一种高速数据采集卡的设计与实现

　　O 引言

　　测试设备是武器系统中最主要的子系统之一，它的工作正常与否将直接影响到整个武器系统的作战性能。在对武器系统进行测试的过程中，需要对一系列的电压、电流等模拟量信号进行快速、实时的数据采集和分析，检查这些模拟量的指标是否符合要求，可以对武器系统是否发生故障做出诊断，保证武器系统的正常工作。根据现代战争对武器系统的作战需求，提高快速机动保障能力，研制出体积小、结构紧凑、便携式的测试设备就成为主要的目标。

　　本文设计了一种基于PC/104总线的高速数据采集系统，其目的在于替代示波器在武器系统测试中的作用。常规采集方案主要有两种：

　　(1)由单片机直接控制的采集方案，这是最简单最常用的控制方案。由于每次采样都要有单片机的参与，需占用单片机的时间，影响其数据处理，而且对于多通道、多个A/D转换器的控制，因所需处理的信息更多，则更加不方便。

　　(2)由DMA控制的采集方案。此方案硬件电路复杂，若与单片机配合使用，需要单片机具有总线挂起功能，否则还需要进行总线切换，影响数据的及时处理。

　　综合以上两种方案的优缺点，本数据采集卡自动采样硬件电路主要采用可编程逻辑器件CPLD和先进先出FIFO(First In First Out)技术设计而成，可以很好地实现高速数据采集。

　　1 数据采集卡总体方案设计

　　数据采集卡是由信号调理电路、带采样保持器的A/D模数转换器、多路模拟开关、FIFO数据缓存、CPLD芯片及时钟电路等部分组成，具有高精度、高可靠性、高抗干扰能力等特点。总体结构设计原理如图1所示。

　　2 芯片介绍

　　该数据采集卡采用的芯片主要有：AD9283模/数转换器、AD508A多路选择开关、EPM7128SCL84-6CPLD和CY7C4261 FIFO缓存器。下面对以上所用芯片做一简要介绍。

　　2.1 AD9283模/数转换器简介

　　本数据采集卡选用了ANALOG DEVICE公司生产的高速8位模/数转换器AD9283。它采用先进CMOS制作工艺，提供20脚表面贴装封装形式。片内集成高性能采样和保持放大器，输入信号可采用单输入或差分输入;处理输入电压峰峰值在0～1 V之间的模拟信号;采用单+3 V模拟电源和单+3 V数字电源;片内提供+1.2～+1.3 V的参考电压;最高抽样速率可达100 MSPS;具有高速并行输出接口。

　　2.2 EPM7128SCL84-6 CPLD芯片简介

　　本数据采集卡选用一片Altera公司生产的EPM7128SLC84-6CPLD作为核心处理芯片，它具有高阻抗、电可擦除等特点，可用门单元为2 500个，有64个用户可用I/O引脚，工作电压为+5 V，管脚间最大延迟为5 ns，采用PLCC-84封装，通过JTAG接口可实现在线编程。