基于FPGA的多路高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).pdf

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1、第),卷第&期武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào)TGI2),UG2&)##’年#+月V2WH?ALRLNJ29?@F26@K?2QAO)##’文章編號(hào)!"##$$%&’()##’*#&##+,#$基于-./0的多路高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)楊志方"1王澤成)1涂坦"1談宏華"1曹新莉"("2武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院1湖北武漢$&##%$3)2棗陽(yáng)市錢崗中學(xué)1湖北棗陽(yáng)$$")#$*摘要!結(jié)合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用1介紹了一種基于-./0的多路高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1給出了硬件原理框圖3并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化的分析1討論了影響同步采樣性能的因素2實(shí)際應(yīng)用證明1采用該方法設(shè)

2、計(jì)的系統(tǒng)能有效地完成多路同步高速數(shù)據(jù)采集任務(wù)2關(guān)鍵詞!-./03045,&’$3高速數(shù)據(jù)采集3多路中圖分類號(hào)!6.)%$文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼!0單片機(jī)本身的指令周期以及處理速度的影響1難#引言以達(dá)到多通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求145.雖隨著科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展1對(duì)電能的然可以實(shí)現(xiàn)較高速的數(shù)據(jù)采集1但其速度提高的需求量日益增加1對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高2同時(shí)1也提高了系統(tǒng)的成本3并且單片機(jī)和45.然而1沖擊性8非線性負(fù)荷以及大量基于計(jì)算機(jī)系的各種功能要靠軟件的運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)1執(zhí)行的速度統(tǒng)的控制設(shè)備和電子裝置等一類敏感負(fù)荷的不斷和效率較低1軟件運(yùn)行時(shí)間在整個(gè)采樣

3、時(shí)間中占增多1使得諧波8電壓波動(dòng)閃變8三相不平衡8暫時(shí)很大的比例2而-./0(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列*在高過(guò)電壓8瞬態(tài)過(guò)電壓8電壓凹陷和短時(shí)間間斷等電速數(shù)據(jù)采集方面有單片機(jī)和45.無(wú)法比擬的優(yōu)能質(zhì)量問(wèn)題日趨嚴(yán)重2這對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)提出勢(shì)1-./0具有時(shí)鐘頻率高1內(nèi)部延時(shí)小1全部控了挑戰(zhàn)2電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)往往需要多通道數(shù)據(jù)采制邏輯由硬件完成1速度快1效率高1組成形式靈集1而且由于存在覆蓋面積大8周期性強(qiáng)的特點(diǎn)1活等特點(diǎn);"1)<2采集的數(shù)據(jù)量大1因此1對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集8傳輸速度和精度提出了較高要求2"多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)常用的數(shù)據(jù)采集方案往往采用單片機(jī)

4、或45.多路高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件架構(gòu)如圖"所(數(shù)字信號(hào)處理器*作為控制器1控制049(模:數(shù)示2轉(zhuǎn)換器*8存儲(chǔ)器和其他外圍電路的工作2但由于圖"多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件框圖-=>2"6?@?ABCDAB@EBAF@GEFHIJ=K?ALLAICAJAAKMH=N=J=GLNONJ@F-./0內(nèi)部先要定制一個(gè)雙口P0Q和一個(gè)-R-S用于存儲(chǔ)0:4轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)2輸入模擬信號(hào)收稿日期!)##’#)"%萬(wàn)方數(shù)據(jù)作者簡(jiǎn)介!楊志方("7%#*1男1湖北武漢人1講師2研究方向!電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與嵌入式系統(tǒng)研究2第2期楊志方等Y基于’()!的多路高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)6X

5、經(jīng)過(guò)調(diào)理電路后送!"#轉(zhuǎn)換器$!"#轉(zhuǎn)換器輸其最大采樣率56789:-!#01234采用;6<工出的原始數(shù)據(jù)同時(shí)存儲(chǔ)在外%!&和’()!內(nèi)部作電壓$并帶有17=>共模抑制的全差分輸入通的雙口%!&或’*’+中$雙口%!&和’*’+中道以及六個(gè)4?@連續(xù)逼近的模數(shù)轉(zhuǎn)換器.六個(gè)差的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行’’,和’*%后輸出的數(shù)據(jù)再存分采樣放大器-另外$在%A’*B和%A’+C,引入外%!&中-根據(jù)’()!在系統(tǒng)中功能$可以將腳內(nèi)部還帶有;5-6<參考電壓以及高速并行接其模塊化為!"#控制.乒乓傳輸控制.%!&數(shù)據(jù)口-!#01234的六個(gè)模擬輸入分為三組D!$>和存

6、儲(chǔ)管理三個(gè)部分-EF$每個(gè)輸入端都有一個(gè)!#E@保持信號(hào)以保證/-/!"#控制模塊幾個(gè)通道能同時(shí)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換-!#01234的差采用兩片無(wú)差別!"#來(lái)實(shí)現(xiàn)$與常用的模擬分輸入可在G<%A’到;<%A’之間變化-在信多路開(kāi)關(guān)加單片!"#比$保證了信號(hào)采集的同步號(hào)輸入端采用差動(dòng)運(yùn)放將模擬輸入信號(hào)以差分方性$避免了使用模擬多路開(kāi)關(guān)帶來(lái)的一系列問(wèn)題式輸入!#01234$以有效地減少共模噪聲$實(shí)現(xiàn)如開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻的影響.通道切換過(guò)程中尖峰電較高的有效采集精度-!#01234工作的時(shí)序如圖壓的處理.輸入信號(hào)電壓擺幅.高頻采樣時(shí)噪聲的5所示-EHI7為!#0123

7、4的工作時(shí)鐘信號(hào)$當(dāng)抑制等-9+H#信號(hào)出現(xiàn)負(fù)脈沖將啟動(dòng)!#01234$A+E發(fā)!"#轉(zhuǎn)換芯片采用!#01234$它是,*公司出負(fù)脈沖表示!"#轉(zhuǎn)換結(jié)束$控制片選信號(hào)E0推出的專為高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高速.和輸出使能信號(hào)EA將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀出來(lái)-低功耗.3通道同步采樣的/3位!"#轉(zhuǎn)換芯片$圖5!#01234工作時(shí)序’JK-5,JLJMKNO!#1234/-5乒乓%!&控制模塊控制以及兩片高速%!&-乒乓%!&控制原理如為了保證采樣和傳輸各自不間斷的進(jìn)行$采圖2所示-用了乒乓傳輸結(jié)構(gòu)-乒乓傳輸部分包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)圖2乒乓%!&控制原理圖’JK-2,PQ

8、RNMSTNUVTJMRJVUQNOVJMKVNMK%!&圖2中$輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)都分為兩路$流%!&/$