1 引 言
传统的数据收集体系一般选用单片机，体系大多经过PCI总线完结数据的传输。其缺陷是数学运算才能差；受限于计算机插槽数量和中止资源；不便利于衔接与装置；易受机箱内电磁环境的影响。这些问题遏止了依据PCI总线的数据收集体系的进一步开发和运用。因此，需求一种更为简洁通用的方法完结收集体系和计算机数据的交互。
数据收集体系功用的好坏，首要取决于它的精度和速度。在确保精度的条件下应尽或许地进步采样速度，以满意实时收集、实时处理和实时操控的要求。实践标明，选用ARM 32位嵌入式微处理器作为操控器，用USB（通用串行总线）和上位机衔接构成的数据收集体系能大大进步体系数据处理的才能，下降对PC机和接口速度的依靠。
2 体系硬件规划
完结体系功用的基本思路是：以CPLD／FPGA完结仪器的数字渠道，和ARM嵌入式处理器及单片机一同完结对整机的智能操控和高速的数据处理。
2．1 体系框图
体系原理方框图如图1所示，该体系首要由微处理器、数字逻辑渠道、输入操控、A，B通道输入处理、C通道输入处理、整形、A／D转化、采样时序操控、键盘液晶显现、存储器扩展等模块构成。
2．2 体系结构图
体系硬件如图2所示，运用一片规划较小的CPLD和一片规划较大的FPGA组合构成体系的数字逻辑渠道。CPLD首要用作输入操控，FPGA则衔接了体系的其他各个部分。CPLD／FPGA可完结现场编程，运用CPLD／FPGA可使规划便利，运用它灵敏、校验快以及规划可随意改动的特色，可大大缩短研发时刻。
2．3 首要部分功用
2．3．1 微处理器
体系选用由Philips公司出产的ARM 32位微处理器LPC2105作为主CPU，进行高速的数据处理，用8位单片机P89C51RD2作为辅CPU，进行速度较慢的数据处理，操控其他外围芯片和模块完结A，B通道模仿带宽100 MHz、峰值电压±100 V和C通道二极管通断、电压、电流、电阻值的数据收集功用。
2．3．2 A，B通道部分
经过主动增益电路（AGC）即程序操控放大器，将被测模仿信号调度到合适ADC芯片（AD9288）采样的规模。依据频率的巨细和触发方法，运用实时采样或等效采样对调度后的模仿信号进行采样（A／D转化）。运用高速FIFO存贮器（IDT72V261LAl0A）存储采样后得到的数据。
结合键盘操作和体系设置，对采样后的数据进行数学运算，将复原后的波形数据和参数送液晶显现器显现或存入闪存里边或经过USB接口传送给PC机，然后完结了A，B通道高速数据收集的功用。
2．3．3 C通道部分
C输入通道为多功用输入通道，体系经过操控继电器矩阵来挑选不同的模块丈量电压、电流或二极管的通断和电阻。被测元件参数或电压、电流经过多功用转化电路处理后，其信号送24 b的A／D转化器ADS1211采样后送单片机P89C51RD2，剖析被测元件或电压、电流的参数值，然后完结了C通道高精度数据收集的功用。
2．3．4 键盘、液晶显现接口电路
本体系选用4×8的键盘和320×240不带驱动器的液晶显现模块，驱动器和显存规划在FPGA内。以上体系经过USB接口与PC机通讯，在上位机的操控下，完结可视化人机交互界面。一起体系也保留了传统的RS 232接口，但仅仅用于ARM和单片机的编程下载。
3 软件规划流程
LPC2105芯片作为体系主操控中心及数据处理中心，整个体系的工作遭到它的操控，例如响运用户的按键操作，宣布通道操控，A／D采样时钟操控，FIFO写时钟的挑选，菜单及体系状况显现，FIFO数据的处理，信号或参数的主动测验等。
数据收集卡的软件程序结构如图3所示，可分为体系初始化模块、键语剖析模块、体系中心操控模块、通道操控模块、触发操控模块、A／D采样操控模块、FIFO读写操控模块、读取频率字模块、参数测验模块、状况显现模块、波形显现模块、存储操控模块、其他功用模块。
体系的初始化模块包含开机自检、硬件参数初始化、体系状况初始化（如通道的波形显现状况初始化）等。键语剖析模块对面板上的用户输入进行剖析处理，经过中心操控模块调用相应的功用处理模块，经过对通道操控模块、触发操控模块、A／D采样操控模块、FIFO读写操控模块、读取频率字模块、参数测验模块、状况显现模块、波形显现模块、存储操控模块、其他功用模块的函数调用来完结对来自键语剖析的处理功用。状况显现模块显现程序运行时的各种状况，如当时数据收集的扫描速率、通道的笔直灵敏度等。波形显现模块显现收集的波形。
整个体系的程序又可分红底层驱动和上层软件。底层驱动指对本体系其他外设或器材直接操控或拜访的程序部分，包含LPC2105和单片机的初始化（即对片内各中心寄存器的操作赋值、对片上外设的初始化赋值、对片内各外设中止及外部中止的操控操作）。上层软件首要指：菜单的规划及显现、数据的处理、波形的康复及滑润等。
4 体系功用指标
4．1 A，B通道的功用指标
（1）模仿信号带宽：100 MHz（40 dB）；
（2）最高实时采样率：100．MS／s；
（3）最高等效采样率：5 GS／s；
（4）笔直分辨率：8 b；
（5）笔直灵敏度：5 mV／div～25 V／diV；
（6）水平扫描：5 ns／div～10 s／diV；
（7）最大输入电压：（AC+DC）±100 Vpp；
（8）输入RC：1 MΩ±1．5％／20 pF±3 pF；
（9）耦合方法：直流、沟通、接地；
（10）触发形式：沟通、直流、高频按捺、低频按捺；
（11）触发源：A，B；
（12）存储深度：16K／通道；
（13）显现形式：A，-A，B，-B，A-B，A+B；
（14）丈量信号参数：周期、频率、平均值、有效值、峰值、均方根值、最小值、最大值、上升时刻、下降时、正频宽、负频宽、占空比；
（15）丈量精度：±5％；
（16）校准信号：1 kHz／3．3 V。
2 C通道功用指标
（1）丈量电阻：100 Ω，1 kΩ，10 kΩ，100 kΩ，1 MΩ；
（2）丈量电压：10 mV，30 mV，1 V，3 V，lO V，V：
（3）丈量电流：200 mA，1 A；
（4）二极管：通断丈量；
（5）丈量精度：±3％。
5 结 语
本体系选用ARM+单片机+CPLD／FPGA的规划方案，其高速数据处理的使命能够由下位机独立完结，而且体系带有大屏幕液晶显现器，因此脱离PC机在断电的情况下也能够正常运用。该收集卡具有实时收集、主动存储、即时显现、即时反应、主动处理、主动传输等功用。为现场数据的真实性、有效性、即时性、可用性供给了确保，并能便利地输入计算机，能够运用于智能仪器仪表、工业、农业、商业、交通、物流、仓储等职业。
