一种便携式数据采集卡及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种便携式数据采集卡及其方法，数据采集卡包括机壳和机芯电路，所述的机壳的前面板设置有模拟信号输入接口、时钟输入接口、时钟输出接口、触发输入接口和外部差分数字信号输入接口，所述的机壳的后面板上设置有USB接口、RJ45接口、电源接口和电源指示灯。数据采集方法包括数据采集卡的4路AD采样数据分别缓存到采集卡4片DDR2中，数据缓存结束后，再通过FPGA和MCU之间接口导入到MCU中的DMA缓存中，最终通过MCU的USB3.0接口将数据传输到上位机。本发明的数据采集卡能够对模拟信号、数字信号进行采集，能够支持单通道、双通道及四通道的数据采集，同时支持内部时钟和外部时钟输入。
【专利说明】一种便携式数据采集卡及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数据采集卡，特别是一种便携式数据采集卡及其方法。
【背景技术】
[0002]数据采集，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集卡，即实现数据采集功能的计算机扩展卡，可以通过USB、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。
[0003]数据采集卡用于对各种类型的数据进行采集，随着现代设备朝向数字化、信息化的高速发展，数据采集卡在各个领域得到越来越广泛的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种便携式数据采集卡及其方法，该数据采集卡能够对模拟信号、数字信号进行采集，能够支持单通道、双通道及四通道的数据采集，同时支持内部时钟和外部时钟输入，采集卡带4片DDR2，每片容量为256MB，总量为1GB，采集的数据在采集卡实时缓存后，通过USB3.0接口传输到采集卡外部。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种便携式数据采集卡，它包括机壳和机芯电路，所述的机壳的前面板设置有模拟信号输入接口、时钟输入接口、时钟输出接口、触发输入接口和外部差分数字信号输入接口，所述的机壳的后面板上设置有USB接口、RJ45接口、电源接口和电源指示灯；
所述的机芯电路包括AD转换器、FPGA、时钟管理芯片、DDR2和MCU，所述的AD转换器将采集到的数据传输到FPGA，FPGA将数据缓存到DDR2中，缓存IS的采样数据后，FPGA根据MCU的指令将采集的数据传输给MCU，MCU将数据传输到USB的DMA中，通过USB将数据传输到上位机。
[0006]所述的模拟信号输入接口有四路，所述的AD转换器有两个，各与两路模拟信号输入连接，所述的DDR2有四片，各存储一路模拟信号采集的数据。
[0007]所述的AD转换器采用AD9650-105M，板卡时钟管理芯片选用AD9516，MCU采用CY3014。
[0008]所述的USB接口为USB3.0接口，所述外部差分数字信号输入接口为含有21对差分线的J30J接口，所述的电源接口为四芯单排的CH10-5.08-4接口，所述的模拟信号输入接口、时钟输入接口、时钟输出接口、和触发输入接口均采用SMA接口。
[0009]一种便携式数据采集卡采集数据的方法，它包括以下步骤:
51:采集卡电源开启，数据采集卡开始对模拟信号进行AD采样；
52:DDR2缓存IS的采样数据后，停止采样；
53=MCU发送开始数据传输指令给FPGA ； 54: FPGA接收开始数据传输指令，从DDR2中读取数据，并通过GPIF写数据到SlaveFIFO ；
55=MCU检测到数据后，通过GPIF套接字向USB的DMA写数据；
56=USB读取DMA缓冲区的数据后传输到采集卡外部。
[0010]它还包括USB套接字清空缓存区已传输数据并通知GPIF的步骤。
[0011]本发明的有益效果是:本发明提供了一种便携式数据采集卡及其方法，该数据采集卡能够对模拟信号、数字信号进行采集，能够支持单通道、双通道及四通道的数据采集，同时支持内部时钟和外部时钟输入，采集卡带4片DDR2，每片容量为256MB，总量为1GB，采集的数据在采集卡实时缓存后，通过USB3.0接口传输到采集卡外部。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为数据采集卡结构图；
图2为数据采集卡后面板布局图；
图3为数据采集卡电路图；
图4为数据采集方法框图；
图中，1-机壳，2-模拟信号输入接口，3-时钟输出接口，4-时钟输入接口，5-触发输入接口，6-外部差分数字信号输入接口，7-电源接口，8-RJ45接口，9-USB接口，10-电源指示灯。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0014]如图1、图2和图3所示，一种便携式数据采集卡，它包括机壳I和机芯电路，所述的机壳I的前面板设置有模拟信号输入接口 2、时钟输入接口 4、时钟输出接口 3、触发输入接口 5和外部差分数字信号输入接口 6，所述的机壳I的后面板上设置有USB接口 9、RJ45接口 8、电源接口 7和电源指示灯10 ；
所述的机芯电路包括AD转换器、FPGA、时钟管理芯片、DDR2和MCU，所述的AD转换器将采集到的数据传输到FPGA，FPGA将数据缓存到DDR2中，缓存IS的采样数据后，FPGA根据MCU的指令将采集的数据传输给MCU，MCU将数据传输到USB的DMA中，通过USB将数据传输到上位机。
[0015]所述的模拟信号输入接口有四路，所述的AD转换器有两个，各与两路模拟信号输入连接，所述的DDR2有四片，各存储一路模拟信号采集的数据。
[0016]所述的AD转换器采用AD9650-105M，板卡时钟管理芯片选用AD9516，MCU采用CY3014。
[0017]所述的USB接口为USB3.0接口，所述外部差分数字信号输入接口为含有21对差分线的J30J接口，所述的电源接口为四芯单排的CH10-5.08-4接口，所述的模拟信号输入接口、时钟输入接口、时钟输出接口、和触发输入接口均采用SMA接口。
[0018]如图4所示，一种便携式数据采集卡采集数据的方法，它包括以下步骤:
S1:采集卡电源开启，数据采集卡开始对模拟信号进行AD采样； 52:DDR2缓存IS的采样数据后，停止采样；
53:MCU发送开始数据传输指令给FPGA ；
54: FPGA接收开始数据传输指令，从DDR2中读取数据，并通过GPIF写数据到SlaveFIFO ；
55=MCU检测到数据后，通过GPIF套接字向USB的DMA写数据；
56=USB读取DMA缓冲区的数据后传输到采集卡外部。
[0019]它还包括USB套接字清空缓存区已传输数据并通知GPIF的步骤。
[0020]数据采集卡的4路AD采样数据分别缓存到采集卡4片DDR2中，数据缓存结束后，再通过FPGA和MCU之间接口导入到MCU中的DMA缓存中，最终通过MCU的USB3.0接口将数据传输到上位机。时钟管理芯片选用AD9516，支持2路外部时钟输入，时钟输出可以通过FPGA的SPI接口进行配置，实现采样要求的56MHz、70MHz和10MHz采样时钟。信号采集在触发信号的上升沿开始采集，采样点与触发信号对齐，外部预留J30J接口，连接直接输入的数字差分信号，用于直接缓存传输数字信号，板卡预留RJ45接口实现串口数据通信，便于调试。
【权利要求】
1.一种便携式数据采集卡，其特征在于:它包括机壳(I)和机芯电路，所述的机壳(I)的前面板设置有模拟信号输入接口(2)、时钟输入接口(4)、时钟输出接口(3)、触发输入接口(5)和外部差分数字信号输入接口(6)，所述的机壳(I)的后面板上设置有USB接口(9)、RJ45接口(8)、电源接口(7)和电源指示灯(10)； 所述的机芯电路包括AD转换器、FPGA、时钟管理芯片、DDR2和MCU，所述的AD转换器将采集到的数据传输到FPGA，FPGA将数据缓存到DDR2中，缓存IS的采样数据后，FPGA根据MCU的指令将采集的数据传输给MCU，MCU将数据传输到USB的DMA中，通过USB将数据传输到上位机。
2.根据权利要求1所述的一种便携式数据采集卡，其特征在于:所述的模拟信号输入接口有四路，所述的AD转换器有两个，各与两路模拟信号输入连接，所述的DDR2有四片，各存储一路模拟信号采集的数据。
3.根据权利要求1所述的一种便携式数据采集卡，其特征在于:所述的AD转换器采用AD9650-105M，板卡时钟管理芯片选用AD9516，MCU采用CY3014。
4.根据权利要求1所述的一种便携式数据采集卡，其特征在于:所述的USB接口为USB3.0接口，所述外部差分数字信号输入接口为含有21对差分线的J30J接口，所述的电源接口为四芯单排的CH10-5.08-4接口，所述的模拟信号输入接口、时钟输入接口、时钟输出接口、和触发输入接口均采用SMA接口。
5.如权利要求1所述的一种便携式数据采集卡采集数据的方法，其特征在于:它包括以下步骤: 51:采集卡电源开启，数据采集卡开始对模拟信号进行AD采样； 52:DDR2缓存IS的采样数据后，停止采样； 53=MCU发送开始数据传输指令给FPGA ； 54: FPGA接收开始数据传输指令，从DDR2中读取数据，并通过GPIF写数据到SlaveFIFO ； 55=MCU检测到数据后，通过GPIF套接字向USB的DMA写数据； 56=USB读取DMA缓冲区的数据后传输到采集卡外部。
6.根据权利要求5所述的一种便携式数据采集卡采集数据的方法，其特征在于:它还包括USB套接字清空缓存区已传输数据并通知GPIF的步骤。
【文档编号】G06F17/40GK104361143SQ201410704922
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】龙宁, 张星星 申请人:成都龙腾中远信息技术有限公司