基于LabVIEW和ARM嵌入式數據采集與遠程傳輸控制系統

基于嵌入式網(wǎng)絡(luò )的遠程數據采集系統具有不受地理環(huán)境、氣候、時(shí)間的影響，小型便攜，使用靈活方便，交互操作性好，傳輸速率高，可靠性高，功耗低和移動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。目前常用的嵌入式CPU中，ARM由于性?xún)r(jià)比在同類(lèi)產(chǎn)品中比較突出，目前用得越來(lái)越多，尤其是結合開(kāi)源的嵌入式Linux操作系統以后，更是得到越來(lái)越多設計者的青睞。LabVIW作為一種功能強大，簡(jiǎn)單易用和設計靈活的圖形化編程語(yǔ)言，已經(jīng)廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗室所接受，越來(lái)越多地應用在虛擬儀器、測試測量、數據分析、信號處理以及遠程控制中。本設計中，遠程數據采集系統采用基于ARM和嵌入式Linux的方案來(lái)實(shí)現。采用高性能的ARM嵌入式微處理器Samsung S3C2440作為系統的核心，結合數據采集、下變頻、存儲模塊，實(shí)現了數據高速實(shí)時(shí)采集。同時(shí)，利用處理器外部配備的以太網(wǎng)控制器CS8900完成與主機上運行的LabVIEW服務(wù)器通信，實(shí)現數據的傳輸與系統的遠程控制。

1 系統整體結構
采用SamsungS3C2440作為前端數據采集系統的核心控制器件。系統的整體設計任務(wù)分為信號采集與下變頻、數據存儲與傳輸、信號顯示與處理分析等。整體設計方案構架見(jiàn)圖1。信號采集部分采用ADI公司的AD9244完成，AD9244是一款14 bit,40／65 MSPS的高性能ADC。為了滿(mǎn)足AD9244差分輸入的要求，在信號的輸入端配合了AD8138低失真單端轉差分ADC驅動(dòng)芯片。信號采集完成后，送至ADC6620正交數字下變頻器(Digital Down Conversion，DDC)處理，經(jīng)過(guò)抽取和濾波后的I,Q兩路正交信號在其輸出的數據有效以及I／Q指示信號的配合下，由FPGA產(chǎn)生靜態(tài)隨機存取存儲器(static Random Access Memory，SRAM)存儲時(shí)序并存儲至64 K×16 bit的SRAM中。

在FPGA中主要完成SRAM讀寫(xiě)時(shí)序產(chǎn)生、SRAM讀寫(xiě)地址生成、數據通道選擇等工作，FPGA中的邏輯在一個(gè)16 bit的控制字寄存器的控制下有序地工作。當SRAM中存儲一定量的數據后產(chǎn)生中斷信號，提示ARM將數據取走。為了提高系統的速度，ARM采用直接數據存儲(Direct Memory Address，DMA)方式讀取數據。之后運行在A(yíng)RM上的客戶(hù)端程序將數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給遠程主機。遠程主機上的LabVIEW服務(wù)器程序對收到的數據進(jìn)行顯示、頻譜分析、存儲回放等處理，同時(shí)遠程主機的控制信號以及為下變頻器ADC6620設計的濾波器文件也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給客戶(hù)端，實(shí)現遠程控制。

2 現場(chǎng)數據采集系統的硬件設計
2．1 ADC設計
外部模擬信號從SMA(Sub Miniature-A)接口輸入，隔離直流后進(jìn)入AD8138 ADC驅動(dòng)芯片，AD8138將單路輸入信號變成兩路差分信號，送至AD9244轉換。AD9244中幾個(gè)重要引腳的含義及接法：
a)CML(Common　Mode Reference)：串聯(lián)一個(gè)0．1μF的電容后接地。
b)DCS(Duty Cycle Stabilizer)：接+5 V電源時(shí)表示轉換時(shí)鐘為50％占空比，接地表示轉換時(shí)鐘的上升沿與下降沿均由外界控制。本設計中DCS接+5 V電源。
c)SENSE(Internal Reference Control)：接地時(shí)將輸入信號峰峰值的范圍限制為1 V，接VREF時(shí)將輸入信號峰峰值的范圍限制為2 V。本設計中SENSE接VREF。
d)DFS(Data Format Select)：接+5 V電源時(shí)輸出數據格式為補碼，接地時(shí)為直接二進(jìn)制碼輸出。由于A(yíng)DC6620將其輸入數據解釋成補碼，本設計中DFS接+5 V電源。