一種通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計方案

　　基于NI公司的智能FPGA板卡以及圖形化編程軟件LabVIEW,本文提出了一種通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計方案。該方案中所設計的系統(tǒng)與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比結構簡單、開發(fā)周期短、可靠性高、實時性好，并且對于不同應用場合，在FPGA邏輯單元足夠多的情況下可以很簡便地依據(jù)實際情況對其做相應調整，具有較強的通用性。

　　0 引言

　　數(shù)據(jù)采集是信號分析和處理的重要環(huán)節(jié)，在導彈半實物仿真過程中快速可靠的實驗數(shù)據(jù)為提高仿真精度發(fā)揮著重要的作用。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各種數(shù)字、模擬信號相互交織，相應的外圍電路龐大，接口復雜，要占用較大的電路板空間，無法滿足系統(tǒng)的小型化要求，同時硬件成本也很高。當系統(tǒng)性能指標發(fā)生變化時，相應的功能電路和與之對應的隔離、濾波等電路以及相關程序都要改變。這種牽一發(fā)而動全身的結構導致系統(tǒng)的可擴展性比較低，系統(tǒng)的通用性比較差。另一方面，早期數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多是基于復雜可編程邏輯器件(CPLD)設計的，數(shù)據(jù)的采樣速度和精度都不是很高。

　　隨著集成電路技術的發(fā)展，NI公司的FPGA板卡以其IO 引腳多、片內資源豐富、結構靈活、具有嵌入式控制器的特點獲得了越來越多的應用，其納秒級的速度可以較大地提高數(shù)據(jù)采樣的速度和精度。因此，基于NI公司FPGA 板卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比更能實時、快速地監(jiān)測信號量的變化。而且該系統(tǒng)結構簡單、開發(fā)周期短、可靠性高、實時性好，能夠完成導彈半實物仿真的數(shù)據(jù)采集任務，具有較強的通用性。

　　1 系統(tǒng)方案設計

　　設計該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要目的是在導彈半實物仿真系統(tǒng)中采集導彈的舵信號，將其傳給上位機進行運算和仿真。該系統(tǒng)的可擴展性比較好，可以靈活地適應不同的應用場合，具有較強的通用性。

　　系統(tǒng)結構圖如圖1所示，系統(tǒng)實物圖如圖2所示，將具有數(shù)據(jù)采集功能和數(shù)據(jù)通信功能的前端接口電路板卡集成在一個機箱里面，連接在同一塊背板上由獨立電源統(tǒng)一供電。背板上的四個接口通過NI公司專用數(shù)據(jù)線和安裝在工控機里面的FPGA板卡相連接。通過FPGA板卡與LabVIEW 圖形化編程開發(fā)平臺，實現(xiàn)工控機與半實物硬件系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)采集和控制信號的傳輸。

　　NI 公司FPGA 板卡的I/O 端口從C0~C3 共分為四個接口，每個接口40個端口。通過LabVIEW平臺進行設置可以方便地自由支配、定義任何一個端口的read/write功能，很好地解決了高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制問題。也可以由FPGA 板卡向前端接口電路提供統(tǒng)一的時鐘信號和命令字，使不同功能的電路板卡同步進行數(shù)據(jù)操作。

　　由碼盤、旋轉變壓器/自整角機等傳感器測量到的舵偏角信息輸入系統(tǒng)之后，按照相應的功能需要接入不同的前端接口板卡進行光耦隔離或者經(jīng)過濾波、放大等處理，經(jīng)由機箱背板電路到達FPGA 端口。通過FPGA分析和處理的信號之后再被傳入上位機中進行存儲、分析、計算、顯示等處理。

　　在FPGA的邏輯單元足夠的情況下，對于不同的應用場合可以很簡便地通過增刪不同功能的前端接口電路板實現(xiàn)相應的使用要求，從而不會對系統(tǒng)的其他部分產(chǎn)生影響。因此，該系統(tǒng)的可擴展性比較好，可以靈活地適應不同的應用場合，具有較強的通用性。