高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括總線、與總線連接的高速數(shù)據(jù)采集卡，運算放大器，A/D轉(zhuǎn)換器，靜態(tài)存儲器SRAM及鎖存器；系統(tǒng)的模擬信號經(jīng)過放大器放大，送到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，在單片機的控制下完成A/D轉(zhuǎn)換，并把數(shù)據(jù)存放在靜態(tài)存儲器SRAM中。本發(fā)明解決了ISA總線與數(shù)據(jù)采集卡之間的連接，使CPU能控制和協(xié)調(diào)外設的運行，并提出了一種解決慢速外設和高速CPU時序之間矛盾的方法；可以應用于高頻數(shù)據(jù)的采集、分析處理。
【專利說明】高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具體涉及一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]計算機技術的發(fā)展為現(xiàn)代大工業(yè)的發(fā)展提供了硬件保障。工業(yè)應用系統(tǒng)對作為控制的計算機也提出了新的要求。一方面要求主控機處理的數(shù)據(jù)更多，速度也更快；另一方面由于應用系統(tǒng)復雜程度不斷提高，控制單元種類很多，速度有快有慢，要求主控機有較強的適應性。總線技術的發(fā)展為各種系統(tǒng)的設計提供了很大方便，提高了系統(tǒng)運行的速度，用戶可以進行各種組合。PC機總線通常聯(lián)接到PC微機的擴展槽再經(jīng)插槽為外設提供I / O通道，速度和可靠性都很高。主機板通過擴展槽這種開放式的總線體系與各種外圍設備進行信息交換。IBM的16位工業(yè)標準ISA總線是在工業(yè)生產(chǎn)中廣為使用的工控機系統(tǒng)總線，這種總線的技術已經(jīng)很成熟并被廣泛采用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，解決了 ISA總線與數(shù)據(jù)采集卡之間的連接，使CPU能控制和協(xié)調(diào)外設的運行，并提出了一種解決慢速外設和高速CPU時序之間矛盾的方法；可以應用于高頻數(shù)據(jù)的采集、分析處理。
[0004]本發(fā)明的技術解決方案是:
一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括總線、與總線連接的高速數(shù)據(jù)采集卡，運算放大器，A/ D轉(zhuǎn)換器，靜態(tài)存儲器SRAM及鎖存器；其特殊之處在于:所述系統(tǒng)的模擬信號經(jīng)過放大器放大，送到A/ D轉(zhuǎn)換器的輸入端，在單片機的控制下完成A/ D轉(zhuǎn)換，并把數(shù)據(jù)存放在靜態(tài)存儲器SRAM中。
[0005]上述高速數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)存放在外接的SRAM中，需要向PC機傳送數(shù)據(jù)。
[0006]上述總線通過對I / O 口的操作來讀SRAM中的數(shù)據(jù)。
[0007]上述當SRAM的容量大于128K時，需要對SRAM進行分頁處理。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點在于:其解決了 ISA總線與數(shù)據(jù)采集卡之間的連接，使CPU能控制和協(xié)調(diào)外設的運行，并提出了一種解決慢速外設和高速CPU時序之間矛盾的方法；可以應用于高頻數(shù)據(jù)的采集、分析處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理框圖。
【具體實施方式】
[0010]參見圖1，一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括總線、與總線連接的高速數(shù)據(jù)采集卡，運算放大器，A/ D轉(zhuǎn)換器，靜態(tài)存儲器SRAM及鎖存器；系統(tǒng)的模擬信號經(jīng)過放大器放大，送到A/ D轉(zhuǎn)換器的輸入端，在單片機的控制下完成A/ D轉(zhuǎn)換，并把數(shù)據(jù)存放在靜態(tài)存儲器SRAM 中。
[0011]高速數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)存放在外接的SRAM中，需要向PC機傳送數(shù)據(jù)?？紤]到時序問題，總線通過對I / O 口的操作來讀SRAM中的數(shù)據(jù)，而沒有采用對存儲器的操作辦法。系統(tǒng)機留給用戶擴展存儲器空間不足128K，當SRAM的容量大于128K時，需要對SRAM進行分頁處理。因此，硬件設計必須解決的問題是I / O地址分配，時序協(xié)調(diào)和存儲器分頁，本文僅對前兩個問題介紹。另外，數(shù)據(jù)采集是在單片機的控制下完成的，所以在設計中必須要考慮總線與單片機的隔離。PC系列微機系統(tǒng)的端口地址空間為000?3FFH，這些地址通過對AO?A9這10根地址線譯碼生成。系統(tǒng)預留給用戶的地址為300?31FH,作為用戶I / O 口的擴展。AEN參與譯碼，當AEN = O時，才有效，表明此時由CPU行使總線控制權。
[0012]總線與外部SRAM的接口
在高速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，由于數(shù)據(jù)采集速度大于PC微機系統(tǒng)總線的最高傳送速率，因此需要在采集電路中加入高速緩沖器作為緩存。先將采集的數(shù)據(jù)存儲在緩存器中，然后再成組的向主機傳送。靜態(tài)存儲器數(shù)據(jù)傳送的時間要比總線周期慢，因而二者之間的時序并不相配，要想準確的傳輸數(shù)據(jù)，必須解決時序問題。例如某CPU總線周期為30 ns, SRAM數(shù)據(jù)傳送時間為70 ns，這樣CPU就不能得到正確的數(shù)據(jù)。解決方法之一可以利用系統(tǒng)總線上的I / O通道就緒信號(I / O CHRDY)，把它拉低，延長總線周期。但是實現(xiàn)起來比較麻煩，要對系統(tǒng)時鐘進行處理。在本文中采用了靜態(tài)設計的思想，保證了數(shù)據(jù)正確穩(wěn)定的傳輸。把整個讀寫過程分步實現(xiàn)。即首先由總線指定SRAM中數(shù)據(jù)的地址，通過鎖存器鎖住地址，等待數(shù)據(jù)出現(xiàn)；然后準備好數(shù)據(jù)，等二者都準備好以后總線對端口操作讀或?qū)憯?shù)據(jù)。在時間上保證了數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)地址相匹配，就保證了數(shù)據(jù)不丟失。此方法優(yōu)點在于無須對系統(tǒng)時鐘進行改造。這種方法也適于高速CPU與其他低速外設之間的時序問題。
[0013]ISA總線與單片機的接口為保證數(shù)據(jù)采集速度，采集卡使用了一種新型高速單片機DS87C520，這種單片機一個機器周期只占4個時鐘周期。相同頻率晶振下，它執(zhí)行指令的速度是8051的1.5到3倍?？商峁┑淖罡呔д耦l率為33 MHZ，一個指令周期最快可達到121 ns。工控機(486，586)作為上位機控制單片機對數(shù)據(jù)的采集，當單片機采集完數(shù)據(jù)后通知PC機，然后PC機通過總線將數(shù)據(jù)取走并進行數(shù)據(jù)處理。PC機與單片機的接口中一個重要問題就是二者要隔離，可以使用74LS373、74LS245等芯片實現(xiàn)。當單片機工作時在隔離器件的作用下，隔離總線與SRAM的聯(lián)系，總線此時只能對單片機發(fā)控制信號。工控機工作時單片機處于復位狀態(tài)，以避免產(chǎn)生誤操作。由于此系統(tǒng)工作在具有強電的環(huán)境中，所以必須考慮抗干擾措施。對于高頻采集目的是為了捕捉信號高頻變化，所以不適宜采用軟件濾波。這樣就要求硬件采取有效的抗干擾措施。對系統(tǒng)采用屏蔽措施，輸入信號采用變壓器隔離，單獨給模擬子系統(tǒng)供電，增加退耦電路以減少電路之間的耦合。
[0014]數(shù)據(jù)采集軟件設計
上位機首先通知單片機采集數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)采集完畢后，單片機給工控機發(fā)送信號。單片機把采集的數(shù)據(jù)放在SRAM中，然后總線通過I / O 口讀取SRAM中的數(shù)據(jù)，并進行分析處理。單片機需要與工控機進行聯(lián)絡傳送一些信息，比如通知PC機數(shù)據(jù)采集完畢等；主機也需要對單片機發(fā)送命令，如通知單片機采集數(shù)據(jù)等。它們之間的通訊采用了中斷方式。DS87C520與8051的指令是兼容的，軟件使用匯編語言編寫。主要完成了數(shù)據(jù)采集和存放。單片機程序和PC機的程序是相互獨立的。
[0015]數(shù)據(jù)處理
工控機讀取外部存儲器的數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)文件的方式將數(shù)據(jù)存放在硬盤上。便于對數(shù)據(jù)的處理和查詢。采集系統(tǒng)可以得到A、B、C三相繼電器開、斷瞬間的電壓、電流，以及一相標準電壓。數(shù)據(jù)處理主要是用DeIpli軟件將采集得到的數(shù)據(jù)復原為原始波形。并根據(jù)數(shù)據(jù)計算各個所需要的參數(shù)。本采集系統(tǒng)用于高壓電弧的采集，事實證明本系統(tǒng)能實時、準確地復現(xiàn)出高壓電弧瞬間的波形。
【權利要求】
1.一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括總線、與總線連接的高速數(shù)據(jù)采集卡，運算放大器，A/D轉(zhuǎn)換器，靜態(tài)存儲器SRAM及鎖存器；其特征在于:所述系統(tǒng)的模擬信號經(jīng)過放大器放大，送到A/ D轉(zhuǎn)換器的輸入端，在單片機的控制下完成A/ D轉(zhuǎn)換，并把數(shù)據(jù)存放在靜態(tài)存儲器SRAM中。
2.根據(jù)權利要求1所述高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述高速數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)存放在外接的SRAM中，需要向PC機傳送數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求1所述高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述總線通過對I/ O 口的操作來讀SRAM中的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權利要求3所述高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述當SRAM的容量大于128K時，需要對SRAM進行分頁處理。
【文檔編號】G05B19/418GK103543729SQ201310515362
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權日:2013年10月28日
【發(fā)明者】王耀斌 申請人:陜西高新實業(yè)有限公司