本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集裝置，特別涉及一種基于arm和spi總線的雙通道數(shù)據(jù)采集裝置，屬信號處理領域。

背景技術：

現(xiàn)今由于經濟發(fā)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(huán)境下進行的，這對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提出了更高的要求。在20世紀50年代，美國首先對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行研究并應用在軍事上的測試系統(tǒng)；20世紀70年代中后期，隨著微型機的發(fā)展，誕生了性能優(yōu)良的融合采集器、儀表和計算機為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；20世紀90年代之后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(tǒng)編程，這樣使得擴展和修改系統(tǒng)變得非常方便，這種數(shù)據(jù)采集技術被廣泛應用在軍事、航空航天技術、工業(yè)等領域中。

近年來，隨著電子技術、通信技術、計算機技術的發(fā)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(yè)、民用控制系統(tǒng)中。與此同時，usb技術也得到了迅猛發(fā)展，隨著usb2.0、usb3.0的相繼推出，給以arm為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)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(xiàn)了遠程、實時、現(xiàn)場檢測等功能，速度也達到了一定的水平。

在互聯(lián)網行業(yè)快速發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)采集已經被廣泛應用于互聯(lián)網及分布式領域，數(shù)據(jù)采集領域已經發(fā)生了重要的變化。首先，分布式控制應用場合中的智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在國內外已經取得了長足的發(fā)展。其次，總線兼容型數(shù)據(jù)采集插件的數(shù)量不斷增大，與個人計算機兼容的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)量也在增加。國內外各種數(shù)據(jù)采集機先后問世，將數(shù)據(jù)采集帶入了一個全新的時代。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種基于arm和spi總線的雙通道數(shù)據(jù)采集裝置，有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速采樣和實時傳輸。

本發(fā)明提供一種基于arm和spi總線的雙通道數(shù)據(jù)采集裝置，其包括信號調理電路板和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xù)信號處理；光耦隔離電路主要是起到隔離模擬電路和數(shù)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(shù)據(jù)通過spi總線傳輸?shù)絘rm微處理器，arm微處理器對采集到的數(shù)據(jù)存儲到flash并通過usb傳輸?shù)絧c機，lcd對采樣過程進行動態(tài)顯示。

在上述基于arm和spi總線的雙通道數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集裝置中，所述arm微處理器通過spi總線將采集到的數(shù)據(jù)存儲到flash并通過usb接口傳輸?shù)絧c機，lcd對采樣過程進行動態(tài)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(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的基于arm和spi總線的雙通道數(shù)據(jù)采集裝置具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明通過采用spi協(xié)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(shù)據(jù)采集功能比較強大；

2、本發(fā)明通過采用撥碼開關，可以根據(jù)用戶需要靈活選擇數(shù)據(jù)采集通道的開啟與關斷；

3、本發(fā)明通過采用光耦隔離電路，將模擬信號與數(shù)字信號進行隔離，避免相互干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性。

附圖說明

圖1為系統(tǒng)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，對本發(fā)明采用的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(shù)據(jù)傳輸速率較高等優(yōu)點，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為pcb的布局上節(jié)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(xié)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(shù)據(jù)輸入)、sdo(數(shù)據(jù)輸出)、sclk(時鐘)、cs(片選)

(1)sdi–主設備數(shù)據(jù)輸入，從設備數(shù)據(jù)輸出；

(2)sdo–主設備數(shù)據(jù)輸出，從設備數(shù)據(jù)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(guī)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(shù)據(jù)交換完成的，這里先要知道spi是串行通訊協(xié)議，也就是說數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)?。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(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過sdo線，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(yōu)點，與普通的串行通訊不同，普通的串行通訊一次連續(xù)傳送至少8位數(shù)據(jù)，而spi允許數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)交換協(xié)議：因為spi的數(shù)據(jù)輸入和輸出線獨立，所以允許同時完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出。不同的spi設備的實現(xiàn)方式不盡相同，主要是數(shù)據(jù)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。

為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明的基于arm和spi總線的雙通道數(shù)據(jù)采集裝置包括信號調理電路板和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xù)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(shù)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(shù)字信號，通過后續(xù)的spi總線傳送給arm微處理器。另外一個通道的轉換機理與此通道相同。

撥碼開關與arm微處理器相連，可以根據(jù)用戶的要求設置每一通道的接入狀態(tài)。例如，撥碼開關s1可以用于設置通道1的接入或斷開。撥碼開關s2可以用于設置通道2的接入或斷開。每一通道的撥碼開關用“on”和“off”狀態(tài)分別表示對應的通道的接入或斷開，例如雙通道的撥碼開關s1、s2的狀態(tài)是”onoff”,則表示第一通道接入準備使用，同時第二通道斷開不使用。此外，撥碼開關外圍包含電阻，該電阻用于限流。從電路角度來說，某一通道的撥碼開關撥至“on”狀態(tài)，電源3.3v通過該限流電阻傳給arm微處理器，arm微處理器識別該信號為高電平使能信號。反之，若撥至“off”狀態(tài)，電源3.3v通過該限流電阻接地，接地信號傳給arm微處理器，arm微處理器識別該信號為低電平靜止信號。

arm微處理器根據(jù)撥碼開關狀態(tài)的設置，為ad采樣提供采樣時鐘，并且，通過spi協(xié)議對采樣到的數(shù)據(jù)進行實時接收并存儲到flash中，lcd顯示器可以對采樣過程進行動態(tài)顯示，便于觀察。存儲到flash中的采樣數(shù)據(jù)通過usb3.0接口能夠快速傳輸?shù)絧c機進行后續(xù)數(shù)據(jù)的處理。具體而言，arm微處理器可以選用stmicroelectronics公司的stm32f407xx,stm32f407xx系列是基于高性能的armcortex-m432位精簡指令集、運行頻率高達168mhz，片上資源豐富。arm微處理器上電后，用于實現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的實時傳輸和spi協(xié)議處理，其被配置成具有：撥碼開關、lcd顯示、usb接口、spi協(xié)議、以及flash存儲。

此外，本數(shù)據(jù)采集裝置還包括arm微處理器輔助工作電路，其與arm微處理器相連。該arm微處理器輔助工作電路包括rc去耦電路以及晶振電路。rc去耦電路為arm微處理器的穩(wěn)定工作提供電源去耦，競爭電路為arm微處理器提供供源時鐘。