[发明专利]基于FPGA的多通道通用数据采集卡及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据采集装置，具体的说是一种特别适用于光纤测振动感器在测温过程中实现信息的采集和传输的基于FPGA的多通道通用数据采集卡及其应用。

背景技术

在光纤测振动系统中，由传感器采集到的携带振动信息的数据需要通过数据采集卡进行采集和传输，当前市场上的数据采集卡，通道数最多为32个，每种采集卡只有一种通信接口，一般为USB接口或PCI接口。这些采集卡在使用时存在以下缺陷：1、通信接口形式单一，适用范围小；2、随着使用时间的加长，采集卡上器件老化造成器件参数变化，采集到的信号出现零点漂移。

发明内容

本发明针对当前市场上采集卡的以上缺陷，设计了一种结构合理、操作简便，能够有效提高数据采集效率，降低误差的通用性更好的数据采集卡及其应用。

本发明可以通过以下措施达到：

一种基于FPGA的多通道通用数据采集卡，包括用于与上位机实现数据交换的通信接口，用于控制装置工作状态的控制模块以及与控制模块相连接的数据采集通路，其中数据采集通路内设有依次相连接的交/直流耦合模块、运放模块以及A/D转换模块，控制模块分别与通信接口、数据采集通路相连接，其特征在于所述数据采集通路至少为两条。

本发明中所述控制模块包括相连接的NIOSII模块、存储模块和采集控制模块，NIOSII模块与通信接口相连接，NIOSII模块和采集控制模块分别与存储模块相连接，所述通信接口包括RS232接口、以太网接口、USB接口、PCI接口、16位并口以及用于选择通信接口通路的5选1开关，采集控制模块的输入端与数据采集通路的输出端相连接。

本发明中控制模块由一片FPGA芯片实现，在FPGA芯片上形成NIOSII模块、采集控制模块以及位于NIOSII模块和采集控制模块之间的FIFO存储模块，其中采集控制模块还设有触发信号端口，用于接收外部触发信号，采集控制模块与NIOSII模块之间设有用于实现控制命令下达的采集控制总线。

本发明中设有32路采集通路，每路采集通路内设有依次相连接的交/直流耦合模块、运放模块以及A/D转换模块，其中待采集信号经交/直流耦合模块进入采集通道，依次经过运放处理、A/D转换处理后，处理后的信号经A/D转换模块的输出端进入采集控制模块，采集控制模块在NIOSII模块的控制下，将接收的32路信息分别存入32组FIFO存储模块，等待NIOSII模块从FIFO存储模块中提取所采集信息并将其送入上位机。

一种应用如上所述基于FPGA的多通道通用数据采集卡进行多路数据采集的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：将数据采集卡的信号输入端与待采集设备相连接，将数据采集卡的信号输出端与上位机相连接，采集卡上电初始化后NIOSII通过检测5选1开关选择采集卡与上位机的通信方式，即从RS232、以太网、USB、PCI和16位并口中选择一种，与上位机建立通信，

步骤2：上位机通过和采集卡上的NIOSII通信实现对采集卡的设置，

步骤3：NIOSII模块根据上位机的设置，向采集控制模块发送采集控制设置信息和start命令，开启相应的数据采集通路进行数据采集，

步骤4：待采集数据进入相应的数据采集通路后，依次经交/直流耦合模块、运放模块、A/D转换模块处理后，在采集控制模块的控制下存入与该路数据采集通道相对应的FIFO存储模块内，

步骤5：NIOSII模块在上位机的控制下从FIFO存储模块中提取所采集信息并经通信接口将其送入上位机，完成数据的采集。

本发明步骤中5NIOSII模块在上位机的控制下从FIFO存储模块中每次读取数据时，同时读取32个FIFO，然后从每次读取的32个数据中将启用通道的数据按通道编号顺序发送给上位机。

本发明步骤2中对采集卡的设置包括：NIOSII分别通过32个交直流控制信号设定32个通道每个通道的信号耦合方式为交流耦合或直流耦合，NIOSII分别通过32个量程控制信号控制32个通道的量程为±1V或±2V，NIOSII通过采集控制总线和采集控制模块进行通信，设置采集卡的采集模式为无触发连续采集、无触发固定长度单次采集、触发固定长度连续采集和触发固定长度单次采集四种模式中的任意一种；NIOSII通过采集控制总线和采集控制模块进行通信，实现采集卡的零点自动校，NIOSII通过采集控制总线和采集控制模块进行通信，设置触发信号（Trigger_in）为上升沿触发或下降沿触发，上位机通过给NIOSII发送指令，控制每个通道的启用或停用。