CN104485962B - 一种便携式数据采集系统及其采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式数据采集系统及其采集方法，数据采集系统包括数据采集卡及上位机监控系统，数据采集卡与上位机通过USB数据线连接，所述的数据采集卡包括机壳和机芯电路，所述的机壳的前面板设置有模拟信号输入接口、时钟输入接口、时钟输出接口、触发输入接口和外部差分数字信号输入接口；所述的上位机监控系统包括数据采集模块、数据传输模块和数据回放模块。本发明提供了一种便携式数据采集系统及其采集方法，该系统提供数据采集、数据传输和数据回放功能，能够对模拟信号、数字信号进行采集，能够支持单通道、双通道及四通道的数据采集，同时支持内部时钟和外部时钟输入，能够显示传输数据的时域与频域。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据采集系统，特别是一种便携式数据采集系统及其采集方法。
背景技术
数据采集，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集电量或者电量信号，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。数据采集卡，即实现数据采集功能的计算机扩展卡，可以通过USB、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。
数据采集卡用于对各种类型的数据进行采集，随着现代设备朝向数字化、信息化的高速发展，数据采集卡在各个领域得到越来越广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种便携式数据采集系统及其采集方法，该系统提供数据采集、数据传输和数据回放功能，能够对模拟信号、数字信号进行采集，能够支持单通道、双通道及四通道的数据采集，同时支持内部时钟和外部时钟输入，能够显示传输数据的时域与频域。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种便携式数据采集系统，它包括数据采集卡及上位机监控系统，数据采集卡与上位机通过USB数据线连接，所述的数据采集卡包括机壳和机芯电路，所述的机壳的前面板设置有模拟信号输入接口、时钟输入接口、时钟输出接口、触发输入接口和外部差分数字信号输入接口，所述的机壳的后面板上设置有USB接口、RJ45接口、电源接口和电源指示灯；所述的机芯电路包括AD转换器、FPGA、时钟管理芯片、DDR2和MCU，所述的AD转换器将采集到的数据传输到FPGA，FPGA将数据缓存到DDR2中，缓存1S的采样数据后，FPGA根据MCU的指令将采集的数据传输给MCU，MCU将数据传输到USB的DMA中，通过USB将数据传输到上位机；
所述的上位机监控系统包括数据采集模块、数据传输模块和数据回放模块；所述的数据采集模块主要完成工作模式、传输通道和内外时钟的选择，同时对采样时钟进行配置；所述的数据传输模块主要完成通道选择、任务控制和进度显示的功能；所述的数据回放模块主要是在数据传输完成后选择需要回放的文件，并且对文件数据进行时域和频域的显示。
所述的模拟信号输入接口有四路，所述的AD转换器有两个，各与两路模拟信号输入连接，所述的DDR2有四片，各存储一路模拟信号采集的数据。
所述的AD转换器采用AD9650-105M，板卡时钟管理芯片选用AD9516，MCU采用CY3014。
所述的USB接口为USB3.0接口，所述外部差分数字信号输入接口为含有21对差分线的J30J接口，所述的电源接口为四芯单排的CH10-5.08-4接口，所述的模拟信号输入接口、时钟输入接口、时钟输出接口、和触发输入接口均采用SMA接口。
一种便携式数据采集系统的数据采集方法，它包括如下步骤：
S1：采集卡电源开启，上位机监控系统的数据采集模块进行采集卡采样时钟配置，选择内外时钟和配置采样率；
S2：数据采集卡开始对模拟信号进行AD采样；
S3：DDR2缓存1S的采样数据后，停止采样，同时通知上位机监控系统开始数据传输；
S4：上位机监控系统的数据传输模块选择数据传输通道，开始数据传输；
S5：MCU发送开始数据传输指令给FPGA；
S6： FPGA接收开始数据传输指令，从DDR2中读取数据，并通过GPIF写数据到SlaveFIFO；
S7：MCU检测到数据后，通过GPIF套接字向USB的DMA写数据；
S8：USB读取DMA缓冲区的数据后传输给上位机监控系统。
所述的采样时钟包括56MHz、70MHz和100MHz采样时钟。
上位机监控系统还能够进行数据的回放，回放时在硬盘路径选择要回放的文件，回放过程中显示回放数据的时域和频域图形。
它还包括USB套接字清空缓存区已传输数据并通知GPIF的步骤。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种便携式数据采集系统及其采集方法，该系统提供数据采集、数据传输和数据回放功能，能够对模拟信号、数字信号进行采集，能够支持单通道、双通道及四通道的数据采集，同时支持内部时钟和外部时钟输入，能够显示传输数据的时域与频域。
附图说明
图1为数据采集系统结构图；
图2为数据采集卡结构图；
图3为数据采集卡后面板布局图；
图4为数据采集卡电路图；
图5为数据采集方法框图；
图中，1-机壳，2-模拟信号输出接口，3-时钟输出接口，4-时钟输入接口，5-触发输入接口，6-外部差分数字信号输入接口，7-电源接口，8-RJ45接口，9-USB接口，10-电源指示灯。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1、图2、图3和图4所示，一种便携式数据采集系统，它包括数据采集卡及上位机监控系统，数据采集卡与上位机通过USB数据线连接，所述的数据采集卡包括机壳1和机芯电路，所述的机壳1的前面板设置有模拟信号输入接口2、时钟输入接口4、时钟输出接口3、触发输入接口5和外部差分数字信号输入接口6，所述的机壳1的后面板上设置有USB接口9、RJ45接口8、电源接口7和电源指示灯10；所述的机芯电路包括AD转换器、FPGA、时钟管理芯片、DDR2和MCU，所述的AD转换器将采集到的数据传输到FPGA，FPGA将数据缓存到DDR2中，缓存1S的采样数据后，FPGA根据MCU的指令将采集的数据传输给MCU，MCU将数据传输到USB的DMA中，通过USB将数据传输到上位机；
所述的上位机监控系统包括数据采集模块、数据传输模块和数据回放模块；所述的数据采集模块主要完成工作模式、传输通道和内外时钟的选择，同时对采样时钟进行配置；所述的数据传输模块主要完成通道选择、任务控制和进度显示的功能；所述的数据回放模块主要是在数据传输完成后选择需要回放的文件，并且对文件数据进行时域和频域的显示。
所述的模拟信号输入接口有四路，所述的AD转换器有两个，各与两路模拟信号输入连接，所述的DDR2有四片，各存储一路模拟信号采集的数据。
所述的AD转换器采用AD9650-105M，板卡时钟管理芯片选用AD9516，MCU采用CY3014。
所述的USB接口为USB3.0接口，所述外部差分数字信号输入接口为含有21对差分线的J30J接口，所述的电源接口为四芯单排的CH10-5.08-4接口，所述的模拟信号输入接口、时钟输入接口、时钟输出接口、和触发输入接口均采用SMA接口。
如图5所示，一种便携式数据采集系统的数据采集方法，它包括如下步骤：
S1：采集卡电源开启，上位机监控系统的数据采集模块进行采集卡采样时钟配置，选择内外时钟和配置采样率；
S2：数据采集卡开始对模拟信号进行AD采样；
S3：DDR2缓存1S的采样数据后，停止采样，同时通知上位机监控系统开始数据传输；
S4：上位机监控系统的数据传输模块选择数据传输通道，开始数据传输；
S5：MCU发送开始数据传输指令给FPGA；
S6： FPGA接收开始数据传输指令，从DDR2中读取数据，并通过GPIF写数据到SlaveFIFO；
S7：MCU检测到数据后，通过GPIF套接字向USB的DMA写数据；
S8：USB读取DMA缓冲区的数据后传输给上位机监控系统。
所述的采样时钟包括56MHz、70MHz和100MHz采样时钟。
上位机监控系统还能够进行数据的回放，回放时在硬盘路径选择要回放的文件，回放过程中显示回放数据的时域和频域图形。
它还包括USB套接字清空缓存区已传输数据并通知GPIF的步骤。
数据采系统通过数据采集模块对数据采集卡的设置来实现四个模拟通道和一个数字通道的数据采集，在采集时要求信号采集在触发信号的上升沿开始采集，采集点与触发信号对齐，在单通道模式下，所有4片DDR2存储一个通道数据，双通道模式下，每个通道数据对应两片DDR2缓存，四通道模式下，每个通道数据对应一片DDR2缓存。
数据采集模块通过工作模式可以选择数据采集卡的工作模式，工作模式包括单通道模式、双通道模式、四通道模式；通道选择可以实现在四个模拟通道和一个数字通道之间的切换；时钟配置可以对内外时钟进行选择；采样率配置可以配置模拟通道的AD采样率；采集控制控制数据采集的启动和停止；进度显示主要显示数据采集的进度。
数据传输模块通过通道选择可以选择传输四个模拟通道的数据或者一个数字通道的数据；任务控制用于实现信号传输的启动和停止控制；进度显示用于显示当前数据的传输进度。
Claims (5)
1.一种便携式数据采集系统，其特征在于：它包括数据采集卡及上位机监控系统，数据采集卡与上位机通过USB数据线连接，所述的数据采集卡包括机壳（1）和机芯电路，所述的机壳（1）的前面板设置有模拟信号输入接口（2）、时钟输入接口（4）、时钟输出接口（3）、触发输入接口（5）和外部差分数字信号输入接口（6），所述的机壳（1）的后面板上设置有USB接口（9）、RJ45接口（8）、电源接口（7）和电源指示灯（10）；所述的机芯电路包括AD转换器、FPGA、时钟管理芯片、DDR2和MCU，所述的AD转换器将采集到的数据传输到FPGA，FPGA将数据缓存到DDR2中，缓存1S的采样数据后，FPGA根据MCU的指令将采集的数据传输给MCU，MCU将数据传输到USB的DMA中，通过USB将数据传输到上位机；
所述的上位机监控系统包括数据采集模块、数据传输模块和数据回放模块；所述的数据采集模块主要完成工作模式、传输通道和内外时钟的选择，同时对采样时钟进行配置，工作模式包括单通道模式、双通道模式和四通道模式；所述的数据传输模块主要完成通道选择、任务控制和进度显示的功能，任务控制用于实现信号传输的启动和停止控制，进度显示用于显示当前数据的传输进度；所述的数据回放模块主要是在数据传输完成后选择需要回放的文件，并且对文件数据进行时域和频域的显示；
所述的便携式数据采集系统用于数采集、传输和回访，包括以下步骤：
S1：采集卡电源开启，上位机监控系统的数据采集模块进行采集卡采样时钟配置，选择内外时钟和配置采样率；
S2：数据采集卡开始对模拟信号进行AD采样；
S3：DDR2缓存1S的采样数据后，停止采样，同时通知上位机监控系统开始数据传输；
S4：上位机监控系统的数据传输模块选择数据传输通道，开始数据传输；
S5：MCU发送开始数据传输指令给FPGA；
S6： FPGA接收开始数据传输指令，从DDR2中读取数据，并通过GPIF写数据到SlaveFIFO；
S7：MCU检测到数据后，通过GPIF套接字向USB的DMA写数据；
S8：USB读取DMA缓冲区的数据后传输给上位机监控系统；
S9：USB套接字清空缓存区已传输数据并通知GPIF；
S10：上位机监控系统数据的回放，回放时在硬盘路径选择要回放的文件，回放过程中显示回放数据的时域和频域图形。
2.根据权利要求1所述的一种便携式数据采集系统，其特征在于：所述的模拟信号输入接口有四路，所述的AD转换器有两个，各与两路模拟信号输入连接，所述的DDR2有四片，各存储一路模拟信号采集的数据。
3.根据权利要求1所述的一种便携式数据采集系统，其特征在于：所述的AD转换器采用AD9650-105M，板卡时钟管理芯片选用AD9516，MCU采用CY3014。
4.根据权利要求1所述的一种便携式数据采集系统，其特征在于：所述的USB接口为USB3.0接口，所述外部差分数字信号输入接口为含有21对差分线的J30J接口，所述的电源接口为四芯单排的CH10-5.08-4接口，所述的模拟信号输入接口、时钟输入接口、时钟输出接口、和触发输入接口均采用SMA接口。
5.根据权利要求1所述的一种便携式数据采集系统，其特征在于：所述的采样时钟包括56MHz、70MHz和100MHz采样时钟。
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