CN105811983A - 用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路和采用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路，包括AD转换芯片、控制器和FPGA；AD转换芯片的CONV端、CS端、BUSY端与FPGA相连；DATA端与控制器的DATA端相连，CLK端与控制器的CLK端、FPGA相连；控制器的INT端与FPGA相连；本发明还提供所述电路的采样方法，包括使能所有的AD转换芯片开始采样；采样完成提醒控制器准备进行数据采集；选中任一AD转换芯片，通过控制器的DMA通道传输数据；数据传输完成后关闭当前AD转换芯片，并选取另一芯片；重复以上步骤完成所有数据传输。本发明通过FPGA控制，减少了控制器的资源开销，控制器运行更稳定可靠，采样速率高，实时性好。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路和采用方法。
背景技术
随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，计量仪表已经成为供能系统，如电力系统、供水系统、供热系统、供气系统等，的重要计量工具。计量仪表性能的好坏，直接影响到计量的准确程度。
随着智能电子技术的发展，智能化和电子化已经成为了计量仪表的发展方向。智能电子式计量仪表因其计量精度高、计量准确等优点，已经逐步取代现有的机械式计量仪表。
智能电子式计量仪表通过采样电路对计量对象进行采样，然后通过AD转换后将采样数据传入控制模块进行计量。但是，现有的多回路模拟量同步采样电路，由控制器对所有的AD转换芯片同时进行采样控制，当AD转换芯片完成模数转换后，控制器需要逐个对AD转换芯片依次读取采样数据，每一次操作均需要占用一定的控制器资源。AD转换芯片越多，所需占用的控制器资源越多，使控制器无法及时响应其他资源的应用请求。特别是运行操作系统的控制器，因任务优先级和时间片轮转，导致响应延时更加严重，难以满足多回路同步采样实时性的要求。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种占用控制器资源较少、数据采样处理能力高、实时性好的用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路。
本发明的目的之二在于提供一种所述用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路的采样方法。
本发明提供的这种用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路，包括N片AD转换芯片和控制器，N为正整数，还包括FPGA；所述的AD转换芯片的CONV信号端、CS信号端、BUSY信号端与所述FPGA的I/O端口相连；DATA信号端与所述控制器的DATA信号端相连，CLK信号端与控制器的CLK信号端、FPGA的I/O引脚相连；控制器的INT信号端与所述FPGA的I/O引脚相连。
所述的控制器为带有DMA通道的控制器。
所述的控制器型号为TMS320C67。
本发明还提供一种所述的用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路的采样方法，包括如下步骤：
S1.FPGA芯片使能所有的AD转换芯片，控制所有AD转换芯片开始采样；
S2.步骤S1所述的所有AD转换芯片开始对多通道模拟信号量的同步采样和转换，完成采样转换后将采样转换完成信号发送FPGA；
S3.FPGA向控制器发送中断信号，提醒控制器准备进行数据采集；
S4.FPGA对任一AD转换芯片发送片选信号并选中该AD转换芯片；
S5.控制器启动串行通信接口并打开DMA通道，接收步骤S3中被选中的AD转换芯片的采样数据；
S6.当数据传输完成后，FPGA控制当前的AD转换芯片关闭数据传输；
S7.FPGA重复步骤S4~S6，完成所有的AD转换芯片的数据传输。
步骤S1所述的使能所有的AD转换芯片，为对所有AD转换芯片的CONV信号端发送采样开始信号。
步骤S2所述的将采样转换完成信号发送FPGA，为通过BUSY信号端向FPGA发送转换完成信号。
步骤S3所述的向控制器发送中断信号，为向控制器的INT端口发送中断信号。
步骤S4所述的发送片选信号，为向AD转换芯片的CS信号端发送片选信号。
步骤S6所述的关闭数据传输，为通过控制AD转换芯片的CS信号端的信号实现。
步骤S6所述的数据传输完成，为通过检测AD转换芯片和控制器的CLK信号端的传输脉冲数来实现。
本发明提供的这种用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路和采用方法，由于采用了具有DMA通道的控制器，并且在控制器和AD转换芯片之间增加了额外的控制芯片FPGA进行AD转换芯片的选择和控制器的中断信号发送，因此本发明在在数据采样和传输过程中，控制器不参与AD转换芯片的采样控制，只参与数据接收，当控制器的INT信号端接收到由FPGA发送的数据传输中断信号后，控制器响应该信号，启动串行通信接口并打开DMA通道，开始接收由AD转换芯片发送的采样数据。在数据传输过程中，DMA通道自动完成将数据搬运至内存区这一动作，不需要控制器的核心运行程序和其他硬件资源参与，极大减少了控制器的资源开销，使得控制器运行更加稳定可靠，而且采样速率更高，实时性更好。
附图说明
图1为本发明的功能模块图。
图2为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的功能模块图：本发明提供的这种用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路，包括控制器、FPGA和若干AD转换芯片；其中所述AD转换芯片的CONV信号端、CS信号端、BUSY信号端与所述FPGA的I/O断流相连；DATA信号端与所述控制器的DATA信号端相连，CLK信号端与控制器的CLK信号端及FPGA的I/O端口相连；控制器的INT信号端与所述FPGA的I/O端口相连；控制器为带有DMA通道的控制器，具体的，可以采用型号为TMS320C67的控制器。
如图2所示为本发明的方法流程示意图，具体包括如下步骤：
S1.FPGA芯片对所有AD转换芯片的CONV信号端发送采样开始信号，使能所有的AD转换芯片，控制所有AD转换芯片开始采样；
S2.步骤S1所述的所有AD转换芯片开始对多通道模拟信号量的同步采样和转换，完成采样转换后通过BUSY信号端向FPGA发送转换完成信号；
S3.FPGA向控制器的INT端口发送中断信号，提醒控制器准备进行数据采集；
S4.FPGA对任一AD转换芯片的CS信号端发送片选信号；
S5.控制器启动串行通信接口并打开DMA通道，接收步骤S3中被选中的AD转换芯片的采样数据；
S6.FPGA通过检测AD转换芯片和控制器的CLK信号端的传输脉冲数检测数据传输过程是否完成：当数据传输完成后，FPGA通过控制AD转换芯片的CS信号端的信号，控制当前的AD转换芯片关闭数据传输；
S7.FPGA重复步骤S4~S6，完成所有的AD转换芯片的数据传输。
Claims (10)
1.一种用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路，包括N片AD转换芯片和控制器，N为正整数，其特征在于还包括FPGA；所述的AD转换芯片的CONV信号端、CS信号端、BUSY信号端与所述FPGA的I/O端口相连；DATA信号端与所述控制器的DATA信号端相连，CLK信号端与控制器的CLK信号端、FPGA的I/O引脚相连；控制器的INT信号端与所述FPGA的I/O引脚相连。
2.根据权利要求1所述的用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路，其特征在于所述的控制器为带有DMA通道的控制器。
3.根据权利要求1或2所述的用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路，其特征在于所述的控制器型号为TMS320C67。
4.一种权利要求1~3所述的用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路的采样方法，包括如下步骤：
S1.FPGA芯片使能所有的AD转换芯片，控制所有AD转换芯片开始采样；
S2.步骤S1所述的所有AD转换芯片开始对多通道模拟信号量的同步采样和转换，完成采样转换后将采样转换完成信号发送FPGA；
S3.FPGA向控制器发送中断信号，提醒控制器准备进行数据采集；
S4.FPGA对任一AD转换芯片发送片选信号并选中该AD转换芯片；
S5.控制器启动串行通信接口并打开DMA通道，接收步骤S3中被选中的AD转换芯片的采样数据；
S6.当数据传输完成后，FPGA控制当前的AD转换芯片关闭数据传输；
S7.FPGA重复步骤S4~S6，完成所有的AD转换芯片的数据传输。
5.根据权利要求4所述的用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路的采样方法，其特征在于步骤S1所述的使能所有的AD转换芯片，为对所有AD转换芯片的CONV信号端发送采样开始信号。
6.根据权利要求4所述的用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路的采样方法，其特征在于步骤S2所述的将采样转换完成信号发送FPGA，为通过BUSY信号端向FPGA发送转换完成信号。
7.根据权利要求4所述的用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路的采样方法，其特征在于步骤S3所述的向控制器发送中断信号，为向控制器的INT端口发送中断信号。
8.根据权利要求4所述的用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路的采样方法，其特征在于步骤S4所述的发送片选信号，为向AD转换芯片的CS信号端发送片选信号。
9.根据权利要求4所述的用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路的采样方法，其特征在于步骤S6所述的关闭数据传输，为通过控制AD转换芯片的CS信号端的信号实现。
10.根据权利要求4所述的用于计量仪表的多回路模拟量同步采样电路的采样方法，其特征在于步骤S6所述的数据传输完成，为通过检测AD转换芯片和控制器的CLK信号端的传输脉冲数来实现。
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