基于工控机与DSP的高速数据采集系统设计

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1、第25卷第9期电力科学与工程Vo1．25，No．9302009年9月ElectricPowerScienceandEngineeringSep．，2009基于工控机与DSP的高速数据采集系统设计吴瑞文，梁志瑞(华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071003)摘要：介绍了一个基于工控机与DSP的高速数据采集系统，给出了系统的总体介绍方案，选取了系统的主要硬件模块，分析了系统主要硬件电路的功能和部分软件的设计思想。该方案主要围绕实时、高速、大容量数据采集等多方面考虑，以突出方案的优越性，为电力系统交流电量数据采集提出了一个有

2、效的途径。关键词：工控机；DSP；数据采集中图分类号：TM76文献标识码：A交流电量同步采集要求所有测量数据都对应一0引言个全局时标，这就要求系统必须有一个高精度的同步时钟。全球定位系统GPS的出现，解决了这一随着科学技术的发展，雷达、通讯、电子对难题。利用GPS接收板发出的串口时间信息和同抗、航天测量、图象、多媒体等诸多领域对数据采步秒脉冲，在测量系统内建立整个测量系统的实时集系统提出了更高的要求。随着一些新的高性能的时钟，由串口时间信息建立测量系统的年、月、日电子芯片的推出，电子系统设计有了更多的选择和和时、分、秒，由同步

3、秒脉冲和计数器建立测量系更方便的条件，使交流电量同步采集得到了快速发统的微秒级时钟，使测量系统可以在任意时刻读出展。实现多路并行数据的高速数据采集，并且使系精度达到1ps的时间；在采样过程中，不但获得统具有良好的可扩展性，是数据采集发展的重要方采样点的值，同时由DSP对该采样点打上时间标向。如何将大量的数据同步快速地存储，是采集器签，然后对采样的数据进行傅立叶变换(FFT)，使设计亟待解决的问题。之成为连续的采样波形。本文选择以DSP芯片为主处理单元、融合工要实现对较宽频域范围内高频、瞬态信号细节控机为从处理单元的系统结构方案

4、，除了满足对大的精确、实时测量，则要求有较高的采样率和分辨量数据的信息处理要求外，还实现了液晶显示和键率，实时信号处理流程则必须具备对大流量采样数盘控制功能。之所以采取DSP加工控机的方案，据的快速运算处理能力。就信号处理而言，DSP是考虑到系统实际要处理的信息可能很多、工作量在内核结构和指令系统方面可以提供高速的不同类很大，如果所有用时任务都交给DSP来完成，不型、不同层次、不同定制的算法处理支持，其运算仅影响DSP的处理速度，恐怕还难以胜任。而机制、寻址方式、内部资源非常丰富，不过由于PMU是低成本的，主要长处是对外部I／

5、O设备的DSP实时运算处理总需一定的周期的原因，另外控制功能，但其数字信号处理能力很差，正好与在数据处理的同时，DSP还有一些诸如数据上传、DSP功能互补。在诸多任务中，对于液晶显示、键存取控制及模块间通讯等操作要占用外部资源，则盘控制等简单处理环节可以交由工控机很好地完在采样率30MHz以上的场合，DSP并不能不丢失成，这样充分利用了单片机在控制方面的长处，使地存取高速A／D器件的转换数据，于是需要借助得DSP可以专门用于数字信号的处理和各种算法外围硬件电路协助控制管理数据采集进程，本文采的实现，可以满足许多实时处理的需要。

6、用双口ROM对采集的数据进行缓存，然后工控机收稿日期：2009—03—22．作者简介：吴瑞文(1985一)，男，华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生第9期吴瑞文，等基于工控机与DSP的高速数据采集系统设计3l从ROM中读出数据，对数据进行处理。人机接口部分。本文的同步采集器共采集处理6路从系统的集成度、可重构性、可靠性等方面考模拟信号：，，，，厶，厶。6路模拟信虑，CPLD是这类高速数据实时数据采集系统外围号经过前端信号调理电路和A／D转换器后变成数逻辑构造的较好选择。CPLD的使用，将所有的逻字信号被传送到DSP中，通过

7、外围硬件电路双口辑都集中到一个芯片当中，极大的节省了空间，再ROM对数据进行缓存，再由工控机读取这些数据，加上可在线编程等，从而极大地增加了系统设计的并进行数据的处理。本文将GPS接收板接收到的灵活性，因而得到了越来越广泛的应用。同步秒脉冲1PPS作为整个系统的同步时钟。CPLD逻辑控制模块通过接收同步秒脉冲lPPS和DSP1数据采集模块结构及工作原理的控制信号，并经过一定的逻辑运算产生同步采样信号，以控制不同地点同步采集器的A／D转换基于工控机数据采集系统的原理如图1所示。器同时开始采样保持和模数转换，从而实现了交整个系统可

8、分为4个部分：第1部分，数据采集流电量的异地同步采集。另外，CPLD还负责双及控制部分：第2部分，数据采集的数据缓存部口ROM的读写时序控制以及产生A／D转换器外分；第3部分，工控机数据处理部分；第4部分，部时钟等。图1采集系统的原理框图个端口同时读写数据每个端口具有独立的控