基于基于ARM高速数据采集系统设计

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基于基于ARM高速数据采集系统设计数据采集系统是通过采样电路将输入的模拟信号转换成离散信号,并送入CPU、MCU或DSP进行处理。

现在流行的基于PCI 总线设计的采集卡是数据采集系统的主流,其优点是可以利用PCI 总线的研究成果快速的开发系统软件,整体运行速度快,能够实现实时采集实时处理。

但在一些工业测控现场检测大型设备时,从现场到机房有一定的距离,模拟信号传到安装在PC内的PCI数据采集卡会有不同程度的衰减,且易受工业环境的干扰。

而单纯用由微控制器(MCU)为核心的数据采集系统时,把数据采集器置于被监测的设备处,虽然可以避免模拟信号的衰减和被干扰,但在这种数据采集系统中,A/D转换器的启动、读取数据并存入到存储器的整个过程由MCU来参与控制,由于受MCU执行指令时间的限制,采集的速率较低,难以适应高速信号采集的需要。

本文利用ARM微处理器和CPLD器件组成的现场数据采集系统,然后通过以太网接口于上位机相连,就可以有效解决上述问题。

系统基本工作原理
数据采集器置于被监控的设备处,对传送过来的模拟信号进行信号调理,LPC2214启动系统数据采集,CPLD控制器输出一个脉冲给A/D转换器的CLK端,使其开始第n次A/D转换,同时将CPLD 内部地址发生电路产生的地址信号经地址选择器直接送到存储器,A/D转换器所采集到的第n-3次的数据经数据总线直接输入到存储器中保存。

由于采样频率高,用CPLD将采样数据存储到两路同步动态存储器(SDRAM)中。

CPLD先把采集到的数据以DMA的方式存储到A路SDRAM中。

等数据写满A路SDRAM后,由CPLD器件引起LPC2214外部中断,LPC2214进入中断处理程序,读取SDRAM中的数据,并进行处理,同时CPLD将接下来采集到的数据以DMA的方式存储到B路SDRAM中, 等存储器B数据装满后,CPLD器件引起LPC2214外部中断,LPC2214进入中断处理程序,读取B路SDRAM中的数据,并进行处理,如此循环下去,完成数据的接收和传输并行。

可以看到ARM微处理器只控制数据采集的启动和对采集到的数据进行快速处理和传输,在数据采集的过程中,ARM微处理器不对采集通道进行任何控制,完全由硬件自动实现数据采集的全过程,实现了高速数据采集的目的。

在ARM微处理器中移入嵌入式实时操作系统μC/OS-II,使系统的稳定性、实时性得到保证,实时操作系统将应用分解成多任务,简化了应用系统软件的设计;采用CPLD器件集成了电路的全部控制功能,摆脱了单纯用由微控制器为核心的数据采集系统时的速度瓶颈,极大提高了数据采集速度。

整个系统具有速度高、实时性好、抗干扰能力强、性价比高等特点。