一種基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置，通過采用SPI總線及FLASH緩存，能夠有效實現單通道的數據采樣，通過采用USB接口，能夠有效實現采樣數據和PC機之間的高速傳輸。

A dual channel data acquisition device based on ARM and SPI bus

The invention discloses a dual channel data acquisition device based on SPI bus and ARM, by using SPI bus and FLASH cache, can effectively achieve the single channel data sampling, through the USB interface, can realize high speed transmission between the sampling data and the PC machine.

【技術實現步驟摘要】
一種基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置
本專利技術涉及一種數據采集裝置，特別涉及一種基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置，屬信號處理領域。
技術介紹
現今由于經濟發展、科學考察、國防建設等諸多方面的迫切需要，對于各種設備的性能要求越來越嚴格。這就需要對所研制的設備進行大量的試驗以達到要求，而這些試驗多是在不同環境下進行的，這對數據采集系統提出了更高的要求。在20世紀50年代，美國首先對數據采集系統進行研究并應用在軍事上的測試系統；20世紀70年代中后期，隨著微型機的發展，誕生了性能優良的融合采集器、儀表和計算機為一體的數據采集系統；20世紀90年代之后，數據采集系統采用更先進的模塊式結構，特點是可以把功能模塊化，并結合系統編程，這樣使得擴展和修改系統變得非常方便，這種數據采集技術被廣泛應用在軍事、航空航天技術、工業等領域中。近年來，隨著電子技術、通信技術、計算機技術的發展，ARM以其體積小、功耗低、使用方便等特點，被廣泛應用于各種工業、民用控制系統中。與此同時，USB技術也得到了迅猛發展，隨著USB2.0、USB3.0的相繼推出，給以ARM為核心的數據采集系統實現高速、超高速提供了有效的手段。利用ARM微處理器可以結合Internet技術、USB技術、LCD顯示，以及觸摸屏的功能，分別實現了遠程、實時、現場檢測等功能，速度也達到了一定的水平。在互聯網行業快速發展的今天，數據采集已經被廣泛應用于互聯網及分布式領域，數據采集領域已經發生了重要的變化。首先，分布式控制應用場合中的智能數據采集系統在國內外已經取得了長足的發展。其次，總線兼容型數據采集插件的數量不斷增大，與個人計算機兼容的數據采集系統的數量也在增加。國內外各種數據采集機先后問世，將數據采集帶入了一個全新的時代。
技術實現思路
專利技術目的：本專利技術的目的在于提供一種基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置，有效實現數據的高速采樣和實時傳輸。本專利技術提供一種基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置，其包括信號調理電路板和數據采集電路板，其中，所述信號調理電路板包括帶通濾波器、單端轉差分電路、光耦隔離電路和AD芯片；所述數據采集電路板包括ARM微處理器、SPI總線、FLASH、LCD顯示、USB接口和PC機。其中，單端轉差分電路將單極性、單端信號轉換層差分信號，便于后續信號處理；光耦隔離電路主要是起到隔離模擬電路和數字電路的作用，避免相互干擾；AD芯片是差分輸入、同步采樣、12位ADC；采樣到的數據通過SPI總線傳輸到ARM微處理器，ARM微處理器對采集到的數據存儲到FLASH并通過USB傳輸到PC機，LCD對采樣過程進行動態顯示。在上述基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置中，每條通道都有對應的撥碼開關，用于控制通道的開啟與關斷。在上述基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置中，所述ARM微處理器通過SPI總線將采集到的數據存儲到FLASH并通過USB接口傳輸到PC機，LCD對采樣過程進行動態顯示。還包括RC電路、FLASH存儲器以及晶振電路，所述RC電路為ARM微處理器提供電源去耦，所述FLASH存儲器為ARM微處理器提供存儲空間，所述晶振電路為ARM微處理器提供供源時鐘。與現有技術相比，本專利技術提供的基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置具有以下優點：1、本專利技術通過采用SPI協議，大大提高了傳輸速率，最高采樣速率可以達到110MHz，量化比特可以達到12bit，數據采集功能比較強大；2、本專利技術通過采用撥碼開關，可以根據用戶需要靈活選擇數據采集通道的開啟與關斷；3、本專利技術通過采用光耦隔離電路，將模擬信號與數字信號進行隔離，避免相互干擾，提高了系統的可靠性。附圖說明圖1為系統結構示意圖圖2為信號調理電路板示意圖具體實施方式首先，對本專利技術采用的SPI接口進行說明。SPI全稱是串行外設接口(SerialPeripheralInterface)，是由Motorola提出的一種高速的、全雙工、同步串行通信接口。SPI具有全雙工操作、操作簡單、數據傳輸速率較高等優點，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，如今越來越多的芯片集成了這種通信協議。SPI，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要至少4根線，事實上3根也可以(單向傳輸時)。也是所有基于SPI的設備共有的，它們是SDI(數據輸入)、SDO(數據輸出)、SCLK(時鐘)、CS(片選)(1)SDI–主設備數據輸入，從設備數據輸出；(2)SDO–主設備數據輸出，從設備數據輸入；(3)SCLK–時鐘信號，由主設備產生；(4)CS–從設備使能信號，由主設備控制。其中，CS是控制芯片是否被選中的，也就是說只有片選信號為預先規定的使能信號時(高電位或低電位)，對此芯片的操作才有效。這就允許在同一總線上連接多個SPI設備成為可能。接下來就是負責通訊的3根線了。通訊是通過數據交換完成的，這里先要知道SPI是串行通訊協議，也就是說數據是一位一位的傳輸的。這就是SCLK時鐘線存在的原因，由SCLK提供時鐘脈沖，SDI，SDO則基于此脈沖完成數據傳輸。數據輸出通過SDO線，數據在時鐘上升沿或下降沿時改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數據傳輸，輸入也使用同樣原理。因此，至少需要8次時鐘信號的改變(上沿和下沿為一次)，才能完成8位數據的傳輸。SCLK信號線只由主設備控制，從設備不能控制信號線。同樣，在一個基于SPI的設備中，至少有一個主控設備。這樣的傳輸方式有一個優點，與普通的串行通訊不同，普通的串行通訊一次連續傳送至少8位數據，而SPI允許數據一位一位的傳送，甚至允許暫停，因為SCLK時鐘線由主控設備控制，當沒有時鐘跳變時，從設備不采集或傳送數據。也就是說，主設備通過對SCLK時鐘線的控制可以完成對通訊的控制。SPI還是一個數據交換協議：因為SPI的數據輸入和輸出線獨立，所以允許同時完成數據的輸入和輸出。不同的SPI設備的實現方式不盡相同，主要是數據改變和采集的時間不同，在時鐘信號上沿或下沿采集有不同定義，具體請參考相關器件的文檔。為使本專利技術的目的、特征更明顯易懂，下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式作進一步的說明。如圖1所示，本專利技術的基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置包括信號調理電路板和數據采集電路板兩部分。信號調理電路板包括帶通濾波器、單端轉差分電路、光耦隔離電路和AD芯片；所述數據采集電路板包括ARM微處理器、撥碼開關、SPI總線、FLASH、LCD顯示、USB接口和PC機。下面以其中一個通道為例進行說明。輸入模擬信號沿SMA同軸電纜接入，通過PCB走線傳給后續的帶通濾波器進行調理，帶通濾波器不進行放大作用。調理后的信號傳送到AD8022，AD8022的作用是將單極性、單端信號轉化為差分信號，轉化后的差分信號經過光耦隔離器進行隔離，光耦隔離器的作用是將模擬信號與數字信號進行隔離，避免相互干擾。隔離后的信號傳送到AD采樣芯片進行采樣。在此，AD采樣芯片的最高采樣頻率可以達到110MHz，輸入的模擬信號被量化成12bit的數字信號，通過后續的SPI總線傳送給ARM微處理器。另外本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置，其特征在于，包括信號調理電路板和數據采集電路板，其中，所述信號調理電路板包括帶通濾波器、單端轉差分電路、光耦隔離電路和AD芯片四部分部分；所述數據采集電路板包括ARM微處理器、SPI總線、撥碼開關、FLASH、LCD顯示、USB接口和PC機。

【技術特征摘要】
1.一種基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置，其特征在于，包括信號調理電路板和數據采集電路板，其中，所述信號調理電路板包括帶通濾波器、單端轉差分電路、光耦隔離電路和AD芯片四部分部分；所述數據采集電路板包括ARM微處理器、SPI總線、撥碼開關、FLASH、LCD顯示、USB接口和PC機。2.如權利要求1所述的一種基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置，其特征在于，每條通道對應采用了撥碼開關，用于控制數據采集的開啟和關斷。3.如權利要求1所述的一種基于ARM和SPI總線的雙通道數據采集裝置，其特征在于，所述信號調理電路板采用了單端轉差分電路，將單極性、單端信號轉換成差分信號，便于后續處理。4.如權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝虎，錢玉文，桂林卿，束鋒，李駿，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32