高速数据采集系统的制作方法
【专利摘要】一种高速数据采集系统，包括总线、与总线连接的高速数据采集卡，运算放大器，A/D转换器，静态存储器SRAM及锁存器；系统的模拟信号经过放大器放大，送到A/D转换器的输入端，在单片机的控制下完成A/D转换，并把数据存放在静态存储器SRAM中。本发明解决了ISA总线与数据采集卡之间的连接，使CPU能控制和协调外设的运行，并提出了一种解决慢速外设和高速CPU时序之间矛盾的方法；可以应用于高频数据的采集、分析处理。
【专利说明】高速数据采集系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数据采集系统，具体涉及一种高速数据采集系统。
【背景技术】
[0002]计算机技术的发展为现代大工业的发展提供了硬件保障。工业应用系统对作为控制的计算机也提出了新的要求。一方面要求主控机处理的数据更多，速度也更快；另一方面由于应用系统复杂程度不断提高，控制单元种类很多，速度有快有慢，要求主控机有较强的适应性。总线技术的发展为各种系统的设计提供了很大方便，提高了系统运行的速度，用户可以进行各种组合。PC机总线通常联接到PC微机的扩展槽再经插槽为外设提供I / O通道，速度和可靠性都很高。主机板通过扩展槽这种开放式的总线体系与各种外围设备进行信息交换。IBM的16位工业标准ISA总线是在工业生产中广为使用的工控机系统总线，这种总线的技术已经很成熟并被广泛采用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种高速数据采集系统，解决了 ISA总线与数据采集卡之间的连接，使CPU能控制和协调外设的运行，并提出了一种解决慢速外设和高速CPU时序之间矛盾的方法；可以应用于高频数据的采集、分析处理。
[0004]本发明的技术解决方案是:
一种高速数据采集系统，包括总线、与总线连接的高速数据采集卡，运算放大器，A/ D转换器，静态存储器SRAM及锁存器；其特殊之处在于:所述系统的模拟信号经过放大器放大，送到A/ D转换器的输入端，在单片机的控制下完成A/ D转换，并把数据存放在静态存储器SRAM中。
[0005]上述高速数据采集卡采集的数据存放在外接的SRAM中，需要向PC机传送数据。
[0006]上述总线通过对I / O 口的操作来读SRAM中的数据。
[0007]上述当SRAM的容量大于128K时，需要对SRAM进行分页处理。
[0008]本发明的优点在于:其解决了 ISA总线与数据采集卡之间的连接，使CPU能控制和协调外设的运行，并提出了一种解决慢速外设和高速CPU时序之间矛盾的方法；可以应用于高频数据的采集、分析处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明结构原理框图。
【具体实施方式】
[0010]参见图1，一种高速数据采集系统包括总线、与总线连接的高速数据采集卡，运算放大器，A/ D转换器，静态存储器SRAM及锁存器；系统的模拟信号经过放大器放大，送到A/ D转换器的输入端，在单片机的控制下完成A/ D转换，并把数据存放在静态存储器SRAM 中。
[0011]高速数据采集卡采集的数据存放在外接的SRAM中，需要向PC机传送数据。考虑到时序问题，总线通过对I / O 口的操作来读SRAM中的数据，而没有采用对存储器的操作办法。系统机留给用户扩展存储器空间不足128K，当SRAM的容量大于128K时，需要对SRAM进行分页处理。因此，硬件设计必须解决的问题是I / O地址分配，时序协调和存储器分页，本文仅对前两个问题介绍。另外，数据采集是在单片机的控制下完成的，所以在设计中必须要考虑总线与单片机的隔离。PC系列微机系统的端口地址空间为000?3FFH，这些地址通过对AO?A9这10根地址线译码生成。系统预留给用户的地址为300?31FH,作为用户I / O 口的扩展。AEN参与译码，当AEN = O时，才有效，表明此时由CPU行使总线控制权。
[0012]总线与外部SRAM的接口
在高速的数据采集系统中，由于数据采集速度大于PC微机系统总线的最高传送速率，因此需要在采集电路中加入高速缓冲器作为缓存。先将采集的数据存储在缓存器中，然后再成组的向主机传送。静态存储器数据传送的时间要比总线周期慢，因而二者之间的时序并不相配，要想准确的传输数据，必须解决时序问题。例如某CPU总线周期为30 ns, SRAM数据传送时间为70 ns，这样CPU就不能得到正确的数据。解决方法之一可以利用系统总线上的I / O通道就绪信号(I / O CHRDY)，把它拉低，延长总线周期。但是实现起来比较麻烦，要对系统时钟进行处理。在本文中采用了静态设计的思想，保证了数据正确稳定的传输。把整个读写过程分步实现。即首先由总线指定SRAM中数据的地址，通过锁存器锁住地址，等待数据出现；然后准备好数据，等二者都准备好以后总线对端口操作读或写数据。在时间上保证了数据和数据地址相匹配，就保证了数据不丢失。此方法优点在于无须对系统时钟进行改造。这种方法也适于高速CPU与其他低速外设之间的时序问题。
[0013]ISA总线与单片机的接口为保证数据采集速度，采集卡使用了一种新型高速单片机DS87C520，这种单片机一个机器周期只占4个时钟周期。相同频率晶振下，它执行指令的速度是8051的1.5到3倍。可提供的最高晶振频率为33 MHZ，一个指令周期最快可达到121 ns。工控机(486，586)作为上位机控制单片机对数据的采集，当单片机采集完数据后通知PC机，然后PC机通过总线将数据取走并进行数据处理。PC机与单片机的接口中一个重要问题就是二者要隔离，可以使用74LS373、74LS245等芯片实现。当单片机工作时在隔离器件的作用下，隔离总线与SRAM的联系，总线此时只能对单片机发控制信号。工控机工作时单片机处于复位状态，以避免产生误操作。由于此系统工作在具有强电的环境中，所以必须考虑抗干扰措施。对于高频采集目的是为了捕捉信号高频变化，所以不适宜采用软件滤波。这样就要求硬件采取有效的抗干扰措施。对系统采用屏蔽措施，输入信号采用变压器隔离，单独给模拟子系统供电，增加退耦电路以减少电路之间的耦合。
[0014]数据采集软件设计
上位机首先通知单片机采集数据，当数据采集完毕后，单片机给工控机发送信号。单片机把采集的数据放在SRAM中，然后总线通过I / O 口读取SRAM中的数据，并进行分析处理。单片机需要与工控机进行联络传送一些信息，比如通知PC机数据采集完毕等；主机也需要对单片机发送命令，如通知单片机采集数据等。它们之间的通讯采用了中断方式。DS87C520与8051的指令是兼容的，软件使用汇编语言编写。主要完成了数据采集和存放。单片机程序和PC机的程序是相互独立的。
[0015]数据处理
工控机读取外部存储器的数据，以数据文件的方式将数据存放在硬盘上。便于对数据的处理和查询。采集系统可以得到A、B、C三相继电器开、断瞬间的电压、电流，以及一相标准电压。数据处理主要是用DeIpli软件将采集得到的数据复原为原始波形。并根据数据计算各个所需要的参数。本采集系统用于高压电弧的采集，事实证明本系统能实时、准确地复现出高压电弧瞬间的波形。
【权利要求】
1.一种高速数据采集系统，包括总线、与总线连接的高速数据采集卡，运算放大器，A/D转换器，静态存储器SRAM及锁存器；其特征在于:所述系统的模拟信号经过放大器放大，送到A/ D转换器的输入端，在单片机的控制下完成A/ D转换，并把数据存放在静态存储器SRAM中。
2.根据权利要求1所述高速数据采集系统，其特征在于:所述高速数据采集卡采集的数据存放在外接的SRAM中，需要向PC机传送数据。
3.根据权利要求1所述高速数据采集系统，其特征在于:所述总线通过对I/ O 口的操作来读SRAM中的数据。
4.根据权利要求3所述高速数据采集系统，其特征在于:所述当SRAM的容量大于128K时，需要对SRAM进行分页处理。
【文档编号】G05B19/418GK103543729SQ201310515362
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】王耀斌 申请人:陕西高新实业有限公司