[實(shí)用新型]高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200820141731.8
• 申請(qǐng)日: 2008-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN201247466Y
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何宏;王紅君;孫虹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/40
• 分類號(hào): G06F17/40
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 侯 力

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種新型高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已滲透到地質(zhì)勘探、醫(yī)療器械、雷達(dá)、測(cè)控等眾多技術(shù)領(lǐng)域，人們對(duì)數(shù)據(jù)的采樣速率提出了越來越高的要求。在模數(shù)變換(Analog?Digital，AD)采樣系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的晶體振蕩器加以為電路和濾波電路的模擬方式已不能滿足這一要求，而采用專用的時(shí)鐘芯片的時(shí)鐘模塊的靈活性又不夠，當(dāng)前新的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是使用FPGA(FieldProgrammable?Gate?Array，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)技術(shù)，采用FPGA的內(nèi)部專用時(shí)鐘模塊和邏輯資源來構(gòu)建能滿足系統(tǒng)要求的靈活的高精度時(shí)鐘模塊。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的橋梁，其應(yīng)用日趨廣泛。當(dāng)前不斷涌現(xiàn)的新理論、新算法，加之?dāng)?shù)字信號(hào)處理器件性能的提高，推動(dòng)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展。目前常用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的速率一般在幾MSps～幾百M(fèi)Sps(Millionsamplesper?second，百萬(wàn)抽樣/秒)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過緩沖存儲(chǔ)器送入到性能較低的DSP(Digital?Signal?Processing，數(shù)字信號(hào)處理)處理器，或者通過各種總線送入微機(jī)，于是所采集的數(shù)據(jù)得不到及時(shí)的處理，難以滿足數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性的要求，并且所采用的采樣控制接口電路需要占用大量的DSP資源和總線資源。

參見圖1，在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，AD的控制和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存可通過微處理器來進(jìn)行控制。這種方式用于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將會(huì)浪費(fèi)大量的CPU(Central?processing?unit，中央處理器)資源，而對(duì)于MCU(Micro?Controller?Unit，微型控制單元，也稱為單片微型計(jì)算機(jī))來說，根本不可能控制高速數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)過程。因?yàn)橐话銓D轉(zhuǎn)換的結(jié)果讀入，然后再轉(zhuǎn)存到片外的存儲(chǔ)器(如圖示的RAM)中，此過程至少需要4個(gè)機(jī)器周期，采用傳統(tǒng)的微處理器或者ARM(Advanced?RISC?Machines，高級(jí)RISC微處理器)的方案，根本不能滿足系統(tǒng)的需要。

近幾年隨著數(shù)字革命的推進(jìn)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)也取得了迅猛的發(fā)展。在電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展今天，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已經(jīng)成為信息獲取的最重要的手段之一。同時(shí)各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?shù)字信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性，集成度和靈活性也提出了更高的要求。己有的低速，非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)很難滿足這種高端需求。

在一些智能儀器中，經(jīng)常需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)操作。例如，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)中需要采集田地中每一個(gè)采樣點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、產(chǎn)量和濕度等信息，這樣采樣點(diǎn)會(huì)有成千上萬(wàn)，于是產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，目前保證這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題之一。對(duì)基于PC機(jī)的智能儀器，這些數(shù)據(jù)可直接以DOS或Windows文件的形式存入硬盤，而對(duì)于基于單片機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，則由于系統(tǒng)處理速度慢、沒有操作系統(tǒng)支持和存儲(chǔ)容量小等原因，難以滿足上述要求。通常單片機(jī)所支持的存儲(chǔ)單元的RAM(random-access?memory，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、EEPROM(Electrically?Erasable?Programmable?Read-OnlyMemory，電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)或小容量的Flash存儲(chǔ)芯片，它們的一個(gè)共同特點(diǎn)是受到尋址空間的限制，不能滿足海量存儲(chǔ)的要求，無法高速實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)，因此對(duì)于高速多通道數(shù)據(jù)采集，普通單片機(jī)很難滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性和同步性的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種新型高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以高速實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)所采集數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)。

為此，本實(shí)用新型提供了一種新型高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括：

信號(hào)源，用于輸出模擬信號(hào)給模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將信號(hào)源輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成可編譯的數(shù)字信號(hào)并輸出；

現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA芯片，用于存儲(chǔ)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)并控制數(shù)字信號(hào)的輸入與輸出；

數(shù)據(jù)流運(yùn)算處理模塊，用于對(duì)FPGA芯片所輸出的數(shù)字信號(hào)流進(jìn)行信號(hào)處理。

優(yōu)選地，所述FPGA芯片包括：用于緩存數(shù)據(jù)的第一雙口隨機(jī)存取存儲(chǔ)器DPRAM和第二雙口隨機(jī)存取存儲(chǔ)器DPRAM，以及用于對(duì)第一DPRAM或第二DPRAM進(jìn)行讀寫控制的邏輯控制模塊。

優(yōu)選地，所述第一DPRAM和第二DPRAM組成乒乓工作方式。