高速數(shù)據(jù)采集存儲板卡設計

介紹所設計的高速數(shù)據(jù)采集高速、大容量存儲卡和系統(tǒng)實現(xiàn)方案。實現(xiàn)了用高密度、相對低速的FLASH存儲器對高速實時數(shù)據(jù)的可靠存儲。A/D采集采用8位的1 GHz A/D轉換芯片,高速大容量存儲采用固態(tài)存儲芯片F(xiàn)LASH(閃存)為存儲介質,FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)為存儲陣列的控制核心,針對來自A/D的高速數(shù)據(jù),引入多級流水和冗余校驗技術,能夠屏蔽FLASH的壞塊。實現(xiàn)了用高密度、相對低速的FLASH存儲器對高速實時數(shù)據(jù)的可靠存儲。另外,通過的橋接芯片PCI9656,可以很方便地實現(xiàn)同主機的高速的數(shù)據(jù)通信。

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數(shù)據(jù)采集卡簡介

將需要測試的模擬或數(shù)字信號，自動采集并送到上位機中進行分析的過程是數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集卡是基于ISA、PCI、PCI-E、485、232、USB、以太網(wǎng)、以及無線網(wǎng)絡等總線接入計算機的，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。

數(shù)據(jù)采集卡廣泛應用于各個領域，其功能主要有模擬量輸入（AD）、模擬量輸出（DA）、數(shù)字I/O、計數(shù)器/測頻器、PWM輸出等。

對于數(shù)據(jù)采集卡來說，模擬量輸入的信號主要是外部傳感器經(jīng)信號處理轉變成的電壓或電流。因為高速數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率接近一些儀器的工作頻率，所以也歸類為儀器的范疇，叫數(shù)字化儀（Digitizer）。其主要的規(guī)格參數(shù)包括采樣的通道數(shù)；輸入模式(差分輸入模式或單端輸入模式);極性(單極性或雙極性);輸入范圍(提供多種選擇范圍);分辨率(8/12/16/24bit);采樣方式(輪詢又稱為通道切換、同步又稱為并行);采樣速率(幾Hz到幾GHz);采集時鐘(輪詢、內(nèi)部、外部);FIFO（緩沖區(qū)）的有無及大小。

數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)傳輸方式

數(shù)據(jù)傳輸方式是指數(shù)據(jù)采集卡將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給計算機的方式。數(shù)據(jù)采集卡的制造廠商附件中都會提供相應的動態(tài)鏈接庫文件（DLL）和相應的函數(shù)及應用方法，并給出常用語言的例程。一般數(shù)據(jù)采集卡有三種方式傳輸?shù)接嬎銠C。

（1）軟件讀取   計算機通過軟件對每一次AD采樣發(fā)出命令，等待采樣結束，然后讀取采樣結果。超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結構設計主要是設計A/D轉換和數(shù)據(jù)存儲兩大模塊，此外，還應兼顧后續(xù)數(shù)字信號處理部分。這種方式數(shù)據(jù)傳輸速度較慢，占用計算機資源較多，在計算機全速運行的模式下一般可達30Kbit/s。但這種方式編程簡單，對于采樣速度要求不高（<10000K/s）和計算機負荷不重的情況下通常采用這種方式。

（2）中斷方式   計算機采用中斷方式接收數(shù)據(jù)采集卡的采集結果。（2）采樣頻率：單位時間采集的數(shù)據(jù)點數(shù)，與AD芯片的轉換一個點所需時間有關，例如：AD轉換一個點需要T=10us，則其采樣頻率f=1/T為100K（即100kHz），即每秒鐘AD芯片可以轉換100K的數(shù)據(jù)點數(shù)。這種方式計算機的資源較少，是一種搞笑的數(shù)據(jù)傳輸方式，適合高速連續(xù)的數(shù)據(jù)采集和處理。不是所有的數(shù)據(jù)采集卡都具有中斷傳輸?shù)墓δ?，這一點在主句采集卡選型的時候一定要注意，有些數(shù)據(jù)采集卡標稱具有中斷傳輸功能，但并不可靠，甚至無法使用。一般要具有中斷傳輸功能并可靠的工作，數(shù)據(jù)采集卡設計有FIFO是必要的，沒有FIFO的數(shù)據(jù)采集卡很難保證中斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?

（3）DMA方式   采集卡與計算機之間實現(xiàn)儲存器的直接數(shù)據(jù)存取，這種方式在實際應用中不多。

數(shù)據(jù)傳輸方式很大程度上決定了數(shù)據(jù)采集的速度，標稱的速度是數(shù)據(jù)采集卡能夠達到的較大采樣速度，如果不使用恰當?shù)膫鬏敺绞?，通常是達不到標稱采樣速度的。

數(shù)據(jù)采集模塊跟數(shù)據(jù)采集卡有什么區(qū)別？

在遠程I/O應用場合

1、樓宇自動化（BuildingAutomation）　樓頂水箱深度、水箱水溫、室內(nèi)煙霧探測、報警開關　2、智能交通　拿地鐵舉例：行車信號燈、二氧化碳濃度監(jiān)測、氧氣濃度監(jiān)測、煙濃度監(jiān)測、排風扇控制　3、水處理系統(tǒng)（WaterManagementSystem）　水位控制監(jiān)測及報警、水流量監(jiān)測、水污染指數(shù)控制、水溫度監(jiān)測　4、高速公路智能系統(tǒng)（IntelligentTransportationforHighways）　車輛通過探測、通行信號燈控制　5、能源管理系統(tǒng)（PowerManagementSystem）　風力發(fā)電站舉例、風速監(jiān)測、風車轉速監(jiān)測、電壓監(jiān)測、電流監(jiān)測　6、環(huán)境監(jiān)測（EnvironmentalMonitoring）　溫度、濕度、風速、空氣成分監(jiān)測　7、工廠自動化（FactoryAutomation）　總之：只要是有“自然”界信息的系統(tǒng)，就會涉及到需要I/O。如果對采集卡信號質量要求比較高，需要對其做一些噪聲和電磁屏蔽處理。