[发明专利]一种数字强震仪及其多路数据采集接口

说明书

技术领域

本发明涉及地震信号检测领域，尤其涉及一种数字强震仪及其多路数据采集接口。

背景技术

目前数字强震仪的多路模数转换到微控制器的接口，多采用微控制器自带的通用输入/输出口。每一路模数转换器的数据传输及控制管脚都要单独占用一个微控制器的通用输入/输出口，只适用于当模数转换器的通道数较少的情况，例如3通道的数字强震仪多采用这种方式。当模数转换器通道数较多时，例如当数字强震仪的模数转换通道从3通道扩展到6或8通道时，以微控制器的自带的通用输入/输出接口进行多路模数转换器的数据传输和控制接口，主要会有以下缺点和问题：

1)占用的通用输入/输出接口较多。微控制器的自带的通用输入/输出接口数量有限，当通道数较多时，微控制器不能提供足够数量的输入/输出接口；

2)降低了微控制器的处理效率。通道数量的增加意味着微控制器需要花费更多的时间来完成模数转换数据的串-并转换以及数据从通用输入/输出口到存储空间的搬移，降低了微控制器的处理效率，也限制了模数转换器的最高转换速率。

3)增加了设计和实现难度。当微控制器自带的通用输入/输出接口数量可以满足设计需要时，设计复杂度和实现难度的增加，设计和实现的难度体现在通道之间的时间同步、多路信号的驱动和电路设计中的布局布线等等。

目前大多数的16位或32位的微控制器都有同步串行总线接口，常用的同步串行总线由4路信号组成，分别是时钟信号、帧同步信号、数据输入信号及数据输出信号。具有同步串行总线接口的设备之间可以按照约定好的规则，以相同的速率和字长进行双向同步通信。同步串行总线接口能够以主-从方式工作，发起同步串行通信的设备被称为主设备，接受同步串行通信的设备被称为从设备。通常主设备提供同步串行通信所需的时钟信号和帧同步信号，从设备接收时钟信号和帧同步信号，以保证能够与主设备进行同步通信。因此可以利用微控制器串行总线接口来解决当数字强震仪的模数转换通道增加时带来的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种数字强震仪及其多路数据采集接口。

本发明提供了一种数字强震仪的多路数据采集接口，包括：

数据采集与控制单元，用于接收微控制器的指令以设置模数转换器的工作模式、对模数转换器进行复位或者对模数转换器进行同步；

数据转换单元，用于根据模数转换器的状态转换信号锁存模数转换器输出的并行数据；

同步串行单元，用于将并行数据转换为串行数据输出至微控制器。

在一个示例中，多路数据采集接口的参考时钟信号由晶振或者微控制器提供。

在一个示例中，模数转换器的转换时钟信号由参考时钟信号经第一分频器分频得到。

在一个示例中，数据转换单元包括第一移位寄存器至第N移位寄存器以及第一锁存器至第N锁存器；第一移位寄存器至第N移位寄存器的时钟信号与模数转换器的转换时钟信号相同，N为自然数；

第一移位寄存器至第N移位寄存器分别接收模数转换器输出的N路数据；第一锁存器至第N锁存器根据模数转换器输出的状态转换信号对应地锁存第一移位寄存器至第N移位寄存器存储的数据。

在一个示例中，同步串行单元包括第N+1锁存器、第N+1移位寄存器和第一计数器；

第N+1锁存器根据模数转换器的状态转换信号锁存第一锁存器至第N锁存器上的数据；

第N+1移位寄存器根据模数转换器的状态转换信号以及参考时钟信号经第二分频器分频得到的时钟信号进行并串变换并输出至微控制器；

参考时钟信号经过第二分频器分频并经过第一计数器计数后得到微控制器的帧同步信号；

参考时钟信号经过第二分频器分频得到微控制器的同步串行时钟。

在一个示例中，数据采集与控制单元包括第N+2锁存器、第N+3锁存器、第N+4锁存器、第N+2移位寄存器以及第二计数器；第二计数器对参考时钟信号经过第二分频器分频得到的时钟信号进行计数以输出锁存信号；

第N+2移位寄存器接收微控制器输出的指令；

第N+2锁存器、第N+3锁存器或第N+4锁存器根据第二计数器输出的锁存信号锁存微控制器输出的指令；

第N+2锁存器输出的指令用于控制模数转换器的工作方式，第N+3锁存器输出的指令用于复位模数转换器，第N+4锁存器输出的指令用于同步模数转换器。

在一个示例中，N＝8。

在一个示例中，该多路数据采集接口由复杂逻辑器件实现。