基于ISA總線的高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

隨著大規(guī)模集成的電路的飛速發(fā)展，PC機性能不斷提高。在PC機擴展槽中嵌入以高性能微處理器為核心的智能型功能卡，可以組成綜合性能極佳的分布式控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)方式可充分利用微處理器的控制功能、PC機的快速數(shù)據(jù)處理能力，以及多任務(wù)工作方式等特點。對于這種分布式控制系統(tǒng)，主機要頻敏接收到來自擴展卡從機所采集的數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)等信息；向從機發(fā)送控制命令或處理數(shù)據(jù)等。這種主、從機之間的通訊，根據(jù)應(yīng)用條件的不同有多種方式。但在數(shù)據(jù)傳輸速度較高、數(shù)據(jù)量較大且需經(jīng)常交換信息的場合，采用雙口共享RAM緩沖區(qū)方式是最合適的。

為了用單片機實現(xiàn)對微秒級甚至納秒級高速瞬變信號進(jìn)行采樣，研究了一種基于ISA總線、GPS同步時鐘、用硬件電路實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集、高速尋址以及存儲的技術(shù)，保證了高速瞬態(tài)信號的實時采集。對于變化速極快、過程極短的高速瞬態(tài)信號的采集，需要高速A/D轉(zhuǎn)換單元、大量數(shù)據(jù)存儲單元、高速尋址和快速存儲等。

由于所采集的信號是高頻信號，用常規(guī)則方法受到單片機本身運行速度的限制，不僅造成成本提高，而且對高頻、遠(yuǎn)距離多路信號的信號處理增加困難，有時無法區(qū)別所采集信號的真?zhèn)?。通過對8051單片機的外圍進(jìn)行有效的擴展，采取在數(shù)據(jù)采集時由硬件實現(xiàn)采集和存儲，采集完畢后由8051系列單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和通信，比較好地解決了二者的矛盾。



筆者研制的高速數(shù)據(jù)采集板采樣頻率為20MSPS；A/D轉(zhuǎn)換字長為8位，并且采樣速率可變；存儲容量為512K字節(jié)，符合ISA總線標(biāo)準(zhǔn)?？蓮V泛用于電力測量、繼電保護和故障定位等。

1 硬件系統(tǒng)基本工作原理

硬件電路框圖如圖1所示，它是由CPU1及CPU2基本系統(tǒng)、視頻閃爍ADC轉(zhuǎn)換器、高速緩存RAM、雙口RAM、地址計數(shù)器、采樣頻率控制、時序控制及譯碼電路等部分組成。

根據(jù)需要CPU采用DS80C320單片機。在時鐘頻率為33MHz條件下，單周期指令執(zhí)行時間是110納秒，充分發(fā)揮高速A/D轉(zhuǎn)換芯片的性能。DS80C320內(nèi)部有三個16位定時器/計數(shù)器、二個全雙工串行口、十三個中斷源（六個外部中斷端）、二個數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1。在33MHz晶振時，ALE的輸出信號頻率是8.25MHz。