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

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1、第),卷第&期武漢化工學(xué)院學(xué)報TGI2),UG2&)##’年#+月V2WH?ALRLNJ29?@F26@K?2QAO)##’文章編號!"##$$%&’()##’*#&##+,#$基于-./0的多路高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)楊志方"1王澤成)1涂坦"1談宏華"1曹新莉"("2武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院1湖北武漢$&##%$3)2棗陽市錢崗中學(xué)1湖北棗陽$$")#$*摘要!結(jié)合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在電能質(zhì)量監(jiān)測中的應(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實際應(yīng)用證明1采用該方法設(shè)

2、計的系統(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,&’$3高速數(shù)據(jù)采集3多路中圖分類號!6.)%$文獻(xiàn)標(biāo)識碼!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)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展1對電能的然可以實現(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對電能質(zhì)量的要求也越來越高2同時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)荷以及大量基于計算機(jī)系的各種功能要靠軟件的運行來實現(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軟件運行時間在整個采樣

3、時間中占增多1使得諧波8電壓波動閃變8三相不平衡8暫時很大的比例2而-./0(現(xiàn)場可編程門陣列*在高過電壓8瞬態(tài)過電壓8電壓凹陷和短時間間斷等電速數(shù)據(jù)采集方面有單片機(jī)和45.無法比擬的優(yōu)能質(zhì)量問題日趨嚴(yán)重2這對電能質(zhì)量的監(jiān)測提出勢1-./0具有時鐘頻率高1內(nèi)部延時小1全部控了挑戰(zhàn)2電能質(zhì)量的監(jiān)測往往需要多通道數(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1活等特點;"1)<2采集的數(shù)據(jù)量大1因此1對數(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)字信號處理器*作為控制器1控制049(模:數(shù)示2轉(zhuǎn)換器*8存儲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)部先要定制一個雙口P0Q和一個-R-S用于存儲0:4轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)2輸入模擬信號收稿日期!)##’#)"%萬方數(shù)據(jù)作者簡介!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)的實現(xiàn)6X

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

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

7、4的工作時鐘信號$當(dāng)抑制等-9+H#信號出現(xiàn)負(fù)脈沖將啟動!#01234$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E0推出的專為高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計的高速.和輸出使能信號EA將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀出來-低功耗.3通道同步采樣的/3位!"#轉(zhuǎn)換芯片$圖5!#01234工作時序’JK-5,JLJMKNO!#1234/-5乒乓%!&控制模塊控制以及兩片高速%!&-乒乓%!&控制原理如為了保證采樣和傳輸各自不間斷的進(jìn)行$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開關(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%!&/$