一种新型基于高速串行通信的多通道同步采样技术
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ
．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．０９．０１５一种新型基于高速串行通信的多通道同步采样技术
姜 雷，周华良，郑玉平，夏 雨，姚吉文，吴通华
（国网电力科学研究院／南京南瑞集团公司，江苏省南京市２１０００３
）摘要：微机型高压继电保护装置需要实时采样和处理多通道交流电气量数据，多通道采样数据的
同步性和数据处理的实时性是影响保护性能的２个重要因素。文中针对以往同步采样及数据接口方式进行了改进，提出了一种基于高速串行通信的多通道同步采样技术，硬件上进一步保证数据采
样同步性，
同时提高采样数据传输、存储的快速性和并发性。该技术具有很好的扩展性和高可靠性，可以满足不同微机型高压继电保护装置，尤其是模拟采样回路通道数需求较多的场合，目前已经在某系列微机型高压继电保护装置上得到验证并取得实际工程应用。关键词：继电保护；同步采样；高速串行；多通道
收稿日期：２０１１－０５－２４；修回日期：２０１１－１２－
２１。０ 引言
现代高压继电保护装置的交流信号分析理论和
保护算法大多建立在交流同步采样基础上［
１－
４］。因此，同步采样的质量及采样数据处理的实时性对于
实现保护逻辑至关重要，是影响高压继电保护装置保护性能的２个重要因素。不考虑微处理器运算速度，对采样系统来讲采样频率越高、转换速度越快、采样精度越高，越有利于提高保护响应的准确性和快速性。在不增加硬件成本的前提下，采用交流同
步采样技术可提高交流采样的同步性［５－
６］。然而，如
何改进硬件电路也是必须考虑的问题。继电保护装
置的多通道同步采样往往采用多路选择器和模拟／
数字（Ａ／Ｄ）转换器组合的方式实现［７］
，并且多使用并行数字接口方式向数字信号处理器（ＤＳＰ）
传输数据。这种方法固然能够实现同步采样，
但是在模拟采样回路通道数比较多的场合，多路选择器对采样同步性的影响会更加明显，同时Ａ／Ｄ转换器与ＤＳＰ的数据接口通常使用并行总线方式实现，此种接口
在Ａ／Ｄ转换器数量较多时数据传输效率也会降低。因此，研究如何进一步提高采样的同步性以及高效、可靠地获取并传输采样数据对于提高保护性能具有重要意义。针对这一现实技术需求，本文提出了一种新型的基于高速串行通信的多通道同步采样技术，并详细论述了该技术在微机型高压继电保护装置中的设计与实现。实践证明，该技术方法能够保证采样数据的同步性和数据传输的可靠性，提高保护在交流采样方面的处理性能。
１ 基于高速串行通信的多通道同步采样系统总体技术方案
继电保护装置对交流采样设计的基本要求是具有同步性、实时性、多通道和高精度。为了实现这一设计目标，采用现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）
和若干片１６位高精度同步Ａ／Ｄ转换器构成高速串行多通道同步采样系统，
原理框图如图１所示。图１ 基于高速串行通信的多通道同步采样系统
Ｆｉｇ．１ Ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｓａｍｐｌｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｉｇｈ－ｓｐ
ｅｅｄ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ此方案中采用的Ａ／Ｄ转换器为ＡＤＩ公司的
１６位、８通道同步采样器件ＡＤ７６０６。此器件内置模拟输入钳位保护、二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放
大器、１６位电荷再分配逐次逼近型Ａ／Ｄ转换器，以及灵活的数字滤波器和２．５Ｖ基准电压源、
基准电压缓冲等。ＡＤ７６０６采用５Ｖ单电源供电，可以处理±１０Ｖ和±５Ｖ真双极性输入信号，同时所有通道均能以高达每秒２０万个采样点的吞吐速率采样。其中，输入钳位保护电路可以耐受最高达±１６．５Ｖ
的电压。此Ａ／Ｄ转换器的抗混叠滤波器的３ｄＢ截
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２８—第３６卷 第９期２０１２年５月１０日Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．９
Ｍａｙ
１０，２０１２
止频率为２２ｋＨｚ；当采样速率达每秒２０万个采样点时，它具有４０ｄＢ抗混叠抑制特性。灵活的数字滤波器采用引脚驱动，可以改善信噪比（ＳＮＲ），并降低３ｄＢ带宽。上述指标从性能上保证了模拟通道的高精度和高性能。
在本文的采样系统回路方案中，所有Ａ／Ｄ转换器的采样启动使用同一个启动信号来控制。由于每片Ａ／Ｄ转换器的８路模拟通道可以由同一个启动信号同时触发采样，保证了采样系统回路所有模拟输入通道的采样能够同时触发，且发送给ＤＳＰ的中断信号与这一启动信号严格保持同步，因此从基本方案上保证了所有采样数据的同步性。
在ＦＰＧＡ内部，设计若干Ａ／Ｄ转换器接口控制电路，每块控制电路都使用高速同步串行接口与Ａ／Ｄ转换器交互数据，利用ＦＰＧＡ的并发性和实时性实现了快速获取采样数据的功能。与并行总线接口方式相比，串行接口方式不仅可在外接Ａ／Ｄ转换器数量较多的情况下减少总转换时间，提高采样频率，还可利用硬件电路可复制的思想使接口电路设计模块化，从而能够方便地扩展外部Ａ／Ｄ转换器，理论上可达到接入任意多路模拟通道的设计目的。
ＦＰＧＡ内部还设计了与ＤＳＰ通信的串行接口控制电路，将从Ａ／Ｄ转换器接口控制电路获得的采样数据通过高速同步串行接口发送到ＤＳＰ。由系统原理框图可以看出，ＤＳＰ串行接口的外部硬件连接信号和Ａ／Ｄ转换器控制电路的外部硬件连接信号是相同的，这样的设计可以使ＤＳＰ在硬件接口上兼容此采样系统和外部Ａ／Ｄ转换器，增加了采样系统配置的灵活性。
２ Ａ／Ｄ转换器控制电路设计
Ａ／Ｄ转换器控制电路通过串行接口完成ＦＰＧＡ对外部Ａ／Ｄ转换器的控制功能，包括向Ａ／Ｄ转换器发出同步启动信号、片选信号及采样时钟信号，并依据Ａ／Ｄ转换器的响应信号来读取数字转换结果，电路拓扑如图２所示。
图２ Ａ／Ｄ转换器控制电路拓扑图
Ｆｉｇ．２ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｏｆ Ａ／Ｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
这些电路功能均使用硬件描述语言（ＨＤＬ）进行设计实现。为了减少读取时间，Ａ／Ｄ转换器控制电路通过２路数字通道读取采样数据。硬件时序基于Ａ／Ｄ转换器的数字接口时序图来设计，如图３所示。
图３ Ａ／Ｄ转换器串行接口时序图
Ｆｉｇ．３ Ｓｅｒｉａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｔｉｍｉｎｇ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ Ａ／Ｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
信号ＣＯＮＶＳＴ上升沿触发Ａ／Ｄ转换器开始Ａ／Ｄ转换，信号ＢＵＳＹ拉高表示Ａ／Ｄ转换器正在转换，Ａ／Ｄ转换器控制电路等待信号ＢＵＳＹ下降沿到来后发出有效信号ＣＳ及采样时钟信号ＳＣＬＫ，ＣＳ下降沿移出１６位采样数据的最高位（ＤＢ１５），采样数据通道ＤｏｕｔＡ和ＤｏｕｔＢ采样数据的其余位在ＳＣＬＫ的上升沿作用下延时一定时间后串行移出，Ａ／Ｄ转换器控制电路在ＳＣＬＫ下降沿对数据采样。为了降低高频信号噪声对采样精度的影响，ＳＣＬＫ仅在ＣＳ有效时输出，其余时间保持高电平不变，ＳＣＬＫ有效时的最高设计频率为２５ＭＨｚ。硬件设计流程图如图４所示。
图４ Ａ／Ｄ转换器控制电路设计流程
Ｆｉｇ．４ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ
ｆｏｒ Ａ／Ｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
使用数字仿真与试验方法对Ａ／Ｄ转换器接口控制电路的设计进行验证，相关内容参见附录Ａ。
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３
８
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·研制与开发· 姜 雷，等 一种新型基于高速串行通信的多通道同步采样技术
３ 采样数据存储及ＤＳＰ串行接口控制电路
设计
为了满足ＤＳＰ直接连接Ａ／Ｄ转换器的技术需
求，实现硬件电路的兼容性，此采样系统要设计成与外部Ａ／Ｄ转换器具有相同功能和接口时序的虚拟Ａ／Ｄ转换器。因此，在与ＤＳＰ的数字接口功能设计上应达到２个目标：采样数据能够重复读取；硬件接口信号与接口时序应与Ａ／Ｄ转换器接口相类似。此系统在采样数据存储设计和ＤＳＰ串行接口设计上都要遵循这一设计原则。
在采样数据存储设计方面，通用的数据存储方式有先进先出（ＦＩＦＯ）存储器方式、随机存储器（ＲＡＭ）方式和寄存器方式。为了使采样数据能够重复读取，可选的数据存储方式是ＲＡＭ方式或寄存器方式。由于ＲＡＭ方式存在读操作问题，输出数据延时较大，再考虑到ＲＡＭ方式下控制逻辑设计比较复杂，
所以采用寄存器方式来存储采样数据。ＤＳＰ串行接口电路设置与Ａ／Ｄ转换器接口相同数量的外部接口信号，主要实现多路采样数据的组合、传输功能，电路拓扑如图５所示。
图５ ＤＳＰ串行接口控制电路拓扑图
Ｆｉｇ．５ Ｓｅｒｉａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏｐｏｌｏｇｙ
ｏｆ ＤＳＰ同时，ＤＳＰ串行接口电路的接口时序设计也与Ａ／Ｄ转换器接口类似，
如图６所示。图６ ＤＳＰ串行接口时序图
Ｆｉｇ．６ Ｓｅｒｉａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｔｉｍｉｎｇ
ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＤＳＰ其中，信号ＢＵＳＹ＿Ｓ与ＢＵＳＹ类似，
表示虚拟Ａ／Ｄ转换器进行Ａ／Ｄ转换的工作状态，其有效电平宽度代表虚拟Ａ／Ｄ转换器的转换时间，
包括Ａ／Ｄ转换器的转换时间和从Ａ／Ｄ转换器数字接口读取转换结果的时间。当信号ＢＵＳＹ＿Ｓ的电平由高变低后，帧同步信号ＦＲＭＳＹＮＣ即可以拉低，数据通道Ｄ０和Ｄ１同时发出采样数据的最高位，此后在串行接口时钟信号ＣＬＫ的作用下继续发送采样数据，ＣＬＫ有效时设计最大频率为２５ＭＨｚ
。使用数字仿真与试验方法对ＤＳＰ串行接口控制电路的设计进行验证，相关内容参见附录Ａ。
４ 可靠性设计
在系统可靠性设计方面，主要考虑以下环节。１）为了防止系统上电瞬间，Ａ／Ｄ转换器的工作
状态不确定导致的采样数据异常问题，在ＤＳＰ串行接口设计中增加了防误功能，即在ＦＰＧＡ加载后复位Ａ／Ｄ转换器一次。在此期间，若ＤＳＰ向采样系统请求数据则发送全零数据，等到Ａ／Ｄ转换器进入稳定工作状态后再发送采样数据，提高采样数据传输的可靠性，有效避免保护装置上电或系统发生异常复位时发生采样异常告警甚至误动的情况。２）从Ａ／Ｄ转换器得到的采样数据使用相对简
单的寄存器方式进行存储，不存在ＲＡＭ读写操作等相对复杂的存储时序，同时可以保证使用高速同步串行接口传输采样数据时有足够的时序裕度，增强ＤＳＰ在ＣＬＫ时钟沿采样数据位的可靠性。
３）考虑到Ａ／Ｄ转换器串行接口和ＤＳＰ串行接口在通信过程中存在受到外部干扰导致通信异常的可能性，在设计中增加了周期性自恢复功能，使得每个系统采样周期的数据传输过程与此前的电路状态无关，有效避免了由于外部干扰造成的数据传输错误问题。
５ 结语
本文针对高压继电保护装置的交流电气量采样需求，提出一种以ＦＰＧＡ和高精度Ａ／Ｄ转换器为
基础的，
新型基于高速串行通信的多通道同步采样技术。该技术能够满足高压继电保护装置在不同应用场合下的采样需要，已经在国网电力科学研究院研发的ＡＲＰ－
３００系列微机型高压继电保护装置上得到充分验证和实际应用［
８－
９］。本课题为南瑞集团公司科技资助项目
（ＪＴ０９００１－
ＪＢ）。附录见本刊网络版（ｈｔｔｐ：／／ａｅｐｓ．ｓｇｅｐｒｉ．ｓｇｃｃ．ｃｏｍ．ｃｎ／ａｅｐｓ／ｃｈ／ｉｎｄｅｘ．ａｓｐ
ｘ）。—
４８—２０１２，３６（９
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ｃｃ．ｃｏｍ．ｃｎ周华良（１９８０—），男，硕士，工程师，主要研究方向：电力电子与电力系统控制保护平台。
郑玉平（１９６４—），男，教授级高级工程师，主要研究方向：电力系统继电保护。
Ａ Ｎｅｗ Ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｓａｍｐｌｉｎｇ
Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ Ｓｅｒｉａｌ ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＪＩＡＮＧ Ｌｅｉ，ＺＨＯＵ Ｈｕａｌｉａｎｇ，ＺＨＥＮＧ Ｙｕｐｉｎｇ，ＸＩＡ Ｙｕ，ＹＡＯ Ｊｉｗｅｎ，ＷＵ Ｔｏｎｇ
ｈｕａ（Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ
２１０００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｒｅｌａｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ｎｅｅｄ ｔｏ ｓａｍｐｌｅ ａｎｄ ｍａｎａｇｅ ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ ＡＣ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｄａｔａ．Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｒｅ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔ ｐｒｏｔｅｃｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ａｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｓａｍｐｌｉｎｇ ａｎｄ ｄａｔａ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍｏｄｅ．Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｃａｎ ｆｕｒｔｈｅｒ ｅｎｓｕｒｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｈａｒｄｗａｒｅ．Ｉｔｃａｎ ａｌｓｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ａｎｄ ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ．Ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｈａｓ ｇｏｏｄ ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ
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ｗｏｒｄｓ：ｒｅｌａｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｓａｍｐｌｉｎｇ；ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｓｅｒｉａｌ；ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ—
５８—·研制与开发· 姜 雷，等 一种新型基于高速串行通信的多通道同步采样技术
基于Ucos的多通道数据采集系统(DOC)(可编辑修改word版)
课程设计(论文)任务书 信息工程学院物联网专业2014-2 班 一、课程设计(论文)题目基于Ucos 的多通道数据采集系统 二、课程设计(论文)工作自2017 年06 月26 日起至2017 年06 月30 日止。三、 课程设计(论文) 地点:嵌入式系统实验室 四、课程设计(论文)内容要求： 1.本课程设计的目的 （1）使学生掌握嵌入式开发板（实验箱）各功能模块的基本工作原理； （2）培养嵌入式系统的应用能力及嵌入式软件的开发能力； （3）使学生较熟练地应用嵌入式操作系统及其API 开发嵌入式应用软件； （4）培养学生分析、解决问题的能力； （5）提高学生的科技论文写作能力。 2.课程设计的任务及要求 1）基本要求： （1）分析所设计嵌入式软件系统中各功能模块的实现机制； （2）选用合适嵌入式操作系统及其API； （3）编码实现最终的嵌入式软件系统； （4）在实验箱上调试、测试并获得最终结果。 2）创新要求： 在基本要求达到后，可进行创新设计，如改善嵌入式软件实时性能；扩展嵌入式软件功能及改善其图形用户界面。 3）课程设计论文编写要求 （1）要按照书稿的规格打印誊写课程设计论文。 （2）论文包括目录、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等（以上可作微调）。 （3）课程设计论文装订按学校的统一要求完成。 4)课程设计评分标准： （1）学习态度：20 分； （2）回答问题及系统演示：30 分 （3）课程设计报告书论文质量：50 分。 成绩评定实行优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级。不及格者需重做。 5）参考文献： （1）罗蕾.《嵌入式实时操作系统及应用开发》北京航空航天大学出版社 （2）Jean https://www.360docs.net/doc/5d18174498.html,brosse. 《嵌入式实时操作系统uC/OS-II》北京航空航天大学出版社 （3）王田苗.《嵌入式设计与开发实例》.北京航空航天大学出版社 （4）北京博创科技公司. 《嵌入式系统实验指导书》
USB接口的高速数据采集卡的设计与实现
摘要：讨论了基于USB接口的高速数据采集卡的实现。该系统采用TI公司的TUSB3210芯片作为USB通信及主控芯片,完全符合USB1.1协议,是一种新型的数据采集卡。 关键词：USB A/D FIFO 固件 现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高,在瞬态信号测量、图像处理等一些高速、高精度的测量中,需要进行高速数据采集。现在通用的高速数据采集卡一般多是PCI 卡或ISA卡,存在以下缺点：安装麻烦;价格昂贵;受计算机插槽数量、地址、中断资源限制,可扩展性差;在一些电磁干扰性强的测试现场,无法专门对其做电磁屏蔽,导致采集的数据失真。 通用串行总线USB是1995年康柏、微软、IBM、DEC等公司为解决传统总线不足而推广的一种新型的通信标准。该总线接口具有安装方便、高带宽、易于扩展等优点,已逐渐成为现代数据传输的发展趋势。基于USB的高速数据采集卡充分利用USB总线的上述优点,有效解决了传统高速数据采集卡的缺陷。 1 USB数据采集卡原理 1.1 USB简介 通用串行总线适用于净USB外围设备连接到主机上,通过PCI总线与PC内部的系统总线连接,实现数据传送。同时USB又是一种通信协议,支持主系统与其外设之间的数据传送。USB器件支持热插拔,可以即插即用。USB1.1支持两种传输速度,既低速1.5Mbps和高速 12Mbps,在USB2.0中其速度提高到480Mbps。USB具有四种传输方式,既控制方式（Control mode）、中断传输方式（Interrupt mode）、批量传输方式（Bulk mode）和等时传输方式（Iochronous mode）。 考虑到USB传输速度较高,如果用只实现USB接口的芯片外加普通控制器（如8051）,其处理速度就会很慢而达不到USB传输的要求;如果采用高速微处理器（如DSP）,虽然满足了USB传输速率,但成本较高。所以选择了TI公司内置USB接口的微控制器芯片 TUSB3210,开发了具有USB接口的高速数据采集卡。 1.2 系统原理图
【价格】多通道数据采集 80K 14位 16路同步模拟量输入采集卡)系列)图
PCI8008 同步采集卡硬件使用说明书 阿尔泰科技发展有限公司 产品研发部修订
阿尔泰科技发展有限公司 目录 目录 (1) 第一章概述 (3) 第一节、产品应用 (3) 第二节、AD 模拟量输入功能 (3) 第三节、其他指标 (4) 第四节、板卡外形尺寸 (4) 第五节、产品安装核对表 (4) 第六节、安装指导 (4) 一、软件安装指导 (4) 二、硬件安装指导 (4) 第二章元件布局图及简要说明 (5) 第一节、主要元件布局图 (5) 一、信号输入输出连接器 (5) 二、电位器 (5) 三、跳线器 (5) 四、物理ID 拨码开关 (6) 五、指示灯 (7) 第三章信号输入输出连接器 (8) 第一节、AD 模拟量信号输入连接器定义 (8) 第二节、模拟量输入/输出接口 (8) 第三节、跳线器设置 (9) 第四章各种信号的连接方法 (10) 第一节、AD 模拟量输入的信号连接方法 (10) 一、AD 单端输入连接方式 (10) 二、AD 双端输入连接方式 (10) 第二节、同步触发脉冲信号的连接方法 (11) 一、同步触发脉冲信号输入连接方式 (11) 二、同步触发脉冲信号输出连接方式 (11) 第三节、时钟输入输出信号的连接方法 (11) 第四节、触发信号连接方法 (12) 第五节、多卡同步的实现方法 (12) 第五章数据格式、排放顺序及换算关系 (14) 第一节、AD 模拟量输入数据格式及码值换算 (14) 一、AD 双极性模拟量输入数据格式 (14) 二、AD 单极性模拟量输入数据格式 (14) 第二节、关于AD 数据端口高位空闲部分的定义 (14) 第三节、AD 多通道采集时的数据排放顺序 (15) 第六章各种功能的使用方法 (16) 第一节、AD 触发功能的使用方法 (16) 一、AD 内触发功能 (16) 二、AD 外触发功能 (16) 第二节、AD 内时钟与外时钟功能的使用方法 (19) 一、AD 内时钟功能 (19) 二、AD 外时钟功能 (19)
多通道模块化高速通信数据采集与分析平台
多通道模块化高速通信数据采集与分析平台 1.设备技术参数： 多通道模块化高速通信数据采集与分析平台，可同时采集多路高速模拟信号并进行FPGA实时在线并行处理，可与软件无线电平台进行交联，借助PXI 高带宽低延迟的特性以及开放的FPGA架构，以及扩展的高稳定时钟模块，完成更加复杂的通信系统数据采集与分析任务。 1)高速信号采集： a.通道数：2端口 b.采样率:80MS/s c.ADC位数:14位 d.软件可选曾益：0dB，6dB,12dB e.硬件滤波器:可选择的椭圆、贝塞尔和旁通硬件滤波器 f.总谐波失真：-89.5dBc(9.7MHz,12dB Gain) g.无杂散动态范围:-91dBc(9.7MHz,12dB Gain) 2)实时信号分析模块: a.板载Kintex-7XC7K410T FAPGA芯片，2GB板载内存 b. 3.2GB/s带宽 c.前端包含132条单端I/O线，可配置为66组差分线对 d.支持点对点传输，实现FPGA模块之间，或PXIe模块之间实现直接的高速 数据传输 3)系统高精度时钟源： a.OCXO PXI时钟模块，时钟精度±80ppb b.可用于生成时钟和触发信号，并路由到PXI机箱的背板 c.可利用PXI Express的高级低电压差分信令(LVDS)触发总线：PXIe?DStarA、 PXIe?DStarB和PXIe?DStarC d.可生成两种类型的时钟：信号基于板载精密控温晶体振荡器(OCXO)参考时 钟的高稳定10MHz时钟；和直接数字合成(DDS)时钟生成电路生成的时钟 e.生成时钟频率范围:0.2794Hz~1GHz 4)系统扩展接口： a.两个MXI Express接口,可用于扩展软件无线电外设或PXI机箱,传输带 宽:1GB/s b.不少于三个扩展槽位，用于未来扩展更高密度采集通道以及运算单元 5)嵌入式处理器: a.Intel Xeon系列8核控制器 b.4*USB2.0接口，2*USB3.0接口 c.16GB运行内存 d.支持Real-Time OS系统 e.24GB/s系统带宽 f.支持图形化语言开发上位机与FPGA程序
基于LabVIEW的多通道数据采集系统信号处理
目：基于LabVIEW的多通道数据采集系统 2010 年 03 月 20 日 互联网会议PPT资料大全技术大会产品经理大会网络营销大会交互体验大会 毕业设计开题报告 1．结合毕业论文课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 1. 本课题的研究背景及意义 近年来，以计算机为中心、以网络为核心的网络化测控技术与网络化测控得到越来越多的应用，尤其是在航空航天等国防科技领域。网络化的测控系统大体上由两部分组成：测控终端与传输介质，随着个人计算机的高速发展，测控终端的位置原来越多的被个人计算机所占据。其中，软件系统是计算机系统的核心，设置是整个测控系统的灵魂，应用于测控领域的软件系统成为监控软件。传输介质组成的通信网络主要完成数据的通信与采集，这种数据采集系统是整个测控系统的主体，是完成测控任务的主力。因此，这种“监控软件-数据采集系统”构架的测控系统在很多领域得到了广泛的应用，并形成了一套完整的理论。 2. 本课题国内外研究现状 早期的测控系统采用大型仪表集中对各个重要设备的状态进行监控，通过操作盘进行集中式操作；而计算机系统是以计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被控对象共同构成的整体。系统中的计算机实现生产过程的检测、监督和控制功能。由于通信协议的不开放，因此这种测控系统是一个自封闭系统，一般只能完成单一的测控功能，一般通过接口，如RS-232或GPIB接口可与本地计算机或其他仪器设备进行简单互联。随着科学技术的发展，在我国国防、通信、航空、气象、环境监测、制造等领域，要求测控和处理的信息量越来越大、速度越来越快。同时测控对象的空间位置日益分散，测控任务日益复杂，测控系统日益庞大，因此提出了测控现场化、远程化、网络化的要求。传统的单机仪器已远远不能适应大数量、高质量的信息采集要求，产生由计算机控制的测控系统，系统内单元通过各种总线互联，进行信息的传输。 网络化的测控技术兴起于国外，是在计算机网络技术、通信技术高速发展，以及对大容量分布的测控的大量需求背景下发展起来，主要分为以下几个阶段：第一阶段： 起始于20世纪70年代通用仪器总线的出现，GPIB实现了计算机与测控系统的首次 结合，使得测量仪器从独立的手工操作单台仪器开始总线计算机控制的多台仪器的测控系统。此阶段是网络化测控系统的雏形与起始阶段。第二阶段：
高速以太网通讯数据采集卡使用说明
16 位 64 通道 500KSPS 光隔 AD 16 通道光隔数字入/16 通道光隔数字出 T9255 使用说明书 一、性能特点： 本板采用有线 10M/100M 以太网口的数据采集器。 本采集卡提供基于 DLL 的编程技术，用户不需要网络知识就可以实现网络采集与控制功能。 本板通过采用高速高精度 AD 芯片、高精度的放大器、高密度 FPGA 逻辑芯片、精细地布线以及优良的制版工艺，实现了高速、高精度实时数据采集，具有以下性能特点： 1、2、 3、 4、5、6、64 通道模拟量高速采集。可以设置 1－64 通道采集，起始通道号可以自由设定。 AD 幅值采集高精度：16 位采集精度，长时间采集时，误差跳码为±2LSB,相对精度优于 0.001%，直流电压波动小于 0.1 毫伏。 软件校准：将校准信息存储在板卡上，用户不用打开仪器设备就可以进行校 准，使用方便，一般情况下不需要用户进行任何校准。 丰富的备用扩展资源：板上 CPLD 资源非常丰富，可以为用户的特殊需求进行定制，如旋转编码器接口、脉冲周期测量接口、PWM 输出接口、外同步接口、触发记录接口、开关量控制接口等(定制)。 提供外部时钟模式：在该模式下，外部时钟信号启动所有通道采集一次，从而 实现多通道与外时钟同步采集模式(定制)。 提供外部触发启动模式：在该模式下，只有当外部给出上升延触发信号后才开 始采集，从而实现用户外触发采集模式的需要(定制)。
二、功能与指标 AD 的性能指标： AD 采样精度：16 位 AD 通道数：单端方式 64 通道。 AD 采集的综合跳码误差为±2LSB。 模拟采集的定时精度：缺省情况下为 50PPM,特殊要求可以定制 AD 输入电压范围：-5V 到+5V、0－10V 可选，或根据用户需要定制量程。 AD 输入阻抗：100 千欧 模拟输入安全电压：±15 伏。当超过 AD 输入量程时，只要不超过安全电压就不 会损坏硬件。建议用户尽可能使输入信号在量程范围内。 抗静电电压：2000 伏 采集方式：连续采集 模拟量安全电压：当输入电压超过±20V 时，有可能造成硬件损坏，由此造成的损 失不在保修范围内。 接口： 总线方式：10M/100M 以太网 开关量指标: 16 路数字量输入，独立光电隔离模式,TTL 电平方式，高电平输入为 高于 2.4V,低电平低于 0.8V,限流电阻 1k 欧姆。 开关量输入的电流，小于 1uA 16 路数字量输出,上电复位清零功能,高电平输出大于 2.4V，低电平 输出低于 0.2V 开关量输出的电流大于 5mA，小于 10mA。 电源： 外部电源输入 10-30V DC,电源电流 200mA。 尺寸： 电路板尺寸：150mm*100mm 电路板定位孔：140*90——Φ3.5mm 工作环境 工作温度：0－70℃ 环境湿度：90％以内
基于AD7606 的可扩展多通道同步采样数据采集系统的布局考虑
电路笔记 CN-0148 连接/参考器件 8通道DAS ，内置16位、双极性、同步采样ADC AD7606利用ADI 公司产品进行电路设计 Rev.0 “Circuits from the Lab” from Analog Devices have been designed and built by Analog Devices engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and construction of each circuit, and their function and performance have been tested and verified in a lab environment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 https://www.360docs.net/doc/5d18174498.html, Fax: 781.461.3113 ?2010 Analog Devices, Inc. All rights reserved. AD7606-66通道DAS ，内置16位、双极性、同步采样ADC 放心运用这些配套产品迅速完成设计。 欲获得更多信息和/或技术支持，请拨打4006-100-006或访问AD7606-44通道DAS ，内置16位、双极性、同步采样ADC https://www.360docs.net/doc/5d18174498.html,/zh/circuits 。 ADR421 精密、低噪声XFET ?基准电压源 基于16位8通道DAS AD7606的可扩展多通道 同步采样数据采集系统(DAS)的布局考虑 电路描述 电路功能与优势 AD7606是一款集成式8通道数据采集系统，片内集成输入放大器、过压保护电路、二阶模拟抗混叠滤波器、模拟多路复用器、16位200 kSPS SAR ADC 和一个数字滤波器。在电力线路测量和保护系统中，需要对多相输配电网络的大量电流和电压通道进行同步采样。这些应用中，通道数量从6个到64个以上不等。AD7606 8通道数据采集系统(DAS)集成16位双极性同步采样SAR ADC 和片内过压保护功能，可大大简化信号调理电路，并减少器件数量、电路板面积和测量保护板的成本。高集成度使得每个AD7606只需9个低值陶瓷去耦电容就能工作。 图1所示电路包括两个AD7606器件，可以配置为使用2.5 V 内部基准电压源或2.5 V 外部基准电压源ADR421。如果REF SELECT 引脚接逻辑高电平，则选择内部基准电压源。如果REF SELECT 引脚接逻辑低电平，则选择外部基准电压源。 在测量和保护系统中，为了保持多相电力线网络的电流和电压通道之间的相位信息，必须具备同步采样能力。AD7606具有宽动态范围，是捕获欠压/欠流和过压/过流状况的理想器件。输入电压范围可以通过引脚编程设置为±5 V 或±10 V 。 此电路笔记详细介绍针对采用多个AD7606器件应用而推荐的印刷电路板(PCB)布局。该布局在通道间匹配和器件间匹配方面进行了优化，有助于简化高通道数系统的校准程序。当通道间匹配非常重要时，此电路可以使用2.5 V 内部基准电压源AD7606；而对于要求出色绝对精度的高通道数应用，此电路可以使用外部精密基准电压源ADR421，它具有高精度（B 级：最大值±1 mV ）、低漂移（B 级：最大值3 ppm/°C ）、低噪声（典型值1.75 μV p-p ，0.1 Hz 至10 Hz ）等特性。低噪声及出色的稳定性和精度特性使得ADR421非常适合高精度转换应用。这两个器件相结合，能够实现业界前所未有的集成度、通道密度和精度。 电源要求如下：AV CC = 5 V ，V DRIVE = 2.3 V 至5 V （取决于外部逻辑接口要求）。 本电路笔记描述一个评估板的布局和性能，其中内置两个AD7606，构成一个16通道数据采集系统。欲浏览完整的16通道DAS PC 板文档，请访问： https://www.360docs.net/doc/5d18174498.html,/CN0148_PCB_Documentation 。 为实现良好的通道间匹配和器件间匹配，模拟输入通道和器件去耦的对称布局非常重要。所示数据支持利用图1所示16通道ADC 实现的匹配性能。 16通道DAS 的双路AD7606板布局 在内置多个AD7606器件的系统中，为确保器件之间的性能匹配良好，这些器件必须采用对称布局。图2显示采用两个AD7606器件的布局。
1仪器的工作原理及系统构成-高速数据采集卡
1 仪器的工作原理及系统构成 虚拟示波器是由信号调理器，PCI总线的数据采集卡组成的外部采集系统加上软件构成的分析处理系统组成。被测信号送到信号调理电路，进行隔离、放大、滤波整流后送数据采集卡进行A/D转换，最后由控制软件对测试信号进行数据处理，完成波形显示，参数测量、频谱分析等功能。系统结构如图1显示 图1 系统结构图 2 系统的设计及功能实现 2.1硬件部分 硬件部分主要包括传感器、信号调理电路及数据采集卡。 理电路针对不同的测试对象有不同的选择和设计。数据采集是硬件部分的核心, 它的性能直接影响数据采集的速度和精度。另外,LabVIEW可对NI公司的数据 采集卡进行驱动和配置，可充分利用采集卡的性能。基于此，我选择的数据采集 卡是NI公司生产的。下面主要介绍数据采集卡的性能和安装配置。 2.1.1 PCI—6010数据采集卡的简介 PCI—6010采集卡是基于32位PCI总线的多通道的数据采集设备，具有数 字输入/输出、模拟输入/输出和计数器等功能。它通过SH37F—37M电缆与CB —37F—LF 输入输出接口面板连接，该接口面板具有37个螺旋状的接口终端。 同时此数据采集卡具有3个完全独立的DMA控制（模拟输入、定时/计数器0、 定时/计数器1）。本卡还具有刻度校准电路系统。由于运行时，时间和温度漂移 会引起一定的模拟输入、输出误差，为了使此误差最小，可以调整设备的校准刻 度。而它的出厂校准信息存储在EEPROM中，不能修改。而修改此信息必须通 过软件来实现。
该数据采集卡具有8个差动模拟输入通道（即16个对地单信号模拟输入通道），电压范围为±5V, ±1V,±0.2V；2个模拟输出通道，电压范围为±5V。同时它还具有6个数字输入通道，4个数字输出通道。数字输入的VIH(Input high voltag e)的最小值是2.0 V, 最大值是5.25 V，VIL（Input low voltage）的最大值是0. 8 V, 最小值是–0.3 V；数字输出的IOH（Output high current）的最大值是–6 mA ，IOL (Output low current) 的最大值是2 mA。信号通道的最大采样速率是200 kS/s (single channel) ，扫描时最大采样速率是33.3 kS/s (scanning)。 2.1.2 PCI—6010数据采集卡的安装 将NI PCI—6010数据采集卡插到计算机主板的一个插槽中，接好附件。附件包括一个型号为CB—37F—LF的转接板，和一条SH37F—37M电缆。转接板直接与外部信号连接。在完成了NI PCI—6010数据采集卡的硬件连接后，就需要 安装该卡的驱动程序。安装步骤如下： （1）运行程序→National Instrument DAQ→NI-DAQ Setup。在出现对话框中 单击NEXT按钮。 （2）在出现的Seletct DAQ Devices对话框中选中NI PCI—6010，单击NEXT 按钮。 （3）在后续出现的全部对话框中单击NEXT按钮，即可完成NI PCI—6010数 据采集卡的安装。 （4）重新启动计算机。完成数据采集卡的安装。 2.1.3 PCI—6010数据采集卡的配置 在安装好数据采集卡后就要对其进行系统配置。点击图标Measurement & Automation Explorer,在弹出的Devices and Interface 中进行I/O配置。 (1) 这支采集卡在系统的设备的编号：将参数Device值设为1； (2) 设置模拟输入AI的属性：将Polarity 值设为-5V~+5V,将Mode属性设 置为Differentioal(差动)； (3) 设置模拟输出AO的属性：在AO窗口中，将属性设为Bipolar(双极性)。 在完成上述设定之后，单击“确定”按钮。在Systerm窗口中有“Test Resources”按钮，可检验设备是否正确配置。通过后再进行简单的通道配置，即可完成数据采集卡的全部设置。
PLC的高速数据采集分析与记录工具介绍
PLC的高速数据采集分析与记录工具 在工业现场，设备调试时经常遇到需要对PLC各种变量捕捉分析，优化控制时序，检查动作过程是否准确等情况；在设备运行时又需要对设备的运行状态进行全方位的监控和记录，方便设备故障后，故障过程的重现与故障原因的分析，尤其一些控制逻辑复杂的设备，这种需求更加突出。 在一般情况下，SCADA监控软件的趋势记录就可以满足需求，但是SCADA在趋势与记录上存在很大的劣势，比如，采集数据量大的系统（系统本身庞大，需要采集的数据点多），采集速度要求高的系统（系统本身运行快，要求最大程度复现控制器内逻辑与数据的处理过程，如西门子TDC等），这些情况下，单纯的依靠SCADA已经无法满足我们的需要，那么就需要专用的数据采集分析与记录工具帮我们完成。 下面是对PLC的一些数据采集与记录工具的介绍。 1）、iba公司的PDA 既然要说数据采集记录工具，首先要提的当然是强大的PDA，软件本身支持很多驱动，可以选择带硬件支持的版本，一般采用控制器连接iba公司的模块，模块通过光纤连接工控机的配置方法，能够最大限度提高速度，当然也有纯软件的版本，这个软件在钢铁行业应用的比较多，如轧制过程的数据采集记录。（不过，这个软件的价格我只能呵呵了），软件截图：
2）、AUTEM公司的PLC-ANALYZER pro 关于此软件，同样提供多种驱动。支持的PLC-Driver有Siemens SIMATIC S7 / C7 / M7, SAIA xx7, VIPA, SIMATIC S5, Siemens LOGO!, SINUMERIK, SIMOTION, BOSCH, CoDeSys, PILZ, Phoenix, Jetter, Allen-Bradley, GE Fanuc, HITACHI, OMRON, Mitsubishi, Schneider, AUTEM AD_USB-Box?, Beckhoff TwinCat等，对于西门子的PLC，支持 MPI/PROFIBUS/ETHERNET等，但是在软件的实际使用时你会发现，软件功能较PDA逊色不少。软件截图：
多通道同步数据采集与处理系统的设计与实现_王浩
297 2009年第01期，第42卷 通 信 技 术 Vol.42，No.01,2009总第205期 Communications Technology No.205,Totally 收稿日期：2008-06-26。 作者简介：王 浩（1982-），男，硕士研究生，主要研究方向为电路设计及D S P 技术；刘文怡（1970-），男，副教授，主要研究方向 为测控系统、信息识别、数据记录，以及相关软件技术；韩志军（1983-），男，硕士研究生，主要研究方向为电路设计。 多通道同步数据采集与处理系统的设计与实现 王 浩， 刘文怡， 韩志军 （中北大学 电子测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051） 【摘 要】设计了一种基于DSP 与CPLD 的多通道同步数据采集与处理系统，系统分为多通道同步数据采集模块和DSP 数据处理模块。多通道同步数据采集可实现相关信号同时测量，进行相关分析后，得到信号间的相关信息的要求，而数据处理模块可满足数据处理，实现相关算法等功能。实验中DSP 内嵌数据压缩算法的试验结论表明，该系统能够满足多通道同步数据采集与处理的要求，性能安全，可靠。 【关键词】DSP ；CPLD ；多通道同步数据采集；数据处理 【中图分类号】TN919.5 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2009)01-0297-03 Design and Implementation of Multi-channel Synchronous Data Acquisition System WANG Hao ， LIU Wen-yi ，HAN Zhi-jun (State Key Laboratory for Electronic Measurement Technology, North University of China, Taiyuan Shaanxi 030051, China) 【Abstract 】Multi-channel synchronous data acquisition system based on DSP and CPLD is designed. The system is constituted by multi-channel synchronous data acquisition module and DSP data processing module.Multi-channel synchronous data acquisition module can realize simulatneous test of the related signal and receive the related information after being analyzed. Data processing module can implements data processing and the related functions of the algorithm. The experiment on the data compression algorithm embedded in DSP indicated that this system can satisfy multichannel synchronous data acquisition and processing requirements,and its performance is secure and reliable. 【Key words 】DSP ；CPLD ；multi-channel synchronous data acquisition ；data processing 0 引言 在现代信号处理系统中，数据采集处理系统越来越广泛地用于各行各业。文中设计实现了基于DSP 与CPLD 的多通道同步数据采集与处理系统，其中，多通道同步数据采集可实现在实际应用中要求对一些相关信号同时进行测量，进行相关分析后，得到信号间的相关信息的要求，而处理模块可满足数据处理，在其系统框架内实现其算法等功能。文章设计的多通道同步数据采集与处理系统，通过程序控制，接口设计，DSP 初始化，DSP 的算法实现具有功能模块化、接口标准化、能够根据用户需求应用灵活多变的特点。 1 多通道同步数据采集模块组成及原理 多通道同步数据采集模块的硬件结构框图如图1所示，模拟信号通过SIN 和AGND 输入，经调理后，通过CPLD 对采样保持器的S/H 控制进行多路同步采样保持，通过CPLD 对模拟开关的SEL 控制进行路选通，这时，XCR3256控制AD 进行单路16位量化采集，然后将采集数据写入到FIFO 缓冲器中。 多通道同步数据采集模块的程序控制采用Verilog HDL 语言，VerilogHDL 是用于逻辑设计的硬件描述语言，并且已成为IEEE 标准[1]。
-基于Labview的多通道数据采集系统设计
第一节系统整体结构 系统的整体组成结构是测量目标经过传感器模块后转换成电信号，在由信号调理模块对信号做简单的调理工作，例如，scc-sg04全桥应变调整模块，scc-td02模块，scc-rtd01热电偶热电阻制约模块等，将调理好的信号传送到数据采集模块中进行数据采集，然后在用软件进行特定的处理。在采集的过程中同时将数据保存到指定数据库里。如图4-1多通道数据采集系统硬件结构图所示。 图4-1 多通道数据采集系统硬件结构图 第二节数据采集系统的硬件设计 一、PC机 传统仪器很多情况完成某些任务必须借助复杂的硬件电路，而由于计算机数据具备极强的信号处理能力，可以替代这些复杂的硬件电路，这便是虚拟仪器最大的特点。数据采集系统能够正常运行的前提便是选择一个优良的计算机平台。由于数据采集功能器件通常工作在工业领域中，往往伴随着强烈的振动，噪声，电源线的干扰和电磁干扰等。为了保证记录仪正常的运行，设计系统时选定工业计算机。考虑到计算机平台的可靠运行工业计算机通常采取了抗干扰措施。另一方面的考虑是工业计算机通常具有很多类型的接口，这样有利于功能进一步的扩展。 二、传感器 传感器设备能接受到来自测量目标发来的信号，而且把接受到的讯息，通
过设定的变换比例将其改变成为电信号亦或其它形式，从而能够完成数据信号的处理、存储、显示、记录和控制等任务。传感器是系统进行检测与控制的第一步。 三、信号调理 经过传感器的信号大多是要经过信号调理才可以被数据采集设备所接收，调理设备能够对信号进行放大、隔离、滤波、激励、线性化等处理。由于不同类型的传感器各有不同的功能，除了考虑一些通用功能之外，还要依据不同传感器的性质和要求来实现特殊的信号调理功能。信号调理电路的通用功能由如下几个方面： （1）放大功能为了提高系统的分辨率以及降低噪声干扰，微弱信号必须要进行放大，从而使放大之后信号电压与模数转换的电压范围一致。信号在经过传感器之后便直接进入信号调理模进行调理，这样就不易受到外部环境的影响，从而使得信噪比进一步的改善。 （2）隔离功能隔离是指为了避免直接的电连接，通过光线、交互电源或变压等方法，使得数据信息在系统之间进行传递。使用隔离的原因：一是为了安全考虑；二是能够保证采集到的数据不会受到其它原因的影响。 （3）滤波滤波是为了保证测量的信号的纯洁性，滤去不需要的信号。大部分的信号调理模块具有一个低通滤波器是用来过滤噪声。通常还需要抗混叠滤波器，滤除信号中感兴趣的最高频率以上的所有频率的信号。 （4）激励功能信号调理模块能够为某些传感器提供激励信号，而且很多信号调理模块都提供有电流源和电压源以便给传感器提供激励。 （5）线性化大部分的传感器是测量信号的线性和非线性响应的结合，为了使传感器误差补偿，对输出信号的线性化是必要的。目前，该数据采集系统可以通过软件解决这个问题。 四、输入信号的类型 要知道信号采集到的数据集，这是因为信号的要求和系统性能的不同的测量是不同的，只有了解被测信号的性质，才可以准确地选择合适的采集系统。 一个任意的信号在时间上是一个物理量的变化。在一般情况下，信号携带的信息是非常广泛的，如：状态，率，水平，形式，频率等。根据信号运载信息的不同，可以将信号分为数字信号或模拟信号。其中数字信号包括脉冲信号和开关信号两种类型。模拟信号包括直流信号、时域信号、频域信号等。 （1）数字信号 第一类数字信号为开关量信号，如图4-2所示。一个开关信号携带信息信
高速数据采集卡在超声领域的最新解决方案
高速数据采集卡在超声检测领域的最新解决方案 高速数据采集卡作为进行相关超声测量的理想工具,在开发、测试、操作超声产品中可以发挥关键作用。高速数据采集卡和任意波形发生器提供宽范围的带宽、采样率和动态范围，能够完美匹配超声测量的的相关需求。 图1，M4i.4451-x8 14bit 500MS/s PCIe 接口高速数据采集卡采集超声信号 超声应用： 超声波是一种频率超过人耳听觉范围的一种声波。超声波设备操作频率一般从20 kHz到几GHz不等。表1总结了一些超声应用的典型频率范围。 每个应用领域的的频率使用范围都反映出工程上的权衡。增加了操作频率来提高分辨率可实现对较小的工件精确检测，但另一方面，较高频率信号的渗透能力是有限的，超声波应用的常见问题是信号衰减、其与信号频率成反比。因此,非常高频率往往应用与物体表面研究应用中，相对的低频率往往应用在需要更大的渗透和能量的应用中。北京坤驰科技有限公司所提供的高速数据采集卡具有较宽动态范围,可以在检测大信号的同时,检测到的小信号，可适应较多的应用场景。 应用举例：
表1：常用超声应用的推荐产品 采样率： 通常高速数据采集卡产品的选择是基于应用使用的频率的，高速数据采集卡的采集速率通常要5到10倍于工程应用频率，也就是需要采集和检测的信号频率。但在多普勒频移应用中，因其经常需要测量信号的某些特定的小的片段，需要很高时间分辨率，高速数据采集卡的采样率有时需要多达测量频率的10倍以上。 带宽： 高速数据采集卡的带宽应该超过工程应用的最高频率。工作带宽较低将导致高频频率信号衰减，并可能限制测量的分辨率和准确性。 动态范围： 增加数字转换器的动态范围(位数)可实现小信号的检测。高分辨率ADC通常提供更好的信噪比，可实现采集卡同时检测大信号和小信号。这就是为什么应用系统前端通常使用更高分辨率的ADC或信号处理(如平均和过滤)来提高他们的整体测量灵敏度。 其他方面： 高速数据采集卡的输入电路必须与超声传感器的输出阻抗和耦合元件相
多通道数据采集文献综述
多通道数据采集系统的设计与实现 引言 进来，我在网上浏览了200余篇有关数据采集系统的文献。下载了其中100多篇，详细研读了其中50余篇。我了解到在当今社会各个领域，包括科研和实验研究，数据采集系统有着不可代替的作用，数据采集和处理进行得越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大．数据采集系统性能的好坏主要取决于它的精度和速度，在保证精度的条件下，还要尽可能地提高采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制的要求。 数据采集系统涉及多学科，所研究的对象是物理或生物等各种非电或电信号，如温度、压力、流量、位移等模拟量，根据各种非电或电信号的特征,利用相应的归一化技术，将其转换为可真实反映事物特征的电信号后，经A/D转换器转换为计算机可识别的有限长二进制数字编码，即数字量，并进行存储、处理、显示或打印。以此二进制数字编码作为研究自然科学和实现工业实时控制的重要依据，实现对宏观和微观自然科学的量化认识。 Microsoft V isual C++是Microsoft公司推出的开发Win32环境程序，面向对象的可视化集成编程系统。它不但具有程序框架自动生成、灵活方便的类管理、代码编写和界面设计集成交互操作、可开发多种程序等优点，而且通过简单的设置就可使其生成的程序框架支持数据库接口、OLE2，WinSock网络、3D控制界面。 本课题研究的是利用PC机上的声卡作为数据采集卡构建数据采集系统。利用VC编程实现多通道数据采集并对数据采集进行控制和处理。 正文 1.研究背景及发展近况 国外数据采集技术较上世纪有了很大的发展，从最近国外公司展示的新产品可以看出，主要的发展方向可以概括为使用方便、功能多样和体积减小三个方面。国内数据采集技术起步比较晚，国内的数据采集系统与国外数据采集系统相比，在技术上仍然存在一定的差距，主要表现在： (1) 由于整个国内的微电子技术还与世界水平有一定差距，模数转换芯片的速度还不能达到世界先进水平，同时高速PCB设计方面的人才比较稀少，所以国内较少研制出速度非常高同时性能又非常好的数据采集系统。 (2) 数据采集系统的内存不大，数据采集系统本身的信号处理功能不强，在现场只能做一些简单的数据分析，大多数的处理要离线到计算机上去做。 (3) 系统的软件水平以及人机界面方面的水平还不是很高，设备操作起来有很多不人性化的地方。 虽然国内与国外在数据采集技术上存在差距，但是总体来看这个差距在不断缩小，在不久的将来中国的数据采集系统肯定会晋升国际一流的水准。随着数字化步伐的不断加深，数据采集技术作为走进数字世界的一把钥匙，必须要紧跟数字化的脚步，只有掌握了尖端的数据采集技术才能在这个飞速变化的世界具有竞争力。
电力系统中多通道同步采样ADC(AD7606)与浮点DSP(ADSP-21479)通信的设计与实现
电力系统中多通道同步采样ADC（AD7606）与浮点 DSP（ADSP-21479）通信的设计与实现 内容 1.简介31．1 AD7606 简介31．2 ADSP-21479 简介4 2.AD7606 和ADSP- 21479 配置与连接5 3.时序分析6 4.测试结果和结论74．1 测试结果74．2 结论10 5.DSP 参考代码10 6.参考文献12 1.简介1．1 AD7606 简介AD7606 是16 位，8 通道同步采样模数数据采集系统。AD7606 完全满足电力系统的要求，具有灵活的数字滤波器、 2.5V 基准电 压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。它采用5V 单电源供电，可以 处理±10V 和±5V 真双极性输入信号、同时所有通道均能以高 达200kSPS 的吞吐率采样。图1 AD7606 的内部原理框图。图2 AD7606 的管脚图。AVcc 模拟电源，4.75V~5.25V Vdrive 逻辑部分电源Vdd 模拟输入部 分正电压Vss 模拟输入部分负电压DGND 数字地AGND 模拟地 1．2 ADSP-21479 简介ADSP-21479 是SIMD （单指令多数据）SHARC 家族中的一员，它基于65nm 的最新工艺，具有低成本，低功耗的的特点，是一 颗集成有大容量片上SRAM 和ROM 的32/40 位浮点DSP。ADSP-21479 是性 能出色，266MHZ/1596MFLOP： 266 MHz/1596FLOPS SIMD SHARC 内核，支持32-bit 浮点、40-bit 浮点以及16/32-bit 定点数据类型支持多达5 Mb 片内SRAM 支持16 位宽SDR、SDRAM 存储器接口数字应用接口DAI，支持多达8 个的高速同步串 口(SPORT)及SPI 串口 2 个精确时钟发生器20 线数字I/O 端口 3 个定时器、UART、I2C 兼容接口ROM/JTAG 安全模式供应196 引脚CSP_BGA 封装与100 引脚LQFP 封装产品，适合于工业客户的要求供应商业级、工业级温度与
高速数据采集卡的信号处理功能
高速数据采集卡的信号处理功能 高速数据采集卡的信号处理 高速数据采集卡可以实现精确的，高分辨率的数据采集，并传输到主机上。在高速数据采集卡和主机上的应用信号处理函数，可以对获取信号进行增强处理，或者通过简单测量抽取最有用的信息。 现代高速数据采集卡支持软件，像坤驰科技公司代理的Spectrum的Sbench6 和很多第三方程序，吸收了很多信号处理的功能。这其中包括波形运算，积分，boxcar平均，快速傅里叶变换FFT，前置滤波功能，和直方图。这个应用笔记将研究所有这些功能并且提供这些工具均有应用的典型的范例。 模拟计算（波形运算） 模拟计算包括对获取波形的加法，减法，乘法和除法。在数据上应用这些函数是为了提高信号的质量，或者导出备选函数。举一个例子就是用减法将差分组件和一个差动波形结合产生的共模噪声和收集的减少的值。另一个例子是用电流和电压波形的乘积来计算瞬时功率。 在样品波形上通过样品基础应用每一个算术函数。这是假设连结起来的波形都有相同的记录长度。图表1显示了使用软件为模拟计算所做的相关配置。 在需要的信号源通道上右击会弹出选择框。选择“计算”会打开计算的选择栏，信号计算，信号转换，和信号平均。信号计算的一种选择可提供路径到傅里叶变换，直方图，滤波和其它的一些功能。如果选择模拟计算，计算对话框就会弹出以允许对所需要的运算算法进行设置。在这个例子中，两个输入信号被相加。其他的一些选项如减法，加法和除法。类似的选择路径能够引出其他的一些可讨论的信号处理函数。
第一个应用波形算法解决实际问题的例子就是从另一个信号里面减掉另一个信号成分来估计差分信号。如图标2所示。 差分信号通常被用来提高信号的完整性。表2中例子里一个1MHZ的时钟信号中“P”和“N”成分（在右手边面板里显示的）是用减法来运算结合起来的。所产生的差分信号在左边网格里显示。左侧中心的信息面板用参数来测量峰峰值和每种波形的平均值。要注意差分信号有两倍的峰峰值幅度和一个接近零的平均值。也要注意到差分信号成分里的共模噪声已经被消除了。
多通道AD采样同步设计
64 | 电子制作 2019年02-03月 变，也可进行试验过程中所需电压、电流等物理量的测量。在数据测量过程中，如果采集通道数量较多，采集速度要求较高时，如何保证多个测量点的测量数据保持同步性是如今数据采集系统设计中需要解决的问题。保持多块采集板卡之间的同步性，可以使用时钟同步线，或者以太网同步时间戳等方式完成。基于单块采集板卡多通道之间的同步设计问题是本文的研究内容。 在具体介绍本文的设计之前需要解释两个问题：①为了保证单块板卡多通道同步问题，采集板卡的硬件设计显然不 能使用单一AD 芯片加多通道切换方式，因为通道切换产生 的时间间隔就已经使得各通道之间不能保持同步；②多个AD 芯片寄存器的同步读写可以使用FPGA 作为很好的解决方案，但是考虑到FPGA 使用门槛较高，并且在完成数据采集系统其他功能，例如:CAN 总线通讯、以太网通讯、触摸屏显示等方面不是那么的方便快捷。所以本文采用飞思卡尔的i.MX6Q 处理器加多路AD7734作为硬件结构，在此基础 上完成多通道的同步采集设计。 作为转换芯片，每一个AD7734芯片有四路采样输入通道可供切换，可以满足每一个测量通道三路不同种类模拟信号的采集。具体AD 转换电路见图1。 AD7734数模转换芯片共有4个模拟输入口AIN0~ AIN3，可以通过操作相应寄存器进行四个通道的切换采样。最高可接受10V 单极或双极电压输入，并具有超量程或欠 量程检测功能。与主控芯片连接的通讯口共6个管脚功能如表1所示。 表1 AD7734 IO管脚定义 管脚功能 SCLK 寄存器操作时钟DOUT 寄存器读取管脚DIN 寄存器写入管脚C _____ S 片选 R ________D Y 数模转换完成标志位管脚 R ____________ E S E T 复位管脚为了能够保证采集模块中8个AD 转换芯片的同步操作， 硬件设计示意图如图2所示（图中只示意性的画了4个AD 芯片）。 图1?AD 转换电路图