一种数据采集卡及数据采集方法技术

本发明专利技术公开了一种数据采集卡及数据采集方法，所述数据采集卡包括：多功能数字I/O模块、模拟采集模块、模拟输出模块、数字信号处理模块、高速传输模块和电源管理模块；其中，所述数字信号处理模块分别与所述多功能数字I/O模块、模拟采集模块、模拟输出模块、高速传输模块和电源管理模块连接。本发明专利技术可以进行部分通道同步采集模拟信号，也可以同时采集单端信号和差分信号，可实现采集分析同一时刻的差分信号和共模信号，实现数据同步采集的效果，且采样率是所有通道共享，方便后续的数据处理。方便后续的数据处理。方便后续的数据处理。

【技术实现步骤摘要】
一种数据采集卡及数据采集方法


[0001]本专利技术涉及工业测试
，尤其涉及一种数据采集卡及数据采集方法。

技术介绍

[0002]数据采集是指对设备被测的模拟或数字信号，自动采集并送到上位机中进行分析、处理。
[0003]在工业测试
中，现有的USB数据采集卡都存在以下几点问题：
[0004]由于中低端USB采集卡都为异步数据采集，数据采集为分时采集，无法同时采集输入信号，采样率是所有通道共享；而USB同步采集卡，采样率低，最大采样率只有500KSPS，且价格昂贵；而对于同一模拟输入通道，只能配置成单端输入或差分输入，无法做到对相同信号，采集单端信号的同时采集差分信号，只能先采集单端信号，然后模拟输入通道配置为差分输入，再采集差分信号。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种数据采集卡及数据采集方法，所述数据采集卡可以同时采集单端电压与差分电压，从而提高数据检测效率，以降低检测成本。
[0006]本专利技术实施例的第一方面提供了一种数据采集卡，所述数据采集卡包括：多功能数字I/O模块、模拟采集模块、模拟输出模块、数字信号处理模块、高速传输模块和电源管理模块；
[0007]其中，所述数字信号处理模块分别与所述多功能数字I/O模块、模拟采集模块、模拟输出模块、高速传输模块和电源管理模块连接；
[0008]所述多功能数字I/O模块，用于在作为输入时，检测外部用户I/O电平状态或检测外部数据信号的周期和正脉宽宽度，或者用于在作为输出时，转换输出数字电平；
[0009]所述模拟采集模块，用于采集外部输入的模拟信号；
[0010]所述模拟输出模块，用于输出用户自定义的周期波形或直流信号；
[0011]所述数字信号处理模块，用于对外部输入的模拟信号或电平状态或外部数据信号周期和正脉宽宽度进行数据处理、缓存和传输；
[0012]所述高速传输模块，用于与外接的上位机进行数据传输；
[0013]所述电源管理模块，用于对所述多功能数字I/O模块、模拟采集模块、模拟输出模块、数字信号处理模块和高速传输模块提供电源。
[0014]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述模拟采集模块包括：采用3片ADC采集芯片，分别为ADC1、ADC2和ADC3；
[0015]其中，所述ADC1和所述ADC3的8通道采用伪差分输入的连接方式；
[0016]所述ADC2的8通道采用差分模拟输入的连接方式。
[0017]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述ADC1、ADC2和ADC3分别与外接的模拟信号端连接，其中，所述ADC1和ADC3采集单端信号，所述ADC2采集差分信号。
[0018]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述数字信号处理模块采用FPGA结构。
[0019]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述FPGA结构包括：主控制器、ADC驱动、DAC驱动、USB驱动、DIO驱动和LED驱动；
[0020]其中，所述主控制器分别与所述ADC驱动、DAC驱动、USB驱动、DIO驱动和LED驱动连接；
[0021]所述主控制器，用于指令解析，数据缓存、处理，数据传输；
[0022]所述ADC驱动，用于与ADC芯片通信，启动采集等，并对采集到的数据进行缓存，预处理。且所有的ADC驱动并行运行；
[0023]所述DAC驱动，用于与DAC芯片通信，启动输出等，并对要输出的数据进行缓存，预处理。且所有的DAC驱动并行运行；
[0024]所述USB驱动，用于与上位机数据传输；
[0025]所述DIO驱动，用于多功能数字IO的控制，实现可编程输入输出，计数器功能，占空比可调的方波输出；
[0026]所述LED驱动，用于指示采集卡工作状态。
[0027]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述数字信号处理模块设有三组SPI通信电路，每一组SPI通信电路与一片ADC采集芯片连接，所述SPI通信电路为FPGA结构开发的SPI时序控制电路。
[0028]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述SPI通信电路包括：相互连接的门电路与触发器。
[0029]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述多功能数字I/O模块的工作电平为0～3.3V；
[0030]所述多功能数字I/O的转换输出数字电平为占空比可调的方波。
[0031]本专利技术实施例的第二方面提供了一种数据采集方法，所述方法应用于如上所述的数据采集卡，所述方法包括：
[0032]读取所述数据采集卡的配置信息；
[0033]当所述配置信息读取成功时，设定与所述数据采集卡匹配的采集通道并采集检测数据；
[0034]对所述检测数据进行数据分析，并生成分析结果；
[0035]反馈所述分析结果至预设的连接终端。
[0036]在第二方面的一种可能的实现方式中，所述对所述检测数据进行数据分析，包括：
[0037]对所述检测数据进行傅里叶变换，得到变换数据；
[0038]基于所述变换数据计算幅度和频率。
[0039]相比于现有技术，本专利技术实施例提供的一种数据采集卡及数据采集方法，其有益效果在于：本专利技术可以进行部分通道同步采集模拟信号，也可以同时采集单端信号和差分信号，可实现采集分析同一时刻的差分信号和共模信号，实现数据同步采集的效果，且采样率是所有通道共享，方便后续的数据处理，同时本专利技术是基于16bit的ADC芯片，其价格低廉，可以进一步缩减产品成本。
附图说明
[0040]图1是本专利技术一实施例提供的一种数据采集卡的结构示意图；
[0041]图2是本专利技术一实施例提供的一种数据采集卡的连接示意图；
[0042]图3是本专利技术一实施例提供的模拟采集模块的结构示意图；
[0043]图4是本专利技术一实施例提供的模拟采集模块的数据采集示意图；
[0044]图5是本专利技术一实施例提供的数字信号处理模块的结构示意图；
[0045]图6是本专利技术一实施例提供的数字信号处理模块的电路原理图；
[0046]图7是本专利技术一实施例提供的多功能数字I/O模块的电路原理图；
[0047]图8是本专利技术一实施例提供的高速传输模块的结构示意图；
[0048]图9是本专利技术一实施例提供的电源管理模块的电路原理图；
[0049]图10是本专利技术一实施例提供的一种数据采集方法的流程示意图；
[0050]图11是本专利技术一实施例提供的数据分析的步骤示意图。
具体实施方式
[0051]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0052]在工业测试
中，现有的USB数据采集卡都存在以下几点问题：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数据采集卡，其特征在于，所述数据采集卡包括：多功能数字I/O模块、模拟采集模块、模拟输出模块、数字信号处理模块、高速传输模块和电源管理模块；其中，所述数字信号处理模块分别与所述多功能数字I/O模块、模拟采集模块、模拟输出模块、高速传输模块和电源管理模块连接；所述多功能数字I/O模块，用于在作为输入时，检测外部用户I/O电平状态或检测外部数据信号的周期和正脉宽宽度，或者用于在作为输出时，转换输出数字电平；所述模拟采集模块，用于采集外部输入的模拟信号；所述模拟输出模块，用于输出用户自定义的周期波形或直流信号；所述数字信号处理模块，用于对外部输入的模拟信号或电平状态或外部数据信号周期和正脉宽宽度进行数据处理、缓存和传输；所述高速传输模块，用于与外接的上位机进行数据传输；所述电源管理模块，用于对所述多功能数字I/O模块、模拟采集模块、模拟输出模块、数字信号处理模块和高速传输模块提供电源。2.根据权利要求1所述的数据采集卡，其特征在于，所述模拟采集模块包括：采用3片ADC采集芯片，分别为ADC1、ADC2和ADC3；其中，所述ADC1和所述ADC3的8通道采用伪差分输入的连接方式；所述ADC2的8通道采用差分模拟输入的连接方式。3.根据权利要求2所述的数据采集卡，其特征在于，所述ADC1、ADC2和ADC3分别与外接的模拟信号端连接，其中，所述ADC1和ADC3采集单端信号，所述ADC2采集差分信号。4.根据权利要求2所述的数据采集卡，其特征在于，所述数字信号处理模块采用FPGA结构。5.根据权利要求4所述的数据采集卡，其特征在于，所述FPGA结构包括：主控制器、ADC驱动、DAC驱动、USB驱动、DIO驱动和LED驱动；其中，所述主控制器分别与所述A...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑文，李志坚，
申请(专利权)人：广州市方瞳科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：