寫低字節
后讀/寫高字節
RL1、RL0計數器讀寫操作長度選擇，以決定對計數器進行裝入或讀出是雙字節還是單字節。SC1、SC0選擇計數器0、1或2。
當對8254寫入控制字后，就要給計數器賦初值了。當控制字D0＝0時，即二進制計數，初值可在0000H～FFFFH之間選擇，當控制字D0＝1時，則裝入計數器的初值應選十進制方式，其值可在0000～9999十進制數之間選擇，但無論何種計數方式，當初值為0000時，計數器的計數值最大。
二、 工作方式
對8254的讀寫操作
方式0-計數結束中斷
當寫入方式0控制字后，計數器輸出立即變成低電平，當賦初值后，計數器馬上開始計數，并且輸出一直保持低電平，當計數結束時變成高電平，并且一直保持到重新裝入初值或復位時為止。當控制字中D5D4＝11時，在寫入低字節后計數器還不計數，當寫入高字節后，計數器才開始計數，如果對正在做計數的計數器裝入一個新值，則計數器又從新裝入的計數值開始，重新作減量計數。可用門控端GATE控制計數，當GATE＝0時，禁止計數，當GATE＝1時，允許計數。
方式1—可編程單次脈沖方式
該方式要在門控信號GATE作用下工作。當裝入計數初值N之后，要等GATE由低變高，并保持高時開始計數，此時輸出OUT變成低電平，當計數結束時，輸出變成高電平，即輸出單次脈沖的寬度由裝入的計數初值N來決定。當計數器減量計數未到零時，又裝入一個新的計數值N1，則這個新值，不會影響當前的操作，只有原計數值減到零且有一個GATE上升沿時，計數器才從N1開始計數。如當前操作還未完，又有一次GATE上升沿時，則停止當前計數，又重新從N1開始計數，這時輸出單次脈沖就被加寬。
方式2—頻率發生器方式
在該方式下，計數器裝入初始值，開始工作后，輸出端將不斷輸出負脈沖，其寬度等于一個時鐘周期，兩負脈沖間的時鐘個數等于計數器裝入的初始值。在方式2中門控信號相當于復位信號，當GATE＝0時，立即強迫輸出為高電平，當GATE＝1時，便啟動一次新的計數周期，這樣可以用一個外部控制邏輯來控制GATE，從而達到同步計數的作用。當然計數器也可以用軟件控制GATE而達到同步控制目的。
方式3—方波頻率發生器方式
與方式2類似，當裝入一個計數器初值N后，在GATE信號上升沿啟動計數，定時/計數器此時作減2計數，在完成前一半計數時，輸出一直保持高電平，而在進行后一半計數時，輸出又變成低電平。若裝入的數N為奇數，則在（N＋1）/2個計數期間，輸出保持高電平。在（N－1）/2個計數期間，輸出保持低電平。若在一次計數期間，將一個新的初值裝入計數器，那么在當前的計數發生跳變時，計數器馬上又按新的計數開始計數。
方式4—軟件觸發選通方式
用控制字設置該方式后，輸出即變為高電平，在GATE＝1時，計數器一旦裝入初值，便馬上開始計數，每當計數結束，便立即在輸出端送出一個寬度等于一個時鐘周期的負脈沖。如果在一次計數期間，裝入了一個新的計數值。則在當前的計數結束，送出負脈沖后，馬上以這個新的計數開始計數。在GATE＝0時，禁止計數，這些均與方式2同，但這不是用GATE的上升沿來啟動計數的。
方式5—硬件觸發選通方式
當采用該方式工作時，在GATE信號的上升沿啟動計數器開始計數，輸出一直保持高電平，當計數結束時，輸出一個寬度等于時鐘周期的負脈沖。在此種方式下，GATE是高電平或低電平都不再影響計數器工作。但計數操作可用GATE信號的上升沿重新觸發，便又從原來的初值開始計數，計數期間，輸出又一直保持高電平。
在上述六種工作方式中，GATE信號均起作用，現將GATE信號的作用列于表中：
GATE 低電平或下降沿 上升沿 高電平
方式0 禁止計數 無作用 允許計數
方式1 無作用 啟動計數，
下一時鐘后輸出變低 無作用
方式2 禁止計數并輸出為高 啟動計數 允許計數
方式3 禁止計數并輸出為高 啟動計數 允許計數
方式4 禁止計數 無作用 允許計數
方式5 無作用 啟動計數 無作用
注意：8254的每個定時/計數器在所有操作方式下，均不能設置初值為“１”，否則定時/計數器將停止計數及計數輸出。
