在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就像控制系統(tǒng)的“眼睛”和“耳朵”一樣，成為控制系統(tǒng)不可或缺的重要部分。它是各種控制系統(tǒng)獲取信息的一種重要途徑。本采集系統(tǒng)采用ADI公司生產(chǎn)的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7862，它是一款高速、低功耗、雙核12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。能夠滿足系統(tǒng)對采樣和采樣速度的要求?？刂破骷捎胐sPIC30F6010A數(shù)字信號控制芯片，它是Microchip公司生產(chǎn)的高性能16位數(shù)字信號控制器，內(nèi)核包含一個(gè)DSP引擎，從而能夠顯著增強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)算和吞吐能力。

　　在某些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，不僅對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的和實(shí)時(shí)性提出要求，而且要求其具有數(shù)據(jù)存儲功能，為了實(shí)現(xiàn)存儲功能，本系統(tǒng)使用SD卡。SD卡（Seeure Digital Memory Card）為安全數(shù)碼卡，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它具有存儲容量大，速度快等特點(diǎn)，被廣泛用于便攜式裝置上。

　　數(shù)據(jù)采集（DAQ），是指從傳感器和其它待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采非電量或者電量信號，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。

　　數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)接口。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛引用在各個(gè)領(lǐng)域。比如攝像頭，麥克風(fēng)，都是數(shù)據(jù)采集工具。

　　被采集數(shù)據(jù)是已被轉(zhuǎn)換為電訊號的各種物理量，如溫度、水位、風(fēng)速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。采集一般是采樣方式，即隔一定時(shí)間（稱采樣周期）對同一點(diǎn)數(shù)據(jù)重復(fù)采集。采集的數(shù)據(jù)大多是瞬時(shí)值，也可是某段時(shí)間內(nèi)的一個(gè)特征值。準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)量測是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)量測方法有接觸式和非接觸式，檢測元件多種多樣。不論哪種方法和元件，均以不影響被測對象狀態(tài)和測量環(huán)境為前提，以保證數(shù)據(jù)的正確性。數(shù)據(jù)采集含義很廣，包抱對面狀連續(xù)物理量的采集。在計(jì)算機(jī)輔助制圖、測圖、設(shè)計(jì)中，對圖形或圖像數(shù)字化過程也可稱為數(shù)據(jù)采集，此時(shí)被采集的是幾何量（或包括物理量，如灰度）數(shù)據(jù)。

　　1 AD7862簡介

　　AD7862是一款高速、低功耗、雙核12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），采用+5 V單電源供電。該器件內(nèi)置2個(gè)4μs逐次逼近型ADC、2個(gè)采樣保持放大器、1個(gè)+2.5 V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源和1個(gè)高速并行接口。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖l所示。

　　由于AD7862內(nèi)置2個(gè)ADC和2個(gè)采樣保持放大器，可以對2路模擬輸入信號進(jìn)行同時(shí)采樣和轉(zhuǎn)換，從而保留這兩個(gè)模擬輸入信號的相對相位信息。這一功能適用在逆變器采集系統(tǒng)中。它共有4個(gè)模擬輸入，分成2個(gè)通道（A和B），通過AO輸入選擇通道。每個(gè)通道的2個(gè)輸入（VA1與VA2或VB1與VB2）使用不同的ADC和采樣保持放大器可同時(shí)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換。該器件可接收的模擬輸入范圍為±10 V（AD7862～10）、±2.5 V（AD7862-3）和O～2.5 V（AD7862-2）。本系統(tǒng)采用AD7862-10。模擬輸入均具有過壓保護(hù)，允許輸入電壓分別達(dá)到±17 V、±7 V或+7 V而不會造成損壞。

　　轉(zhuǎn)換開始信號低電平有效，同時(shí)將2個(gè)采樣保持放大器置于保持狀態(tài)，并啟動兩個(gè)輸入轉(zhuǎn)換操作。轉(zhuǎn)換開始后，置BUSY信號為高電平，表示轉(zhuǎn)換還未結(jié)束，當(dāng)再次回到低電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時(shí)便可讀取2個(gè)通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果。AO為低電平時(shí)，讀取VA1或VA2；A0為高電平時(shí)，讀取VB2或VB2。該器件的時(shí)序如圖2所示。

　　2 dsPIC30F6010A簡介

　　16位dsPIC30F6010A數(shù)字信號控制器是16位處理器系列。它是dsPIC30F電機(jī)控制和電源轉(zhuǎn)換系列，用于支持電機(jī)控制應(yīng)用，也適用于不間斷電源、逆變器、開關(guān)電源及相關(guān)設(shè)備。

　　內(nèi)部有144 KB片上閃存程序空間，8 KB片上數(shù)據(jù)RAM，4 KB非易失性數(shù)據(jù)EEPROM：工作速度可達(dá)30MI/s；5個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；可選擇將16位定時(shí)器配對組成32位定時(shí)器模塊；16位捕捉輸入功能；8個(gè)PWM輸出通道：具有互補(bǔ)或獨(dú)立輸出模式、邊沿對齊模式和中心對齊模式，4個(gè)占空比發(fā)生器、互補(bǔ)模式的死區(qū)時(shí)間控制：2個(gè)UART、2個(gè)SPI、1個(gè)I2C總線和2個(gè)CAN總線：I/O引腳數(shù)為68個(gè)。

　　dsPIC30F601OA處理器采用改進(jìn)的哈佛架構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)存儲器總線。在執(zhí)行訪問數(shù)據(jù)RAM當(dāng)前指令的同時(shí)可從程序存儲器中預(yù)取下一條指令，這就加快了處理速度。數(shù)據(jù)空間為64 KB，大多數(shù)指令將其看作一個(gè)線性地址空間。當(dāng)使用某些DSP指令，如DSP乘法指令時(shí)，該存儲空間被分成2塊，分別稱為X和Y數(shù)據(jù)空間。因此，這些DSP指令支持雙操作數(shù)讀操作，即，同一條指令可同時(shí)從X存儲空間和Y存儲空間中取數(shù)據(jù)。

　　3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本采樣系統(tǒng)主要分為硬件部分設(shè)計(jì)和軟件部分設(shè)計(jì)。硬件部分是以dsPIC30F601OA為控制和處理，去控制AD7862和SD卡來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高、實(shí)時(shí)采集和實(shí)時(shí)存儲。軟件部分主要由控制器I/O引腳的初始化、模數(shù)轉(zhuǎn)換開始控制、數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)存儲等部分組成。

　　SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全數(shù)碼卡，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理（PDA）和多媒體播放器等。SD卡由日本松下、東芝及美國SanDisk公司于1999年8月共同開發(fā)研制。大小猶如一張郵票的SD記憶卡，重量只有2克，但卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動靈活性以及很好的安全性。

　　3.1 硬件部分實(shí)現(xiàn)

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以16位dsPIC30F6010A數(shù)字信號控制器作為系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生控制信號控制AD7862實(shí)現(xiàn)高的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。AD7862共需4個(gè)控制信號，分別為、AO、和。為轉(zhuǎn)換開始控制信號，A0為讀取通道選擇控制信號，它控制該通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和讀取其A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。為讀控制信號，低電平有效，當(dāng)為低電平時(shí)可以按順序讀取VA1、VA2或VBl、VB2上的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。通過以上分析共需3個(gè)控制信號，即dsPIC230F6010A的I/O接口RB8、RB9和RBl0，通過軟件產(chǎn)生。

　　AD7862還產(chǎn)生BUSY信號，通過它告知控制器A/D轉(zhuǎn)換完成，可以讀取結(jié)果。dsPIC30F6010A的中斷控制器支持5種外部中斷請求信號：IN-T0～I(xiàn)NT4。這些輸入是邊沿敏感的；它們要求一個(gè)由低到高或由高到低的跳變以產(chǎn)生一個(gè)中斷請求。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果通過dsPIC30F60IOA的I/O口，讀到控制器內(nèi)部。AD7862與控制器的電路連接圖如圖3所示。

　　3.2 軟件部分實(shí)現(xiàn)

　　軟件部分流程如圖5所示，系統(tǒng)啟動后先初始化I/O、SD卡、AD7862和設(shè)置INT0中斷，為A/D采樣和數(shù)據(jù)存儲做準(zhǔn)備。由于AD7862有兩個(gè)通道。需對這兩個(gè)通道分別進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，先采樣A通道后采樣B通道，具體是哪個(gè)通道由AO決定，也就是控制器的RB8引腳。

　　數(shù)據(jù)采集過程中要獲知A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束的方法有：

　　1）定時(shí) 使用定時(shí)器，轉(zhuǎn)換開始后過一段時(shí)間讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果；

　　2）掃描掃描BUSY引腳，當(dāng)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，即可知轉(zhuǎn)換結(jié)束，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果；

　　3）中斷 BUSY作為中斷信號，輸入到INTO中，并設(shè)置為從高到低觸發(fā)中斷，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，BUSY信號由高變低，觸發(fā)中斷。

　　本系統(tǒng)采用第3種方法，即中斷方法。中斷服務(wù)子程序如圖6所示，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序后，首先清中斷標(biāo)示，然后分兩次讀取，即Vx1和Vx2（X代表A或B），讀完之后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并存儲到SD卡相應(yīng)位置中，置采樣結(jié)束標(biāo)示。

　　4 結(jié)束語

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用dsPIC30F6010A、AD7862和SD卡組成了高性能12位并行數(shù)據(jù)采集及存儲系統(tǒng)。介紹了硬件電路的連接，然后進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐表明，通過對模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的正確使用，完全可以達(dá)到很高的采樣，并能滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的需要。通過外擴(kuò)模擬電路部分，可以用于各種高高速的數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)。