基于LAN的高集成度數據采集設備研制
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軟件上利用DM642內嵌的DSP/BIOS操作系統和NDK完成網絡控制;利用DSP/BIOS提供的多線程機制實現對數據采集通道的任務管理。實際應用表明該設備設計合理，運行穩定，滿足了實際要求。
本文引用地址：http://www.104case.com/article/227563.htm0 引言
數據采集設備是測試系統中不可缺少的一部分，數據采集需要針對不同類型的需求，需要有高速A/D、低速A/D、數字多用表等功能，傳統數據采集設備是用一種儀器進行一類測試，通過多種儀器組合實現一組完整測試，這種由多種儀器堆疊起來的數據采集系統具有體積和重量較大、成本較高、維護困難等諸多問題。針對這些問題，為完成某系列型號裝備自動測試任務，設計實現了一種高集成度數據采集設備。該設備需實現100 M高速A/D、雙通道隔離A/D、6通道低速A/D和數字多用表功能，采集數據通過LAN傳輸給上位機。輸入前端調理電路支持寬范圍多種信號輸入，并采用超寬輸入范圍的保護電路，實現設備通用性的同時保證其安全可靠。本設計采用DSP+FPGA架構，利用DSP/BIOS實時操作系統，結合TI提供的NDK 網絡開發工具包，選用高集成度芯片，在10 cm×18 cm面積上設計實現該數據采集系統。
1 總體設計
設備的總體結構如圖1所示。設備能夠接入到以太網中，并能夠被計算機遠程訪問。
計算機中網絡通訊程序控制設備進行數據采集并讀取數據。整個設備以DSP+FPGA核心，包含高速A/D、低速隔離A/D、低速非隔離A/D和數字多用表。DSP選用TI公司主頻720 MHz、32 b定點高性能的TMS320DM642,DM642完成了網絡、主控功能。利用DM642的自帶的網絡功能接口，結合TI提供的網絡功能開發包(NDK)實現網絡通訊功能。采用DSP/BIOS實現分配調度線程、數據采集任務和網絡控制傳輸任務，實現對數據采集、存儲和網絡通訊的控制。FPGA選用Altera公司的CycloneⅢ系列低成本工業級的EP3C55F484I8,編寫接口邏輯實現與DM642的數據交互，編寫譯碼邏輯、高速A/D控制邏輯、低速A/D控制邏輯、數字多用表控制邏輯實現數據采集功能。
2 硬件設計
2.1 網絡接口設計
TMS320DM642 自帶一個網絡功能接口，由EMAC控制模塊、EMAC 模塊和MDIO 模塊組成[4],符合IEEE802.3協議，在設計網絡通訊接口時只需要外接一片網絡收發芯片即可，DM642的網絡功能模塊如圖2所示。
網絡收發芯片選用美國國家半導體公司推出的DP83640,其MII接口與DM642 的EMAC 接口直連，MII接口包括接收總線和發送總線，接收部分包括接收數據線RXD[30],接收錯誤標志RX_ER,接收數據有效標志RX_DV 和數據同步接收時鐘信號RX_CLK,當工作在10 Mb/s 時，RX_CLK 為2.5 MHz,工作在100 Mb/s 時，RX_CLK 為25 MHz.發送部分包含發送數據線TXD[30],發送使能位TX_EN,和發送時鐘TX_CLK,同樣，時鐘可以為2.5 MHz或者25 MHz.另外，MII接口帶有沖突檢測信號COL,用于檢測在半雙工模式下發送和接收同時發生的情況。該芯片具有的IEEE1588功能方便日后設備升級時鐘同步功能。
2.2 A/D采集模塊設計
A/D 采集單元分為1 路高速采集和8 路低速采集兩部分，其中低速采集部分，分為2路隔離通道和6路非隔離通道，總圖框圖如圖3 所示。高速采集通道選用14 位的A/D6645,最高采樣率105 MSPS,并行輸出。低速采集通道選用24位的A/DS1278,單片并行8通道，最高采樣率144 KSPS,采用8 路串行輸出，同時采集8 路輸入信號。兩路隔離通道選用A/D215隔離運放。
兩路隔離通道輸入電壓范圍±380 V,輸入阻抗為10 MΩ，1 路高速通道和6 路非隔離通道前端均采用運放衰減，分別實現±5 V 和±40 V 電壓輸入范圍，高輸入阻抗和寬范圍電壓輸入范圍使該設備能夠適應大部分被測系統，實現了設備的通用化。每通道前端采用壓敏電阻和自恢復保險絲設計寬范圍高可靠保護電路，保證設備的穩定性和安全性。
2.3 數字多用表模塊設計
該設備對數字多用表測量速度、精度要求不是很高，但要求電路板的體積盡可能的小，因此在數字多用表電路設計上，選用了MAXIM 公司生產的MAX134 作為測量的核心芯片。MAX134 是單片智能數字多用表專用芯片，在其外圍配置少量元器件，設計簡單的電路即可實現精度達到3位半的數字多用表。該設備的數字多用表功能框圖如圖4所示。采用繼電器實現功能切換;電阻分壓器實現0~400 V交、直流電壓輸入;0.1 Ω和1 Ω采樣電阻實現0~4 A交、直流電流轉換為電壓信號輸入;AC/DC轉換模塊采用有效值轉換芯片A/D637,實現交流信號轉直流;參考穩壓源提供電阻測試的參考電壓，實現0~40 MΩ 電阻測量;外圍元器件實現MAX134 正常工作所需的晶振、電源、濾波等功能。
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