[发明专利]一种具有自适应功能的AD采集板卡及采集方法

摘要

本发明提供一种具有自适应功能的AD采集板卡及采集方法，采集板卡包括多通道AD采样芯片以及数字信号处理器；数字信号处理器用于根据所输入的正弦波信号的信号频率，自适应的准确计算出采样间隔；然后，从多通道AD采样芯片所上传的采样点中，根据采样间隔，选取得到若干个有效采样点；然后，并行执行以下操作存储有效采样点；对一个信号周期包含的有效采样点进行计算，得到正弦波有效值。本发明预设计采样点数Zmax，以及，不同信号频率的各个正弦波信号共用同一个有效值计算模块，从而在保证有效值计算精度的前提下，有效节约了数字信号处理器的资源，降低了数字信号处理器的实现功能、成本以及FPGA功耗。

主权项

一种应用具有自适应功能的AD采集板卡的具有自适应功能的AD采集方法，其特征在于，应用具有自适应功能的AD采集板卡包括多通道AD采样芯片以及数字信号处理器；所述多通道AD采样芯片与所述数字信号处理器连接；所述多通道AD采样芯片用于对正弦波信号进行采样，并将采样得到的采样点发送给所述数字信号处理器；所述数字信号处理器用于：根据所输入的正弦波信号的信号频率，自适应的准确计算出采样间隔；然后，从所述多通道AD采样芯片所上传的采样点中，根据所述采样间隔，选取得到若干个有效采样点；然后，并行执行以下操作：存储所述有效采样点；对一个信号周期包含的有效采样点进行计算，得到正弦波有效值；具有自适应功能的AD采集方法包括以下步骤：S1，设AD采样芯片共有n个采样通道，分别记为第1采样通道、第2采样通道…第n采样通道；其中，n为自然数；数字信号处理器具有1个有效值计算模块；S2，当有n路正弦波信号需要被AD采样并计算有效值时，每路正弦波信号的信号频率预先发送给数字信号处理器；设n路正弦波信号依次为：第1路正弦波信号、第2路正弦波信号…第n路正弦波信号；其信号频率对应为：f1、f2…fn；其信号周期对应为：T1、T2…Tn；数字信号处理器预设定一个信号周期所需要有效采样点数量的最大值Zmax，以及，数字信号处理器预设定最小采样间隔t0；其中，所述最小采样间隔t0的设定原则为：最小采样间隔t0＝有效值计算模块计算1次有效值所需时间ty*n+tX；其中，tX为余量时间；S3，所述数字信号处理器自适应计算出各路正弦波信号的采样间隔，具体计算方法均为：对于任意的第i路正弦波信号，其信号周期为Ti；其中，i＝1、2…n；采用S3.1‑S3.3的方法计算其采样间隔：S3.1，令j＝1；S3.2，判断Ti/jt0是否小于等于Zmax，如果判断结果为是，则第i路正弦波信号的采样间隔ti＝j*最小采样间隔t0，并结束对该路正弦波信号采样间隔的计算步骤；如果判断结果为否，则执行S3.3；S3.3，令j＝j+1，返回S3.2；由此计算得到各路正弦波信号的采样间隔，其均为最小采样间隔t0的整数倍，将n路正弦波信号的采样间隔依次记为：采样间隔t1、采样间隔t2…采样间隔tn；S4，AD采样芯片的n个采样通道以固定频率持续并行对n路正弦波信号进行独立采样；S5，数字信号处理器对AD采样芯片采集得到的n路采样点进行处理，并计算有效值，具体方法为：在n路正弦波信号的信号频率均未发生变化时，执行以下步骤：数字信号处理器以最小采样间隔t0为循环触发时钟；(1)初始时刻，进行第1次循环处理过程：即：数字信号处理器首先对第1采样通道的当前采样点进行取样，得到第1‑1有效采样点；然后，一方面，将所述第1‑1有效采样点存储到第1存储区域的第1位；另一方面，对第1‑1有效采样点计算有效值，将有效值结果记为A1，并将A1存储到第2‑1存储区域；然后，数字信号处理器对第2采样通道输送的当前采样点进行取样，得到第2‑1有效采样点；然后，一方面，将所述第2‑1有效采样点存储到第2存储区域的第1位；另一方面，对第2‑1有效采样点计算有效值，将有效值结果记为A2，并将A2存储到第2‑2存储区域；依此类推，直到数字信号处理器对第n采样通道输送的当前采样点进行取样，得到第2‑n有效采样点；然后，一方面，将所述第2‑n有效采样点存储到第n存储区域的第1位；另一方面，对第2‑n有效采样点计算有效值，将有效值结果记为An，并将An存储到第2‑n存储区域；上述进行第1次循环处理过程所需时间小于但接近最小采样间隔t0；(2)从所述初始时刻开始，当经过最小采样间隔t0后，进行第2次循环处理过程：即：数字信号处理器返回到第1采样通道，判断从前一次对第1采样通道输送的采样点进行取样的时刻至当前时刻所经过的时间间隔是否达到采样间隔t1；如果达到，则对第1采样通道输送的当前采样点进行取样，得到第1‑2有效采样点；然后，一方面，将所述第1‑2有效采样点存储到第1存储区域的第2位；另一方面，对第1‑2有效采样点计算有效值，其计算方法为：第1‑2有效采样点的值与A1进行累积计算，得到的有效值结果记为A2，并用A2更新A1；如果未达到，则对第1采样通道输送的当前采样点不进行任何处理；然后，采用同样的处理方法，数字信号处理器依次对第2采样通道至第n采样通道进行处理；(3)从所述初始时刻开始，当经过2倍的最小采样间隔t0后，进行第3次循环处理过程；如此不断循环，数字信号处理器对n个采样通道输送的采样点，按各自对应的采样间隔，不断进行取样并计算有效值；其中，对于任意一个第i采样通道，其信号周期为Ti，采样间隔为ti，则一个信号周期共包括有M＝Ti/ti+1个有效采样点，依次记为：C1、C2…CM；对第i采样通道有效值计算过程具体为：S10：当得到第1个有效采样点C1时，计算得到有效值A1；其中，有效值A1只为中间值；当得到第2个有效采样点C2时，将有效采样点C2和有效值A1进行累积计算，得到有效值A2；有效值A2只为中间值；依此类推，当得到第一个周期的最后一个有效采样点CM时，并与AM‑1进行累积计算，得到有效值AM；此处，有效值AM不再是中间值，存储AM；S20，当经过第一个信号周期后，当后续得到第M+1个有效采样点CM+1后，此时，通过C2…CM、CM+1这M个有效采样点的值计算有效值AM+1；此处，有效值AM+1不再是中间值，存储AM+1；当后续得到第M+2个有效采样点CM+2后，此时，通过C3…CM+1、CM+2这M个有效采样点的值计算有效值AM+2；此处，有效值AM+2不再是中间值，存储AM+2；依此类推，只要第i采样通道的信号频率不发生变化时，不断计算并得到有效值，最终得到多个有效值；S30，在任意时刻，当第i采样通道的信号频率发生变化时，采样间隔自适应变化，将信号频率发生变化后的第1个有效采样点记为C1，然后，返回S10，循环S10‑S20。