基于LAN的高集成度數據采集設備研制
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軟件上利用DM642內嵌的DSP/BIOS操作系統和NDK完成網(wǎng)絡(luò )控制;利用DSP/BIOS提供的多線(xiàn)程機制實(shí)現對數據采集通道的任務(wù)管理。實(shí)際應用表明該設備設計合理，運行穩定，滿(mǎn)足了實(shí)際要求。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/227563.htm0 引言
數據采集設備是測試系統中不可缺少的一部分，數據采集需要針對不同類(lèi)型的需求，需要有高速A/D、低速A/D、數字多用表等功能，傳統數據采集設備是用一種儀器進(jìn)行一類(lèi)測試，通過(guò)多種儀器組合實(shí)現一組完整測試，這種由多種儀器堆疊起來(lái)的數據采集系統具有體積和重量較大、成本較高、維護困難等諸多問(wèn)題。針對這些問(wèn)題，為完成某系列型號裝備自動(dòng)測試任務(wù)，設計實(shí)現了一種高集成度數據采集設備。該設備需實(shí)現100 M高速A/D、雙通道隔離A/D、6通道低速A/D和數字多用表功能，采集數據通過(guò)LAN傳輸給上位機。輸入前端調理電路支持寬范圍多種信號輸入，并采用超寬輸入范圍的保護電路，實(shí)現設備通用性的同時(shí)保證其安全可靠。本設計采用DSP+FPGA架構，利用DSP/BIOS實(shí)時(shí)操作系統，結合TI提供的NDK 網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)工具包，選用高集成度芯片，在10 cm×18 cm面積上設計實(shí)現該數據采集系統。
1 總體設計
設備的總體結構如圖1所示。設備能夠接入到以太網(wǎng)中，并能夠被計算機遠程訪(fǎng)問(wèn)。
計算機中網(wǎng)絡(luò )通訊程序控制設備進(jìn)行數據采集并讀取數據。整個(gè)設備以DSP+FPGA核心，包含高速A/D、低速隔離A/D、低速非隔離A/D和數字多用表。DSP選用TI公司主頻720 MHz、32 b定點(diǎn)高性能的TMS320DM642,DM642完成了網(wǎng)絡(luò )、主控功能。利用DM642的自帶的網(wǎng)絡(luò )功能接口，結合TI提供的網(wǎng)絡(luò )功能開(kāi)發(fā)包(NDK)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通訊功能。采用DSP/BIOS實(shí)現分配調度線(xiàn)程、數據采集任務(wù)和網(wǎng)絡(luò )控制傳輸任務(wù)，實(shí)現對數據采集、存儲和網(wǎng)絡(luò )通訊的控制。FPGA選用Altera公司的CycloneⅢ系列低成本工業(yè)級的EP3C55F484I8,編寫(xiě)接口邏輯實(shí)現與DM642的數據交互，編寫(xiě)譯碼邏輯、高速A/D控制邏輯、低速A/D控制邏輯、數字多用表控制邏輯實(shí)現數據采集功能。
2 硬件設計
2.1 網(wǎng)絡(luò )接口設計
TMS320DM642 自帶一個(gè)網(wǎng)絡(luò )功能接口，由EMAC控制模塊、EMAC 模塊和MDIO 模塊組成[4],符合IEEE802.3協(xié)議，在設計網(wǎng)絡(luò )通訊接口時(shí)只需要外接一片網(wǎng)絡(luò )收發(fā)芯片即可，DM642的網(wǎng)絡(luò )功能模塊如圖2所示。
網(wǎng)絡(luò )收發(fā)芯片選用美國國家半導體公司推出的DP83640,其MII接口與DM642 的EMAC 接口直連，MII接口包括接收總線(xiàn)和發(fā)送總線(xiàn)，接收部分包括接收數據線(xiàn)RXD[30],接收錯誤標志RX_ER,接收數據有效標志RX_DV 和數據同步接收時(shí)鐘信號RX_CLK,當工作在10 Mb/s 時(shí)，RX_CLK 為2.5 MHz,工作在100 Mb/s 時(shí)，RX_CLK 為25 MHz.發(fā)送部分包含發(fā)送數據線(xiàn)TXD[30],發(fā)送使能位TX_EN,和發(fā)送時(shí)鐘TX_CLK,同樣，時(shí)鐘可以為2.5 MHz或者25 MHz.另外，MII接口帶有沖突檢測信號COL,用于檢測在半雙工模式下發(fā)送和接收同時(shí)發(fā)生的情況。該芯片具有的IEEE1588功能方便日后設備升級時(shí)鐘同步功能。
2.2 A/D采集模塊設計
A/D 采集單元分為1 路高速采集和8 路低速采集兩部分，其中低速采集部分，分為2路隔離通道和6路非隔離通道，總圖框圖如圖3 所示。高速采集通道選用14 位的A/D6645,最高采樣率105 MSPS,并行輸出。低速采集通道選用24位的A/DS1278,單片并行8通道，最高采樣率144 KSPS,采用8 路串行輸出，同時(shí)采集8 路輸入信號。兩路隔離通道選用A/D215隔離運放。
兩路隔離通道輸入電壓范圍±380 V,輸入阻抗為10 MΩ，1 路高速通道和6 路非隔離通道前端均采用運放衰減，分別實(shí)現±5 V 和±40 V 電壓輸入范圍，高輸入阻抗和寬范圍電壓輸入范圍使該設備能夠適應大部分被測系統，實(shí)現了設備的通用化。每通道前端采用壓敏電阻和自恢復保險絲設計寬范圍高可靠保護電路，保證設備的穩定性和安全性。
2.3 數字多用表模塊設計
該設備對數字多用表測量速度、精度要求不是很高，但要求電路板的體積盡可能的小，因此在數字多用表電路設計上，選用了MAXIM 公司生產(chǎn)的MAX134 作為測量的核心芯片。MAX134 是單片智能數字多用表專(zhuān)用芯片，在其外圍配置少量元器件，設計簡(jiǎn)單的電路即可實(shí)現精度達到3位半的數字多用表。該設備的數字多用表功能框圖如圖4所示。采用繼電器實(shí)現功能切換;電阻分壓器實(shí)現0~400 V交、直流電壓輸入;0.1 Ω和1 Ω采樣電阻實(shí)現0~4 A交、直流電流轉換為電壓信號輸入;AC/DC轉換模塊采用有效值轉換芯片A/D637,實(shí)現交流信號轉直流;參考穩壓源提供電阻測試的參考電壓，實(shí)現0~40 MΩ 電阻測量;外圍元器件實(shí)現MAX134 正常工作所需的晶振、電源、濾波等功能。
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