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本科毕业设计说明书
基于 的高速数据采集卡的设计
学院〔部〕:电气与信息工程学院
专业
学生
指导
年 月 日
.学习帮手.

.专业整理.
基于的高速数据采集卡的设计
摘要
论文还从宏观和微观两个方面来分析数据采集卡的各个组成部分。从宏观上分析
了采集系统中各个芯片间的数据流向、速度匹配和具体通信方式的选择等问题。使用
乒乓机制降低了数据处理的速度来降低中的预处理难度使处理时序余量
更加充裕。在与通信方式上使用传输大大提高了数据传输的速率并
解放了后端的处理器。设计从宏观上优化数据传输的效率充分发挥器件的性能
并提出了一些改进系统性能的方案。从微观实现上数据是从前端数据调理电路进入
转换器再由采集转换器输出的数据后经过数据的触发、成帧等预处理
预处理后的数据再传输给后端的处理器最后由处理器送给显示。微观
实现的过程中遇到了很多问题主要是在数据的采集和采集数据的传输上。在后期
的系统调试中遇到了采集数据错位、与通信效率低下还有中预处理
时序紧等问题通过硬件软件部分的修改问题都得到一定程度的解决。
在整个数据采集卡的设计过程中还遇到高速设计、硬件设计可靠性、设计冗余性
和可扩展性等问题这些都是硬件设计中的需要考虑和重视的问题在论文的最后一章有
详细论述。
关键词:高速数据采集,触发,高速PCB设计,高速ADC
ABSTRACT
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KEYWORDS:High-speed Data Acquisition, Triggering,
High-speed PCB High-speed, A/D converter
9绪论
9-9引言
数计算机技术在飞速发展微机应用日益普与深入微机在通信、自动化、工业自动
控制、电子测量、信息管理和信息系统等方面得到广泛的应用。在冶金、化工、医学
和电器性能测试等许多应用场合需要同时对多通道快变的模拟信号进行采集、预处理
暂存和向上位机传送再由上位机进行数据分析处理、自动报表生成、信号波形显示和
输出打印等处理。
随着大规模集成电路技木的迅速发展微处理器、存储器、输入/输出等外围接
口器件的性能不断提高体积越来越小价格越来越低使数据采集器不断向智能化、
小型化发展使智能化仪器的研制已经成为当今研制的主要方向。模拟仪器存在输出
动态围小对大动态信号处理线性差因而精度低、信号不可记录等缺点。在模拟
电子技术领域中由于使用了包括模数转换器件在内的数字器件因而在精度、简化
电路结构、灵活、方便等方面取得很大的进步。模拟技术和数字技术混合运用以综合
发挥两者的优势己是电子技术发展的必然趋势。而且微处理器由于价格越来越低功
能也不断增强。以数字化仪器为主的数据采集处理技术越来越广泛地应用于工业过程
.

.
控制与实时观察工业生产的动态与趋势。传统获取现场数据的方法效率低、误差大、
难以输入计算机。而数据采集器是一种具有现场实时数据采集、处理功能的自动化设
备它具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输等功能。
为现场数据的真实性、有效性、即时性、可用性提供了保证并能方便输入计算机
已广泛应用在工业、农业、商业、交通、物流、仓储等行业。
9-:数据采集与处理系统概述
数据采集与处理系统的任务就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能
识别的数字信号送进计算机处理、存储、传输和显示以便实现对某些物理量的监视;
其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。
随着计算机技木的飞速发展和普与数据采集系统也迅速地得到应用。在生产过
程中应用这一系统可对生产现场的工艺参数进采集、监视和记录为提高产品质量、降
低成本提供信息和手段。在科学研究中应用数据采集系统可获得大量的动态信息是研
究瞬间物理过程的有力工具也是获取科学奥秘的重要手段之一。总之不论在哪个应用
领域中数据采集与处理越与时工作效率就越高取得的经济效益就越大。
数据采集系统性能的好坏主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下应有
尽可能高的采样速度以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。
9-;数据采集卡主要的性能指标
根据设计要求本课题研制的数据采集卡主要有以下的技术指标和要求:
9-单通道模拟输入信号最高采样率为:<=;
:-分辨率:>+
;-单通道模拟输出9?位分辨率采样率最高9@<;
?-支持电平、上升7下降沿等常见触发;
<-支持:;:输出;
A-八路数字7输出。
9-?本文主要研究工作
论文的主要任务是基于的高速数据采集卡的硬件设计并且针对具体的方案
讨论如何提高采集的性能。这一部分在今后的进一步研究中有重要的意义具体的研究
内容如下:
9-数据采集卡的整体设计方案选择和芯片选型。
:-各芯片间数据通信方案选择各部分处理速度分析。
;-高速设计与调试。
?-前端采集与预处理整个系统的逻辑控制。
.

.
<-高速内部寄存器配置控制模拟数据输出。
:系统设计概述和主要器件选型
:-9系统设计方案
整个系统是由前端模拟通道、触发电路、数据采集预处理、数据模拟输出四
部分组成。数据采集预处理分为7数据采集、触发控制、帧控制、控
制器四个部分模拟数据经过7装换后在中缓冲缓冲之后使用触发控制将采集
到的数据分成<9:个数据点组成的数据帧数据按照帧的顺序传输经过存储后
具体的数据采集系统的硬件结构图如下图:9所示:
图:9数据采集卡硬件结构图
:-:芯片选型
7转换器是整个采集系统的核心系统前端模拟电压调理电路、数据采集和
后端的采集控制部分都与7直接相关7芯片的选择不但关系到系统设计的性能而
且直接决定了整板设计的难度。
基于综合考虑我们选用了")!,.公司生产的B?>=芯片B?>=采样
率高达:<=、>位转换精度同时保持士=-:<优良的微分线形误差CD。
该技术指标比具有相同转换速率的同类高两倍。为了减小系统的功耗芯片采用
;-;E电源供电工作时钟为差动解码时钟内置有基准电压源和采样跟踪保持电路。
B?>=支持多路分配的7输出逻辑和低电压差分信号CED输出。在
多路分配模式下B?>=可以交叉存储模式或并行模式以半时钟速率在两个
>+通道中移动数据。当工作在E输出模式时B?>=通过单一输出通道以全时
钟速率输出数据以达到最佳的输出性能。
由于B?>=在方面的优良性能使其适合运用在数字示波器和网络分析仪等
要求精确明显输入信号较小的应用中同时也适合要求高采样率和高宽带宽的应用场合
因此B?>=是本设计中所需的最佳选择。
B?>=的模拟输入驱动着一个高带宽的跟踪保持电路;然后经过一个>+的
内核对其信号进行采样、量化;最后把量化的数字信号通过E输出。同时内部
还包括了一个可以接受、、E等输入电平的基准电压源以确保
B?>=更容易的使用。由于设计时使用两层板设计为了保证输出信号的回流面
积尽可能小数据输出和采集时钟都选择E。
:-;芯片选型
.
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xxiang85
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