自动调整采样率的数据采集卡制造技术

本发明专利技术涉及一种自动调整采样率的数据采集卡，属于数据采集技术领域，该采集卡包括信号采集模块、信号调理模块、第一滤波整形单元、单片机和USB接口芯片，其中第一滤波整形单元包括第一波形整形模块和第一低通滤波模块，单片机包括单片机内核、第一定时器、第二定时器、第三定时器、第一ADC模块、第一DMA模块、第二DMA模块、存储器和FSMC接口模块，本发明专利技术所提出的采集卡可根据被采集模拟输入信号的频率自动调整采样率，实现对被采集模拟输入信号的灵活采样，从而能够有效地去掉冗余数据，减小采集的数据量，最大程度上节约采集卡采集数据所需的时间和数据存储成本。

A data acquisition card that automatically adjusts the sampling rate

The invention relates to a data acquisition card to automatically adjust the sampling rate, which belongs to the technical field of data acquisition, the acquisition card includes signal acquisition module, signal conditioning module, a first filter shaping unit, MCU and USB interface chip, wherein the first filtering unit includes a first waveform shaping module and a first low-pass filter module, including single-chip microcontroller core first, second timer, timer, timer third, the first ADC module, DMA module, the first second DMA module, memory and FSMC interface module, the card can automatically adjust the sampling rate according to the acquisition of the analog input signal frequency, sampling of the analog input signal acquisition is flexible, it can effectively remove redundant data, reduce the amount of data acquisition, saving maximum acquisition card data required Time and data storage cost.

【技术实现步骤摘要】
自动调整采样率的数据采集卡
本专利技术涉及数据采集
，特别是涉及一种自动调整采样率的数据采集卡。
技术介绍
各种控制系统中都离不开数据的采集、传输和处理，其中数据的采集位于整个控制系统的最前端，因此也是系统设计中非常重要的一环。由于高速数据采集的数据传输速率高，而大容量数据存储器的存储速度有限，且存储速度不恒定，会存在因为数据量大而导致数据丢失的现象，在被测信号频率范围变化较大的场合，使用过高的采样率采集低频的被测信号会造成数据冗余，进而增加数据存储的成本，同时也不利于数据的分析，而且对于多通道的输入信号，使用多路复用的方式，即多个通道共享一个转换器，也不利于采样率的提升，造成数据采集质量和数据采集效率均较低。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有的数据采集方法存在数据采集质量和数据采集效率较低的问题，提供一种自动调整采样率的数据采集卡。为解决上述问题，本专利技术采取如下的技术方案：一种自动调整采样率的数据采集卡，包括信号采集模块、信号调理模块、第一滤波整形单元、单片机和USB接口芯片，所述第一滤波整形单元包括第一波形整形模块和第一低通滤波模块，所述单片机包括单片机内核、第一定时器、第二定时器、第三定时器、第一ADC模块、第一DMA模块、第二DMA模块、存储器和FSMC接口模块，所述信号调理模块获取所述信号采集模块采集的模拟输入信号，并对所述模拟输入信号进行幅值调整，得到满足所述第一ADC模块输入要求的模拟信号；所述信号调理模块将所述模拟信号分别输入至所述第一波形整形模块和所述第一低通滤波模块，所述第一波形整形模块对所述模拟信号进行整形及变换，得到第一路方波信号，并将所述第一路方波信号输入至所述第一定时器，所述第一低通滤波模块对所述模拟信号进行低通滤波，得到第一路低通模拟信号，并将所述第一路低通模拟信号输入至所述第一ADC模块；所述单片机内核将所述第一定时器配置为计数器模式，所述第一定时器以所述第一路方波信号作为时钟信号，对所述第一路方波信号的方波上升沿进行计数；所述单片机内核将所述第二定时器配置为定时器模式，所述第二定时器周期性地产生中断信号，所述单片机内核根据所述中断信号调用所述存储器中存储的中断程序，在所述中断程序中获取所述第一定时器计数得到的所述第一路方波信号上升沿的数量，并在每次获取后对所述第一定时器清零；所述单片机内核根据所述第一路方波信号上升沿的数量和所述中断信号的周期确定所述模拟输入信号的频率；所述第三定时器触发所述第一ADC模块对所述第一路低通模拟信号的模数转换，所述单片机内核将所述第三定时器配置为定时器模式，且所述第三定时器的第一上溢事件触发周期由所述单片机内核根据所述模拟输入信号的频率确定；所述第一ADC模块在所述第三定时器的每次触发下完成对所述第一路低通模拟信号的模数转换后，向所述第一DMA模块自动发送启动DMA通道请求，并将模数转换后得到的第一量化采样数据通过所述第一DMA模块存储于所述存储器中；所述单片机内核接收到上位机的数据请求指令后，控制所述存储器将其存储的所述第一量化采样数据通过所述第二DMA模块发送至所述FSMC接口模块中，所述FSMC接口模块通过所述USB接口芯片将所述第一量化采样数据发送至所述上位机。上述自动调整采样率的数据采集卡基于高速模拟信号通道，利用第一波形整形模块和第一低通滤波模块分别对模拟信号进行波形整形及变换和低通滤波，并以得到的第一路方波信号和第一路低通模拟信号分别作为时钟信号和被采集模拟信号，根据第一路方波信号计算第一路低通模拟信号对应的模拟输入信号的频率，以此作为调整采样率的测量基准，并根据模拟输入信号的频率触发第一ADC模块对第一路低通模拟信号的模数转换，将模拟输入信号对应的第一量化数据发送至存储器，实现对模拟输入信号的采集，由于第一路方波信号和第一路低通模拟信号同步，因此本专利技术所提出的采集卡可根据被采集模拟输入信号的频率自动地调整采样率，实现对被采集模拟输入信号的灵活采样，从而能够有效地去掉冗余数据，减小采集的数据量，最大程度上节约采集卡采集数据所需的时间和数据存储成本。附图说明图1为本专利技术其中一个实施例中自动调整采样率的数据采集卡的结构示意图；图2为自动调整采样率的数据采集卡中单片机的内部结构示意图；图3为自动调整采样率的并行数据采集卡的结构示意图；图4为自动调整采样率的并行数据采集卡中单片机的内部结构示意图。具体实施方式下面将结合附图及较佳实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。在其中一个实施例中，如图1和图2所示，自动调整采样率的数据采集卡包括信号采集模块100、信号调理模块200、第一滤波整形单元300、单片机400和USB接口芯片500，所述第一滤波整形单元300包括第一波形整形模块301和第一低通滤波模块302，所述单片机400包括单片机内核401、第一定时器402、第二定时器403、第三定时器404、第一ADC(模数转换)模块405、第一DMA模块406、第二DMA模块407、存储器408和FSMC接口模块409。在本实施例中，信号采集模块100用于采集被测的模拟物理量，获得模拟输入信号；信号调理模块200用于将获取的模拟输入信号的幅值调整到合适的范围，以得到满足A/D的输入要求的模拟信号；第一波形整形模块301用于对信号调理模块200调理后的模拟信号进行波形整形及变换，以将模拟信号变换为与TTL电平兼容的方波信号，供单片机400进行频率测量；第一低通滤波模块302用于对已经满足A/D输入要求的模拟信号进行低通滤波，消除高频成分，以减少采样造成的混叠；单片机400用于收发指令、指令解析、频率测量计算和控制任务等；USB接口芯片500通过USB协议的实现，用于完成单片机400与上位机之间的数据传输。具体地，信号调理模块200获取信号采集模块100采集的模拟输入信号，并对模拟输入信号进行幅值调整，得到满足第一ADC模块405输入要求的模拟信号，其中，信号采集模块100采集被测的模拟物理量，获得模拟输入信号，并将模拟输入信号通过信号输入通道输入至信号调理模块200，在信号调理模块200中，模拟输入信号的幅值(或者信号幅度)被按一定比例地调整到合适的范围内，以获得满足第一ADC模块405输入要求的模拟信号。信号调理模块200将模拟信号分别输入至第一波形整形模块301和第一低通滤波模块302，第一波形整形模块301对模拟信号进行整形及变换，得到第一路方波信号，并将第一路方波信号输入至第一定时器402，第一低通滤波模块302对模拟信号进行低通滤波，得到第一路低通模拟信号，并将第一路低通模拟信号输入至第一ADC模块405，其中，第一波形整形模块301对输入的模拟信号进行波形整形及变换，将模拟信号变换为第一路方波信号，该第一路方波信号与TTL电平兼容，第一波形整形模块301将第一路方波信号输入至单片机400中的第一定时器402，作为频率测量的输入信号，同时，信号调理模块200将模拟信号输入至第一低通滤波模块302，第一低通滤波模块302对模拟信号进行低通滤波，以虑除高于奈奎斯特频率的频率分量，从而避免采样造成的混叠，本实施例中的第一低通滤波模块302可使用两阶有源巴特沃斯滤波器等实现。单片机内核401将第一定时器402配置为计数器模式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动调整采样率的数据采集卡，其特征在于，包括信号采集模块(100)、信号调理模块(200)、第一滤波整形单元(300)、单片机(400)和USB接口芯片(500)，所述第一滤波整形单元(300)包括第一波形整形模块(301)和第一低通滤波模块(302)，所述单片机(400)包括单片机内核(401)、第一定时器(402)、第二定时器(403)、第三定时器(404)、第一ADC模块(405)、第一DMA模块(406)、第二DMA模块(407)、存储器(408)和FSMC接口模块(409)，所述信号调理模块(200)获取所述信号采集模块(100)采集的模拟输入信号，并对所述模拟输入信号进行幅值调整，得到满足所述第一ADC模块(405)输入要求的模拟信号；所述信号调理模块(200)将所述模拟信号分别输入至所述第一波形整形模块(301)和所述第一低通滤波模块(302)，所述第一波形整形模块(301)对所述模拟信号进行整形及变换，得到第一路方波信号，并将所述第一路方波信号输入至所述第一定时器(402)，所述第一低通滤波模块(302)对所述模拟信号进行低通滤波，得到第一路低通模拟信号，并将所述第一路低通模拟信号输入至所述第一ADC模块(405)；所述单片机内核(401)将所述第一定时器(402)配置为计数器模式，所述第一定时器(402)以所述第一路方波信号作为时钟信号，对所述第一路方波信号的方波上升沿进行计数；所述单片机内核(401)将所述第二定时器(403)配置为定时器模式，所述第二定时器(403)周期性地产生中断信号，所述单片机内核(401)根据所述中断信号调用所述存储器(408)中存储的中断程序，在所述中断程序中获取所述第一定时器(402)计数得到的所述第一路方波信号上升沿的数量，并在每次获取后对所述第一定时器(402)清零；所述单片机内核(401)根据所述第一路方波信号上升沿的数量和所述中断信号的周期确定所述模拟输入信号的频率；所述第三定时器(404)触发所述第一ADC模块(405)对所述第一路低通模拟信号的模数转换，所述单片机内核(401)将所述第三定时器(404)配置为定时器模式，且所述第三定时器(404)的第一上溢事件触发周期由所述单片机内核(401)根据所述模拟输入信号的频率确定；所述第一ADC模块(405)在所述第三定时器(404)的每次触发下完成对所述第一路低通模拟信号的模数转换后，向所述第一DMA模块(406)自动发送启动DMA通道请求，并将模数转换后得到的第一量化采样数据通过所述第一DMA模块(406)存储于所述存储器(408)中；所述单片机内核(401)接收到上位机的数据请求指令后，控制所述存储器(408)将其存储的所述第一量化采样数据通过所述第二DMA模块(407)发送至所述FSMC接口模块(409)中，所述FSMC接口模块(409)通过所述USB接口芯片(500)将所述第一量化采样数据发送至所述上位机。...

【技术特征摘要】
1.一种自动调整采样率的数据采集卡，其特征在于，包括信号采集模块(100)、信号调理模块(200)、第一滤波整形单元(300)、单片机(400)和USB接口芯片(500)，所述第一滤波整形单元(300)包括第一波形整形模块(301)和第一低通滤波模块(302)，所述单片机(400)包括单片机内核(401)、第一定时器(402)、第二定时器(403)、第三定时器(404)、第一ADC模块(405)、第一DMA模块(406)、第二DMA模块(407)、存储器(408)和FSMC接口模块(409)，所述信号调理模块(200)获取所述信号采集模块(100)采集的模拟输入信号，并对所述模拟输入信号进行幅值调整，得到满足所述第一ADC模块(405)输入要求的模拟信号；所述信号调理模块(200)将所述模拟信号分别输入至所述第一波形整形模块(301)和所述第一低通滤波模块(302)，所述第一波形整形模块(301)对所述模拟信号进行整形及变换，得到第一路方波信号，并将所述第一路方波信号输入至所述第一定时器(402)，所述第一低通滤波模块(302)对所述模拟信号进行低通滤波，得到第一路低通模拟信号，并将所述第一路低通模拟信号输入至所述第一ADC模块(405)；所述单片机内核(401)将所述第一定时器(402)配置为计数器模式，所述第一定时器(402)以所述第一路方波信号作为时钟信号，对所述第一路方波信号的方波上升沿进行计数；所述单片机内核(401)将所述第二定时器(403)配置为定时器模式，所述第二定时器(403)周期性地产生中断信号，所述单片机内核(401)根据所述中断信号调用所述存储器(408)中存储的中断程序，在所述中断程序中获取所述第一定时器(402)计数得到的所述第一路方波信号上升沿的数量，并在每次获取后对所述第一定时器(402)清零；所述单片机内核(401)根据所述第一路方波信号上升沿的数量和所述中断信号的周期确定所述模拟输入信号的频率；所述第三定时器(404)触发所述第一ADC模块(405)对所述第一路低通模拟信号的模数转换，所述单片机内核(401)将所述第三定时器(404)配置为定时器模式，且所述第三定时器(404)的第一上溢事件触发周期由所述单片机内核(401)根据所述模拟输入信号的频率确定；所述第一ADC模块(405)在所述第三定时器(404)的每次触发下完成对所述第一路低通模拟信号的模数转换后，向所述第一DMA模块(406)自动发送启动DMA通道请求，并将模数转换后得到的第一量化采样数据通过所述第一DMA模块(406)存储于所述存储器(408)中；所述单片机内核(401)接收到上位机的数据请求指令后，控制所述存储器(408)将其存储的所述第一量化采样数据通过所述第二DMA模块(407)发送至所述FSMC接口模块(409)中，所述FSMC接口模块(409)通过所述USB接口芯片(500)将所述第一量化采样数据发送至所述上位机。2.根据权利要求1所述的自动调整采样率的数据采集卡，其特征在于，还包括与所述第一滤波整形单元(300)结构相同的第二滤波整形单元(600)，所述第二滤波整形单元(600)包括第二波形整形模块(601)和第二低通滤波模块(602)，所述信号采集模块(100)为双通道信号采集模块，所述信号调理模块(200)为双通道信号调理模块，所述模拟输入信号为双路并行模拟输入信号，所述单片机(400)还包括第二ADC模块(410)、第三DMA模块(411)和第四定时器(412)，所述信号调理模块(200)获取所述信号采集模块(100)采集的所述双路并行模拟输入信号，并对所述双路并行模拟输入信号进行幅值调整，得到满足所述第一ADC模块(405)和所述第二ADC模块(410)输入要求的双路模拟信号；所述信号调理模块(200)将所述双路模拟信号中的第一路模拟信号分别输入至所述第一波形整形模块(301)和所述第一低通滤波模...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秉仁，刘卫平，杨媛如，王瑞健，张希明，
申请(专利权)人：吉林大学，长春朗音电测仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22