1、第 1 页 共 31 页 1 1 绪论绪论 1.1 数据采集系统的数据采集系统的概念概念和和意义意义 信号采集与处理是计算机与外部物理世界连接的桥梁，在科研、生产和人们的日常 生活中，经常需要测量流量、速度、位移、温度、压力、外形等物理量，人们一般通过 传感器把上述物理量转换成模拟电信号，然后将模拟电信号经过放大、滤波、数模转换 等处理后送入计算机，这就是数据采集。数据采集技术是信息科学的重要分支，它不仅 应用在智能仪器中， 而且在现代工业生产、 国防军事及科学研究等方面都得到广泛应用， 无论是过程控制、状态监测，还是故障诊断、质量检测，都离不开数据采集系统 1-2。 从严格意义上说，数据采集
2、系统应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检 测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算，以及从检测的数据中提取可用的信息， 供显示、记录、打印或描绘的系统。总之，不论在哪个应用领域中，数据的采集与处理 越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。 1.2 1.2 数据采集系统研究现状数据采集系统研究现状 数据采集存储系统目前在环境感知，图像处理、语音识别、通信等领域有着广泛的 应用，它用于实时、高速地采集和记录应用领域的各项参数信息。随着应用领域的不断 深入，信号分辨率、采样率，数据存储容量，存储时间等要求都大幅提升，设备可靠性 和实时性要求也越来越高，因此高精度、高可靠性的大容量数据
3、采集存储系统就显得尤 为重要， 而且抗冲击干扰能力、 可扩展性及可移植性等方面因素都必须严格考虑处理 3-4。 传统的数据采集系统采用单片机作为微处理器。近年来，数据采集系统的控制芯片 由原来的单片机逐步发展到数字处理芯片 DSP(数字信号处理器)，嵌入式芯片等速度更 高功能更强的芯片。在高性能数据采集系统中，通常采用单片机或 DSP 作为 CPU，控 制 ADC(模/数转换器)、存储器和其他外围电路的工作 5。 但基于单片机和 DSP 设计的数据采集系统都有一定的不足： 单片机的时钟频率较低，各种功能都要靠软件的运行来实现，软件运行时间在整个 采样时间中占很大的比例，效率低，难以适应高速数据
4、采集系统的要求；DSP 的运算速 度快，擅长处理密集的乘加运算，但很难完成外围的复杂硬件逻辑控制。 FPGA 是英文 FieldProgrammable Gate Array 的缩写，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 第 2 页 共 32 页 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。FPGA 集成度高，器件密度高达数千万门，可完成 复杂的时序与组合逻辑电路功能，通过编程，用户可立刻把一个通用 FPGA 芯片配置成 需要的硬件数字电路，其内部丰富的布线资源也给修改、测试和系统升级提供了极大的 方便。 随着电子技术的飞速发展，FPGA 能有效克服单片机和 DSP 的缺点，它的全部控 制逻辑均由硬件完成，容易实现硬件上的并行工作。FPGA 内部可以嵌入 DSP 软核，增 强了系统的数据处理能力 6-7；FPGA 还具有时钟频率高、内部延时小、编程配置灵活 的特点，可以集采样控制、处理、缓存和传输于一个芯片内实现片上
