基于ARM_Linux的高速同步数据采集系统设计

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测控自动化

《PLC 技术应用200例》

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基于ARM-Linux 的高速同步数据采集系统设计

Implementation of High-speed and Synchronous Data Acquisition System Based on ARM-Linux

(1中科院等离子体物理研究所;2合肥工业大学)

李齐礼

1

季振山

1

肖炳甲

1

舒双宝

2

LI Qi-li JI Zhen-shan XIAO Bing-jia SHU Shuang-bao

摘要:基于采用ARM11内核的S3C6410处理器,外扩高精度数据采集芯片AD7606,设计并实现了一种用于电能质量监测的高速同步数据采集系统。详细分析了AD7606以及PWM 定时器的基本工作原理,采用并行接口模式作为ADC 与S3C6410的数据传输,移植了Linux 操作系统并实现了基于PWM 和GPIO 口的ADC 驱动。实验测试结果表明,该系统在Linux 环境下对ADC 实现了精确定时,是可行的,能很好的满足电能质量监测中数据采集的需要。关键词:电能质量;数据采集;AD7606;Linux;ARM 中图分类号:TP274文献标识码:A

Abstract:A power quality data acquisition system based on high precision AD chip AD7606and ARM S3C6410embedded in real-time Linux kernel is designed and implemented.Working principle of AD7606and the parallel connection between AD and ARM are introduced detailedly.Driver software for AD 7606in Linux is designed and implemented.With PWM Timer triggerring AD sampling and data reading completed in Timer interrupt,the method of modularization is used for software design of this system.Feasibility and reliability of the system ware validated by experimental test,and the results showed that the data acquisition system can satisfy the demand of power quality analysis system.

Keywords:power quality;data acquisition;AD7606;Linux;ARM

文章编号:1008-0570(2012)10-0095-02

引言

以往的电能质量监测仪器多是基于DSP 来进行数据采集与处理的,这些系统主频较低,难以运行较成熟的操作系统,并发处理能力不足,给上层应用程序和人机界面开发带来了很大不便,同时造价高昂,性价比不高。近年来ARM 微处理器的快速发展,使得便携式、低功耗、高性价比的应用成为可能,本系统的设计就是基于这样的大背景。

本文以提高电能质量测量精度,降低设备功耗与成本,改善监测系统稳定性和实时性,提高人机界面友好性为背景,采用基于ARM11核心的S3C6410为处理器,搭配Linux 操作系统,通过S3C6410的GPIO 口外扩AD7606采集芯片,设计并实现了一套高速数据采集系统。本系统利用S3C6410的PWM 硬件定时器实现了对AD7606的精确定时,克服了Linux 软件定时器无法精确定时的困难。本系统具有8通道(在实际电能质量监测中只用到6通道)同步采集能力,采样转换精度为16bit,最大采样率250KSPS 。这种设计很好的满足了电能质量监测对数据采集精度高,效率高、简单可靠的要求。

1AD7606工作原理

AD7606是16位、8通道同步采样模数数据采集系统

(DAS)。这些器件内置模拟输入箝位保护、

二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、16位电荷再分配逐次逼近型ADC 、灵活的数字滤波器、2.5V 基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。

AD7606采用5V 单电源供电,可以处理±10V 和±5V 真双极

性输入信号,同时所有通道均能以高达200kSPS 的吞吐速率采样。其转换处理是通过两个CONVST 信号来控制的,CONVST A 控制V1、V2、V3和V4通道,CONVST B 控制V5、V6、V7和V8通道,当2个管脚连在一起时可进行8通道同步采样。同时AD7606具有高速的并行和串行接口,可以与微控制器或者DSP 进行连接。可使用内部或外部基准,内部内含有一个2.5V 的基准电压源,可选择双极性模拟输入(即2倍基准或4倍基准)。

下面分析一下AD7606的并行工作方式。图1为并行接口工作方式下的时序图。AD7606在CONVST 信号的上升沿触发ADC 同步采样,同时相应的采样保持放大器(T/H)进入保持(Hold)阶段,其数模转换过程开始。转换时钟由AD7606内部自行产生的,一次转换典型的大约为4us 。当数模转换开始后BUSY 信号同步置高,BUSY 信号的下降沿表示数模转换的完成,同时使采样保持放大器重新进入跟踪阶段。此时,AD7606内部的8个寄存器中已经保存了转换完成的数据,然后通过控制片选信号和读信号就可以依次读出8通道的数据了。读取数据时候,CONVST 信号不必一直保持高电平。

图1并行接口工作方式下的时序图图2系统硬件框图

2系统总体设计

本系统充分考虑实际公用电网的特点,兼顾性能与成本,选

李齐礼:硕士研究生

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