基于CPLD和FIFO的多通道高速数据采集系统的研究油漆刷

基于CPLD和FIFO的多通道高速数据采集系统的研究

基于CPLD和FIFO的多通道高速数据采集系统的研究 2011： 　1　引　言　　随着数字信号处理技术及各种故障分析技术的发展，以及单片机的运算速度的提高，在一些由单片机构成的较小系统中对信号进行实时处理（如谐波分析等）已经成为可能，且越来越受到人们的重视。这就要求作为最底层的数据采集系统，既要具有很高的采样速率，又要能提供更丰富的原始数据信息。　　常规采集方案为：（1）由单片机直接控制的采集方案，这是最简单最常用的控制方案。由于每次采样都要有单片机的参与，需占用单片机的时间，影响其数据处理，而且对于多通道、多个A／D转换器的控制，因所需处理的信息更多，则更加不方便。（2）由DMA控制的采集方案。此方案硬件电路复杂，若与单片机配合使用，需要单片机具有总线挂起功能（Hold功能），否则还需要进行总线切换。在总线挂起的时候，单片机就不能访问外部存储器和外部端口，如果单片机要访问外部数据，也只能等待总线的释放，这样就带来很多不方便，也影响数据的及时处理。　　在电力系统的微机检测系统中或者其他数据巡检系统中，需要对多通道的数据作快速的采集分析，尤其是对于实时性很强的系统，更要求采集获得的数据必须实时准确地反映系统的运行情况，例如，故障录波和实时在线监测系统〔1〕〔2〕。本文提出了一种易与各种单片机系统接口的由纯硬件电路控制的多通道高速数据采集系统。它的自动采样硬件电路主要采用CPLD（Complex Programmable Logic Device）和FIFO（First In FirstOut）技术设计而成。该装置可以实现多路模拟量的高速采集，每一个模数转换器（ADC）可以采集10个通道的数据，并且多个模数转换器件的输出可以以总线形式进行扩展。2　系统设计原理框图和基本设计思想 多通道高速A／D数据采集系统的设计原理框图如图1所示。　　图中模拟输入量1至模拟输入量n是指每一个模数转换器（ADC）的采样通道数，模拟量经过低通滤波器预处理后，再进入采样保持器（S／H），经多路开关（Multi－channelSwitches）分时切换进入模数转换器，通过DSP（Digital SignalProcessing）芯片的触发，在CPLD器件的控制下，进入n个通道的一次循环采样，并将采样数据依顺序打入FIFO器件，DSP在每个采样结束后直接从FIFO芯片中读出数据即可。该多通道高速A／D数据采集系统的设计核心就是在DSP芯片的每一个定时中断时，从FIFO芯片中读入采样数据后，复位FIFO器件，触发CPLD进行硬件时序控制采样，采样过程不需要DSP芯片的参与，DSP芯片可以并行处理主程序中的数据。3　芯片介绍3．1　FIFO存储器件LH5496（H）简介　　LH5496（H）是SHARP公司采用CMOS工艺制造的512×9位可以实现先进先出（FIFO）算法、可以进行异步读写操作的双端口存储器。它提供“全空”（／EF）、“全满”（／FF）、“半满”（／HF）状态标志，用以防止数据溢出或不足。扩展逻辑电路允许多片FIFO进行级联，在字宽和容量深度两方面进行扩展，而且不会增加额外的延时时间〔3〕。LH5496（H）功能引脚如图2所示。 　　芯片管脚说明：D0～D8为数据输入线；Q0～Q8为数据输出线；／RS为复位输入线，低电平有效；／W为写操作输入线，低电平有效；／R为读操作输入线，低电平有效；FL／RT为首次加载／重新发送，低电平有效；／XO／HF为扩展输出／缓冲器半满标志，低电平有效；／XI扩展输入线，低电平有效；／FF为缓冲器全满标志输出线，低电平有效；／EF为缓冲器空标志输出线，低电平有效。　　读写操作会自动访问存储器中的连续存储单元，从FIFO中读出的数据顺序与写入的顺序相同，地址的顺序在内部已经预先定义好，对芯片的操作不需要额外的地址信息。芯片提供对读／写指针的复位功能（／RS），使内部读／写指针同时设置到初始位置。另外，它还对读指针提供单独的复位功能（／RT），仅把读指针设置到初始位置，实现对已读出数据的重新读取。该器件采用9位数据宽度，第9位用作控制位或奇偶校验位，在需要对传输进行奇偶校验的通讯系统中，该位可以被用到。IDT公司的LH5496（H）的存取时间可以有15μs、20μs、25μs、35μs、50μs、65μs、80μs几种选择。　　需要注意的是，这是一个单向的FIFO双端口存储器，即，只能由D0～D8输入数据，由Q0～Q8输出数据，所以，读、写控制线只有一套。也就是说不能作为双向的数据传送。另外，因为这是一个FIFO（先入先出）存储器，所以没有绝对地址的概念，只有读指针和写指针的相对位置。当相对位置为0时，表明存储器空；为所用的存储器的容量时，表明存储器己满。具体包括：　　（1）写操作：只要／FF标志不为0，就可以进行写操作，且可以与读操作同时进行。每写一次数据，写指针自动加一，当写指针与读指针

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