基于DSP数据采集系统设计.doc

绪论

在高度发展的当今社会中,科学技术的突飞猛进和生产过程的高度自动化已成为人所共知的必然趋势,而它们的共同要求是必须建立在有着不断发展与提高的信息工业基础上。人们只有从外界获取大量准确、可靠的信息经过一系列的科学分析、处理、加工与判断,进而认识和掌握自然界与科学技术中的各种现象与其相关的变化规律,并通过相应的系统和方法实现科学实验研究与生产过程的高度自动化。换言之,生产过程的自动化面临的第一个问题就是必须根据从各种传感器得到的数据来检测、监视现场,以保证现场设备的正常工作。所以对现场进行数据采集是重要的前期基础工作,然后再对现场数据进行传输和相应的处理工作,以满足不同的需要。
数据采集系统是一种应用极为广泛的模拟量测量设备,其基本任务是把信号送入计算机或相应的信号处理系统,根据不同的需要进行相应的计算和处理。它将模拟量采集、转换成数字量后,再经过计算机处理得出所需的数据。同时,还可以用计算机将得到的数据进行储存、显示和打印,以实现对某些物理量的监视,其中一部分数据还将被用作生产过程中的反馈控制量。
数据处理在整个科研工作中是个重要的必不可少的环节,数据处理系统工作的质量和速度如何,对整个科研工作的影响也是很大的。因此研究一种质量性能高的通用数据采集平台具有很大的意义。
从广泛的意义上来讲,数据采集与处理的主要包括以下几个方面:
(1)数据的采集:主要是解决非电量转换为电量的问题以及多路复用、数据的模拟形式和数字形式之间的转换问题。
(2)数据的记录:数据的存储是非常重要的问题。
(3)数据处理:包括预处理、数据检验和数据分析等步骤。
随着科学技术的飞速发展,对数据处理的实时性要求也愈来愈迫切。显然,不论在哪个应用领域中,数据处理越及时则经济效益就越大。例如在实时监控系统中,必然要求对测量数据实时处理。又如在新型飞机试飞中如能实现对某些关键数据的实时处理和监测,就能在这些数据发生异常变化时及时发现并采取措施,以避免机毁人亡的重大事故发生。可见,实时处理数据意义是很大的。由于电子计算机技术的蓬勃发展,为提高数据处理的实时性提供了广阔的前景。2断资源限制,可扩展性差;在一些电磁干扰性强的测试现场,无法专门对其做电磁屏蔽,导致采集的数据失真。而现代工业生产和科学研究的发展要求数据采集卡具有更好的数据采集、处理能力,传统的 CPU 已经不能满足这一要求。针对以上要求。
国内外研究及开发现状
数据采集与处理一直是生产实践研究与应用领域的一个热点和难点。随着微电子制造工艺水平的飞速提高及数据分析理论的进一步完善与成熟,目前国内外对数据采集系统的高性能方面的研究上取得了很大的成就。就 A/D 转换的精度、速度和通道数来说,采样通道从单通道发展到双通道、多通道,采样频率、分辨率、精度逐步提高,为分析功能的加强提供了前提条件[2]。而在数据分析的微处理器上,最初的数据采集系统以 8 位单片机为核心,随着微电子技术的不断发展,新兴单片机的不断问世,十六位、三十二位单片机也为数据采集系统研制厂家所采用,近来采用具有 DSP 功能的数据采集系统也己投入市场。同时,通用 PC 机的 CPU 用于数据处理也较为常见。总之,伴随着高性能微处理器的采用和用户技术要求的不断提高,数据采集系统的功能也越来越完善。数据采集系统的发展主要体现在以下几个趋势:
首先,在专业测控方面,基于 PC 计算机的数据采集系统越来越成熟和智能化。在过去的二十年中,开放式架构 PC 机的处理能力平均每十八个月就增强一倍为了充分利用处理器速度的发展,现代开放式测量平台结合了高速总线接口,如 PCI和 pact PCI,以便获得性能的进一步提升。计算机的性能提升和由此引起的基于计算机的测量技术的创新,正在持续不断地模糊着传统仪器和基于计算机的测量仪器之间的界线。
其次,在通用测控方面,采用嵌入式微处理器的方案也由早期的采用 A/D 器件和标准单片机组成应用系统发展到在单芯片上实现完整的数据采集与分析,即目前极为热门的 SOC (System On Chip)[3]。通常在一块芯片上会集成一个,可以采样多路模拟信号的 A/D 转换子系统和一个硬 CPU 核(比如增强型 80_52 内核),而且其CPU 的运算处理速度和性能也较早期的标准 CPU 内核提高了数倍,而且有着极低的功耗。这种单芯片解决方案降低了系统的成本和设计的复杂性。此外,为了解决 SOC 方案中数据处理性能的不足,采用 DSP 作为数据采集系统的 CPU 的研究与应用目前也逐渐引起业内重视。但是这类产品目前仅仅处于发展的初级阶段,在精度、速度或其它性能指标上并不能很好的满足要求。因此,国内外以 DSP 作为数据采集系统的采样控制和分析运算的研究与应用正在展开。
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