基于级联模式的多通道数据采集系统设计

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1、万方数据—献卿应用文章编号：1001-9944(2011)02-0050-03基于级联模式的多通道数据采集系统设计甄国涌．郝晓鹏(电子测试技术国家重点实验室。仪器科学与动态测试教育部重点实验室。中北大学，太原03005I)摘要：针对多通道多种类混合信号采样的需求．文中提出了一种基于级联模式的数据采集系统。该系统以FPGA作为核心控制单元．以级联方式链接信号调理卡与主控制卡。实现了多路混合信号的并行采集。该模式降低了采集系统的复杂性．最大程度地保证了系统的通用性与灵活性。具有很高的应用价值。关键词：级联模式；

2、FPGA；数据采集中图分类号：TH865文献标志码：BDesignofMulti-channelDataAcquisitionSystemBasedonCascadeModelZHENGuo-yong，HAOXiao—peng(NationalKeyLaboratoryforElectronicMeasurementTechnology。KeyLaboratoryofInstrumentationScienceandDy-namicMeasurement，MinistryofEducation，NoahUn

3、iversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：TomeetVSI'iOUSkindsofmulti-channelmixed-signalsamplingrequirements．Thepaperproposesadataacquisi—tionsystembasedonthecascademodel．ThesystemusesFlea鹪thecorecontrolunitandusescascademodellinksthesignalconditioningc

4、ardandthemaincontrolcard．Itimplementstheparallelmulti-channelmixed-signalacquisition．Themodelreducesthecomplexityoftheacquisitionsystemandmaximumdegreeensurethatthesystemversatilityandflexibility．Ithasaveryhighapplicationvalue．Keywords：cascademodel；FPGA；da

5、taacquisition随着现代化信息技术的普及．数据采集系统渗透到工程建设的每一个领域。在一些特殊场合．多路模拟信号混合采样成为需求．这些信号通常种类繁多，信号频率、幅值差异性较大．无法进行统一的调理设计，大大增加了采集系统的复杂程度，因受到可靠性、成本等方面制约．不可能对每种信号均提供单独的数采装置。本文针对某型系统地面试验采集需求．提出一种通用型混合模拟信号多通道数据采集存储模式．该模式首次尝试使用级联方式链接信号调理模块与模数转换模块．并采用总线叠层式设计保证了系统的通用性与灵活性。系统采用可编程

6、逻辑器件FPGA作为主控制单元．控制多路模拟开关与数模转换器进行多通道并行采集．数据经FPGA混合编帧后存储于系统内部大容量FLASH模块中。实现了对多路模拟信号的混合采样。1系统实现混合模拟信号采样的关键在于如何对各种模拟信号进行正确调理．以达到AD转换要求的输入电压范围。本系统采用AD7667作为模数转换控制器。AD7667具有16位精度．且控制采样简单．最高采样率能达到lMS／s，能满足一般系统的采样率要求。收稿日期：2010_o仁13；修订日期：2010-08-09基金项目：国家自然科学基金资助项目

7、(50535030)作者简介：甄国涌(1971一)。男。副教授．硕士生导师．研究方向为教电路系统、电路系统检测与诊断技术：郝晓鹏(1984-)．男，硕士研究生．研究方向为总线技术及自动检测仪器。团万方数据AD7667的输入范同为O～2．5V。对系统试验物理量参数进行分析。热电偶温度传感器输ff{信号只有my级．需要放大到百倍以上才能满足AD输入要求；振动、冲击为电荷信号。需要进行电荷放大并转换为电压信号：普通静态压力信号需分压或者放大：ICP型噪声传感器需要24～28V极化电压．并需要恒流源供电，输出信号需

8、要隔直处理等⋯。考虑到信号幅值、频率及供电等方面的差异．将不同种类信号分模块进行调理。这样既保证了采集效果并达到了通用性设计。保留总体框架不变的情况下设计相应的信号调理卡插接到传输总线后便可应用于其他信号的采集试验中．真正达到了可扩展、多通道。1．1系统结构数据采集系统主要由4块信号调理卡、l块主控制卡和1个电源转换模块卡组成。信号调理卡按功能分为：温度信号、电荷信号、电压信号、ICP信号四种调理。主控制卡主要功