本發明專利技術公開了一種基于USB傳輸的多路數據同步采集系統裝置及方法，包括信號幅度自動調整網絡、AD轉換器、邏輯電路處理模塊、隨機存取模塊、地址配置模塊、USB傳輸模塊和上位機；信號幅度自動調整網絡將幅度在AD轉換器采集范圍之外的信號自動進行調整并輸出給邏輯電路處理模塊和AD轉換器；邏輯電路處理模塊循環掃描地址配置模塊的地址，并以此作為自身通道的地址；上位機通過USB傳輸模塊發送地址編碼和命令請求碼；邏輯電路處理模塊接收到地址編碼和命令請求后，將地址編碼與自身通道的地址對比，若地址一致，則對上位機的命令做出響應，否則不響應上位機的命令。本發明專利技術具有同步采集多路信號、采集速率、采樣長度可調的特點，適用于需要同步采集多路信號的場合。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電子電路領域，具體涉及的是一種涉及基于USB傳輸的多路信號同步采集系統裝置及方法。
技術介紹
多路數據同步采集系統用于同時采集多路信號，并將各路信號按照邏輯順序傳輸到上位機中進行分析。現有的多路采集系統大多是使用多路選擇器把各路模擬信號用電子開關的方式輪流采樣，而不能實現多路數據同步采樣，如中國專利號為200910023358. 5的專利中提到的”基于FPGA的多路數據采集系統”主要在系統的精度方面做出了改進，而未考慮多路信號同步采集的問題；又如中國專利號為200420105488. 6的專利中提到的“多路數據采集模塊”使用可編程邏輯器件的端口對各路信號進行控制，雖然可以實現各路信號同時選中，但無法解決各路信號同時采集傳輸的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述已有技術的缺陷，而提出一種基于USB傳輸的多路數據同步采集系統裝置及方法，實現多路信號同步采樣的功能，同時提高系統整體的處理速度，增加采樣頻率和采樣時間長度可調的功能。為了實現上述目的，本專利技術的技術方案如下 一種基于USB傳輸的多路數據同步采集系統裝置，其包括幅度自動調整網絡，自動將不適合采樣信號的幅度通過衰減或放大調整成為適合AD轉換器采樣的信號，并將調整參數輸出給邏輯電路處理模塊； AD轉換器，接收邏輯電路處理模塊發送的采樣頻率信號，對輸入的模擬信號進行采樣、保持、量化、編碼，并將轉換好的數字信號傳輸到邏輯電路處理模塊。地址配置模塊，通過硬件撥碼開關電路對通道進行編碼，連接到邏輯電路處理模塊。隨機存儲模塊，當邏輯電路處理模塊響應上位機的采樣請求時，隨機存儲模塊存儲邏輯電路處理模塊的數據；當邏輯電路處理模塊響應上位機的傳輸請求時，隨機存儲模塊將存儲的數據傳輸到邏輯電路處理模塊。邏輯電路處理模塊，讀取通道地址、響應上位機命令。傳輸總線連接各個通道的數據總線和命令總線。USB傳輸模塊將傳輸總線和上位機中的數據以USB通信的形式相互傳輸。上位機，發送地址編碼、采樣頻率編碼、采樣點數編碼、開始采集命令和開始傳輸命令；接收USB傳輸模塊的數據，并將數據處理、分析，此外上位機還具有數據導出功能。所述幅度自動調整網絡包括邏輯電路、放大衰減網絡、雙門限比較器和電壓跟隨器，所述邏輯電路和電壓跟隨器均與放大衰減網絡和雙門限比較器相連接，所述放大衰減網絡和雙門限比較器相連接。所述AD轉換器為AD9220，其為12位、最大采樣速率達10. OMSPS的AD轉換器。所述地址配置模塊為撥碼開關通過邏輯電平進行配置。所述隨機存儲模塊由CPLD ( (Complex Programmable Logic Device,復雜可編程邏輯器件)和 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步動態隨機存儲器)組成，SDRAM的型號是IS61LV 25616，有16位的數據總線和18位的地址總線，最大存儲262144個字節的數據。所述邏輯電路處理模塊為CPLD，其型號為EPM1270，內部程序由讀取硬件地址模塊、地址校驗模塊、分析判斷模塊、分頻模塊、邏輯運算模塊和有限狀態機模塊組成。讀取硬件地址模塊循環掃描地址配置電路中的硬件地址，并以此作為通道的地址。分頻模塊根據上位機發送的分頻編碼，將系統時鐘分成對應的頻率，輸出給AD轉換器。采樣點數調整模塊根據上位機發送的采樣點數編碼，調整預存儲的數據量。邏輯運算模塊根據幅度自動調整網絡傳輸的參數對數據進行運算，以恢復信號的原始幅度。傳輸總線控制模塊將控制總線保持傳輸狀態，沒收到傳輸命令時，保持數據總線為高阻狀態，收到傳輸命令時，將數據總線切換到傳輸狀態。收到采集命令時，有限狀態機模塊將邏輯運算模塊處理好的數據存儲到隨機存儲模塊中，收到傳輸命令時，有限狀態機模塊將隨機存儲模塊中的數據傳輸到數據總線。所述傳輸總線包括數據總線和命令總線，都為各通道的CPLD接口相連接后與USB傳輸模塊直接相連接。所述USB傳輸模塊為CY7C68013A芯片及其相關電路，該芯片集成了 USB2. O收發器、智能串行接口引擎和增強型8051微處理器，通過固件初始化為Slave FIFO接口后，便可連接上位機和邏輯電路處理模塊，使其通過USB通信協議進行命令和數據的傳輸。所述上位機為用LabVIEW軟件及其VISA組件的具有控制和USB數據通信功能的上位機軟件。一種利用上述的多路數據同步采集系統裝置的采用方法，其特征在于，其方法步驟如下 (1)信號幅度自動調整網絡將幅度在AD轉換器采集范圍之外的信號自動進行調整，并將調整參數輸出給邏輯電路處理模塊，將信號輸出給AD轉換器，AD轉換器對調整后的信號采樣、量化成數字信號； (2)邏輯電路處理模塊循環掃描地址配置模塊的地址，并以此作為自身通道的地址。上位機通過USB傳輸模塊發送地址編碼和命令請求碼； (3)邏輯電路處理模塊接收到上位機的地址編碼和命令請求后，將地址編碼與自身通道的地址對比，若地址一致，則對上位機的命令做出響應，否則不響應上位機的命令。若響應采樣調節命令，則根據采樣頻率編碼，調節輸出時鐘的頻率到AD轉換器； 若響應調節采樣點數的命令，則根據采樣點數編碼，調節預采樣的字節數； 若響應開始采集命令，邏輯電路處理模塊將AD轉換的數字編碼進行運算后，保存到隨機存儲模塊； 若響應開始傳輸命令，邏輯電路處理模塊將隨機存儲模塊中的數據通過數據總線和USB傳輸模塊傳輸到上位機軟件中。本專利技術具有如下優點 (I)由于采用了邏輯電路處理模塊、隨機存儲模塊、地址配置模塊相結合的結構，從而實現了多路信號同步采樣的功能。(2)由于傳輸總線時邏輯電路接口直接相連，并且數據通過USB的形式進行傳輸，提升了系統的整體處理速度。(3)由于在增加了采樣頻率和采樣點數的選擇功能，從而可以根據信號的頻率和時間長度，靈活設置參數，使所采到的數據便于分析。(4)由于地址配置模塊的地址可以在硬件上調節，從而可以根據實際要采的信號的數目，自行選擇采集的子通道。(5)由于上位機中設有數據導出功能，從而使系統所采的數據便于在其他軟件中進行擴展分析，該系統適用于需要同步采集多路模擬信號的場合。附圖說明圖1是本專利技術的總體結構框 圖2是本專利技術的幅度自動調整網絡的電路原理框 圖3是本專利技術的AD轉換器的電路原理 圖4是本專利技術的隨機存儲模塊和地址配置模塊的電路原理 圖5是本專利技術的USB傳輸模塊的電路原理 圖6是本專利技術的邏輯電路處理模塊的原理框圖。具體實施例方式為使本專利技術實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本專利技術。參照圖1，本實施例的基于USB傳輸的多路數據同步采集系統裝置主要由信號幅度自動調整網絡、AD轉換器、邏輯電路處理模塊、隨機存儲模塊、地址配置模塊、傳輸總線、USB傳輸模塊和上位機組成。該信號幅度自動調整網絡通過AD轉換器連接邏輯電路處理模塊，所述邏輯電路處理模塊通過傳輸總線以及USB傳輸模塊與上位機連接。本專利技術采用上述系統裝置的采集方法為信號幅度自動調整網絡將幅度在AD轉換器采集范圍之外的信號自動進行調整，并將調整參數輸出給邏輯電路處理模塊，將信號輸出給AD轉換器，AD轉換器對調整后的信號采樣、量化成數字信號本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于USB傳輸的多路數據同步采集系統裝置，其特征在于，其包括系統包括：邏輯電路處理模塊，用于讀取通道地址、響應上位機命令；AD轉換器，以CPLD給定的時鐘頻率進行采樣，并將轉換好的數字信號輸出到邏輯電路處理模塊；幅度自動調整電路，用于調整輸入模擬信號的幅度，并將調整后的信號輸出給AD轉換器，將調整參數輸出給CPLD；地址配置電路，用于配置通道的硬件地址；USB傳輸模塊，用于上位機和邏輯電路處理模塊之間進行USB通信；隨機存儲模塊，用于和邏輯電路處理模塊進行數據存取；所述的邏輯電路處理模塊與幅度自動調整電路和地址配置電路單向連接，并與AD轉換器、隨機存儲模塊和USB傳輸模塊雙向連接。
【技術特征摘要】
1.一種基于USB傳輸的多路數據同步采集系統裝置，其特征在于，其包括系統包括邏輯電路處理模塊，用于讀取通道地址、響應上位機命令；AD轉換器，以CPLD給定的時鐘頻率進行采樣，并將轉換好的數字信號輸出到邏輯電路處理模塊；幅度自動調整電路，用于調整輸入模擬信號的幅度，并將調整后的信號輸出給AD轉換器，將調整參數輸出給CPLD ；地址配置電路，用于配置通道的硬件地址；USB傳輸模塊，用于上位機和邏輯電路處理模塊之間進行USB通信；隨機存儲模塊，用于和邏輯電路處理模塊進行數據存取；所述的邏輯電路處理模塊與幅度自動調整電路和地址配置電路單向連接，并與AD轉換器、隨機存儲模塊和USB傳輸模塊雙向連接。2.根據權利要求1所述的一種基于USB傳輸的多路數據同步采集系統裝置，其特征在于，所述幅度自動調整網絡包括邏輯電路、放大衰減網絡、雙門限比較器和電壓跟隨器，所述邏輯電路和電壓跟隨器均與放大衰減網絡和雙門限比較器相連接，所述放大衰減網絡和雙門限比較器相連接。3.根據權利要求1所述的一種基于USB傳輸的多路數據同步采集系統裝置，其特征在于，所述轉換器的最大采樣速率為10. OMSPS ;所述地址配置模塊為撥碼開關通過邏輯電平進行配置。4.根據權利要求1所述的一種基于USB傳輸的多路數據同步采集系統裝置，其特征在于，所述隨機存儲模塊包括用于存儲采樣數據的SDRAM存儲器和用于數據讀取控制的CPLD邏輯器件。5.根據權利要求4所述的一種基于USB傳輸的多路數據同步采集系統裝置，其特征在于，所述SDRAM存儲器為的存儲量達262144個16位寬的字節。6.根據權利要求4所述的一種基于USB傳輸的多路數據同步采集系統裝置，其特征在于，所述CPLD邏輯器件采用有限狀態機的方法讀寫隨即存儲區的數據。7.根據權利要求1所述的一種基于USB傳輸的多路數據同步采集系統裝置，其特征在于組成，邏輯電路處理模塊采用CPLD器件，其包括讀取硬件地址模塊，循環掃描地址配置電路中的硬件地址，并以此作為通道的地址；地址校驗模塊，將通道的地址與上位機中...
【專利技術屬性】
技術研發人員：韓慶邦，謝友鵬，黃亮，陳秉巖，李建，殷澄，朱昌平，單鳴雷，
申請(專利權)人：河海大學常州校區，
類型：發明
國別省市：
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