【正文】 是因?yàn)镾3C44B0X 是按字節(jié)編址的，而 SST39VF160 的數(shù)據(jù)是以每一個(gè) 16 位作為一個(gè)數(shù)據(jù)單元； 16 位數(shù)據(jù)總線 DQ15~DQ0 與 S3C44B0X 的低 16 位數(shù)據(jù)總線 DATA31~DATA16 相 連。芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與電路圖如 38 圖所示。 高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的存儲(chǔ)要解決兩方面的問題，一是存儲(chǔ)器的低存儲(chǔ)速度與 A/D 轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)端口的高輸出速率的匹配問題。圖中各部分說明如下：為 AD7663 提供 的模擬電壓基準(zhǔn)，并利用AD8301 對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行跟隨處理，減少電壓波動(dòng)對(duì)采樣信號(hào)的影響。 (4) 5V 的單模擬電源供電； (5) 提供串行接口、并行接口兩種輸 。 A D 8 0 2 1A D R 4 2 1A D 7 6 6 3 D [ 0 1 5 ] / C N V S T B U S Y / C S / R D R E S E TS 3 C 4 4 B 0 X D A T A [ 0 1 5 ]n C A S 0G P G 3n G C S 3n O En R E S E T I N O U T+ 5 V V o u tI NV i n 圖 36 模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路 AD7663 負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能，它支持串行和并行方式輸出，在本設(shè)計(jì)中 AD7663 與 S3C44B0X 以 16 位并行總線的方式連接。通常選擇逐次逼近型或并 行比較型 AD 轉(zhuǎn)換器。其中，積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速度和帶寬都非常低，但它們的精度可以做得很高，并且抑制高頻噪聲和固定的低頻干擾（如 50Hz 或 60Hz）的能力，使其對(duì)于嘈雜的工業(yè)環(huán)境以及不要求高轉(zhuǎn)換速率的應(yīng)用有用（如熱電偶輸出的量化）。C～ +85176。5V） 最低的產(chǎn)品。通道值的選擇與 A0， A1， A2 的邏輯值有關(guān)，如表31 示。 帶串行接口的 16 位模數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路（ ADC），它包含有跟蹤 /保持電路的一個(gè) 低漂移 、 低 噪聲、掩埋式齊納電壓基準(zhǔn)電源。 多路開關(guān)及信號(hào)調(diào)理模塊設(shè)計(jì) 信號(hào)調(diào)理模塊 信號(hào)采集系統(tǒng)中，絕大多數(shù)模擬量輸入都帶有大量的噪聲不能直接輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器中去，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。本設(shè)計(jì)設(shè)置了 LCD 液晶顯示驅(qū)動(dòng)模塊與S3C44B0X 的連接模式，包括接口方式，寄存器的編程。但 高數(shù)高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率很高并且數(shù)據(jù)量很大，采集速度達(dá)到一定的限度就無法進(jìn)行實(shí)時(shí)分 析和 處 理 ，所 以 合 適的 存 儲(chǔ) 器顯 得 很 有必 要 。 系統(tǒng)各模塊功能概述： (1) 多路開關(guān)及信號(hào)調(diào)理模塊 模擬多路開關(guān)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個(gè)重要部分，通常在多路被 測信號(hào)共用一路 A/D 轉(zhuǎn)換器的采集系統(tǒng)中用來把多路信號(hào)有條理的傳送到 A/D 轉(zhuǎn)換器中去，以完成多路信號(hào)的數(shù)據(jù)采集。同樣 S3C44B0X 還采用了一種新的總線結(jié)構(gòu)，即SAMBAII(SAMSUNG ARM CPU 嵌入式微處理器總線結(jié)構(gòu) )。 (4) 結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，性能優(yōu)良。它的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是： (1) 實(shí)時(shí)性強(qiáng)。采樣脈沖信號(hào)在時(shí)間 T 間隔內(nèi)對(duì)原模擬信號(hào)進(jìn)行一次采樣，奈奎斯特定理指出要使采樣信號(hào)能不失真還原為原信號(hào)，就必須要求采樣頻率至少大于兩倍的原信號(hào)最高頻率。其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的核心部分，其性能決定了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的功能。 7 第 2 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集的相關(guān)原理 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本構(gòu)成 通用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有硬件和軟件兩部分組成。 論文的主要內(nèi)容 本文以基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)為核心，并綜合應(yīng)用高精度數(shù)據(jù)采集方法和網(wǎng)絡(luò)通信接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于 ARM 的通用高精度數(shù)據(jù)采集裝置。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，以 Inter 為代表網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用取得了前所未有的突破，數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)隨著 Inter 技術(shù)的發(fā)展取得了一定的成果。這些數(shù)據(jù)采集裝置的主控 CPU 主要采用單片機(jī)或 DSP，通信總線主 要為 PCI 總線或 ISA 總線。串行總線以 RS485 和現(xiàn)場總線 CAN 為代表，適用于遠(yuǎn)程工業(yè)控制領(lǐng)域，但這兩種數(shù)據(jù)采集裝置均存在數(shù)據(jù)吞吐率低的缺點(diǎn) [3]。 80 年代后期，數(shù)據(jù)采集裝置主要由工控機(jī)、單片機(jī)和集成電路組成。 綜上可知，研究通用化高精度數(shù)據(jù)采集技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效提高生產(chǎn)管理的自動(dòng)化水平，對(duì)于提高我國勞動(dòng)生產(chǎn)率和推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的意義 [2]。 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，都是針對(duì)特定的要求研制開發(fā)的，應(yīng)用范圍窄。 第 1 章 緒論 課題的背景及研究意義 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集裝置具有越來越廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。一些微處理器還集成了多種通訊接口和寄存器，可以根據(jù)不同的場合進(jìn)行擴(kuò)展。數(shù)據(jù)采集的目的在于測量電氣信號(hào)或物理量，如電壓、溫度、壓力、流量、液位等。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。并提供了原理圖和總體電路圖，并編寫了程序代碼，最后提出了關(guān)于高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)。單片機(jī)、 ARM、 DSP 等各種微處理器的廣泛應(yīng)用，為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了一個(gè)有效的平臺(tái)。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。本人授權(quán) 大學(xué)可以將 本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除 了基本數(shù)據(jù)采集的功能外，還必須針對(duì)不同行業(yè)領(lǐng)域、不同的現(xiàn)場環(huán)境實(shí)現(xiàn)多種工作模式、多種量程范圍、多種控制方法、多種數(shù)據(jù)傳送和顯示方式以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘的功能等，因此，數(shù)據(jù)采集儀器儀表的種類繁多，更新的速度越來越快。并介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對(duì)本系統(tǒng)的主要芯片進(jìn)行了選型。在科學(xué)研究中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集裝置可獲得被測對(duì)象的動(dòng)態(tài)信息，是研究 瞬間物理過程的有力工具 , 也是獲取科學(xué)奧秘的重要段之一。因此設(shè)計(jì)一款通用的高精度數(shù)據(jù)采集裝置就顯得尤為重要。目的是數(shù)據(jù)采集裝置使用中不依靠相關(guān)的測試文件，可以由對(duì)該數(shù)據(jù)采集裝置不是十分熟悉的人員進(jìn)行操作。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了高性能的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ DAS）。典型代表有單通道數(shù)據(jù)采集裝置 SP201 和 SC247 系列，雙通道數(shù)據(jù)采集裝置 EG3300 和 YE5938系列，小型數(shù)據(jù)采集裝置 902 和 921 系列，溫度、壓力數(shù)據(jù)采集裝置SMC9012 系列，大型多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) eM3000 等。這種數(shù)據(jù)采集卡需要插在 PC 機(jī)的 PCI 插槽上，所以需要將被測信號(hào)從工業(yè)現(xiàn)場傳給 PC 機(jī)，進(jìn)而由 PC 機(jī)控制數(shù)據(jù)采集任務(wù)。目前，國內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡市場由外國公司主導(dǎo)，高速和高精度數(shù) 據(jù)采集方面尤為突出。本文的主要研究內(nèi)容如下： 第一章：本章首先介紹了課題研究的背景，然后介紹了本文所作的主要工作和本文結(jié)構(gòu)安排。首先，對(duì)于采樣率高到一定程度的系統(tǒng)，很難用軟件和常規(guī)的微機(jī)接口對(duì)其采樣、轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行控制。因此理解和掌握采樣定理對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有著重要的意義。一般量化有兩種處理方法，有舍有入和只舍不入。 (2) 可靠性高。 該系統(tǒng)的控制核心 Samsun 公司推出的 16/32 位 RISC 處理器 S3C44B0X。 系統(tǒng)以 S3C44B0X 為數(shù)據(jù)采集模塊核心處理器 ，采用模塊化方法設(shè)計(jì)，按照功能的不同，分為電源電路、通道選擇電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、通信電路、多路開關(guān)及信號(hào)調(diào)理電路、計(jì)算機(jī)人機(jī)交互界面部分，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖 22 所示。信號(hào)調(diào)理電路主要用來對(duì)傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行隔離、變換、放大、濾波等等各種處理，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)輸入電平和信號(hào)質(zhì)量的要求，同時(shí)大大的簡化了信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)，簡化了外圍電路。 (4) 鍵盤模塊 鍵盤掃描過程就是有規(guī)律的時(shí)間間隔查看鍵盤矩陣，以確定是否有鍵被按下。軟件設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件控制部分，它們共 同構(gòu)成了高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 R R5C+55 +5 C V S4+ I N3 I N2R EF5+ V S 7+ R G 8 R G 1O U T 6A D 6 2 3+ V S 7O U T 3 I N 4O U T 5 V S2+ I N8C LK1G N D6M A X 2 9 1 圖 31 信號(hào)調(diào)理電路 AD623 是高精度、低噪聲的儀表放大器， R1 是輸入限流電阻， R2 是增益電阻，調(diào)節(jié)此電阻的值可改變 AD623 的增益 G，算式為 G=100/R1（ kΩ）+1?？膳c大多數(shù)流行的數(shù)字信號(hào)處理器的串行接口直接接口 ， 該輸入可以接收 TTL 或 CMOS 的信號(hào)電平 ， 時(shí)鐘頻率 ，其電路圖如圖 32 所示。它的精度與速度如何將影響到系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)性和系統(tǒng)的性能。12V，也可以采用 5V 單 電源供電，因此非常適合高速低功耗儀器儀表。 傳感器輸入的信號(hào)通過多路開關(guān)及信號(hào)調(diào)理模塊處理后得到比較符合要求的模擬信號(hào)，進(jìn)一步通過信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大電路 AD8021 的處理得到精度較高的、穩(wěn)定的模擬信號(hào)，通過 分辨率高，采樣速率高，功耗小 的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 AD7663 的作用，輸出符合要求的數(shù)字信號(hào)，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。它的優(yōu)點(diǎn)是原 理簡單，便于實(shí)現(xiàn)，不存在延遲問題，適用于中速率而分辨率要求較高的場合。 A/D7663 的輸入阻抗僅為 ，若 MAX308 輸出的信號(hào)直接輸入 18 A/D7663 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的增益誤差。 傳感器輸入的信號(hào)通過多路開關(guān)及信號(hào)調(diào)理模塊處理后得到比較符合 19 要求的模擬信號(hào)，進(jìn)一步通過信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大電路 AD8021 的處理得到精度較高的、穩(wěn)定的模擬信號(hào)，通過 分辨率高，采樣速率高，功耗小 的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 AD7663 的作用，輸出符合要求的數(shù)字信號(hào)，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路如圖 36 所示。 具體過程如下：首先將 CS 置低，然后在 CNVST 端輸入脈沖信號(hào)，AD7663 就在 CNVST 的每個(gè)脈沖信號(hào)的下降沿進(jìn)入啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換過程中， BUSY 端為高電平出接口；在一次轉(zhuǎn)換完 成， BUSY 端電平由高到低以指示本次轉(zhuǎn)換完成，并將數(shù)據(jù)輸出在數(shù)據(jù)總線上。 的信號(hào)輸入。本設(shè)計(jì)采用的是對(duì)高速的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。 本設(shè)計(jì)是以 SST39VF160 為設(shè)計(jì)芯片，詳細(xì)的介紹在 S3C44B0X 上進(jìn)行 Flash ROM 接口設(shè)計(jì)。 A 1 51A 1 42A 1 33A 1 24A 1 15A 1 06A97A88A 1 99NC10W E 11R S T 12NC13W P 14NC15A 1 816A 1 717A718A619A520A421D Q 1 545D Q 744D Q 1 443D Q 642D Q 1 341D Q 1 136D Q 335D Q 1 034D Q 233D Q 932D Q 131D Q 830D Q 029O E 28V s s27C E 26A025D Q 540D Q 1 239D Q 438V D D37A322A223A124Vss46NC47A1648S S T 3 9 V F 1 6 0U4S S T 3 9 V F 1 6 0 1n R E S E Tn W En O En G C S 0V D DD A T A 1 6D A T A 1 7D A T A 1 8D A T A 1 9D A T A 2 0D A T A 2 1D A T A 2 2D A T A 2 3D A T A 2 4D A T A 2 5D A T A 2 6D A T A 2 7D A T A 2 8D A T A 2 9D A T A 3 0D A T A 3 1A D D R 1ADDR2ADDR3ADDR4A D D R 5A D D R 6A D D R 7A D D R 8A D D R 9A D D R 1 0A D D R 1 1A D D R 1 2A D D R 1 3A D D R 1 4A D D R 1 5A D D R 1 6ADDR17A D D R 1 8A D D R 1 9A D D R 2 0 圖 39 Flash ROM 連接電路圖 其引腳功能描述為： SCLK：系統(tǒng)時(shí)鐘； nSCS： 片選； SCKE： 時(shí)鐘使能； A0～ A11： 行 /列地