畢業論文文獻綜述電子信息工程數據采集系統綜述引言在計算機廣泛應用的今天，數據采集在多個領域有著十分重要的應用。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。20世紀90年代至今，在國際上技術領先的國家，數據采集技術已經在軍事、航空電子設備及宇航技術、工業等領域得到廣泛應用。數據采集技術是信息科學的一個重要分支，研究信息數據的采集、儲存、處理以及控制等，在雷達、通信、水聲、遙感、地址勘測、振動工程、無損檢測、語音處理、智能儀器、工業自動控制以及生物醫學工程等領域有著廣泛的應用⑴。一、數據采集系統隨著測控技術的迅猛發展，以嵌入式計算機為核心的數據采集系統已經在測控領域占據了統治地位②。數據采集系統是將現場采集到的數據進行處理、傳輸、儲存等操作的設備。它涉及到以下技術：傳感器技術、模擬信號處理技術、模擬轉換和數模轉換技術、信號處理技術、數據采集系統抗干擾技術、誤差分析與處理、人機接口技術、數據存儲與打印、數據傳輸技術、虛擬儀器技術等[3]。二、數據采集系統發展方向隨著科學技術的發展，數據采集和測控技術將向著高可靠性、高智能化方向發展。近幾年，新型信息處理技術如數據融合技術、模糊信息處理技術和神經網絡技術等，在數據采集和現代測試系統中得到了廣泛的應用。在大規模集成電路發展的今天，采用軟件編程可以有效降低成本，使系統更加簡單。由于互聯網的普及，基于網絡的數據采集系統，不僅能進行遠程操作與控制，而且可以把數據采集結果通過網絡顯示在世界各地的WEB瀏覽器中，實現了數據采集和測試系統的資源和數據共享，大大拓展了數據采集系統的空間。隨著智能測試技術的發展，現代數據采集系統的通用化和標準化設計就變得十分重要，便于系統的組件、更改、升級和鏈接，實現大范圍內的數據采集與處理。三、數據采集系統的結構形式.基于單片機的數據采集系統本文系統的結構如圖1所示。系統選用了A/D轉換芯片,它包括了：多路切換電路,采樣/保持電路,A/D轉換器⑷。多路切換電路主要是針對被測物理量有多個，傳統的做法是采用模擬開關來選擇通道,而現在多根據軟件設置對通道進行選擇。采樣/保持電路是為了保證模擬信號高精度轉換為數字信號的電路。在模擬數字變換電路中,如果變換期間輸入電壓是變化的,那么就可能產生錯誤的數字信號輸出。采樣/保持電路就是將快速變化的模擬信號進行“采樣”與“保持”，以保證在ADC轉換過程中模擬信號保持不變。模/數轉換器是計算機同外界交換信息所必須的接口器件,因為它能把自然界和生產過程中的模擬量轉換成計算機存儲和處理的數字量⑸。單片機主要完成系統數據的讀取處理,邏輯控制,數據傳輸等任務。串行通信主要是將單片機與PC機聯系起來,以實現兩者之間的通信。PC機主要是對數據進行處理分析,以達到實時控制的目的⑹。圖1：基于單片機數據采集系統的結構框圖.基于DSP數據采集系統該數據采集系統的總體結構如圖2所示，主要包括DSP、數據采集電路、數據存儲器、JTAG仿真接口以及與計算機的通信接口，其中數據采集電路由如下幾部分組成：電壓跟隨器、模擬通道開關、AD7663⑺。系統通過MAX232驅動RS-232標準通信，將轉化的數字信號進行數據處理后，通過通信接口將數據定時發送給主機。在系統的結構設計中，為了保證各自的信號穩定，在多路模擬通道開關前設置了電壓跟隨器。系統工作時，模擬電壓輸入信號經過電壓跟隨器輸入給模擬通道開關，當其中的某一個通道開關打開時，與之相連的那一路電壓信號便得以通過，然后該路電壓信號通過一個電壓跟隨器，進入由DSP控制的AD7663的模擬信號輸入通道，由AD7663將輸入的模擬信號轉化為數字信號。AD7663將轉化的數字信號進行數據處理后，通過通信接口將數據定時發送給主機。該數據采集系統最多可擴展至16路模擬信號采樣⑼。圖2：基于dsp數據采集系統的結構框圖.基于FPGA的數據采集系統如圖3所示，是整個設計的原理框圖，首先從外面接入一個5V電壓信號，給A/D芯片供電，然后再通過電壓轉換芯片，分別將其轉換成1.5V的電壓信號和3.3V的電壓信號口0］。其中1.5V電壓只供給FPGA使用，而3.3V電源同時為FPGA和EPROM提供電壓。其次，將一個模擬信號在A/D芯片的一端輸入，經過A/D芯片將其轉換成數字信號輸入到FPGA中，通過對FPGA編程，使其對輸入的數字信號進行采集及其存儲，并輸出一些控制信號對A/D芯片的模數轉換進行控制，最后再將處理完的數據對外設進行輸出。程序通過插件以PS或JTAG的方式下載到FPGA芯片中，FPGA掉電數據會丟失，所以用一個EPROM來存儲數據，這就是系統的基本原理［11］。在FPGA芯片內部設計程序是根據AD芯片的轉換時序，來控制AD芯片的轉換，以及從AD芯片中讀取數據并將其存儲在FPGA內部的雙口RAM中，再對外部設備引出地址線和讀使能線，使后面的DSP芯片對數據進行讀取或處理。圖3：基于fpga數據采集系統的原理框圖總結方案1具有精度高、體積小、速度快、處理能力強、可靠性高以及功耗低等優點。方案2具有體積小、可靠性高、功能強大、靈活方便，成本低等優點，現已成功應用于工業現場。方案3具有高速、高精度、穩定性強、使用方便等優點。我們可以根據不同的需要選擇合適的數據采集系統進行數據采集任務，以達到最佳效果。基于單片機的數據采集系統因其高效、體積小、功耗低等優點已經成為數據采集方面的主流。隨著科技地不斷進步，數據采集也向著更小、更快、更精確、成本更低的方向發展，數據采集的運用也將越來越廣泛。參考文獻[1]馬明建，周長城.數據采集與處理技術[M].西安：西安交通大學出版社，2001.[2]沈蘭蓀.數據采集技術[M].合肥:中國科學技術大學出版社，1990.[3]周林，殷俠等.數據采集與分析技術[M].西安:西安電子科技大學出版社，2005.[4]周興，戴勝華基于單片機的數據采集系統設計[J].儀器儀表標準化與計量，2006（1）：25-27.[5]李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京:北京航天航空大學出版社，2003.[6]楊振江，杜鐵軍，李群.流行單片機實用子程序及應用實例[M].西安:西安電子科技大學出版社，2002.[7]鄭力新，周凱汀，方瑞明，等.DSP多路同步數據采集板設計[J].華僑大學學報：自然科學版，2004，25（2）：145-149.HendrickTom.InterfacingtheADS8364totheTMS320F2812DSPTISLAA163[R].TexasInstrumentsInc,2002.HendrickTom.SoftwareControloftheADS8364TISLAA1