數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)綜述【文獻(xiàn)綜述】

畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述電子信息工程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)綜述引言在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集在多個(gè)領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。20世紀(jì)90年代至今，在國(guó)際上技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)在軍事、航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，研究信息數(shù)據(jù)的采集、儲(chǔ)存、處理以及控制等，在雷達(dá)、通信、水聲、遙感、地址勘測(cè)、振動(dòng)工程、無(wú)損檢測(cè)、語(yǔ)音處理、智能儀器、工業(yè)自動(dòng)控制以及生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用⑴。一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)隨著測(cè)控技術(shù)的迅猛發(fā)展，以嵌入式計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)在測(cè)控領(lǐng)域占據(jù)了統(tǒng)治地位②。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、傳輸、儲(chǔ)存等操作的設(shè)備。它涉及到以下技術(shù)：傳感器技術(shù)、模擬信號(hào)處理技術(shù)、模擬轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)抗干擾技術(shù)、誤差分析與處理、人機(jī)接口技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與打印、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)等[3]。二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展方向隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集和測(cè)控技術(shù)將向著高可靠性、高智能化方向發(fā)展。近幾年，新型信息處理技術(shù)如數(shù)據(jù)融合技術(shù)、模糊信息處理技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，在數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在大規(guī)模集成電路發(fā)展的今天，采用軟件編程可以有效降低成本，使系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單。由于互聯(lián)網(wǎng)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅能進(jìn)行遠(yuǎn)程操作與控制，而且可以把數(shù)據(jù)采集結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)顯示在世界各地的WEB瀏覽器中，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和測(cè)試系統(tǒng)的資源和數(shù)據(jù)共享，大大拓展了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的空間。隨著智能測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)就變得十分重要，便于系統(tǒng)的組件、更改、升級(jí)和鏈接，實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)采集與處理。三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式.基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)本文系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)選用了A/D轉(zhuǎn)換芯片,它包括了：多路切換電路,采樣/保持電路,A/D轉(zhuǎn)換器⑷。多路切換電路主要是針對(duì)被測(cè)物理量有多個(gè)，傳統(tǒng)的做法是采用模擬開(kāi)關(guān)來(lái)選擇通道,而現(xiàn)在多根據(jù)軟件設(shè)置對(duì)通道進(jìn)行選擇。采樣/保持電路是為了保證模擬信號(hào)高精度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路。在模擬數(shù)字變換電路中,如果變換期間輸入電壓是變化的,那么就可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)字信號(hào)輸出。采樣/保持電路就是將快速變化的模擬信號(hào)進(jìn)行“采樣”與“保持”，以保證在ADC轉(zhuǎn)換過(guò)程中模擬信號(hào)保持不變。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是計(jì)算機(jī)同外界交換信息所必須的接口器件,因?yàn)樗馨炎匀唤绾蜕a(chǎn)過(guò)程中的模擬量轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理的數(shù)字量⑸。單片機(jī)主要完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的讀取處理,邏輯控制,數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)。串行通信主要是將單片機(jī)與PC機(jī)聯(lián)系起來(lái),以實(shí)現(xiàn)兩者之間的通信。PC機(jī)主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,以達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的⑹。圖1：基于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖.基于DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括DSP、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、JTAG仿真接口以及與計(jì)算機(jī)的通信接口，其中數(shù)據(jù)采集電路由如下幾部分組成：電壓跟隨器、模擬通道開(kāi)關(guān)、AD7663⑺。系統(tǒng)通過(guò)MAX232驅(qū)動(dòng)RS-232標(biāo)準(zhǔn)通信，將轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)通信接口將數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送給主機(jī)。在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了保證各自的信號(hào)穩(wěn)定，在多路模擬通道開(kāi)關(guān)前設(shè)置了電壓跟隨器。系統(tǒng)工作時(shí)，模擬電壓輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓跟隨器輸入給模擬通道開(kāi)關(guān)，當(dāng)其中的某一個(gè)通道開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，與之相連的那一路電壓信號(hào)便得以通過(guò)，然后該路電壓信號(hào)通過(guò)一個(gè)電壓跟隨器，進(jìn)入由DSP控制的AD7663的模擬信號(hào)輸入通道，由AD7663將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。AD7663將轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)通信接口將數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送給主機(jī)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最多可擴(kuò)展至16路模擬信號(hào)采樣⑼。圖2：基于dsp數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖.基于FPGA的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖3所示，是整個(gè)設(shè)計(jì)的原理框圖，首先從外面接入一個(gè)5V電壓信號(hào)，給A/D芯片供電，然后再通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換芯片，分別將其轉(zhuǎn)換成1.5V的電壓信號(hào)和3.3V的電壓信號(hào)口0］。其中1.5V電壓只供給FPGA使用，而3.3V電源同時(shí)為FPGA和EPROM提供電壓。其次，將一個(gè)模擬信號(hào)在A/D芯片的一端輸入，經(jīng)過(guò)A/D芯片將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到FPGA中，通過(guò)對(duì)FPGA編程，使其對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集及其存儲(chǔ)，并輸出一些控制信號(hào)對(duì)A/D芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制，最后再將處理完的數(shù)據(jù)對(duì)外設(shè)進(jìn)行輸出。程序通過(guò)插件以PS或JTAG的方式下載到FPGA芯片中，F(xiàn)PGA掉電數(shù)據(jù)會(huì)丟失，所以用一個(gè)EPROM來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這就是系統(tǒng)的基本原理［11］。在FPGA芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)程序是根據(jù)AD芯片的轉(zhuǎn)換時(shí)序，來(lái)控制AD芯片的轉(zhuǎn)換，以及從AD芯片中讀取數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)在FPGA內(nèi)部的雙口RAM中，再對(duì)外部設(shè)備引出地址線和讀使能線，使后面的DSP芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取或處理。圖3：基于fpga數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖總結(jié)方案1具有精度高、體積小、速度快、處理能力強(qiáng)、可靠性高以及功耗低等優(yōu)點(diǎn)。方案2具有體積小、可靠性高、功能強(qiáng)大、靈活方便，成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成功應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。方案3具有高速、高精度、穩(wěn)定性強(qiáng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。我們可以根據(jù)不同的需要選擇合適的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集任務(wù)，以達(dá)到最佳效果。基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)因其高效、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)采集方面的主流。隨著科技地不斷進(jìn)步，數(shù)據(jù)采集也向著更小、更快、更精確、成本更低的方向發(fā)展，數(shù)據(jù)采集的運(yùn)用也將越來(lái)越廣泛。參考文獻(xiàn)[1]馬明建，周長(zhǎng)城.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2001.[2]沈蘭蓀.數(shù)據(jù)采集技術(shù)[M].合肥:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1990.[3]周林，殷俠等.數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2005.[4]周興，戴勝華基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2006（1）：25-27.[5]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:北京航天航空大學(xué)出版社，2003.[6]楊振江，杜鐵軍，李群.流行單片機(jī)實(shí)用子程序及應(yīng)用實(shí)例[M].西安:西安電子科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