文档介绍：基于CPLD的多路数据采集系统的毕业设计说明书
1 绪论
选课背景及意义
“数据采集”是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成数字量后,再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程,相应的系统称为数据采集系统。随着科技进步,人们对数据采集的要求也越来越高,比如采样频率,分辨率等等。基于单片机的数据采集系统数据处理能力比较低,已经无法达到某些要求。科技的不断创新及半导体工业的发展使得我们将可编程逻辑器件的技术应用到数据采集系统的研究上。同时利用CPLD 强大的数字处理功能和高密集成的特点,降低了硬件的成本,简化了电路设计,具有很好的经济效益和社会效益。有此看出,数据采集系统日趋成熟,应用越来越广泛,发展前景是相当广阔的[1]。
在计算机广泛应用的今天,数据采集的重要性是十分显著的。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。在工业,工程,生产车间等部门,尤其是在对信息实时性能要求较高或者恶劣的数据采集环境中更突出其应用的必要性。这就要求数据采集系统必须具备更高的采样频率,更高的分辨率,来提供更多的原始数据。以前的数据采集系统一般都是以单片机为核心的,随着数据采集要求的不断提高,单片机为核心的数据采集系统已经不能满足要求了。科技进一步发展,就出现了现在的高速数据采集系统。随着各种先进武器系统陆续装备部队,各种问题也随之出现,尤其是在各种武器装备信号检测中都涉及到数据的采集问题,本课题要求对某武器系统的多个弹上数据,如压力、温度等进行采集并显示,要求采样频率1MHz,分辨率10位,显示到小数点后一位[2]。
综合上述,本文设计了一种基于CPLD控制高速AD转换器的数据采集系统。这个系统能大幅度提高数据采集的速度和精度,满足高速数据采集的要求。
数据采集系统的特点
现代数据采集系统具有如下主要特点:
(1)现代采集系统一般都由计算机控制,使得数据采集的质量和效率等大为提高,也节省了硬件投资。
(2)软件在数据采集系统中的作用越来越大,这增加了系统设计的灵活性。
(3)数据采集与数据处理相互结合的日益紧密,形成数据采集与处理系统,可实现从数据采集、处理到控制的全部工作。
(4)数据采集过程一般都具有“实时”特性,实时的标准是能满足实际需要。实时性是指基于计算机的工业数据采集系统应具有的能够在限定的时间内对外来事件做出反应的特性。工业控制计算机及监控管理软件具有时间驱动能力和事件驱动能力,即在按一定的时间周期内对所有事件进行巡检扫描的同时,可以随时响应事件的中断请求。实时性要求计算机有多任务的处理能力,以便将测控任务分解为若干个并行执行的多个任务,加速程序执行速度。将变化并不显著、即使不及时做出反应也不至于造成影响或损害的事件,作为顺序执行的任务,按照一定的巡检周期有规律的执行,而把保持时间很短且需要计算机及时做出反应的事件,作为中断请求源或事件触发信号,为其专门编写处理程序,保证在该事件触发时计算机可以立即响应[3]。
(5)随着电子技术的发展,电路集成度的提高,数据采集系统的体积越来越小,可靠性越来越高,甚至出现了单片数据采集系统。
(6)总线在数据采集系统中有着广泛的应用,总线技术它对数据采集系统结构的发展起着重要作用。
(7)数据采集系统的适应能力。无论是大规模的生产过程采集系统,还是普通的多路信号采集系统,都可以通过选取适当的智能模块设备来构成相应规模的系统,这样的系统实现易于扩展和维护。在计算机、数据采集和控制设备正常工作的情况下,如果电源供应正常、通信线路畅通以及设备状况良好时,系统可稳定可靠的长期运行。另外,采集系统和上位机之间利用数字信号传输代替模拟信号传输,可克服电磁干扰、差模和共模信号干扰等,以适应在恶劣的环境下工作[4]。
国内外研究现状
国外研究现状:
随着国外微电子技术、计数机技术、测控技术和数字通信技术的发展,目前国外数据采集技术已经较初期有了很大的发展。从近来国外公司展示的新产品可以看出,主要的发展可以概括为功能多样,体积减小和使用方便等三个方面。此外,数据采集器的特点还反映在如下几个方面:
(1)它既是一台数据采集器,又是一台功能较全的机器状态分析仪,不仅有常用的时域分析和频域FFT 分析,而且还可以做倒谱、细化、包络谱和时频域分析等功能[5];
(2)它既是采集器,又可以兼做其它仪器来用。如法国迈威公司的MOVILOG 数据采集器,就可作为一台动平衡仪来用,它不但可以做单一平面的动平衡,还可以做六个平面的动平衡[6];
(3)储存量大,从低频到高频频率测量范围宽,能适应机器从低速到高速的各种监测范围需要;
(4)可利用振动传感器或过程传感器或电量传感器等输入多种物理量,如振动加速度、位移、相位、转速、温度