基于ISA總線(xiàn)的高速同步數據采集系統設計

隨著(zhù)大規模集成的電路的飛速發(fā)展，PC機性能不斷提高。在PC機擴展槽中嵌入以高性能微處理器為核心的智能型功能卡，可以組成綜合性能極佳的分布式控制系統。這種結構方式可充分利用微處理器的控制功能、PC機的快速數據處理能力，以及多任務(wù)工作方式等特點(diǎn)。對于這種分布式控制系統，主機要頻敏接收到來(lái)自擴展卡從機所采集的數據、工作狀態(tài)等信息；向從機發(fā)送控制命令或處理數據等。這種主、從機之間的通訊，根據應用條件的不同有多種方式。但在數據傳輸速度較高、數據量較大且需經(jīng)常交換信息的場(chǎng)合，采用雙口共享RAM緩沖區方式是最合適的。

為了用單片機實(shí)現對微秒級甚至納秒級高速瞬變信號進(jìn)行采樣，研究了一種基于ISA總線(xiàn)、GPS同步時(shí)鐘、用硬件電路實(shí)現高速數據采集、高速尋址以及存儲的技術(shù)，保證了高速瞬態(tài)信號的實(shí)時(shí)采集。對于變化速極快、過(guò)程極短的高速瞬態(tài)信號的采集，需要高速A/D轉換單元、大量數據存儲單元、高速尋址和快速存儲等。

由于所采集的信號是高頻信號，用常規則方法受到單片機本身運行速度的限制，不僅造成成本提高，而且對高頻、遠距離多路信號的信號處理增加困難，有時(shí)無(wú)法區別所采集信號的真偽。通過(guò)對8051單片機的外圍進(jìn)行有效的擴展，采取在數據采集時(shí)由硬件實(shí)現采集和存儲，采集完畢后由8051系列單片機進(jìn)行數據處理和通信，比較好地解決了二者的矛盾。



筆者研制的高速數據采集板采樣頻率為20MSPS；A/D轉換字長(cháng)為8位，并且采樣速率可變；存儲容量為512K字節，符合ISA總線(xiàn)標準?？蓮V泛用于電力測量、繼電保護和故障定位等。

1 硬件系統基本工作原理

硬件電路框圖如圖1所示，它是由CPU1及CPU2基本系統、視頻閃爍ADC轉換器、高速緩存RAM、雙口RAM、地址計數器、采樣頻率控制、時(shí)序控制及譯碼電路等部分組成。

根據需要CPU采用DS80C320單片機。在時(shí)鐘頻率為33MHz條件下，單周期指令執行時(shí)間是110納秒，充分發(fā)揮高速A/D轉換芯片的性能。DS80C320內部有三個(gè)16位定時(shí)器/計數器、二個(gè)全雙工串行口、十三個(gè)中斷源（六個(gè)外部中斷端）、二個(gè)數據指針DPTR0和DPTR1。在33MHz晶振時(shí)，ALE的輸出信號頻率是8.25MHz。