专利名称：高精度数据采集存储回显装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于数据采集存储技术领域，特别涉及一种简单便捷、高精度、快速有效的数据采集存储回显装置。
背景技术：
随着计算机技术和数字信号处理技术的飞速发展，数据采集存储技术已广泛应用于科研、工业自动化、通信系统、雷达军事、地质勘探、医疗器械等领域。常用的数据采集系统利用A/D数据采集卡或422/485总线板卡配合计算机使用， 数据直接存储硬盘系统。但在一些特殊场合，如高海拔地区气温湿度、海底隧道缺陷检测、 汽车火车行驶记录仪、便携医用监护仪，对数据采集系统要求体积小、成本低、功耗小，并能脱离微机平台。选择单片机作为微控制器，控制模数转换器、存储器及外围电路工作，是目前使用较多的数据采集存储方案。8位、16位单片机指令周期与处理速度限制，无法满足高速数据采集要求。32位数字信号控制器(DSC)系列时钟频率快，处理字节长，可以满足开发要求， 同时兼具信号处理能力，是数据采集系统首选的控制器。采集系统中所涉及到的存储介质主要有三种，其特点分别如下SRAM静态存储器取速度快，回放容易，缺点是需要电池保护数据，且容量相对较小，保存大量数据需要多片芯片的组合；FLASH闪存存储器利用闪存技术，容量大，并且数据不需要电池保护，价格低； 冗余磁盘阵列技术把多块独立的硬盘组合起来形成一个硬盘组，从而提供比单个硬盘更高的存储性能。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种高精度数据采集存储回显装置，其存储速度快，可靠性高，体积小，容量大，掉电可保存， 特别适用于特定环境下的数据采集。本实用新型为解决以上技术问题，所采用的技术方案是一种高精度数据采集存储回显装置，包括输入信号隔离与调理电路、核心板电路、 DA转换电路、IXD参数显示电路、按键控制电路、外部扩展RAM、外部扩展FLASH和输出回显信号调理电路；其中，输入信号隔离与调理电路将输入的小信号进行隔离、阻抗匹配和滤波放大处理后送入核心板电路，核心板电路的通用IO 口连接按键控制电路并检测信号，所述核心板电路连接LCD参数显示电路进行信号的参数显示；核心板电路还分别连接外部扩展 RAM和外部扩展FLASH ；核心板电路的输出端连接DA转换电路，进行DA转换后送入输出回显信号调理电路。上述核心板电路采用TMS320F2812作为主控芯片。采用上述方案后，本实用新型以数字信号控制器(DSC)作为微控制器，充分利用了其超强信号处理能力，同时兼顾其对外围接口的控制。对输入的外部信号经过运算放大器调理后，采用片内的A/D做多种模式设置后采样，并把采样数据的特征参数以LCD人机界面形式显示出来。采集、存储、回显可以按键控制，也可以自动按照软件设置。选择静态存储器SRAM作为中间数据与变量存储介质。闪存FLASH作为存储程序以及采样不掉电丢失数据存储器。采样后的数据可经过D/A做原始信号恢复，同时按照原始波形参数做修正。本实用新型依据的理论核心是Nyquist采样定理即对带限信号，只要保证抽样频率fs大于或等于信号最高频率的2倍，即可由抽样后信号恢复出原模拟信号。由此，本实用新型具有以下改进(1)数据采集存储速度快，精度高。采用单片机作为微控制器，时钟速率低，片内或外部A/D采样速度只能在k(千) 数量级，无法完成高带宽信号。选择数字信号控制器(DSC)则可以采样到M(兆)数量级信号采样；其次，32位字长可以提高数据采集的精度与信号输入的动态范围；(2)小体积、大容量、低成本。选择SRAM、FLASH作为存储器，可以方便特殊环境下系统安装与大容量数据存储。 更重要的是，半导体工业的飞速发展带来了 FLASH单片价格的大幅度下降，使得整个系统成本在市场上与同类产品相比具有很大优势。
图1是本实用新型的处理流程示意图；图2是本实用新型的整体架构图；图3是本实用新型中TMS320F2812的内部功能结构图；图4是本实用新型的主流程图；图5是本实用新型中频率测量显示部分的流程图；图6是本实用新型中采样存储部分的流程图；图7是本实用新型的程序流程图；图8是5kHz方波信号回显效果图；图9是5kHz三角波信号回显效果图；图10是IOkHz正弦波信号回显效果图；图11是FLASH代码DA中断运行检测图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。如图2所示，本实用新型提供一种高精度数据采集存储回显装置，包括输入信号隔离与调理电路、核心板电路、DA转换电路、LCD参数显示电路、按键控制电路、外部扩展 RAM、外部扩展FLASH和输出回显信号调理电路，下面分别介绍。输入信号隔离与调理电路的目的是将输入的小信号进行隔离、阻抗匹配和滤波放大处理，由于F2812(核心板电路)片内ADC模块的模拟输入电压范围为OV +3Vp-p，其引脚最大输入电压范围是-0. 3V +4. 6V，因此需要对模拟输入的双极性信号进行调理，调整到相应的范围内，再输入到F2812的ADC模块。核心板电路以TMS320F2812作为主控芯片。TMS320F2812是32位定点数字信号处理器，主频高达150MHZ，具有单周期32位乘32位乘和累加MAC操作功能。片内具有 128k X 16 位 FLASH (2-14) U8K X 16 位 SARAM (2-12, 2-13)、4KX 16 位的引导 ROM (2-15)。2 个事件管理器EVA和EVB 0-8)、6个CAP捕获单元Q-10)。45个片内外设中断、56个可编程通用数字I/O 口、开门狗模块以及16通道12位ADC(2-9)。M812核心板电路采用内部 ADC单元对输入信号隔离与调理电路的调理信号采样；同时捕获单元O-10)完成输入信号上升沿、下降沿、正脉宽等信息进行测量、并用通用IO 口检测按键控制电路的信号，并控制 LCD参数显示电路完成信号的参数显示，可配合图3所示。 另外，本系统设计为了扩大F2812DSP的存储空间，用F2812的两个引脚XZCS2、 XZCS6AND7作为外部扩展存储器的片选信号。根据每个区容量的大小，外扩了一片静态存储器(即外部扩展RAM)，选用ISSI公司SRAMIS61LV-25616，起始地址0x100000 ；同时考虑到编程需求以及升级，选用SST公司Flash存储器SST39VF-800A(即外部扩展FLASH)扩展 Flash至512K，起始地址0x80000，用于数据采集的掉电存储空间。M812内部的ADC采样信号实时写入IS61LV25616外部扩展RAM，所有掉电保存数据全部SRAM写入后，在M812外部接口 0-11)控制下再写入非易失性存储器SST39VF800A外部扩展FLASH。DA转换电路采用12比特两通道电压型输出TLV5618。片选信号CS、串行时钟输入 SCLK、串行数据输入DIN与TMS320F2812时序逻辑关系用GPI0A0、GPIOAl、GPI0A2通用IO 模拟。DA转换电路在系统上电之后，对非易失性存储介质SST39VF800A外部扩展FLASH事先写入数据依据保存的波形特征参数数模转换回显。经过输出回显信号调理电路处理后可以通过数字示波器对回显效果进行观察。如图1所示，本实用新型工作时，输入的模拟信号经过输入信号隔离与调理电路进行滤波隔离与放大后送A/D模数采样单元，然后以某种介质存储，并对输入信号的重要特征参数进行检测。采样后的数据在掉电状态下保存不丢失，系统重新上电之后能在按键与LCD人机接口作用下回显原始信号数据，从而完成特殊环境下的非实时数据分析。在图2所示系统硬件结构基础上波形采集存储回显系统软件流程可分别参考图 4、图5、图6、图7分别说明。图4是系统软件主流程图。上电后，执行code_start-wd_disable-c_ int00-main()流程，并做PLL倍频、PIE使能、捕获采样IO功能设置。按照系统方案要求设置按键K = 1实现信号频率，幅度大小检测；K = 2做信号采样与片外FLASH写存储；K = 3 则负责掉电后再上电存储存波形数字量模拟回显功能。图5是系统频率测量显示模块流程图。在频率测量阶段，输入信号经过零检测电路处理后，将信号变为方波。TMS320F2812通过设置捕获单元CAP4上升沿实现输入信号频率测定。若捕获第一次上升沿时，寄存器中记录定时器中的数值W，在第二次捕获上升沿时在记录定时器的数值N2，并考虑在这两次捕获中是否定时器产生过上溢而从而重新计数， 因此设置上溢中断来记录两次上升沿定时器产生的中断次数记为COUNT。设定时器周期是 N，两次上升沿计数差值为dletaN = COUNTS+ (N2-Nl)为了确保测试频率测定的准确性，信号频率是做10M次上升沿捕获计算deltaN 后算术滤波得到。图6是系统采样存储模块流程图。在信号采样阶段，采用SEQl单序列顺序采样，采样通道数2，eva定时器周期中断启动ADC采样，采样数据存储在结果寄存器AdcRegs. RESULT0、AdcRegs. RESULT 1中，采样频率由eva事务管理器的EvaRegs. TlPR周期寄存器决定。ADC序列发生器工作在启动停止模式，每次转换结束，在中断服务程序中对ADC序列 SEQl复位到C0NV00。假设对IOHz IOKHz信号采样。选择采样率80KHz，可以满足要求。 IOHz信号采样点数为SOOOsample/周期，IOKHz采样点数为Ssample/周期，满足信号采样定理要求。观12片内AD采样单通道200ns的转换速度以及外部扩展的大容量RAM与FLASH 可以确保不同频率信号的精确采样。采样结果寄存器与输入电压关系见下式
权利要求1.一种高精度数据采集存储回显装置，其特征在于包括输入信号隔离与调理电路、 核心板电路、DA转换电路、LCD参数显示电路、按键控制电路、外部扩展RAM、外部扩展FLASH 和输出回显信号调理电路；其中，输入信号隔离与调理电路将输入的小信号进行隔离、阻抗匹配和滤波放大处理后送入核心板电路，核心板电路的通用IO 口连接按键控制电路并检测信号，所述核心板电路连接LCD参数显示电路进行信号的参数显示；核心板电路还分别连接外部扩展RAM和外部扩展FLASH ；核心板电路的输出端连接DA转换电路，进行DA转换后送入输出回显信号调理电路。
2.如权利要求1所述的高精度数据采集存储回显装置，其特征在于所述核心板电路采用TMS320F2812作为主控芯片。
专利摘要本实用新型公开一种高精度数据采集存储回显装置，包括输入信号隔离与调理电路、核心板电路、DA转换电路、LCD参数显示电路、按键控制电路、外部扩展RAM、外部扩展FLASH和输出回显信号调理电路；其中，输入信号隔离与调理电路将输入的小信号进行隔离、阻抗匹配和滤波放大处理后送入核心板电路，核心板电路的通用IO口连接按键控制电路并检测信号，所述核心板电路连接LCD参数显示电路进行信号的参数显示；核心板电路还分别连接外部扩展RAM和外部扩展FLASH；核心板电路的输出端连接DA转换电路，进行DA转换后送入输出回显信号调理电路。此装置的存储速度快，可靠性高，体积小，容量大，掉电可保存，特别适用于特定环境下的数据采集。
文档编号G05B19/042GK202267846SQ20112042186
公开日2012年6月6日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者李军科 申请人:李军科