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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要技術指標包括數(shù)據(jù)轉換速率和記錄容量
來源:www.17phone.net 發(fā)布時間:2023年06月13日
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要技術指標包括數(shù)據(jù)轉換速率和記錄容量。在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,單片機直接控制A/D轉換器,數(shù)據(jù)采集一般要經(jīng)過啟動A/D轉換、讀取A/D轉換值、將數(shù)據(jù)存入存儲器、修改存儲器地址指針、判斷數(shù)據(jù)采集是否完成等過程。由于數(shù)據(jù)采集的功能主要通過軟件來實現(xiàn),因此,其采樣速率一般在1MHz以下。在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,單片機不再承擔A/D轉換的控制、數(shù)據(jù)的讀出與存儲工作,這些操作由專門的高速數(shù)字電路完成。通過高速數(shù)字電路,實現(xiàn)A/D轉換的數(shù)據(jù)和存儲器之間的直接傳輸。
高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已在雷達、聲納、軟件無線電、瞬態(tài)信號測試等領域得到廣泛應用。它的關鍵技術是高速ADC技術、數(shù)據(jù)存儲與傳輸技術和抗干擾技術。
系統(tǒng)組成
高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩部分。在數(shù)據(jù)采集時,必須以很高的速度采集數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理時并不需要與數(shù)據(jù)采集同樣高的速率進行。因此,高速數(shù)據(jù)采集需要有一個數(shù)據(jù)緩存單元,先將采集的數(shù)據(jù)有效的存儲,然后根據(jù)系統(tǒng)需要進行數(shù)據(jù)處理。 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常由單片機、高速緩存、高速A/D轉換器組成。
單片機
單片機,也稱單片微型計算機。它是把ZY處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出端口(I/O)等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。
高速緩存是關鍵部件,其構成方案有三種:
(1)高速SRAM切換方式。高速SRAM只有一套數(shù)據(jù)、地址和控制總線,可通過三態(tài)緩沖門分別接到A/D轉換器和DSP上。當A/D采樣時,SRAM由三態(tài)門切換到A/D轉換器一側,以使采樣數(shù)據(jù)寫入其中。當A/D采樣結束后,SRAM再由三態(tài)門切換到DSP一側以便DSP進行讀寫。這種方式的優(yōu)點是SRAM可隨機存取,同時較大容量的高速SRAM容易得到且價格適中,缺點是切換控制電路比較復雜,且只能由A/D轉換器和DSP分時讀寫。
(2)前面先出(FIFO)方式。 FIFO存儲器就象數(shù)據(jù)管道一樣,數(shù)據(jù)從管道的一頭流入、從另一頭流出,前面入的數(shù)據(jù)先流出。FIFO具有兩套數(shù)據(jù)線而無地址線,可在其一端寫操作而在另一端讀操作,數(shù)據(jù)在其中順序移動,因而能夠達到很高的傳輸速度和效率,且由于省去了地址線而有利于PCB板布線。缺點是只能順序讀寫數(shù)據(jù),因而顯得比較呆板,而且大容量的高速FIFO非常昂貴;
(3)雙口RAM。 雙口RAM具有兩套獨立的數(shù)據(jù)、地址和控制總線,因而可從兩個端口同時讀寫而互不干擾,并可將采樣數(shù)據(jù)從一個端口寫入而由DSP從另一個端口讀出。雙口RAM也能達到很高的傳輸速度,并且具有隨機存取的優(yōu)點,缺點是大容量的高速雙口RAM很難得且價格昂貴。
高速A/D轉換器
高速A/D轉換器常采用并行A/D轉換器或并/串行A/D轉換器,由電阻分壓器、比較器、緩沖寄存器和編碼器組成。
基本功能
一般來說,高速采集系統(tǒng)的任務是采集各種類型傳感器輸出的模擬信號并轉換成數(shù)字信號后輸入計算機處理,得到特定的數(shù)據(jù)結果。同時將計算得到波形和數(shù)值進行顯示,對各種物理量狀態(tài)監(jiān)控。
基本原理
高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已在雷達、聲納、軟件無線電、瞬態(tài)信號測試等領域得到廣泛應用。它的關鍵技術是高速ADC技術、數(shù)據(jù)存儲與傳輸技術和抗干擾技術。
系統(tǒng)組成
高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩部分。在數(shù)據(jù)采集時,必須以很高的速度采集數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理時并不需要與數(shù)據(jù)采集同樣高的速率進行。因此,高速數(shù)據(jù)采集需要有一個數(shù)據(jù)緩存單元,先將采集的數(shù)據(jù)有效的存儲,然后根據(jù)系統(tǒng)需要進行數(shù)據(jù)處理。 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常由單片機、高速緩存、高速A/D轉換器組成。
單片機
單片機,也稱單片微型計算機。它是把ZY處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出端口(I/O)等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。
高速緩存是關鍵部件,其構成方案有三種:
(1)高速SRAM切換方式。高速SRAM只有一套數(shù)據(jù)、地址和控制總線,可通過三態(tài)緩沖門分別接到A/D轉換器和DSP上。當A/D采樣時,SRAM由三態(tài)門切換到A/D轉換器一側,以使采樣數(shù)據(jù)寫入其中。當A/D采樣結束后,SRAM再由三態(tài)門切換到DSP一側以便DSP進行讀寫。這種方式的優(yōu)點是SRAM可隨機存取,同時較大容量的高速SRAM容易得到且價格適中,缺點是切換控制電路比較復雜,且只能由A/D轉換器和DSP分時讀寫。
(2)前面先出(FIFO)方式。 FIFO存儲器就象數(shù)據(jù)管道一樣,數(shù)據(jù)從管道的一頭流入、從另一頭流出,前面入的數(shù)據(jù)先流出。FIFO具有兩套數(shù)據(jù)線而無地址線,可在其一端寫操作而在另一端讀操作,數(shù)據(jù)在其中順序移動,因而能夠達到很高的傳輸速度和效率,且由于省去了地址線而有利于PCB板布線。缺點是只能順序讀寫數(shù)據(jù),因而顯得比較呆板,而且大容量的高速FIFO非常昂貴;
(3)雙口RAM。 雙口RAM具有兩套獨立的數(shù)據(jù)、地址和控制總線,因而可從兩個端口同時讀寫而互不干擾,并可將采樣數(shù)據(jù)從一個端口寫入而由DSP從另一個端口讀出。雙口RAM也能達到很高的傳輸速度,并且具有隨機存取的優(yōu)點,缺點是大容量的高速雙口RAM很難得且價格昂貴。
高速A/D轉換器
高速A/D轉換器常采用并行A/D轉換器或并/串行A/D轉換器,由電阻分壓器、比較器、緩沖寄存器和編碼器組成。
基本功能
一般來說,高速采集系統(tǒng)的任務是采集各種類型傳感器輸出的模擬信號并轉換成數(shù)字信號后輸入計算機處理,得到特定的數(shù)據(jù)結果。同時將計算得到波形和數(shù)值進行顯示,對各種物理量狀態(tài)監(jiān)控。
基本原理
是基于DSP的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),一般包括:AD模數(shù)轉換芯片、SDRAM動態(tài)數(shù)據(jù)存儲元件、Flash靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲元件、HPI主機接口、USB接口、PCI接口等。典型的數(shù)字信號處理過程。輸入信號可以是語音信號、調制后的電話信號、編碼的數(shù)字信號、壓縮的圖像信號,也可以是各種傳感器輸?出的信號。如果輸人信號的幅度較小或者過大,一般都需要經(jīng)過放大器單元將輸入信號幅度放大或者縮小后,送到AD進行模數(shù)轉換;如果輸入信號帶有較大的噪聲,一般需要經(jīng)過一個硬件的模擬濾波單元,將信號濾波整形后,送到AD進行模數(shù)轉換。AD能將模擬信號變換成數(shù)字信號,但必須滿足奈奎斯特采樣定理,也就是為了保證不丟失信息的所有信息,采樣頻率必須高于輸入信號很高頻率的2倍,一般為5倍以上。AD變換后得到的數(shù)字信號輸人到DSP芯片;再由DSP芯片對該數(shù)字信號進行各種數(shù)字信號算法的處理。
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