网站备案中商城服务性质是什么,深圳小区封闭最新通知,北京网站建设公司华网天下官网,汉语国际网站建设随着图像处理 、 工业控制 、 无线通信等领域的飞速发 展 #xff0c; 对数据采集系统的速度 、 精度等性能要求也越来越高 。 这些要求都对数据采集系统的设计和实现提出了新的挑 战 。 目前数据采集系统的设计方案通常分为以下几类 #xff1a; #xff11; #xff0… 随着图像处理 、 工业控制 、 无线通信等领域的飞速发 展 对数据采集系统的速度 、 精度等性能要求也越来越高 。 这些要求都对数据采集系统的设计和实现提出了新的挑 战 。 目前数据采集系统的设计方案通常分为以下几类 以微处理器单一控制芯片和 转换器形式为主 该设计 方案简单 在对性能要求不高的应用场合为了降低成本甚 至可以采用集成 转换器的微处理器 。 采用通用 计算机配置数据采集卡的方式 通常需要开发计算机端 应用程序 可以完成复杂的计算 但不同的采集卡相应的驱 动程序不同 如果需求改变需要更换采集卡时 相应的应用 程序也需要重新开发 。 因此 该设计方案通用性差 实时性 不高 。 以 和 或 和 组合方式作为 采集系统的核心 处理器适合控制领域 处理 器适合信号处理领域 器件由于其自身特点 适合高 速并行采集与处理领域 具有 或者 等处理器无 法比拟的优势 。 这类组合方式结合各自特点 处理能力强 应用范围广 。 通过以上分析 设计了 处理器和 器件作为数据采集系统的核心 处理器使用 公司的 器件使用 公司的 系 列 前端采集芯片使用 公司的高精度 、 大动态 位 转 换 器 进 行 模 数 转 换 。 和 之间的数据交换采 用 双 口 芯 片 来 实 现 功 能 。 系统中 处理器作为系统控制核心 负责控制整个系 统工作时序 、 并将数据通过网络上传到服务器中进行存储 。 负责 转换器的模式配置 数据传输 。 该组合方 式结合 在控制方面和 在采集方面的优势 具 有通用性强 、 配置灵活的特点 。 系统设计 本系 统 硬 件 主 要 由 信 号 调 理 电 路 、 模 数 转 换 器 、 器 件 系 列 、 双 口 和处理器 及外围电路 组成 系统结构框 图如图 所示 。 输入信号经过信号调理电路后 进入 转换器进行数据转换 将模拟信号转换成 位尾数和一符 号位的数据 配置 转换器并将转换的数据按照 顺序存储到双口 中 当转换数据存储满后中断 处理器 处理器将数据从双口 读出进行运算 并通过网络接口将采集数据传输到服务器 。 位 转换芯片 是德州仪器 公司推出的采样率高达 、 位 通道同步采样 Σ Δ 。 支持多种工 作模式 内部集成线性相位数字滤波器 数据输出接口支 持 或可选帧同步 便于与 互连 。 可满足国防 、 航天和医疗应用 。 转换器内部集成的数字滤波器通过奈奎斯特 采样将输入信号抽取为长度为 比特的高分辨率数字信 号 。 通道输入信号分别进入独立的 个 转换器 它 内部由高阶斩波器 、 数字滤波器 、 调制器组成 可将输入模 拟信号经过高阶滤波器后得到数字信号 。 的 、 、 、 、 、 、 引 脚 分 别 于 的 口 相 接 其 中 引 脚 状 态 决 定 的工作模式 引脚状态决定数据输 出格式选择 引 脚 需 要 输 入 转换器工作时钟 、 、 引脚是控制 转换的数据 串行输出帧同步 、 时钟 、 通道数据 。 图 为 的 格式下 时钟和数据时序图 。 与 的接口设计 本 系 统 核 心 采 用 和 的 组 合 方 式 在 和 之 间 采 用 片 双 口 进 行 数据传输 其中 器件控制 转换 并将转 换数据按照一定顺序存储到双口 中 当数据存储完 后将中断 将双口 中的数据进行读取 比使用 传输的方案降低了成本 、 提高了数据传输的 吞吐量 。 本系 统 中 的设计作用如下 复 位 并 配 置 的工作 模 式 内部设置一个地址加法器 控制将 转换器的数据写入双口 中 当 双 口 写满 后 大 小 地址加法器复位 。 与 的接口方式 有 很 多 种 如 、 等串行接口或总 线等并行接口 串行接口由于本身的局限性限制了其在大 数据量 、 实时数据的传输的应用 而总线的形式更合理一 些 稳定性较之更好一点 。 但 与 通 过 地 址 、 数据 、 控制总线直接连接的方式在大数据传输时会影响系 统的效率 因 此 在 与 之 间 采 用 双 口 进行连接的方 式 与 异 步 工 作 提 供 了 系 统 的效率 。 其接口如图 所示 。 的 控 制 信 号 、 、 与 双 口 的复位信号 、 读写信号 和 连接 数据 总线 与双口 的数据总线连接 通过 内部地址加法器依次将将 转换器的数据串并转换后 写入双 口 中 。 双 口 的 、 信 号 分 别 与 的 和 连接 接受数据写满后产生 的中断 。 提 供 个分区的静态存储器 设计将双口 的存储空间映射到 的 上 。 驱动程序设计 为了实现 与 通过双 口 的 数 据 传 输 需要设计嵌入式 下的驱动程序 。 当 将 数据写到双口 中 根据双口 中数据的状态中 断 处理器进 行 数 据 读 取 。 这一过程主要需要中断 和总线驱动程序配合 。 在中断驱 动 程 序 中 通 过 函 数 为 双 口 的中断分配中断请求 号 当处理器检测到这 一 号对应的中断产生时 将启动该 对应的中断 服务例程 。 号与中断处理例程是一一对应的 在系 统 文件中可以为设备选择 号 。 将 转换的数据写入双口 后 当数据写满后 会中断 处理器 会响应中断处理例程 读取双 口 中的 数 据 。 中断处理例程首先要清除 的中断寄存器相应的位 需要通过对状态寄存器相应位进 行写 操 作 这是为了能够继续响应双口 产 生 的 中 断 。 然后是设置数据传输标志位 当主程序中检测到标志 位 进而调用总线驱动程序进行数据传输 这种工作方式 可以避免中断处理例程的冗长 提高系统传输效率 。 由于应用程序工作在用户空间 它无法完成对总线的 操作 而驱动程序工作在内核空间 可完成对总线的操作 因此 在总线驱动程序中 必须支持应用程序对总线的操 作 以完成数据的传输 。 传统的 应用程序需要通过 总线驱动程序完成对总线空间的访问方法是通过 个函 数完成用户空间与内核空间之间的数据传递 其中内核空 间向用户空间传输数据使用 函数 用户空 间向内核空间传输数据使用 函 数 。 等 。 这种方法虽然能完成 个空 间的数据传输 但是效率不高 最好的方法是将内核空间 能访问的物理地址直接映射到用户空间 内核提供 了 函数 应用程序对该用户空间的地 址访问相当于直接对物理地址的访 问 。 本 文 的 总 线 驱 动程序就是直接映射的方法 来完成快速的读写 。 下面是驱动程序代码段 它使用 函数在驱动程序中完成 系统调用中物理空间到虚 拟空间的映射 函数原型如下 函数的调用需要初始化 。 虚拟内存空间指针 、 起始地址 、 物理地址 、 映射区 域字节 数 等 参 数 。 首 先 计 算 物 理 地 址 然 后 通 过 右 移 位 本系统使用 的 的物理 空间 起始地址 大 小 为 映 射 到 虚 拟 空 间 。 驱动程序中 还需要判断虚拟内存大小和偏移了指定 距离后物理内存的大小 如果虚拟内存过大 应该返回并 提示映射超出允许的内存空间 。 调用 函数过程如下 应用程序中调用 系统就是对 函 数 的 参数初始化 。 函数原型如下 首先将文件描 述 符 指 定 的 设 备 文 件 与 处 开 始的内存空间关联 通常将 设为 函数返回 实际关联 的 内 存 地 址 。 为内存映射的字节长度 为内 存 保 护 类 型 为 映 射 类 型 标识符表示与其他所有映射这个对象的进程共享内存区 域 。 本设计调用 函数过程如下 系统实验结果分析 本系统中 外部晶振频率采用 经 过内 部 分 频 器 后 得 到 时 钟 频 率 作 为 的工作时 钟 。 完 成 通 道 位 精 度 的采样 传 输 大 约 需 μ 采 样 数 据 被 写 入 双 口 基本在采样结束后同步完成 。 当双口 数据被 写满后 中断 处理器进行数据读取 的工作频 率为 外部总线时钟频率为 配 置 外部 的 寄存器为 满足系统对 双口 时序读写的需要 。 为了提高采集精度 首 先 需 要 对 转 换 器 进 行 零 偏校准 零偏校准后 通过动态范围计算公式 × 信号 电压 噪声电压 得到各通道实际动态范围如表 所 示 。 其中零偏电压以转换后的数字形式给出 。 从表 中动态 范围一列中可以看出 系统各通道实现的动态范围都接近 转换器 位采样精度时的理想动态范围 测量结果表明本文设计的系统可充分发挥 转换器高 精度 、 大动态范围的特性 。 信迈提供ARMFPGAAD的设计与批量生产解决方案。
