基于pc104总线的多通道同步数据采集卡的制作方法
基于pc104总线的多通道同步数据采集卡的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于PC104总线的多通道同步数据采集卡，包括调理电路、ADC、时钟电路、FPGA、SRAM、显示器和PC104总线控制器，调理电路输入模拟信号，调理电路的输出端与FPGA内设有依次串联连接的数据解析模块、格式转换模块和数据同步模块，ADC的输出端与数据解析模块的输入端连接，数据同步模块的存储端与SRAM连接，数据同步模块的通讯端与PC104总线控制器连接，PC104总线控制器还与显示器通过PC104总线连接。本发明利用FPGA把模拟信号经过ADC转换成数字信号，再利用PC104总线控制器传输给显示器；PC104总线控制器在不与FPGA进行数据传输时呈高阻状态，可防止FPGA与显示器之间的数据干扰，提高数据采集精度。
【专利说明】基于PC104总线的多通道同步数据采集卡
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多通道同步数据采集卡，尤其涉及一种用于航空数据采集的基于PC104总线的多通道同步数据采集卡。
【背景技术】
[0002]PC104总线作为一种国际标准的控制总线，在测试和控制中得到了广泛应用，但目前市场上还没有与之配套的多通道同步数据采集卡。航空数据采集卡用于各种航空数据的采集，如飞机发动机的运行参数采集等，这类数据采集卡要求具有高精度的数据采集能力和快速分析与传输能力，所以一般采用了 FPGA作为编程器件。但传统的多通道同步数据采集卡在FPGA不向显示器(或主机)传输数据时为低阻状态，所以会形成FPGA和显示器之间的数据干扰，降低数据采集的精度。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种无干扰、高精度的基于PC104总线的多通道同步数据采集卡。
[0004]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
[0005]本发明所述基于PC104总线的多通道同步数据采集卡包括调理电路、ADC、时钟电路、FPGA、SRAM、显示器和PC104总线控制器，所述调理电路输入模拟信号，所述FPGA内设有依次串联连接的数据解析模块、格式转换模块和数据同步模块，所述ADC的输出端与所述数据解析模块的输入端连接，所述数据同步模块的存储端与所述SRAM连接，所述数据同步模块的通讯端与所述PC104总线控制器连接，所述PC104总线控制器还与所述显示器通过PC104总线连接。
[0006]ADC, Analog-to-Digital Converter的缩写,指模/数转换器或者模拟/数字转换器。是指将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。
[0007]FPGA (Field — Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列，它是在 PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
[0008]SRAM是英文Static RAM的缩写，即静态随机存储器。它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。
[0009]PC104是一种工业计算机总线标准。PC104总线是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线。PC104总线控制器是针对PC104总线数据传输而设定的通讯控制器。PC104总线控制器与PC104总线可以分开，也可以集成在一起称为PC104总线控制器或PC104总线。
[0010]本发明的有益效果在于:
[0011]本发明利用FPGA把模拟信号经过ADC转换成数字信号，再利用PC104总线控制器传输给显示器；PC104总线控制器在不与FPGA进行数据传输时呈高阻状态，可防止FPGA与显示器之间的数据干扰，提高数据采集精度；另外，FPGA包含数据解析模块、格式转换模块和数据同步模块三部分，具有防止数据丢失、数据传输速度快的优点，尤其适用于航空数据采集。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明所述基于PC104总线的多通道同步数据采集卡的电路框图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0014]如图1所示，本发明所述基于PC104总线的多通道同步数据采集卡包括调理电路、ADC、时钟电路、FPGA、SRAM、显示器和PC104总线控制器，调理电路输入模拟信号，调理电路的输出端与ADC的输入端连接，ADC的时钟输入端与时钟电路的输出端连接，FPGA内设有依次串联连接的数据解析模块、格式转换模块和数据同步模块，ADC的输出端与数据解析模块的输入端连接，数据同步模块的存储端与SRAM连接，数据同步模块的通讯端与PC104总线控制器连接，PC104总线控制器还与显示器通过PC104总线连接。
[0015]本发明所述高精度数据采集装置中主要部件采用的型号如下:
[0016]ADC:采用AD公司推出的AD7864，具有高速、低功耗的特点，是四通道同步采样12位并行接口的A/D转换器，它可以用于马达控制、非中断电源控制、数据采集和通讯等。
[0017]FPGA:包含数据解析模块、格式转换模块和数据同步模块三部分，均设于FPGA内。FPGA采用ALTERA公司CycloneIII系列EP3C16，功耗低、逻辑资源和1丰富，集成的PLL用于产生串行解码器的参考时钟。各模块的具体说明如下:
[0018]数据解析模块主要负责从并行数据流中解析出数据起始标志，该标志标识了雷达系统一帧数据的起始，数据头中还包含了雷达系统各分机状态信息和天线角码信息。
[0019]格式转换模块负责将雷达回波数据(32位定点)转换为系统所需的浮点格式(16位浮点)，转换损失为0.02dB。
[0020]数据同步模块将转换后的浮点数据写入数据缓存器中，由于缓存器由外部SRAM构成，FPGA通过调用SRAM，并将其封装为FIFO结构，当FIFO处于半满状态时通知PC104总线控制器读取数据，如FIFO处于近空状态时，通知PC104总线控制器暂停读取数据以保证FIFO不被读空从而导致数据错误。由于FIFO读数据节奏比写数据节奏快，从而保证FIFO不会出现写满状态，避免数据丢失。
[0021]PC104总线控制器:采用众为兴PC104总线控制卡，其集成度高，可靠性强。
【权利要求】
1.一种基于PC104总线的多通道同步数据采集卡，包括调理电路、ADC、时钟电路、FPGA、SRAM和显示器，所述调理电路输入模拟信号，其特征在于:还包括PC104总线控制器，所述FPGA内设有依次串联连接的数据解析模块、格式转换模块和数据同步模块，所述ADC的输出端与所述数据解析模块的输入端连接，所述数据同步模块的存储端与所述SRAM连接，所述数据同步模块的通讯端与所述PC104总线控制器连接，所述PC104总线控制器还与所述显示器通过PC104总线连接。
【文档编号】G05B19/042GK104238398SQ201310252609
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月24日 优先权日:2013年6月24日
【发明者】叶明
申请人:成都旋极历通信息技术有限公司
【专利摘要】本发明公开了一种基于PC104总线的多通道同步数据采集卡，包括调理电路、ADC、时钟电路、FPGA、SRAM、显示器和PC104总线控制器，调理电路输入模拟信号，调理电路的输出端与FPGA内设有依次串联连接的数据解析模块、格式转换模块和数据同步模块，ADC的输出端与数据解析模块的输入端连接，数据同步模块的存储端与SRAM连接，数据同步模块的通讯端与PC104总线控制器连接，PC104总线控制器还与显示器通过PC104总线连接。本发明利用FPGA把模拟信号经过ADC转换成数字信号，再利用PC104总线控制器传输给显示器；PC104总线控制器在不与FPGA进行数据传输时呈高阻状态，可防止FPGA与显示器之间的数据干扰，提高数据采集精度。
【专利说明】基于PC104总线的多通道同步数据采集卡
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多通道同步数据采集卡，尤其涉及一种用于航空数据采集的基于PC104总线的多通道同步数据采集卡。
【背景技术】
[0002]PC104总线作为一种国际标准的控制总线，在测试和控制中得到了广泛应用，但目前市场上还没有与之配套的多通道同步数据采集卡。航空数据采集卡用于各种航空数据的采集，如飞机发动机的运行参数采集等，这类数据采集卡要求具有高精度的数据采集能力和快速分析与传输能力，所以一般采用了 FPGA作为编程器件。但传统的多通道同步数据采集卡在FPGA不向显示器(或主机)传输数据时为低阻状态，所以会形成FPGA和显示器之间的数据干扰，降低数据采集的精度。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种无干扰、高精度的基于PC104总线的多通道同步数据采集卡。
[0004]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
[0005]本发明所述基于PC104总线的多通道同步数据采集卡包括调理电路、ADC、时钟电路、FPGA、SRAM、显示器和PC104总线控制器，所述调理电路输入模拟信号，所述FPGA内设有依次串联连接的数据解析模块、格式转换模块和数据同步模块，所述ADC的输出端与所述数据解析模块的输入端连接，所述数据同步模块的存储端与所述SRAM连接，所述数据同步模块的通讯端与所述PC104总线控制器连接，所述PC104总线控制器还与所述显示器通过PC104总线连接。
[0006]ADC, Analog-to-Digital Converter的缩写,指模/数转换器或者模拟/数字转换器。是指将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。
[0007]FPGA (Field — Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列，它是在 PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
[0008]SRAM是英文Static RAM的缩写，即静态随机存储器。它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。
[0009]PC104是一种工业计算机总线标准。PC104总线是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线。PC104总线控制器是针对PC104总线数据传输而设定的通讯控制器。PC104总线控制器与PC104总线可以分开，也可以集成在一起称为PC104总线控制器或PC104总线。
[0010]本发明的有益效果在于:
[0011]本发明利用FPGA把模拟信号经过ADC转换成数字信号，再利用PC104总线控制器传输给显示器；PC104总线控制器在不与FPGA进行数据传输时呈高阻状态，可防止FPGA与显示器之间的数据干扰，提高数据采集精度；另外，FPGA包含数据解析模块、格式转换模块和数据同步模块三部分，具有防止数据丢失、数据传输速度快的优点，尤其适用于航空数据采集。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明所述基于PC104总线的多通道同步数据采集卡的电路框图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0014]如图1所示，本发明所述基于PC104总线的多通道同步数据采集卡包括调理电路、ADC、时钟电路、FPGA、SRAM、显示器和PC104总线控制器，调理电路输入模拟信号，调理电路的输出端与ADC的输入端连接，ADC的时钟输入端与时钟电路的输出端连接，FPGA内设有依次串联连接的数据解析模块、格式转换模块和数据同步模块，ADC的输出端与数据解析模块的输入端连接，数据同步模块的存储端与SRAM连接，数据同步模块的通讯端与PC104总线控制器连接，PC104总线控制器还与显示器通过PC104总线连接。
[0015]本发明所述高精度数据采集装置中主要部件采用的型号如下:
[0016]ADC:采用AD公司推出的AD7864，具有高速、低功耗的特点，是四通道同步采样12位并行接口的A/D转换器，它可以用于马达控制、非中断电源控制、数据采集和通讯等。
[0017]FPGA:包含数据解析模块、格式转换模块和数据同步模块三部分，均设于FPGA内。FPGA采用ALTERA公司CycloneIII系列EP3C16，功耗低、逻辑资源和1丰富，集成的PLL用于产生串行解码器的参考时钟。各模块的具体说明如下:
[0018]数据解析模块主要负责从并行数据流中解析出数据起始标志，该标志标识了雷达系统一帧数据的起始，数据头中还包含了雷达系统各分机状态信息和天线角码信息。
[0019]格式转换模块负责将雷达回波数据(32位定点)转换为系统所需的浮点格式(16位浮点)，转换损失为0.02dB。
[0020]数据同步模块将转换后的浮点数据写入数据缓存器中，由于缓存器由外部SRAM构成，FPGA通过调用SRAM，并将其封装为FIFO结构，当FIFO处于半满状态时通知PC104总线控制器读取数据，如FIFO处于近空状态时，通知PC104总线控制器暂停读取数据以保证FIFO不被读空从而导致数据错误。由于FIFO读数据节奏比写数据节奏快，从而保证FIFO不会出现写满状态，避免数据丢失。
[0021]PC104总线控制器:采用众为兴PC104总线控制卡，其集成度高，可靠性强。
【权利要求】
1.一种基于PC104总线的多通道同步数据采集卡，包括调理电路、ADC、时钟电路、FPGA、SRAM和显示器，所述调理电路输入模拟信号，其特征在于:还包括PC104总线控制器，所述FPGA内设有依次串联连接的数据解析模块、格式转换模块和数据同步模块，所述ADC的输出端与所述数据解析模块的输入端连接，所述数据同步模块的存储端与所述SRAM连接，所述数据同步模块的通讯端与所述PC104总线控制器连接，所述PC104总线控制器还与所述显示器通过PC104总线连接。
【文档编号】G05B19/042GK104238398SQ201310252609
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月24日 优先权日:2013年6月24日
【发明者】叶明
申请人:成都旋极历通信息技术有限公司
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