基于工控机与DSP的高速数据采集系统设计.pdf

第 25卷第 9期 电 力 科 学 与 工 程 Vo1．25，No．9 30 2009年 9月 ElectricPowerScienceandEngineering Sep．，2009 基于工控机与DSP的高速数据采集系统设计 吴瑞文，梁志瑞 (华北电力大学 电气与电子工程学院，河北 保定071003) 摘要：介绍了一个基于工控机与DSP的高速数据采集系统，给出了系统的总体介绍方案，选取了系统的主 要硬件模块，分析了系统主要硬件电路的功能和部分软件的设计思想。该方案主要围绕实时、高速、大容 量数据采集等多方面考虑，以突出方案的优越性，为电力系统交流电量数据采集提出了一个有效的途径。 关键词：工控机；DSP；数据采集 中图分类号：TM76 文献标识码：A 交流电量同步采集要求所有测量数据都对应一 0 引 言 个全局时标，这就要求系统必须有一个高精度的同 步时钟。全球定位系统 GPS的出现，解决了这一 随着科学技术的发展，雷达、通讯、电子对 难题。利用 GPS接收板发出的串口时间信息和同 抗、航天测量、图象、多媒体等诸多领域对数据采 步秒脉冲，在测量系统 内建立整个测量系统的实时 集系统提出了更高的要求。随着一些新的高性能的 时钟，由串口时间信息建立测量系统的年、月、日 电子芯片的推出，电子系统设计有了更多的选择和 和时、分、秒，由同步秒脉冲和计数器建立测量系 更方便的条件，使交流电量同步采集得到了快速发 统的微秒级时钟，使测量系统可 以在任意时刻读出 展。实现多路并行数据的高速数据采集，并且使系 精度达到 1ps的时间；在采样过程中，不但获得 统具有 良好的可扩展性，是数据采集发展的重要方 采样点的值，同时由DSP对该采样点打上时间标 向。如何将大量的数据同步快速地存储，是采集器 签，然后对采样的数据进行傅立叶变换 (FFT)，使 设计亟待解决的问题。 之成为连续的采样波形。 本文选择以DSP芯片为主处理单元、融合工 要实现对较宽频域范围内高频、瞬态信号细节 控机为从处理单元的系统结构方案，除了满足对大 的精确、实时测量，则要求有较高的采样率和分辨 量数据的信息处理要求外，还实现了液晶显示和键 率，实时信号处理流程则必须具备对大流量采样数 盘控制功能。之所以采取 DSP加工控机的方案， 据的快速运算处理能力。就信号处理而言，DSP 是考虑到系统实际要处理的信息可能很多、工作量 在 内核结构和指令系统方面可以提供高速的不同类 很大，如果所有用时任务都交给DSP来完成，不 型、不同层次、不同定制的算法处理支持，其运算 仅影响 DSP的处理速度，恐怕还难 以胜任。而 机制、寻址方式、内部资源非常丰富，不过 由于 PMU是低成本的，主要长处是对外部 I／O设备的 DSP实时运算处理总需一定的周期的原因，另外 控制功能，但其数字信号处理能力很差，正好与 在数据处理的同时，DSP还有一些诸如数据上传、 DSP功能互补 。在诸多任务中，对于液晶显示、键 存取控制及模块间通讯等操作要 占用外部资源，则 盘控制等简单处理环节可 以交由工控机很好地完 在采样率 30MHz以上的场合，DSP并不能不丢失 成，这样充分利用了单片机在控制方面的长处，使 地存取高速 A／D器件的转换数据，于是需要借助 得 DSP可以专门用于数字信号的处理和各种算法 外围硬件 电路协助控制管理数据采集进程，本文采 的实现，可以满足许多实时处理的需要。 用双 口ROM对采集的数据进行缓存，然后工控机 收稿 日期：2009—03—22． 作者简介：吴瑞文 (1985一)，男，华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生 第 9期 吴瑞文，等 基于工控机与DSP的高速数据采集系统设计 3l 从ROM 中读出数据，对数据进行