當(dāng)前位置:首頁 > 電源 > 數(shù)字電源
[導(dǎo)讀]由于采用了支持海量存儲技術(shù)的多模式USB總線控制芯片CH375和高速低功耗的ARM7控制器,使得該數(shù)據(jù)采集卡具有一定的智能采集能力,擺脫上位機連接限制而獨立工作,采集到的數(shù)據(jù)存儲到U盤中。符合新型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)小型化、移動化、智能化的發(fā)展趨勢,廣泛適用于工業(yè)現(xiàn)場和戶外作業(yè)等應(yīng)用場合,有很高的實用價值和推廣意義。

0 引言
    數(shù)據(jù)采集是現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分,在測量、制造、自動控制等場合都需要高質(zhì)量的信號采集環(huán)節(jié),由于ADC技術(shù)和微控制器技術(shù)的相對成熟,基于PCI,ISA等接口的數(shù)據(jù)采集卡被廣泛地應(yīng)用在眾多科研和工控領(lǐng)域。在測試技術(shù)日益變革的今天,測試任務(wù)更加復(fù)雜多變,需要采集和處理的信息量更加冗長,同時要求測試環(huán)節(jié)與計算機的接口更加無縫化和標(biāo)準(zhǔn)化,基于虛擬儀器技術(shù)(Virtual Instruments)和高速USB 2.O接口的數(shù)據(jù)采集有著更為廣泛的應(yīng)用前景和市場,是當(dāng)前測試技術(shù)研究的熱點之一。
    以運算速度更快,位數(shù)更寬,資源更為豐富的ARM處理器作為控制核心,配合USB2.0數(shù)據(jù)傳輸和靈活的上位機軟件,新一代的數(shù)據(jù)采集卡已經(jīng)不再局限于單一的板卡形式,可以通過連接線獨立于計算機之外,根據(jù)測試任務(wù)的需求,滿足高精度、高速率、多功能的測試指標(biāo)。同時由于采用了高性能的ARM處理器,控制程序容量加大,方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的獨立化、智能化、多樣化,擺脫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對上位機運算能力的依賴,從而開發(fā)出全新的智能數(shù)據(jù)采集卡。

l 系統(tǒng)原理及框圖
    整個系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。被測電壓信號經(jīng)過前置調(diào)理送到AD7685進行采樣,由Atmega48的SPI驅(qū)動AD7685,采集到的雙字節(jié)(16 b)數(shù)據(jù)由Atmega48并口,分兩次傳送給ARM ADuC7026核心。當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡工作于聯(lián)機狀態(tài)時,由PC上位機軟件設(shè)置采樣頻率和通道工作模式,經(jīng)過處理通過USB控制芯片CH375送數(shù)據(jù)到PC端;當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡工作于離線模式時,無需PC上位機干預(yù),數(shù)據(jù)采集卡按照預(yù)先設(shè)定的采樣頻率和工作模式進行采樣,并將采樣數(shù)據(jù)通過USB控制芯片CH375送數(shù)據(jù)到U盤端。系統(tǒng)采用±9 V,+5 V,+3.3 V以及模擬地數(shù)字地,并由DC/DC模塊產(chǎn)生,經(jīng)過良好的LC濾波為各個電路單元提供電力。人機接口(HMI)采用簡潔的雙按鍵和LED指示,對整個數(shù)據(jù)采集卡工作模式的選擇和運行狀態(tài)進行控制。



2 數(shù)據(jù)采集卡的硬件實現(xiàn)
2.1 AD(、接口和信號調(diào)理電路

    為了滿足較高的采集精度和采樣速率,該設(shè)計選擇AD7685作為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器件。AD7685是一款16位、串行輸出、250.KSPS、電荷再分配、逐次逼近型(PulSAR)ADC。ADC與處理器采用串行外圍設(shè)備接口(SPI)接口進行連接,為了保證ADC的精度,采用高速光耦6N137隔離式驅(qū)動電路來隔離處理器SPI總線上的串?dāng)_。
    前置調(diào)理電路信號的流向參見圖1系統(tǒng)組成框圖。設(shè)計中,采用模擬開關(guān)ADGl024對輸入信號進行切換,并通過可編程增益放大器(PGA)AD8251進行處理,通過增益為O.2的電平轉(zhuǎn)換16位ADC驅(qū)動器AD8275,把±5 V的信號轉(zhuǎn)換成O.25~2.25 V的信號,極大地擴展了該數(shù)據(jù)采集卡的測量范圍,而簡化了前置調(diào)理電路的設(shè)計,其電壓計算公式如下:
   
    經(jīng)過前置調(diào)理電路使得不同量程范圍的輸入信號放大或衰減到O.25~2.5 V內(nèi),最大限度地利用ADC量程,使得采集系統(tǒng)的4個輸入通道可以有單通道、雙通道、四通道3種工作模式,且每個通道皆可以設(shè)置為任意量程。前置通道的相應(yīng)配置由處理器ADuC7026完成,其配置遵循表1。


[!--empirenews.page--]2.2 EMC措施
    該設(shè)計采用外置9 V開關(guān)型穩(wěn)壓電源或USB端口供電,由于開關(guān)電源的低成本和高功率密度,普遍被現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計所采用,但其帶來的電磁干擾(EMI)問題也不容忽視。同時,ARM7主頻高達45MHz,必須考慮其EMI問題。該設(shè)計盡量選取低噪聲的放大器和ADC,遵循最短路徑的布線原則,確保前置通道具有較低的噪聲水平。設(shè)計中,采用數(shù)字地/模擬地分區(qū)覆銅,并一點接地的布線方式,避免電源和數(shù)字部分對模擬地電位產(chǎn)生浮動和干擾。同時,采集卡外殼貼裝鋁箔紙,以防止外界電磁輻射影響內(nèi)部電路的工作。
2.3 USB接口
    該設(shè)計使用USB控制芯片CH375,內(nèi)置海量存儲固件,既可以作為USB設(shè)備方式向PC上位機傳送數(shù)據(jù),又可以作為USB主機,將數(shù)據(jù)存入U盤中。該芯片支持USB2.0通信協(xié)議,在并口工作模式下能同時支持主機方式和設(shè)備方式。為了保證USB高速傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和完整性,采取如下措施:
    (1)采用USB屏蔽線作為連接線,保證數(shù)據(jù)傳輸不受外界電磁干擾。
    (2)保證計算機USB端口的地線與USB控制芯片CH375的地線嚴(yán)格等電位。
2.4 ARM系統(tǒng)的構(gòu)建
    ADuC7026是基于ARM7TDMI內(nèi)核的精密控制器,具有62 KB FLASH,8 KB RAM和4個通用定時器,內(nèi)部集成UART,I2C,SPI,DAC,PWM,JT-AG端口、PLA等眾多硬件資源,40個通用I/O引腳。CPU時鐘高達45 MHz,采用80腳LQFP封裝。在該設(shè)計中,搭建了一個包括供電電路、時鐘電路、復(fù)位電路、JTAG程序下載調(diào)試接口等電路的完整ARM7應(yīng)用系統(tǒng)。實際上由于實測ADuC7026的外部I/O取反速度只有4 MHz,因此在SPI設(shè)計中。該設(shè)計加入Atmega48單片機作為中轉(zhuǎn),保證了控制核心在處理USB通信、U盤讀/寫等大量信息時對采樣的準(zhǔn)確觸發(fā)。

3 程序設(shè)計
3.1 ARM端程序編寫

    ARM下位機軟件完成的主要功能有3個進程,分別為Wait,Online,Offline。當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡上電復(fù)位后,首先執(zhí)行Wait進程,該進程等待按鍵操作,更改系統(tǒng)工作模式,配合的子程序還有相應(yīng)初始化程序、按鍵防抖程序等。當(dāng)Wait進程結(jié)束時,系統(tǒng)轉(zhuǎn)入聯(lián)機模式(Online)或離線模式(Offline)。聯(lián)機模式按照用戶設(shè)置進行采樣,將數(shù)據(jù)存入CH375緩沖,CH375負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳送給上位PC機,其程序流程如圖2所示。離線模式則利用CH375海量存儲固件,將數(shù)據(jù)存入U盤。為保證采集的實時性,控制器將數(shù)據(jù)存放在U盤扇區(qū)中,而不是以文件的形式讀/寫,避免創(chuàng)建文件時復(fù)雜時序的延誤,其程序流程圖如圖3所示。


3.2 PC端編程
    該數(shù)據(jù)采集卡的上位機應(yīng)用程序由動態(tài)鏈接庫DLL和客戶端程序2個部分組成。其中,DLL負(fù)責(zé)與內(nèi)核態(tài)的USB功能驅(qū)動程序通信,并接收應(yīng)用程序的各種操作請求;客戶端程序負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進行分析處理。采用VC--編寫,遵循了工程通用的輸入/輸出界面,可以完成普通數(shù)據(jù)采集卡的在線采集功能,同時也可以將數(shù)據(jù)采集卡存儲在U盤中的采集數(shù)據(jù),通過物理扇區(qū)尋址來讀取相應(yīng)的采集數(shù)據(jù)。

4 測試與結(jié)論
    通過該數(shù)據(jù)采集卡掛載U盤,對5 kHz正弦單通道信號進行采集,將U盤數(shù)據(jù)導(dǎo)入上位機,以獲得如圖4所示的波形,它良好地復(fù)現(xiàn)了現(xiàn)場波形信號。



5 結(jié)語
    由于采用了支持海量存儲技術(shù)的多模式USB總線控制芯片CH375和高速低功耗的ARM7控制器,使得該數(shù)據(jù)采集卡具有一定的智能采集能力,擺脫上位機連接限制而獨立工作,采集到的數(shù)據(jù)存儲到U盤中。符合新型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)小型化、移動化、智能化的發(fā)展趨勢,廣泛適用于工業(yè)現(xiàn)場和戶外作業(yè)等應(yīng)用場合,有很高的實用價值和推廣意義。該項目獲得2009年UDC全國大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計競賽高級組一等獎。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉