可通过并行总线集成分布系统的单板录波器技术方案

可通过并行总线集成分布系统的单板录波器属动态记录装置范畴。它由前端电路、ＤＳＰ、ＡＲＭ及接口电路、ＩＳＰ芯片及并行总线组成。前端电路包括信号调理、模数转换、光电隔离和数字锁存电路；ＤＳＰ通过ＨＰＩ总线接口到ＡＲＭ；其它如译码、读写、通信联络、同步时钟、复位以及校时控制电路等则烧制在ＩＳＰ芯片中。并行总线与系统母板总线相适配，包括时钟总线、同步控制线与状态线、校时总线与复位总线。此外单板录波器上还集成有带令牌控制的ＲＳ４８５串口、ＲＳ４２２串口、ＳＰＩ同步串口以及网络和ＣＦ卡接口等。单板录波器既可作为小型录波器独立工作，又可作为子录波器插接到系统母板上，用于集成分布录波装置。分布集成录波装置具有容量大、通带宽、可靠性高等优点，是一种创新。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
所属
本技术属计算机应用领域，涉及计算机处理的高速测量记录系统，尤其是基于嵌入系统的并行分布动态大容量录波装置。
技术介绍
动态录波器是一种数字化的高速测量记录仪器。该仪器能对外部接入的多个快速变化的相关信号进行不间断的高速同步跟踪采样检测，以捕捉被检测信号的瞬间异常、突变或某种特定事件的发生，然后按要求对所有关联信号进行实时动态记录和分析。由于这种仪器能够对多参数系统进行长时间跟踪检测和记录，并自动捕捉和发现被检测系统的故障或异常，所以在科学研究以及国民经济各领域，特别在电力系统得了广泛的应用。目前所使用的传统录波器多采用主从、集中式的系统结构。这种系统结构简单，实现容易，但由于受系统结构的限制，有着不可避免的不足：1、可靠性差。由于采用的是一种集中的而非分布的结构，所以风险非常集中，一旦后台计算机出现故障，整个系统将无法正常工作。因此后台计算机工作是否可靠便成为传统录波装置能否可靠工作的关键。而无论是采用传统的外挂式工控机作为后台机，或者是为了提高可靠性而采用基于DSP或ARM的嵌入式计算机作为后台机，后台机始终是系统的瓶颈。2、整体性能受到系统结构及后台机性能的制约。首先是系统容量的限制。当测量通道数增加，数据流量增加到一定程度时，前、后台机之间的通信由于带宽的限制而变得阻塞。其次是单台后台机的计算能力有限。当数据量增加到一定的程度，单台计算机无法完成实时计算与录波的任务。第三是数据远传受带宽影响。由于所有的录波数据都是通过后台计算机传送给本地工作站或远端服务器，当数据量太大时，同样会受到网络带宽的影响。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种可通过并行总线集成分布录波装置的单板录波器。本单板录波器由采用高可靠性大规模集成电路搭建的嵌入式单板计算机组成，并使用WinCE嵌入式操作系统，功能完整，可独立承担多通道模拟量和开关量信号的高速并行同步采样、数据处理、计算分析、起动录波、文件存储、数据远传以及综合数据管理的任务。它既可作为通道较少的小型录波器单独使用，又可作为子录波器，通过并行总线与母板连接，集成分布录波装置。由于分布录波装置具有并行、分布式的结构，系统中所有子录波器是独立、并行工作的，从而突破了传统主从、集中式录波器容量、带宽的限制并克服了其风险过于集中的致命缺点。本单板录波器与本申请人的《分布集成录波器母板及并行总线结构》和《基于分布集成录波器并行总线的同步方法》内容一起，构成基于并行总线分布集成录波器的完整系统和方法。本技术的目的是这样达到的：单板录波器上设置有并行总线，包括时钟总线、-->同步控制线总线与状态线、校时总线以及复位总线等；该并行总线与母板并行总线相适配；当单板录波器用作子录波器集成分布系统时，多个子录波器通过总线接口插头依次对应插接到母板上，使其并行总线与母板总线相连并接至母板ISP中对应的总线控制电路，从而构成系统，成为一套分布集成录波装置。而当单板录波器只作为一台小型录波器单独使用时，则不需要连接到母板，只需在单板录波器的总线插头上插接一个具有跳接线的接口板，通过跳线将单板录波器的各种控制总线与对应的状态线直接接通，即可保证其正常工作。单板录波器由前端电路、数字信号处理器DSP及外围接口电路、ARM微处理器及外围接口电路、可编程ISP芯片以及并行总线等几大部分组成。所述前端电路包括模拟信号调理、模数转换、光电隔离和数据锁存电路；前端电路与DSP以及烧制在ISP中的译码电路和读写操作控制电路共同构成同步采样电路；DSP通过其HPI总线接口到ARM，构成DSP与ARM之间的数据同步传输通路；ISP芯片中烧制有译码电路、读写操作控制电路、DSP与ARM之间的通信联络电路、同步时钟电路、精确计时电路、同步校时控制电路以及其它逻辑控制电路；所述同步时钟电路中包括本地时钟总线和同步时钟自动切换电路；本地时钟电路产生的时钟信号与系统母板产生的时钟信号一致；此外单板录波器上还集成有网络接口电路、CF卡接口电路、SPI同步串行网，以及可通过母板集成优先令牌网的RS485串口和RS422主从网串口。所述同步控制线有7条，状态线有6条，其中，计算控制线与计算状态线、队列同步控制线与队列状态线、录波控制线与录波状态线、录值控制线与录值状态线、定值控制线与定值状态线以及令牌控制线与令牌状态线一一对应，其余一条控制线是看门狗控制线。所述时钟总线是指由同一个4M晶振源产生并经录波器的ISP中的分频电路获得的一套时钟信号，即本地时钟；同时在分布集成录波装置的母板ISP中，也采用同样的方式产生了一套时钟，即系统时钟；系统时钟与本地时钟被同时引入到单板录波器ISP中自动切换电路的输入端，经过切换输出后，再经过脉宽整形电路以及延迟电路处理，最终被送到单板录波器的采样电路以及数字信号处理器DSP与微处理器ARM的中断输入引脚。所述本地时钟和系统时钟分别有10KHz、20mS、100mS和1S共4路时钟信号；其中，10KHz信号用作数据锁存与采样同步信号，20mS脉冲用作DSP到ARM的数据传输同步信号以及计算分段同步信号，100mS时钟用作计算同步与队列同步的参考信号，1S时钟用作队列同步与时间同步参考信号；所述系统时钟与本地时钟被同时引入到自动切换电路的输入端，是指系统时钟的4路信号被分别接到2选1多路开关V74158的A0、B0、C0、D0端，本地时钟的4路信号被分别接到同一个2选1多路开关的A1、B1、C1、D1端，同时本地10KHz信号还接到自动切换电路的计数器V74162的计数端，系统10KHz信号被接到同一计数器的清零端。所述在数字信号处理器DSP与ARM之间设有数据同步传输电路，其连接关系是DSP的HPI接口的8根数据线HD0-HD7通过芯片2U1缓冲后分别与ARM的低8位数据线DA0-DA7相连；烧制在ISP中的与门P46、P47的输出对芯片2U1的方向及使能进行控制；当ARM对CS3所覆盖的RAM地址进行读操作时，2U1使能，数据由DSP寄存器读取到ARM的DMA缓存中；同时ARM的AD0、AD15、AD16三根地址线以及写线WR经2U2缓冲，再经ISP中P41、P42、P43、P44缓冲后，分别接至DSP的HBIL、HCNTL1、HCNTL0及HR/W操作线，其中AD0通过HBIL区分数据读写是指向高位字节或者低位字节；AD15与AD16控制HCNTL1与HCNTL0以区分-->操作的是DSP中那一个HPI寄存器。所述同步采样电路是将在母板上集成的10KHz采样时钟信号线通过连接器引至子录波器上来实现；将待测模拟量信号加入到单板录波器模拟量测量通道的输入端，该信号经调理后再加至ADC的输入端，由ADC转换成数字量后被DSP读取；待测开关量信号直接加入到录波器开关量测量通道的输入端，经光电隔离后由数字锁存器锁存，然后同样由DSP读取；DSP通过地址线及烧制在ISP中的地址译码电路产生片选信号，用以选择读取不同通道的数据；读写操作控制信号也由DSP的相关控制信号及烧制在ISP中的读写操作电路产生；模拟量信号调理电路采用分压、放大器放大，然后接入到ADC转换器(ADS8364)的正输入端和负输入端，由ADC转换成数字量，再由DSP读取；光电隔离电路采用4路开关量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可通过并行总线集成分布系统的单板录波器，其特征在于：单板录波器上设置有并行总线；该并行总线通过总线接口与母板并行总线相连接；多个单板录波器依次对应插接到母板上构成分布集成录器装置；并行总线包括时钟总线、同步控制线与状态线、校时总线以及复位总线；所述同步控制线有７条，状态线有６条，其中，计算控制线与计算状态线、队列同步控制线与队列状态线、录波控制线与录波状态线、录值控制线与录值状态线、定值控制线与定值状态线以及令牌控制线与令牌状态线一一对应，其余一条控制线是看门狗控制线；各总线连接到母板上对应的总线控制电路；单板录波器上集成有可编程ＩＳＰ芯片，ＩＳＰ芯片中烧制有同步时钟电路、译码电路和逻辑控制电路；单板录波器由前端电路、数字信号处理器ＤＳＰ及外围接口电路、ＡＲＭ微处理器及外围接口电路、并行总线和可编程ＩＳＰ芯片几大部分组成；所述前端电路包括模拟信号调理、模数转换、光电隔离和数据锁存电路；前端电路与ＤＳＰ以及ＩＳＰ中的译码电路与ＤＳＰ读写操作电路共同构成同步采样电路；在数字信号处理器ＤＳＰ与ＡＲＭ微处理器之间设计有数据同步传输电路；所述同步时钟电路产生的时钟信号与分布集成录波装置系统母板产生的时钟信号一致；同步时钟电路中包括时钟总线和同步时钟自动切换电路；单板录波器上还设置有ＣＦ卡接口电路，网络接口电路，并集成有ＳＰＩ同步串行网；同时单板录波器还通过母板集成有具有优先令牌环的ＲＳ４８５环网以及ＲＳ４２２主从网；单板录波器通过网络交换机与远端服务器和本地工作站相连。...

【技术特征摘要】
1.一种可通过并行总线集成分布系统的单板录波器，其特征在于：单板录波器上设置有并行总线；该并行总线通过总线接口与母板并行总线相连接；多个单板录波器依次对应插接到母板上构成分布集成录器装置；并行总线包括时钟总线、同步控制线与状态线、校时总线以及复位总线；所述同步控制线有7条，状态线有6条，其中，计算控制线与计算状态线、队列同步控制线与队列状态线、录波控制线与录波状态线、录值控制线与录值状态线、定值控制线与定值状态线以及令牌控制线与令牌状态线一一对应，其余一条控制线是看门狗控制线；各总线连接到母板上对应的总线控制电路；单板录波器上集成有可编程ISP芯片，ISP芯片中烧制有同步时钟电路、译码电路和逻辑控制电路；单板录波器由前端电路、数字信号处理器DSP及外围接口电路、ARM微处理器及外围接口电路、并行总线和可编程ISP芯片几大部分组成；所述前端电路包括模拟信号调理、模数转换、光电隔离和数据锁存电路；前端电路与DSP以及ISP中的译码电路与DSP读写操作电路共同构成同步采样电路；在数字信号处理器DSP与ARM微处理器之间设计有数据同步传输电路；所述同步时钟电路产生的时钟信号与分布集成录波装置系统母板产生的时钟信号一致；同步时钟电路中包括时钟总线和同步时钟自动切换电路；单板录波器上还设置有CF卡接口电路，网络接口电路，并集成有SPI同步串行网；同时单板录波器还通过母板集成有具有优先令牌环的RS485环网以及RS422主从网；单板录波器通过网络交换机与远端服务器和本地工作站相连。2.如权利要求1所述的单板录波器，其特征在于：单板录波器单独使用时不与母板连接，在单板录波器的总线插头上插接一个具有跳接线的接口板，通过跳线将单板录波器的各种控制总线与对应的状态线直接接通。3.如权利要求1所述的单板录波器，其特征在于：所述计算控制线通过连接器接至母板上；多个子录波器的计算控制线在母板上按逻辑“或”的方式连接；计算同步控制电路由或门(9U1)及D触发器(9U7)构成，其中或门的输入分别接至各个子录波器经过自动切换电路后的计算控制线，其输出接至D触发器(9U7)的D端，D触发器输出则分别接至各子录波器插槽的计算状态线；所述录值控制线与状态线，录波控制线与状态线以及定值控制线与状态线3对一一对应的控制线与状态线通过连接器接至母板上，然后分组按逻辑“或”的方式连接；录值、录波及定值控制电路由或门及D触发器组成，录值控制电路由或门(9U2)及D触发器(9U8)组成， 录波控制电路由或门(9U3)及D触发器(9U9)组成，定值控制电路由或门(9U4)及D触发器(9U10)组成；或门(9U2)、(9U3)及(9U4)的输入分别来自各个子录波器经过自动切换电路后的录值控制线、录波控制线及定值控制线，D触发器(9U8)、(9U9)及(9U10)的输出则分别接至各个子录波器插槽的录值状态线、录波状态线及定值状态线；所述队列同步控制电路由与子录波器插槽一一对应的8个2选1多路开关(0U11)-(7U11)所构成的优先自动切换链路及与门(9U6)组成；其中各个多路开关的A输入端均接至子录波器经过自动切换电路后的队列同步控制线，而B输入端则接至下一个子录波器所对应的多路开关的输出端Z；多路开关(0U11)的输出端Z作为优先自动切换链路的控制输出，直接接至与门(9U6)，与门(9U6)的输出即为系统的队列同步状态线；链路中各个多路开关均受...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑高群，李尚柏，周维，钟睿，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：实用新型
国别省市：90[中国|成都]