高速數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)板卡設(shè)計(jì)

介紹所設(shè)計(jì)的高速數(shù)據(jù)采集高速、大容量存儲(chǔ)卡和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。實(shí)現(xiàn)了用高密度、相對(duì)低速的FLASH存儲(chǔ)器對(duì)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)。A/D采集采用8位的1 GHz A/D轉(zhuǎn)換芯片,高速大容量存儲(chǔ)采用固態(tài)存儲(chǔ)芯片F(xiàn)LASH(閃存)為存儲(chǔ)介質(zhì),FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)為存儲(chǔ)陣列的控制核心,針對(duì)來(lái)自A/D的高速數(shù)據(jù),引入多級(jí)流水和冗余校驗(yàn)技術(shù),能夠屏蔽FLASH的壞塊。實(shí)現(xiàn)了用高密度、相對(duì)低速的FLASH存儲(chǔ)器對(duì)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)。另外,通過(guò)的橋接芯片PCI9656,可以很方便地實(shí)現(xiàn)同主機(jī)的高速的數(shù)據(jù)通信。

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數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)介

將需要測(cè)試的模擬或數(shù)字信號(hào)，自動(dòng)采集并送到上位機(jī)中進(jìn)行分析的過(guò)程是數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集卡是基于ISA、PCI、PCI-E、485、232、USB、以太網(wǎng)、以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等總線接入計(jì)算機(jī)的，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。

數(shù)據(jù)采集卡廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其功能主要有模擬量輸入（AD）、模擬量輸出（DA）、數(shù)字I/O、計(jì)數(shù)器/測(cè)頻器、PWM輸出等。

對(duì)于數(shù)據(jù)采集卡來(lái)說(shuō)，模擬量輸入的信號(hào)主要是外部傳感器經(jīng)信號(hào)處理轉(zhuǎn)變成的電壓或電流。因?yàn)楦咚贁?shù)據(jù)采集卡的采樣頻率接近一些儀器的工作頻率，所以也歸類(lèi)為儀器的范疇，叫數(shù)字化儀（Digitizer）。其主要的規(guī)格參數(shù)包括采樣的通道數(shù)；輸入模式(差分輸入模式或單端輸入模式);極性(單極性或雙極性);輸入范圍(提供多種選擇范圍);分辨率(8/12/16/24bit);采樣方式(輪詢(xún)又稱(chēng)為通道切換、同步又稱(chēng)為并行);采樣速率(幾Hz到幾GHz);采集時(shí)鐘(輪詢(xún)、內(nèi)部、外部);FIFO（緩沖區(qū)）的有無(wú)及大小。

數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)傳輸方式

數(shù)據(jù)傳輸方式是指數(shù)據(jù)采集卡將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)的方式。數(shù)據(jù)采集卡的制造廠商附件中都會(huì)提供相應(yīng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件（DLL）和相應(yīng)的函數(shù)及應(yīng)用方法，并給出常用語(yǔ)言的例程。一般數(shù)據(jù)采集卡有三種方式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

（1）軟件讀取   計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件對(duì)每一次AD采樣發(fā)出命令，等待采樣結(jié)束，然后讀取采樣結(jié)果。超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)兩大模塊，此外，還應(yīng)兼顧后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理部分。這種方式數(shù)據(jù)傳輸速度較慢，占用計(jì)算機(jī)資源較多，在計(jì)算機(jī)全速運(yùn)行的模式下一般可達(dá)30Kbit/s。但這種方式編程簡(jiǎn)單，對(duì)于采樣速度要求不高（<10000K/s）和計(jì)算機(jī)負(fù)荷不重的情況下通常采用這種方式。

（2）中斷方式   計(jì)算機(jī)采用中斷方式接收數(shù)據(jù)采集卡的采集結(jié)果。（2）采樣頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，與AD芯片的轉(zhuǎn)換一個(gè)點(diǎn)所需時(shí)間有關(guān)，例如：AD轉(zhuǎn)換一個(gè)點(diǎn)需要T=10us，則其采樣頻率f=1/T為100K（即100kHz），即每秒鐘AD芯片可以轉(zhuǎn)換100K的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。這種方式計(jì)算機(jī)的資源較少，是一種搞笑的數(shù)據(jù)傳輸方式，適合高速連續(xù)的數(shù)據(jù)采集和處理。不是所有的數(shù)據(jù)采集卡都具有中斷傳輸?shù)墓δ?，這一點(diǎn)在主句采集卡選型的時(shí)候一定要注意，有些數(shù)據(jù)采集卡標(biāo)稱(chēng)具有中斷傳輸功能，但并不可靠，甚至無(wú)法使用。一般要具有中斷傳輸功能并可靠的工作，數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)有FIFO是必要的，沒(méi)有FIFO的數(shù)據(jù)采集卡很難保證中斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?

（3）DMA方式   采集卡與計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存器的直接數(shù)據(jù)存取，這種方式在實(shí)際應(yīng)用中不多。

數(shù)據(jù)傳輸方式很大程度上決定了數(shù)據(jù)采集的速度，標(biāo)稱(chēng)的速度是數(shù)據(jù)采集卡能夠達(dá)到的較大采樣速度，如果不使用恰當(dāng)?shù)膫鬏敺绞剑ǔＪ沁_(dá)不到標(biāo)稱(chēng)采樣速度的。

數(shù)據(jù)采集模塊跟數(shù)據(jù)采集卡有什么區(qū)別？

在遠(yuǎn)程I/O應(yīng)用場(chǎng)合

1、樓宇自動(dòng)化（BuildingAutomation）　樓頂水箱深度、水箱水溫、室內(nèi)煙霧探測(cè)、報(bào)警開(kāi)關(guān)　2、智能交通　拿地鐵舉例：行車(chē)信號(hào)燈、二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)、氧氣濃度監(jiān)測(cè)、煙濃度監(jiān)測(cè)、排風(fēng)扇控制　3、水處理系統(tǒng)（WaterManagementSystem）　水位控制監(jiān)測(cè)及報(bào)警、水流量監(jiān)測(cè)、水污染指數(shù)控制、水溫度監(jiān)測(cè)　4、高速公路智能系統(tǒng)（IntelligentTransportationforHighways）　車(chē)輛通過(guò)探測(cè)、通行信號(hào)燈控制　5、能源管理系統(tǒng)（PowerManagementSystem）　風(fēng)力發(fā)電站舉例、風(fēng)速監(jiān)測(cè)、風(fēng)車(chē)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)、電壓監(jiān)測(cè)、電流監(jiān)測(cè)　6、環(huán)境監(jiān)測(cè)（EnvironmentalMonitoring）　溫度、濕度、風(fēng)速、空氣成分監(jiān)測(cè)　7、工廠自動(dòng)化（FactoryAutomation）　總之：只要是有“自然”界信息的系統(tǒng)，就會(huì)涉及到需要I/O。如果對(duì)采集卡信號(hào)質(zhì)量要求比較高，需要對(duì)其做一些噪聲和電磁屏蔽處理。