基于DSP 高速数据采集系统

参数漂 移 和扰 动有 抑 制 作 用 ， 对 作 为 反 馈 环 节 的 数 据 采 集 器 所 出现 的 任 何 偏 差 是 无 能 为 力 的 。 而
Ｊ．数 字 信 号 数 据 采 集 的准 确 性 和 实 时性 是 关 系 到 整 个 系 统 精 度 的关 键 问 题 。受 运 算 速 度 及 算 ｌ， ｔ
章 启 成
（ 南京 工程 学 院 ， 江苏 南 京 ２ 】０ ） １１０
【 摘 要 】 传输带宽和抗干扰能力是评价数据采集系统性能的重要指标 。本文采用高速数字信号处
理 （ ｉ ｔ ｉ ａ Ｐ￣＇ｓ ｇ 简称 Ｄ Ｐ 心 片 Ｔ Ｓ ２ Ｃ ０构 成嵌 入 式数据 采 集 系统 ， Ｄｇａ Ｓｇ ｌ ｌ ｅ ｉ ， ｉｌ ｎ ｓｎ Ｓ ）４ ４ － Ｍ ３０ ５ 实现 数 据 的 高速 采 集 、 佶输 和存储 ， 块化设 计 思 想及 大规模 可 编程 器件 的采 用 ， 系统 具备 较 强 的可扩 展 性 。 模 使
【 关键词】 数据采集
Ｄ Ｐ 存储器 Ｓ
数 据 的正 确 实 时 采 集 是 系 统 数 据 分 析 和实 施 监 测 、 制 的前 提 ， 控 因而 数 据 采 集 系 统 往 往 是 系 统
设计 和 歼 发 人 员 所非 常 关心 的 问题 。对 于数 据 采 集 系 统 的 性 能 ， 从 以下 几 个 方 面 进 行 评 估 ： 应
友好 等 特 点 。
系统 应 在 一 定 范 围 内 随指 标 要 求 变 化 可 扩 展 ；
（ ） 机 交互 能 力 工 作 于 现 场 的采 集 器 还 应 具 备 便 携 性 、 于操 作 、 定 参 数 方 便 ， 机 界 面 ４人 易 设 人 小 文 没计‘ 数据 采 集 系 统 是 “ 字式 闭环 控 制 系统 ” 子 系 统 ， 于 大 型 高 速 旋 转 机 械 的 多 参 的 数 的 用 数 实 时控 制 与监 测 。 虽 然 大 系统 采 用 双 闭环 反 馈 控 制 方 式 ， 负 反 馈 本 身 只 能 对 前 项 通 道 上 出 现 但

机 显示采 样数 据． 采样速 率 最 高可达 到 １ ２ ． ５ Ｍｓ ｐ ｓ ， 可 以满足 在 线监 测 系统 的 高要 求 ， 此 高速数
据 采集 系统 可应 用于 电力设备 的在线监 测． 关 键 词 ：数据 采集 ；高速 采样 ； 数 字信 号 处理 器 ； 在 线监 测 ；电力参数 中 图分 类 号 ：Ｔ Ｐ ２ １ ２ 文献 标 志码 ： Ａ
随着智 能 电 网的发展 ， 实 时监 测系统 在 电 网中 的应 用越 来 越广 泛． 实 现 电网智 能化 控制 的前 提是
实 现对各 种 电力 参 数 的 在 线监 控 ． 因此 ， 在线 高 速
采样 频率 ， 因此 系统 的设计 即为 电力参 数 的高 速数
据采 集 系统．
数据 采集 系 统 的设 计 对 智 能 电 网的 发 展具 有 重 要 意义 Ｊ ． 我 国电 网频 率 为 ５ ０ Ｈｚ ， ＴＭＳ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ １ ２控 制芯 片可 实现 最高 ２ ５ ＭＨｚ 的采 样频 率 ， 相 对 于 电
ｏ ｆ ｈｉ ｇｈ ｓ ｐｅ ｅ ｄ ｄ ａｔ ａ ｒ ｅ ａ ｌ — ｔ ｉ ｍｅ ｃ ｏｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏｒ ｖ ａ ｒ ｉ ｏｕ ｓ ｐ ｏｗｅ ｒ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｗａ ｓ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ
第 ２ ７卷 第 ２期 ２ ０ １ ３年 ６月
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Ｖ０ １ ． ２ ７ Ｎｏ ． ２
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１２５１０５，Ｃｈｉｎａ）
ｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｑｕｉｒｅ ｔｈｅ ｄａｔａ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｎｄ ｒａｐｉｄｌｙ，ａ ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅｓ
ＤＳＰ，ｆｉｅｌｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ
ｗｏｒｄｓ：ｄａｔａ
ａ
ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．
ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ＤＳＰ；ＦＰＧＡ；ＡＤＳ８３６４
０引言
许多场合需要高速数据采集系统，如雷达、通讯、机器人、
语音图像处理等领域，也有的行业则需要高速度高精度数据采 集系统，如伺服电机定位，自动焊接机定位等…。如何在保证 数据采集的高速化的同时提高数据的精度，使数据采集的效果 更好是研究的出发点。文中介绍的数据采集系统是采用多个 传感器测量同一个待测量，数据预处理时采用自适应加权数据 融合算法，在保证速度的前提下增加精确度。在硬件结构上系 统采用ＡＤＳ８３６４完成Ａ／Ｄ数据转换，利用ＦＰＧＡ电路设计灵 活、集成度高、速度快的优点，实现多路数据选择器、存储器及 外围的一些控制电路。再把接收到的数字信号传输给ＤＳＰ。 ＤＳＰ对数字信号进行预处理后，通过ＣＡＮ总线传至上位机进行 存储、显示和分析等。也可以作为其他大型系统的输入或者反 馈进行工作。 １系统原理 数据采集系统主要包括多路传感器、前端信号调理电路、
Ｖ
ＣＡＮ通信模块设计 系统可利用ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ ＤＳＰ内部自带的ＣＡＮ控制器，
无需另外添加。只需另加一个ＣＡＮ收发器就能组成ＣＡＮ总线 网络，选用ＰＣＡ８２Ｃ２５０，该器件对总线提供差动发送能力并对 ＣＡＮ控制器提供差动接收能力，是使用最广泛的ＣＡＮ收发器。 ＣＡＮ总线通讯模块主要作用是将上位机的命令传输给ＤＳＰ，并 且将采集到的数据传输给上位机，用于数据存储和处理。 ３系统软件设计 系统软件采用模块化、结构化的编程方法。包括数据采集 模块、ＤＳＰ处理模块、ＣＡＮ总线接口的通讯模块。 ３．１数据采集模块软件设计 数据采集模块主要是ＦＰＧＡ控制，ＦＰＧＡ内部编程有时钟 脉冲产生器、控制器、ＦＩＦＯ存储器等设计。在软件设计中可设 置ＦＩＦＯ的参数、各种标志和控制位，如深度、宽度，空满、半满 全满、可编程满等标志位，写使能、读使能等控制位，以便实现 与ＤＳＰ的逻辑接口Ｈ１。当接到ＤＳＰ信号后，初始化各个子程 序模块和ＡＤＳ８３６４，包括ＡＤ采样的速率、参考电压的设定、时 钟的初值和分频比以及控制器的初值。 初始化完成后，ＦＰＧＡ输出时钟信号给ＡＤ８３６４并且提供 ＨＯＬＤ保持信号，启动转换。等待ＡＤ８３６４转换完成后产生中断

１１ Ａ 数据 采 集 ． Ｄ
图 １ 系统 总 体 结构 框 图
标 准 ＤＰ ８ 封 装 ， Ｉ２ 即插 即用 ； 全 满 足 Ｕ Ｂ ． 完 Ｓ １１标 准 ； ８位 数 据 总线 接 口 ， 口操 作 方 便 ， 接 无 需 任 何 外 接 元 件 ；数据 通 信 速 率 最 高 可 达
位机软件 是由 Ｂ ｒ ｎ ｏ ｌ ｄ公 司 的 可 视 化 编 程 环 境 Ｄｅｐ ｉ 设 计 ａ ｌｈ 来 完 成 人 机 交互 界 面 ，主 要 负 责 对 采 集 系 统 的数 据 进 行 收 集 、 显 示 、 理 和保 存 。 处
１ 系统 硬 件 设计
调 理 电路模 拟 输 入信 号 需 要调 零 ， 拟 信号 通 过控 制 ＩＯ 高 模 ／ 低 电平 输 入 ， 当模 拟 信 号 输 入 为 零 时 ， 过 Ｄ 输 出 对 信 号进 行 通 Ａ
《 业 控 制计 算 机 ｝ ０ １年第 ２ 工 ２１ ４卷 第 １ 期
基于 Ｄ Ｐ高速数据采集系统 Ｓ
Ｈｉ ｈ ｓ ｅ ｄ Ｄａ ａ Ａｃ ｉｉｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ Ｐ ｇ － ｐ ｅ ｔ ｑｕｓｔ ｎ Ｓ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ ＤＳ ｉ
刘士 影 吴 学 杰 胡 志群 （ 西南交通大学牵引动力国家重点实验室， 四川 成都 ６０３ ） １０ １
ｈ 一＝二 ： 一 。 ］ 。
该 高 速 数 据 采 集 处 理 系 统 主 要 包 括 高 速 Ａ Ｃ、 控 制 器 、 Ａ Ｄ 微 Ｄ
转 换 器 、调 理 电 路 、
—— 甲 ．ＬＩ ～ 蹄｛ 一 Ｄ ＿— ） 一ｒ — ｛ 关 ● Ｓ ；
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Ｌ ｔｃ ａｔ ｅ公 司 生 产 的 ｉｐ Ｓ １ ３ Ｅ 可 在 系 统 可 编 程 ， 为 Ｄ Ｐ ｉ ｓＬｌ ０２ ， 做 Ｓ