一種通用數據采集系統的設計方案

　　基于NI公司的智能FPGA板卡以及圖形化編程軟件LabVIEW,本文提出了一種通用數據采集系統的設計方案。該方案中所設計的系統與傳統的數據采集系統相比結構簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)周期短、可靠性高、實(shí)時(shí)性好，并且對于不同應用場(chǎng)合，在FPGA邏輯單元足夠多的情況下可以很簡(jiǎn)便地依據實(shí)際情況對其做相應調整，具有較強的通用性。

　　0 引言

　　數據采集是信號分析和處理的重要環(huán)節，在導彈半實(shí)物仿真過(guò)程中快速可靠的實(shí)驗數據為提高仿真精度發(fā)揮著(zhù)重要的作用。傳統的數據采集系統各種數字、模擬信號相互交織，相應的外圍電路龐大，接口復雜，要占用較大的電路板空間，無(wú)法滿(mǎn)足系統的小型化要求，同時(shí)硬件成本也很高。當系統性能指標發(fā)生變化時(shí)，相應的功能電路和與之對應的隔離、濾波等電路以及相關(guān)程序都要改變。這種牽一發(fā)而動(dòng)全身的結構導致系統的可擴展性比較低，系統的通用性比較差。另一方面，早期數據采集系統多是基于復雜可編程邏輯器件(CPLD)設計的，數據的采樣速度和精度都不是很高。

　　隨著(zhù)集成電路技術(shù)的發(fā)展，NI公司的FPGA板卡以其IO 引腳多、片內資源豐富、結構靈活、具有嵌入式控制器的特點(diǎn)獲得了越來(lái)越多的應用，其納秒級的速度可以較大地提高數據采樣的速度和精度。因此，基于NI公司FPGA 板卡的數據采集系統和傳統的數據采集系統相比更能實(shí)時(shí)、快速地監測信號量的變化。而且該系統結構簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)周期短、可靠性高、實(shí)時(shí)性好，能夠完成導彈半實(shí)物仿真的數據采集任務(wù)，具有較強的通用性。

　　1 系統方案設計

　　設計該數據采集系統的主要目的是在導彈半實(shí)物仿真系統中采集導彈的舵信號，將其傳給上位機進(jìn)行運算和仿真。該系統的可擴展性比較好，可以靈活地適應不同的應用場(chǎng)合，具有較強的通用性。

　　系統結構圖如圖1所示，系統實(shí)物圖如圖2所示，將具有數據采集功能和數據通信功能的前端接口電路板卡集成在一個(gè)機箱里面，連接在同一塊背板上由獨立電源統一供電。背板上的四個(gè)接口通過(guò)NI公司專(zhuān)用數據線(xiàn)和安裝在工控機里面的FPGA板卡相連接。通過(guò)FPGA板卡與LabVIEW 圖形化編程開(kāi)發(fā)平臺，實(shí)現工控機與半實(shí)物硬件系統之間的數據采集和控制信號的傳輸。

　　NI 公司FPGA 板卡的I/O 端口從C0~C3 共分為四個(gè)接口，每個(gè)接口40個(gè)端口。通過(guò)LabVIEW平臺進(jìn)行設置可以方便地自由支配、定義任何一個(gè)端口的read/write功能，很好地解決了高速數據采集系統的控制問(wèn)題。也可以由FPGA 板卡向前端接口電路提供統一的時(shí)鐘信號和命令字，使不同功能的電路板卡同步進(jìn)行數據操作。

　　由碼盤(pán)、旋轉變壓器/自整角機等傳感器測量到的舵偏角信息輸入系統之后，按照相應的功能需要接入不同的前端接口板卡進(jìn)行光耦隔離或者經(jīng)過(guò)濾波、放大等處理，經(jīng)由機箱背板電路到達FPGA 端口。通過(guò)FPGA分析和處理的信號之后再被傳入上位機中進(jìn)行存儲、分析、計算、顯示等處理。

　　在FPGA的邏輯單元足夠的情況下，對于不同的應用場(chǎng)合可以很簡(jiǎn)便地通過(guò)增刪不同功能的前端接口電路板實(shí)現相應的使用要求，從而不會(huì )對系統的其他部分產(chǎn)生影響。因此，該系統的可擴展性比較好，可以靈活地適應不同的應用場(chǎng)合，具有較強的通用性。