基于pxi总线高速数据采集系统设计和实现

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1、基于PXI总线高速数据采集系统设计和实现　　摘要：为了满足城市轨道交通CBTC车载测控系统对数据采集的需要，使用阿尔泰公司的数据采集卡PXI8002搭建出系统的硬件平台。软件方面在VC++环境下，利用多线程技术设计实现了基于PXI总线的多通道高速数据采集系统。详细介绍整个系统的设计思路，对其中使用到的关键技术进行了研究，实验证明该系统具有较高的可靠性。关键词：高速数据采集半满查询多线程VC++中图分类号：TP274.2文献标识码：A文章编号：1007-3973（2013）001-082-031引言9信息社会的发展，很大程度上取决于信息与信号处理技术的先进性。数字信号处理技

2、术的出现改变了信息与信号处理技术的整个面貌，而数据采集作为数字信号处理的必不可少的前期工作在整个数字系统中起到关键性、乃至决定性的作用，其应用已经深入到信号处理的各个领域中。在这种情况下，高速度、高精度数据采集卡的出现，极大的简化了数据采集系统的硬件设计在数据采集系统中的应用越来越广泛。在城市轨道交通CBTC仿真测试系统中需要采集的物理量有速度、加速度、牵引力电流等多个参数，如何实现实时连续，长时间的数据采集，并在采集的同时对采集到的数据进行及时处理、存储并动态显示，而Windows并不是实时操作系统，在Windows环境下开发实时测控系统需要采用一些技术。本文主要利用阿

3、尔泰公司的数据采集卡PXI2008搭建出系统的硬件，软件部分采用面向对象的软件设计思想，结合多线程技术和消息机制设计并实现的高速数据采集系统，完成了数据采集、数据分析处理、数据实时动态曲线显示等功能，并把该系统应用于地铁车载设备仿真测试系统中，实验证明该系统在可靠性和实时性方面具有良好的性能，能够满足系统要求。2系统设计概述本文设计的数据采集处理系统包括前端的信号处理模块、实时数据采集模块、数据处理仿真模块。其中信号处理模块的主要功能是对测试信号进行幅度变换、阻抗匹配等，把模拟信号调节到采集卡的量程范围内；实时数据采集模块则完成对输入模拟信号的采集和缓存，采集到的数据采用

4、半满查询的方式通过系统总线直接读入计算机内存中自定义的缓冲区中，由相应的其他模块来完成后续处理工作；系统软件功能主要包括实时数据采集、数据处理、实时数据存储、显示模块以及车载系统仿真模型。9由图1可知，整个系统主要分三部分：车载待测设备、数据采集处理单元和仿真控制单元。车载设备待测物理量通过传感器转化成相应的电信号，信号经过信号处理模块处理后与PXI数据采集卡相连，仿真计算机编程控制数据采集卡工作采集数据，并对数据进行处理、显示、存储、分析等操作后供车辆运动仿真模型使用。车辆运动仿真模型根据各参数进行计算分析计算出接下来列车的运行状态，并通过控制信号来重新调整车载设备，使

5、之可以更好的协调工作。3系统的硬件结构设计本系统采用了阿尔泰公司的数据采集卡PXI8002，该卡是一种基于PXI总线的数据采集卡，可以直接插在IBM-PC/AT或与之兼容的计算机内的任一PXI插槽中，使系统硬件平台的实现非常方便且很容易扩展。9PXI8002每张卡提供4路物理通道（各通道完全独立同步采样），每个通道独立进行A/D转换并且采集卡为每个通道提供了512K（字节）的RAM用于对采集到A/D数据进行存储，以方便后继通过半满查询的方式来读取数据。使用提供的驱动函数可以精确的编程控制每一路通道进行独立的采样。其A/D转换器有12位的精度，最高采样率可达40MHz能够满

6、足大多数数据采集系统对采集速率的需要。硬件系统的安装也很简单，可以将采集卡直接插在PXI总线插槽上，将传感器传输过来的电信号直接连接到采集卡的接线端子上，然后在仿真计算机上安装板卡的驱动程序，这样在编制数据采集程序时可以直接调用板卡驱动程序提供的DeviceAPI函数来对板卡进行操作。此外，由于单张PXI8002只能提供4路模拟信号同步采集，如果采集参数较多需要较多物理通道时可以使用多张采集卡，为了实现采集卡之间的同步可以使用外部时钟作为统一的时钟源，以实现各采集卡之间的同步工作。4高速数据采集软件的设计本数据采集系统，在实现及时准确的采集参数信息数据的同时，还应该具有对

7、采集到的数据进行分析处理的功能。为了实现这些功能，本系统采VC++下基于对话框的编程结构，系统主要包括数据采集、数据显示、数据处理、数据存储和查询等几个主要功能。软件的结构和工作流程图如图2。4.1数据实时采集功能模块的设计PXI8002采集卡主要有两种编程方式实现数据采集。4.1.1软件方法获得A/D数据循环反复调用PXI8002提供的DeviceAPI函数读取A/D数据来实现连续不间断的数据采集，这种方式采样速度比较低，实时性较差，但是其软件实现简单不需要编写额外的采集线程，因此软件方法读取A/D数据多用于采样速率要求较低