中文翻译-基于ARM与线性CCD的高速数据采集系统.doc

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1、基于ARM与线性CCD的高速数据采集系统摘要本文介绍了一个基于ARM的线性CCD高速采集系统，系统中选择了高速线性CCD和高速ADC。因为ADC的采样速度相对ARM的工作时钟频率较慢，所以使用CPLD和FIFO作为A/D和ARM之间的I/O接口。它使电路工作在更加平稳、简洁而易于控制，同时也提高了ARM的工作效率。为了提高通信速度，这里采用通用串行总线（USB）技术来与PC进行通信。ARM是用来控制主处理器的数据采集，数据的计算和数据传输。结果证明，整个系统能高效运作。该系统可应用于高速数据采集及多路模拟信号的工作环境下。关键词：A

2、RM；线性CCD；接触线；受电弓；错开值1引言在电气化铁路，为了扩大对电力机车受电弓的寿命，所以要使受电弓滑块磨损均匀，接触线的直线段（电气化铁路供电线）排列为曲折路线（弯段被安排成折线的形式）。之间的接触线的定位点和受电弓轨道中心线距离称为错开值，这是一种接触线的关键指标。错开值是不可忽视的，这个值过小会影响到受电弓滑块磨损的均匀性，从而影响到延长使用寿命的目的，然而，在某些情况下（比如陷入了激烈的风中），造成大范围的在屋部的横向运动（并且速度越快，受电弓的左右摆动越剧烈），接触线将在某些部分将会超过受电弓的有效工作长度，从而使错

3、开，接触线值超出标准范围的错开值，导致了当前连接的破坏，甚至导致了会产生受电弓事故的错误运行。受电弓与滑触线发生故障，将导致列车正常运行的中断，从而对铁路运输产生严重的影响。为了避免这些情况，错开值及其变化应经常性地予以测试。因此，一个机车的接触线式在线监测系统，及与其配套的数据采集系统被开发出来，它的工作是实时地、迅速地计算错开值。2系统组件系统硬件组成如图1所示。该系统由下列部分组成：（1）采用东芝公司的高速线阵CCD实现接触线影像的数字化（CCD输出对应的时间序列位置的信号），（2）采用Atmel公司ARM9系列处理器中的AT

4、91RM9200，实现了数字信号的采集和处理；（3）采用PDIUSBD12的USB接口设备，完成测量系统与PC机之间的数据通讯。由于它改进型的哈佛结构，特殊的指令系统以及迅速实现各种信号处理的特点，ARM处理器被广泛应用于图像处理，通信，雷达，声纳，精密机械等领域。ARM处理器正因其算术速度和总线宽度而被采用。随着实时信号分析和计算都需要很快运算速度，所以系统选择了ATMEL公司的ARM芯片AT91RM9200。该芯片是基于ARM920T的，高性能，低功耗的16/32位RISC（精简指令集计算机）微控制器，它集成了一套丰富的外围设备

5、的应用，并在那些需要一大批外围设备，并能在低功耗的外设和严格稳定工作的工业控制应用中，提供了一个单芯片的解决方案。图1系统硬件组成3CCD数字图像的实时处理与传输为了实现实时的数字图像的传输，几大影响实时传输的因素应该予以解决：第一，线阵CCD的数据采集速度；二是线阵CCD和ARM处理器之间的传输速度；第三是ARM处理器和计算机之间的数据传输速度。下面将给以详细描述。A.线阵CCD的采集速度采集速度对于图像传感器来说，是一个关键的性能指标，这里采用东芝公司的TCD1209D线阵CCD来满足目标要求。它可工作在可高达20MHz的时钟脉

6、冲频率下，所以对高速条件下的尺寸测量和动态分析特别适合。图2TCD1209D及它的时序线阵CCDTCD1209D，以及它的时序图如图2所示。B.CCD和ARM处理器之间的传输速度为了提高CCD的数据采集速度，减少转换时间，现使用高速A/D转换器，以使它在高速环境下与ARM处理器进行数据交换。这里选择ADC08200，Analog公司的一个纳秒级转换器。这是一个单通道，8位的A/D转换器，它可以在一较宽的温度范围内工作，转换速度快，工作时的转换速率高达230MSPS，从而实现整个线阵CCD的信号采集。ADC08200如图3所示。图3A

7、DC08200FIFO用于作为数据缓冲区，协调了ARM处理器和ADC的速率。这是一个两端口（输入和输出端口）的，临时性存储的，先入先出的数据存储器。由于向FIFO中写入数据的时间远远小于A/D转换的时间，因此，数据采集的速度取决于A/D转换的速度。为了提高整个测量系统的速率，整个电路的时序是由CPLD的精确控制，以使电路协调地工作。CCD驱动信号，积分时间控制，地址译码，A/D转换控制，数据缓冲和数据采集逻辑功能都集成在CPLD上，使得整个电路结构简单，功能可靠。为了进一步提高系统的速度，当系统启动时，系统程序被传送到高速SRAM去

8、运行，并且使用高速SRAM来存储数据；SRAM，SDRAM应尽量靠近ARM处理器放置，而信号线应尽可能地最短。ARM处理器（AT91RM9200）作为整个硬件系统的信号处理内核，需要读取存储在FIFO中的CCD光强信号，应用相应的算法