[实用新型]高速实时数据采集系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及数据采集技术领域，特别是涉及一种新型高速实时数据采集系统。

背景技术

随着现代科学技术的发展，数据采集技术已渗透到地质勘探、医疗器械、雷达、测控等众多技术领域，人们对数据的采样速率提出了越来越高的要求。在模数变换(Analog Digital，AD)采样系统中，传统的晶体振荡器加以为电路和滤波电路的模拟方式已不能满足这一要求，而采用专用的时钟芯片的时钟模块的灵活性又不够，当前新的技术发展趋势是使用FPGA(FieldProgrammable Gate Array，即现场可编程门阵列)技术，采用FPGA的内部专用时钟模块和逻辑资源来构建能满足系统要求的灵活的高精度时钟模块。

模数转换器作为模拟信号和数字信号的桥梁，其应用日趋广泛。当前不断涌现的新理论、新算法，加之数字信号处理器件性能的提高，推动了数据采集系统的发展。目前常用数据采集系统的速率一般在几MSps～几百MSps(Millionsamplesper second，百万抽样/秒)，经模数转换后的数据通过缓冲存储器送入到性能较低的DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)处理器，或者通过各种总线送入微机，于是所采集的数据得不到及时的处理，难以满足数据采集实时性的要求，并且所采用的采样控制接口电路需要占用大量的DSP资源和总线资源。

参见图1，在传统的数据采集系统中，AD的控制和数据的转存可通过微处理器来进行控制。这种方式用于高速数据采集系统将会浪费大量的CPU(Central processing unit，中央处理器)资源，而对于MCU(Micro Controller Unit，微型控制单元，也称为单片微型计算机)来说，根本不可能控制高速数据的采集和存储过程。因为一般将AD转换的结果读入，然后再转存到片外的存储器(如图示的RAM)中，此过程至少需要4个机器周期，采用传统的微处理器或者ARM(Advanced RISC Machines，高级RISC微处理器)的方案，根本不能满足系统的需要。

近几年随着数字革命的推进，数据存储技术也取得了迅猛的发展。在电子和计算机技术飞速发展今天，数字信号处理技术已经成为信息获取的最重要的手段之一。同时各应用领域对数字信号处理的实时性，集成度和灵活性也提出了更高的要求。己有的低速，非实时的数据采集处理系统很难满足这种高端需求。

在一些智能仪器中，经常需要进行大量的数据采集和存储操作。例如，在精准农业作业中需要采集田地中每一个采样点的经度、纬度、产量和湿度等信息，这样采样点会有成千上万，于是产生了大量的数据，目前保证这些现场数据的存储是测控系统设计中的关键问题之一。对基于PC机的智能仪器，这些数据可直接以DOS或Windows文件的形式存入硬盘，而对于基于单片机的现场设备，则由于系统处理速度慢、没有操作系统支持和存储容量小等原因，难以满足上述要求。通常单片机所支持的存储单元的RAM(random-access memory，随机存取存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，电可擦可编程只读存储器)或小容量的Flash存储芯片，它们的一个共同特点是受到寻址空间的限制，不能满足海量存储的要求，无法高速实时地实现数据的传输与存储，因此对于高速多通道数据采集，普通单片机很难满足系统对数据采集实时性和同步性的要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种新型高速实时数据采集系统，可以高速实时地实现所采集数据的传输与存储。

为此，本实用新型提供了一种新型高速实时数据采集系统，包括：

信号源，用于输出模拟信号给模数转换器；

模数转换器，用于将信号源输出的模拟信号转换成可编译的数字信号并输出；

现场可编程门阵列FPGA芯片，用于存储模数转换器输出的数字信号并控制数字信号的输入与输出；

数据流运算处理模块，用于对FPGA芯片所输出的数字信号流进行信号处理。

优选地，所述FPGA芯片包括：用于缓存数据的第一双口随机存取存储器DPRAM和第二双口随机存取存储器DPRAM，以及用于对第一DPRAM或第二DPRAM进行读写控制的逻辑控制模块。

优选地，所述第一DPRAM和第二DPRAM组成乒乓工作方式。