基于ISA總線(xiàn)的高速同步數據采集系統設計

CPU1主要用于數據采集、與PC機通訊；CPU2用于接收GPS時(shí)間報文，GPS時(shí)間報文可在任何時(shí)刻由CPU1從與之相接的雙口RAM2中讀取。高速雙端口RAM IDT7130（2K×8位）、IDT7134（4K×8位），內部具有判決電路以防止因對某一單元同時(shí)操作而產(chǎn)生沖突。雙口RAM1IDT7134主要用于CPU1存放采集的數據、同步時(shí)間信息及工作狀態(tài)等，供PC機定時(shí)取用，同時(shí)也接收來(lái)自PC機的命令。雙口RAM2 IDT7130其容量為2K字節，主要用于CPU1與CPU2交換GPS的同步時(shí)鐘信息。

對高速數據采集技術(shù)而言，最為重要的是系統的分辨率、精度與通過(guò)速率。特別是系統通過(guò)速率，是區別高速數據采集與一般數據采集最為關(guān)鍵的一項技術(shù)指標。在硬件的具體實(shí)現過(guò)程中，則需要考慮兩個(gè)方面：（1）A/D轉換器的轉換時(shí)間；（2）轉換后的數據存儲時(shí)間[2]。

1.1 高速A/D轉換

A/D轉換采用閃爍ADC器件AD9048，其最大轉換速率為35MSPS，分辨率為8位。利用高速雙極工藝制造，采樣速率快，頻帶寬，無(wú)代碼遺失，輸入電容?。▋H為16pF），功耗低（為500mW）。AD9048內部時(shí)鐘鎖定比較器可使編碼邏輯電路和輸出緩沖寄存器作在35MSPS的高速，并避免了多數系統對取樣保持電路（S/H）和跟蹤保持電路（T/H）的需要。數字輸入、輸出及控制電平與TTL兼容。AD589和AD741、2N3906等構成穩壓可調電路，提供給9048的RB、RT接地。AD9618作為輸入緩沖放大器[3]。由于A(yíng)D9048的數據輸出沒(méi)有三態(tài)門(mén)控制，故在輸出加上74LS241作三態(tài)門(mén)控制。AD9048是否工作取決于輸入轉換脈沖信號，在脈沖信號上升沿取樣。轉換脈沖來(lái)自采樣頻率控制電路中的8254分頻器的輸出。

1.2 高速尋址

對于高速數據采集系統，A/D轉換應不受CPU控制。每當ADC轉換一次后，由控制電路發(fā)出相應的信號，將ADC轉換結果寫(xiě)入高速緩存RAM某單元中，再使地址計數器加1，直到地址計數器記滿(mǎn)后產(chǎn)生采樣結束信號，封鎖RAM寫(xiě)信號，利用二進(jìn)制地址發(fā)生器的最高位通過(guò)中斷方式通知主機采樣已完成。

地址計數器可根據地址位數由若干同步記有選舉權器級聯(lián)而成，五片74LS163可構成19位地址形成電路。計數器每收到一個(gè)脈沖即產(chǎn)生一個(gè)地址。地址的初值可通過(guò)時(shí)序控制電路清零。若采用循環(huán)地址，則在計數滿(mǎn)后，用進(jìn)位信號迫使計數器的同步預置電平發(fā)生變化，使計數器恢復初值，進(jìn)入新一輪計數。

1.3 快速存儲

單片機與上位PC機間串口通訊的數據傳輸速率往往不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)要求；DMA通道最的大數據傳輸率也不超過(guò)5MB/s[1]，這顯然無(wú)法滿(mǎn)足本系統中高達20MB/s的采樣速度。為了解決高速數據采集與低速數據傳輸的矛盾，在單片機系統中，數據存儲器選用雙端口RAM IDT7134（圖1中RAM1）。在上位PC主機與單片機之間建立了一個(gè)4K字節大小的緩沖區，單片機只須將經(jīng)過(guò)預處理的采樣值通過(guò)一個(gè)端口存放緩沖區，上位PC主機通過(guò)另一端口從緩沖區取數據。這樣就解決了高速采樣與低速數據傳輸的矛盾，可滿(mǎn)足實(shí)時(shí)采集和控制的要求。