数据采集系统设计与实现

　　在现代控制系统中，数据采集系统就像控制系统的“眼睛”和“耳朵”一样，成为控制系统不可或缺的重要部分。它是各种控制系统获取信息的一种重要途径。本采集系统采用ADI公司生产的12位模数转换器AD7862，它是一款高速、低功耗、双核12位模数转换器。能够满足系统对采样和采样速度的要求。控制器件采用dsPIC30F6010A数字信号控制芯片，它是Microchip公司生产的高性能16位数字信号控制器，内核包含一个DSP引擎，从而能够显着增强系统的运算和吞吐能力。

　　在某些数据采集系统中，不仅对数据采集系统的和实时性提出要求，而且要求其具有数据存储功能，为了实现存储功能，本系统使用SD卡。SD卡（Seeure Digital Memory Card）为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它具有存储容量大，速度快等特点，被广泛用于便携式装置上。

　　数据采集（DAQ），是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。

　　数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛引用在各个领域。比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。

　　被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据量测是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。数据采集含义很广，包抱对面状连续物理量的采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量（或包括物理量，如灰度）数据。

　　1 AD7862简介

　　AD7862是一款高速、低功耗、双核12位模数转换器（ADC），采用+5 V单电源供电。该器件内置2个4μs逐次逼近型ADC、2个采样保持放大器、1个+2.5 V内部基准电压源和1个高速并行接口。其内部结构如图l所示。

　　由于AD7862内置2个ADC和2个采样保持放大器，可以对2路模拟输入信号进行同时采样和转换，从而保留这两个模拟输入信号的相对相位信息。这一功能适用在逆变器采集系统中。它共有4个模拟输入，分成2个通道（A和B），通过AO输入选择通道。每个通道的2个输入（VA1与VA2或VB1与VB2）使用不同的ADC和采样保持放大器可同时进行采样和转换。该器件可接收的模拟输入范围为±10 V（AD7862～10）、±2.5 V（AD7862-3）和O～2.5 V（AD7862-2）。本系统采用AD7862-10。模拟输入均具有过压保护，允许输入电压分别达到±17 V、±7 V或+7 V而不会造成损坏。

　　转换开始信号低电平有效，同时将2个采样保持放大器置于保持状态，并启动两个输入转换操作。转换开始后，置BUSY信号为高电平，表示转换还未结束，当再次回到低电平时，表示转换结束，此时便可读取2个通道的转换结果。AO为低电平时，读取VA1或VA2；A0为高电平时，读取VB2或VB2。该器件的时序如图2所示。

　　2 dsPIC30F6010A简介

　　16位dsPIC30F6010A数字信号控制器是16位处理器系列。它是dsPIC30F电机控制和电源转换系列，用于支持电机控制应用，也适用于不间断电源、逆变器、开关电源及相关设备。

　　内部有144 KB片上闪存程序空间，8 KB片上数据RAM，4 KB非易失性数据EEPROM：工作速度可达30MI/s；5个16位定时器/计数器；可选择将16位定时器配对组成32位定时器模块；16位捕捉输入功能；8个PWM输出通道：具有互补或独立输出模式、边沿对齐模式和中心对齐模式，4个占空比发生器、互补模式的死区时间控制：2个UART、2个SPI、1个I2C总线和2个CAN总线：I/O引脚数为68个。

　　dsPIC30F601OA处理器采用改进的哈佛架构，具有独立的程序和数据存储器总线。在执行访问数据RAM当前指令的同时可从程序存储器中预取下一条指令，这就加快了处理速度。数据空间为64 KB，大多数指令将其看作一个线性地址空间。当使用某些DSP指令，如DSP乘法指令时，该存储空间被分成2块，分别称为X和Y数据空间。因此，这些DSP指令支持双操作数读操作，即，同一条指令可同时从X存储空间和Y存储空间中取数据。

　　3 系统设计

　　本采样系统主要分为硬件部分设计和软件部分设计。硬件部分是以dsPIC30F601OA为控制和处理，去控制AD7862和SD卡来实现数据的高、实时采集和实时存储。软件部分主要由控制器I/O引脚的初始化、模数转换开始控制、数据读取和数据存储等部分组成。

　　SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、个人数码助理（PDA）和多媒体播放器等。SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。大小犹如一张邮票的SD记忆卡，重量只有2克，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。

　　3.1 硬件部分实现

　　数据采集系统以16位dsPIC30F6010A数字信号控制器作为系统的控制和数据处理，产生控制信号控制AD7862实现高的实时数据采集。AD7862共需4个控制信号，分别为、AO、和。为转换开始控制信号，A0为读取通道选择控制信号，它控制该通道进行A/D转换和读取其A/D转换结果。为读控制信号，低电平有效，当为低电平时可以按顺序读取VA1、VA2或VBl、VB2上的A/D转换结果。通过以上分析共需3个控制信号，即dsPIC230F6010A的I/O接口RB8、RB9和RBl0，通过软件产生。

　　AD7862还产生BUSY信号，通过它告知控制器A/D转换完成，可以读取结果。dsPIC30F6010A的中断控制器支持5种外部中断请求信号：IN-T0～INT4。这些输入是边沿敏感的；它们要求一个由低到高或由高到低的跳变以产生一个中断请求。数据转换结果通过dsPIC30F60IOA的I/O口，读到控制器内部。AD7862与控制器的电路连接图如图3所示。

　　3.2 软件部分实现

　　软件部分流程如图5所示，系统启动后先初始化I/O、SD卡、AD7862和设置INT0中断，为A/D采样和数据存储做准备。由于AD7862有两个通道。需对这两个通道分别进行A/D转换，先采样A通道后采样B通道，具体是哪个通道由AO决定，也就是控制器的RB8引脚。

　　数据采集过程中要获知A/D转换已结束的方法有：

　　1）定时 使用定时器，转换开始后过一段时间读取转换结果；

　　2）扫描扫描BUSY引脚，当变为低电平时，即可知转换结束，读取转换结果；

　　3）中断 BUSY作为中断信号，输入到INTO中，并设置为从高到低触发中断，当转换结束后，BUSY信号由高变低，触发中断。

　　本系统采用第3种方法，即中断方法。中断服务子程序如图6所示，进入中断服务子程序后，首先清中断标示，然后分两次读取，即Vx1和Vx2（X代表A或B），读完之后对数据进行处理并存储到SD卡相应位置中，置采样结束标示。

　　4 结束语

　　数据采集系统采用dsPIC30F6010A、AD7862和SD卡组成了高性能12位并行数据采集及存储系统。介绍了硬件电路的连接，然后进行了数据采集的软件设计与实现。实践表明，通过对模数转换器件的正确使用，完全可以达到很高的采样，并能满足系统实时性的需要。通过外扩模拟电路部分，可以用于各种高高速的数据采集存储系统。