Karty, wstawiane

dodatkowo do komputerów,

znacznie rozszerzaj¹

mo¿liwoœci ich

wykorzystania - m.in.

jako przyrz¹dów

pomiarowych, symulatorów

Ÿróde³ sygna³ów,

urz¹dzeñ do obróbki

sygna³u wizyjnego,

przyrz¹dów medycznych.

R

ozwa¿aj¹c temat kart komputero-

wych nale¿y ju¿ na wstêpie uœci-

œliæ tematykê, jak¹ bêdziemy siê

zajmowaæ. Omówimy karty kom-

puterowe ze wzglêdu na ich zastosowania, po-

mijaj¹c temat kart jako elementów budowy

podstawowej konfiguracji komputera. Nie bê-

dziemy wiêc koncentrowaæ uwagi na typo-

wych kartach graficznych, dŸwiêkowych, kar-

tach wejœcia-wyjœcia, modemowych czy siecio-

wych, czy mówiæ o kartach rozszerzaj¹cych tyl-

ko mo¿liwoœci komputera (np. karty dodaj¹ce

dodatkowe gniazda RS-232, LPT, USB czy

PCMCIA). Temat kart wchodz¹cych w sk³ad

komputera jest omawiany obszernie w licznych

ksi¹¿kach i publikacjach.

Nie bêdziemy siê zag³êbiaæ w szczegó³y stan-

dardów ³¹czenia karty z komputerem, przypo-

mnimy jedynie podstawowe ró¿nice miêdzy

kartami ze z³¹czem ISA, PCI, PCMCIA czy

USB. Parametry te maj¹ znaczenie ze wzglê-

du na szybkoϾ transmisji danych. Interesuje

nas problem aplikacji kart komputerowych,

zastosowañ w ró¿nych dziedzinach ¿ycia,

niekoniecznie zwi¹zanych bezpoœrednio

z komputerami i informatyk¹.

Zacznijmy od porównania podstawowych

standardów po³¹czeñ kart komputerowych.

Standardy po³¹czeñ

Z histori¹ powstania komputerów osobistych

(PC) zwi¹zany jest standard ISA(Industry Stan-

KARTY KOMPUTEROWE

(1)

pierwszy rzut oka) z obliczeniami niewiele

wspólnego. Zastosowanie komputerów w ¿y-

ciu codziennym wymaga do³¹czania do kom-

putera urz¹dzeñ zewnêtrznych. Karty kompu-

terowe s¹ takimi urz¹dzeniami zewnêtrznymi

lub umo¿liwiaj¹ do³¹czenie zewnêtrznych przy-

rz¹dów czy mechanizmów wykonawczych.

Ze wzglêdu na zastosowania karty kompute-

rowe mo¿na podzieliæ na:

q

karty pobierania danych (data acquisition)

q

karty pomiarowe (multimetry, oscylosko-

py, czujniki temperatury i innych wielkoœci

fizycznych)

q

karty symuluj¹ce Ÿród³a sygna³u (genera-

tory, zasilacze)

q

karty do obróbki sygna³u wizyjnego (obrób-

ka materia³u wideo z kamer, karty wideokon-

ferencyjne, rejestratory sygna³u wizyjnego)

q

karty do zastosowañ w medycynie (kom-

puterowe uk³ady EEG, EKG)

q

karty szyfruj¹ce

q

karty telewizyjne

q

karty bezprzewodowej transmisji radiowej

(np. Bluetooth)

q

inne karty specjalizowane (np. odbiorniki

GPS na kartach PCMCIA).

dard Architecture) zaproponowany w pierw-

szych komputerach IBM w 1981 roku. ISA to

najwolniejszy standard po³¹czenia szyny kom-

putera z kart¹, umo¿liwiaj¹cy na przesy³anie

16-bitowych danych i adresowanie 24-bitowe;

przep³ywnoœæ dla standardu ISA wynosi

8 Mbit/s. Standard PCI (najbardziej powszech-

ny we wspó³czesnych desktopach) zapewnia

ju¿ znacznie wiêksz¹ przep³ywnoœæ (132 Mbit/s)

oraz przesy³anie danych 32-bitowych. PCMCIA

jest standardem przystosowanym do noteboo-

ków, karty PCMCIA³¹czone s¹ z komputerem

gniazdem 68-pinowym, maj¹ œciœle okreœlone

wymiary (54 x85,6 x3,3

÷

10,5 mm) iumo¿liwiaj¹

transfer danych 16-bitowych z szybkoœci¹

20 Mbit/s. Podstawowe parametry tych standar-

dów s¹ ujête w tablicy 1.

r

MIERNICTWO

7

Rys. 1. Karta PCI-6115 firmy National Instruments

Rys. 2. Karta PCI-1716

firmy Advantech

Nale¿a³oby jeszcze wspomnieæ, ¿e rozwiniê-

ciem standardu PCMCIA jest nowa architek-

tura zwana CardBus umo¿liwiaj¹ca operacje

na danych 32-bitowych przy czêstotliwoœci

33 MHz. Osobnym standardem zwi¹zanym

z kartami komputerowymi jest USB (Universal

Serial Bus). Jako ¿e jest to standard transmi-

sji szeregowej (w odró¿nieniu od transmisji

równoleg³ej szyn ISA, PCI czy transmisji w kar-

tach PCMCIA), trudno zestawiaæ jego parame-

try z wymienionymi w tablicy 1. Po³¹czenie

USB zapewnia przep³ywnoœæ 12 Mbit/s i wy-

maga, aby karta obs³ugiwa³a protokó³ zgodny

ze standardem USB.

Zastosowania

kart komputerowych

Karty komputerowe znacznie poszerzaj¹ mo¿-

liwoœci wykorzystania komputerów, które zo-

sta³y najpierw stworzone do realizacji szybkich

operacji matematycznych, a obecnie spe³nia-

j¹ wiele zadañ maj¹cych (przynajmniej na

T a b l i c a 1. Standardy po³¹czeñ kart komputerowych

Oczywiœcie, ten podzia³ systematyzuj¹cy w pe-

wien sposób zastosowania kart komputero-

wych, nie jest nigdy do koñca œcis³y, gdy¿

karty EEG i EKG s¹ w pewnym sensie karta-

mi pobierania danych (pobieraj¹ dane doty-

cz¹ce potencja³u elektrod) a jednoczeœnie s¹

kartami pomiarowymi. Karty telewizyjne s¹

równie¿ w pewnej czêœci kartami obróbki sy-

gna³u wizyjnego, a karty bezprzewodowej

transmisji radiowej mog¹ byæ funkcjonalnie

powi¹zane z konkretnymi zastosowaniami.

Powy¿szy podzia³ pozwoli nam na krótkie

omówienie ka¿dej grupy zastosowañ.

Karty pobierania danych

Karty te umo¿liwiaj¹ przekszta³cenie wejœcio-

wego sygna³u analogowego, przez próbkowa-

nie, na sygna³ cyfrowy _ postaæ zrozumia³¹

przez komputer. S¹ to najczêœciej karty wielo-

wejœciowe, których wzmocnienie mo¿na regu-

lowaæ (ustawiaæ za pomoc¹ zwor na karcie lub

L

8 Mbit/s

132 Mbit/s

20 Mbit/s

przep³ywnoœæ

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 4/2002

Karty pobierania da-

nych znajduj¹ zasto-

sowanie jako karty

pomiarowe w pro-

gramach odwzoro-

wuj¹cych laborato-

rium pomiarowe, ta-

kich jak np. Dasy-

Lab, LabView

(ReAV nr 11/2000 )

czy Genie (ReAV nr

10/1998).

Karty

pomiarowe

Do kart pomiarowych mo¿na zaliczyæ multime-

try cyfrowe. S¹ to karty uniwersalnych mierni-

ków wielkoœci elektrycznych, mierz¹cych naj-

czêœciej napiêcie, pr¹d i rezystancjê. Poza ty-

powymi parametrami podawanymi dla tych

kart _ mierników, nale¿y wymieniæ jeden cha-

rakterystyczny wspó³czynnik _ maksymaln¹

liczbê pomiarów wykonywanych w ci¹gu jed-

nej sekundy. W tablicy 3 podano parametry

mierników, w postaci kart PCI, oferowanych

przez firmy National Instruments oraz Marvin

Test Systems Inc.

Warszawska firma NDN jest dystrybutorem

oscyloskopowej karty firmy Hung Chang typu

DSO-2100. Karta jest do³¹czana do gniazda

LPT komputera (gniazdo, do którego do³¹cza

siê drukarkê). Karta przekszta³ca komputer

w oscyloskop dwukana³owy o parametrach:

q

impedancja wejœciowa: 1 M

Ω

/25 pF

q

sprzê¿enie wejœcia: AC/DC/GND

q

pasmo: 30 MHz

q

rozdzielczoϾ pionowa: 8 bit

q

podstawa czasu: 5 ns

÷

1 godz.

q

maks. napiêcie wejœciowe:

±

100 V (DC)

q

czêstotliwoœæ próbkowania: 1 Hz

÷

100 MHz

q

pamiêæ danych: 32 kB/kana³

q

tryb odchylania: kana³ 1, kana³ 2, Dual,

ADD.

Karta mo¿e byæ stosowana jako analizator

widma dzia³aj¹cy na zasadzie szybkiej trans-

formaty Fouriera (FFT) w zakresie czêstotliwo-

œci do 50 MHz.

Firma National Instruments ma w ofercie karty

wspó³pracuj¹ce z termoparami b¹dŸ termisto-

rami (NI 4350). Karty te produkowane s¹ w stan-

dardach ISA, PCI, USB i PCMCIA.

Umo¿liwiaj¹ pomiar temperatury

z dok³adnoœci¹ 0,4

o

C dla termopar

oraz 0,03

o

C dla termistorów; ele-

menty pomiarowe do³¹cza siê do

16 wejœæ napiêciowych lub termopa-

ry do 14 wejϾ (8 i 6 wejϾ dla stan-

dardów PCMCIA i USB). Pomiar

jest odczytywany do 60 razy w ci¹-

gu sekundy.

Inne parametry fizyczne mog¹ byæ

równie¿ mierzone za pomoc¹ kart

8

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 4/2002

komputerowych, o ile mo¿na mierzone pa-

rametry zamieniæ na odpowiadaj¹ce im po-

ziomy napiêæ b¹dŸ pr¹dów.

Karty symuluj¹ce Ÿród³a sygna³u

Do celów laboratoryjnych b¹dŸ serwisowych

s¹ produkowane karty komuterowe bêd¹ce

generatorami sygna³ów wzorcowych. Firma

National Instruments proponuje generator sy-

gna³ów sinusoidalnych i TTL w standardzie

PCI (model NI 5401) z próbkowaniem

40 MS/s, z pamiêci¹ 16 kB. Generator dostar-

cza sygna³ów o czêstotliwoœci do 16 MHz

i rozdzielczoœci 12-bitowej. Inna karta PCI

(NI 5411) generuje zadany przebieg z czêsto-

tliwoœci¹ próbkowania 40 MS/s, pamiêæ wy-

korzystywana w generatorze to 2

÷

8 MS na ka-

na³. Ciekawym rozwi¹zaniem firmy National In-

struments jest sygna³owy generator telewi-

zyjny (karta PCI) _ NI 5431. Jest to karta do-

starczaj¹ca wzorcowy sygna³ composite video

w systemach koloru NTSC, PAL i SECAM,

maj¹ca równie¿ wyjœcia S-video i RGB.

Firma Marvin Test Systems, Inc. proponuje

równie¿ generatory w formie kart komputero-

wych. Jednym z nich jest generator impulso-

wy SM 1005 (ISA) o czêstotliwoœci sygna³u

0,01 Hz

÷

5 MHz, czêstotliwoœci próbkowania

do 10 MS/s i pamiêci 8 kB, maksymalny sy-

gna³ wyjœciowy ma amplitudê 8 V przy impe-

dancji 50

Ω

. Bardziej z³o¿one generatory to mo-

dele PCI-343/344 o czêstotliwoœci sygna³u do

10 MHz, czêstotliwoœci próbkowania 50

MS/s i pamiêci 32

÷

128 kB. Przebieg napiêcia

wyjœciowego o amplitudzie do 12 V mo¿e przy-

bieraæ ró¿ne kszta³ty _ sinus, napiêcie pi³ok-

szta³tne, impulsy prostok¹tne, sin (x)/x i inne.

Karty zasilaczy s¹ podzespo³ami wykorzysty-

wanymi w zasadzie w komputerach przemy-

s³owych, nie bêdziemy ich omawiaæ.

n

Janusz Samu³a

T a b l i c a 2. Przyk³ady kart pobierania danych (data acquisition) ró¿nych pro-

ducentów i ich parametry

L

Rys. 3.

Karta

pobierania

danych

DAQP-16

firmy

Quatech

Rys. 4.

Karta

oscyloskopowa

programowo). Sk³adaj¹ siê przede wszyst-

kim z przetwornika analogowo-cyfrowego

i uk³adu taktowania tego przetwornika. Podsta-

wowymi parametrami tych kart s¹: czêstotli-

woœæ próbkowania (liczba próbek na sekundê),

dok³adnoœæ próbkowania sygna³u wejœciowe-

go (tj. sposób przedstawienia amplitudy jako

s³owo 8-, 12- lub 16-bitowe), wzmocnienie

sygna³u, pamiêæ wewnêtrzna próbkowanego

sygna³u (w postaci tzw. stosu FIFO). Im wiêk-

sza jest czêstotliwoœæ próbkowania oraz im

wiêksza jest dok³adnoœæ próbkowania, tym

dok³adniej odwzorowany jest sygna³ wejœcio-

wy w komputerze. Nie nale¿y zapominaæ, ¿e

w przypadku kart o du¿ej czêstotliwoœci prób-

kowania zaczyna mieæ znaczenie konfigura-

cja komputera. Zbyt wolna praca procesora

czy szyny danych mo¿e zniekszta³caæ dane

wynikowe (komputer mo¿e nie nad¹¿aæ z za-

pisem danych).

Karty pobierania danych s¹ zazwyczaj wypo-

sa¿one jednoczeœnie w dodatkowe bloki funk-

cjonalne poszerzaj¹ce zakres ich zastosowañ,

np. w wyjœcia z przetwornikami cyfrowo-analo-

gowymi (mog¹ byæ wykorzystane do stero-

wania zewnêtrznych urz¹dzeñ wykonawczych).

Parametry przyk³adowych kart pobierania

danych s¹ przedstawione w tablicy 2.

T a b l i c a 3. Parametry kart PCI _ multimetrów cyfrowych

Rys. 5. Karta generatora PCI343-344

firmy Marvin Test Systems

.