专利名称：一种总线型实时高速数据采集卡的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据采集卡的技术领域，具体的说是一种用于电力系统继电保护，对电网的工作情况进行实时高速采样的总线型实时高速数据采集卡。
背景技术：
目前普遍数据采样方案均采用前后台机的工作方式，后台机采用多单片机联网工作方式，每个8位或16位单片机分管8～16个模拟量及若干数字量，每个单片机板具有独立的缓冲存储器以存储本板卡所记录的采样数据，在每个单片机板卡的上面有一个同样的单片机控制所有单片机板卡的工作同步性，在每个单片机板卡的下面有一个同样的单片机控制整个后台机的数据转存，多个单片机的数据经RS-232转存到前台PC机后，再根据时间标记进行数据拼接，以形成一个独立的全面的数据文件，采用此技术有以下缺点第一，8位或16位单片机的处理能力不高，及数据交换路径所限，不能用于采集大容量的实时高速数据，第二，多个单片机结构组成的后台机系统硬件成本居高不下，第三，后台多单片机板卡的数据通过RS-232串口往前台PC机进行数据转存的方式不能保证绝对可靠、快速，上述第三个缺点在设备运行时会造成以下技术隐患单片机板卡缓存容量有限，仅能存储几次符合国家标准的电力系统故障数据，而通过RS-232串口传送采样数据的速率较低，不能保证把单片机板卡上的数据及时地往前台机转存，在电网系统发生连续故障时，会因为数据转存不及时而造成单片机板卡缓存储器的堵塞，而且多CPU缓存上的数据只要有一个出现错误，前台PC机就会因为找不到统一时间标记而把该批次数据作为垃圾数据丢掉，出现这种问题的后果是，轻则会造成电网故障漏记，重则会造成设备当机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种总线型实时高速数据采集卡，它可以利用标准总线让工业计算机的32位高速CPU对电网数据进行无缝控制，实现高达100MHz的模数取样、实时存储功能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种总线型实时高速数据采集卡，它主要包括AD转换器，其特征在于在XPU模块上设有数字量信号输入路径，AD转换器上设有模拟量信号输入路径，XPU模块与AD转换器之间设有数据交换路径，ADMA模块与AD转换器之间设有数据交换路径，XPU模块与ADMA模块之间设有数据交换路径，XPU模块与ISA/PCI总线之间设有数据交换路径，ADMA模块与ISA/PCI总线之间设有数据交换路径。
本发明实现了实时高速数据与工业计算机间的无缝交换，利用对PC机底层技术的掌握，应用计算机高速总线技术，把实时高速数据通过高带宽的标准总线直接引入计算机，由32位高速CPU对各种数据进行处理，突破了传统后台多单片机处理，实现100MHz的模数取样、实时存储功能，在保证数据传输的可靠性和准确性的同时也大大降低了原有的硬件成本。
图1为本发明数据采样工作原理图下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明主要包括AD转换器1，其特征在于在XPU模块2上设有数字量信号输入路径，AD转换器1上设有模拟量信号输入路径，此AD转换器1为16位AD转换器，XPU模块2与AD转换器1之间设有数据交换路径，ADMA模块3与AD转换器1之间设有数据交换路径，XPU模块2与ADMA模块3之间设有数据交换路径，XPU模块2由大规模存储器、时钟控制单元组成，而ADMA模块2是由双口存储器管理器(Dual Port RAM Controller)、高速存储管理单元(Memory Management Unit，简称MMU)组成，双口存储器管理器(Dual Port RAM Controller)可以达到采用低价格SRAM，实现高速同步双口存储器(Dual Port Memory)的功能，大大降低了原有的成本，采用高速存储管理单元(MemoryManagement Unit，简称MMU)可以实现将高速模数转换器组的输出数据存入双口存储器(Dual Port Memory)，此操作不占用任何计算机中心处理器(CPU)的资源，再者，ADMA模块可以采用多种器件来实现，如CPLD或FPGA，它们具有高速性能和中等复杂程度逻辑处理能力，用CPLD/FPGA实现数据采控+PCI总线的使用，对数据采集的实时性、系统的稳定性和采样率的提高都有很大的帮助，其中用CPLD实现PCI接口协议逻辑，进行中断、查询或DMA数据传输，以取代传统的PCI桥IC，用FPGA实现双口RAM及其逻辑，取代传统单板机或单片机控制，用E2PROM存储FPGA程序，系统上电时，PC通过PCI总线经CPLD逻辑控制，向E2GA程序，再由E2PROM向FPGA装入控制编码，FPGA的逻辑修改就变得非常容易了，XPU模块2与ISA/PCI总线4之间设有数据交换路径，ADMA模块3与ISA/PCI总线4之间设有数据交换路径，数字量信号输入路径最高可以配置256路，模拟量信号输入路径每单元32路，最高可以配置128路，XPU模块2与ADMA模块3间的数据交换路径带宽为66M，XPU模块2与ISA/PCI总线4的间数据交换路径带宽为66M，ADMA模块3与ISA/PCI总线4间的数据交换路径带宽为66M。
ADMA应用于电网故障录波仪，使其总体性能大大提高，实现数据采控+PCI总线的使用，数据采集的实时性、系统的稳定性和采样率都有大幅度的提高，PCI总线的使用，具有了强大的数据吞吐能力，解决了数据传输的瓶颈，不会因为转存数据失败而造成故障数据的丢失，基本上，装置可以利用多余的带宽进行实时信息的采集，从而可以轻松实现“动态状态监测”功能。
权利要求
1.一种总线型实时高速数据采集卡，它主要包括AD转换器，其特征在于在XPU模块上设有数字量信号输入路径，AD转换器上设有模拟量信号输入路径，XPU模块与AD转换器之间设有数据交换路径，ADMA模块与AD转换器之间设有数据交换路径，XPU模块与ADMA模块之间设有数据交换路径，XPU模块与ISA/PCI总线之间设有数据交换路径，ADMA模块与ISA/PCI总线之间设有数据交换路径。
2.根据权利要求1所述的一种总线型实时高速数据采集卡，其特征在于XPU模块由大规模存储器和时钟控制单元组成，ADMA模块由双口存储器管理器和高速存储管理单元组成。
3.根据权利要求1所述的一种总线型实时高速数据采集卡，其特征在于数字量信号输入路径最高可以配置256路，模拟量信号输入路径每单元32路，最高可以配置128路。
4.根据权利要求1所述的一种总线型实时高速数据采集卡，其特征在于XPU模块与ADMA模块间的数据交换路径带宽为66M。
5.根据权利要求1所述的一种总线型实时高速数据采集卡，其特征在于XPU与ISA/PCI总线的间数据交换路径带宽为66M，ADMA与ISA/PCI总线间的数据交换路径带宽为66M。
全文摘要
本发明公开了一种总线型实时高速数据采集卡，其特征在于在XPU模块上设有数字量信号输入路径，AD转换器上设有模拟量信号输入路径，XPU模块与AD转换器之间设有数据交换路径，ADMA模块与AD转换器之间设有数据交换路径，XPU模块与ADMA模块之间设有数据交换路径，XPU模块与ISA/PCI总线之间设有数据交换路径，ADMA模块与ISA/PCI总线之间设有数据交换路径，本发明实现了实时高速数据与工业计算机间的无缝交换，利用对PC机底层技术的掌握，应用计算机高速总线技术，把实时高速数据通过高带宽的标准总线直接引入计算机，由32位高速CPU对各种数据进行处理，突破了传统后台多单片机处理，实现100MHz的模数取样、实时存储功能，在保证数据传输的可靠性和准确性的同时也大大降低了原有的硬件成本。
文档编号G06F13/14GK1549143SQ0311678
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月8日 优先权日2003年5月8日
发明者王大理, 魏亚桂 申请人:上海虹智电气设备有限公司