本發明涉及數據采集技術，尤其涉及一種新型高速高精度動態數據采集裝置及方法。

背景技術：

傳統的數據采集系統由傳感器、信號調理模塊、AD轉換器、控制器和處理器組成。控制器通常采用8位/16位單片機，功能弱，工作模式簡單，靈活性差，采樣精度低，功耗高，信號調理模塊和ADC的噪聲性能、處理速度和精度不能滿足日益增長的工業需求。

本發明所述的高速高精度動態數據采集卡采用了先進的信號調理、采集和控制硬件，適用于超便攜式動態信號測試系統。

技術實現要素：

鑒于上述現有技術存在的問題，本發明提供一種新型高速高精度動態數據采集裝置及方法。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：一種新型高速高精度動態數據采集裝置，包括：增益可編程信號調理模塊、AD轉換模塊、可編程邏輯器件和主控制器模塊，其中：所述增益可編程信號調理模塊，與所述AD轉換模塊耦接，用于把輸入模擬信號的電壓進行調理后發送至所述AD轉換模塊；所述AD轉換模塊，與所述增益可編程信號調理模塊和所述可編程邏輯器件，用于將調理后的模擬信號轉變成差分信號，差分信號經過采樣、量化并經過數字濾波輸出數字信號；所述可編程邏輯器件，與所述AD轉換模塊和所述主控制器模塊耦接，用于通過I2S總線把數字信號輸出至所述主控制器模塊，以及通過I2C總線接收所述主控制器模塊的控制指令，對所述增益可編程信號調理模塊的增益進行控制；以及所述主控制器模塊，與所述可編程邏輯器件耦接，用于發出控制指令；其中，所述增益可編程信號調理模塊由四通道單刀單擲開關ADG431BRU和雙通道JFET運算放大器AD8512ARM組成。

可選的，所述AD轉換模塊為24位Δ-∑模數轉換器ADS1274，所述可編程邏輯器件為FPGA XC6SLX42CSG225C，所述主控制器模塊為SAMA5D27微控制器。

可選的，所述主控制器模塊通過控制四通道單刀單擲開關ADG431BRU的通斷切換運算放大器AD8512ARM的反饋電阻來改變放大器增益以改變輸入信號的輸出電壓。

可選的，對輸入模擬信號的電壓進行調理為將+/-40V的模擬電壓信號調理成+/-10V的信號。

可選的，所述增益可編程信號調理模塊為8個調理模塊，所述AD轉換模塊為2個AD轉換模塊，所述8個調理模塊分別接收來自8個傳感器的模擬信號，并經調理后，輸出到2個AD轉換模塊。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：一種新型高速高精度動態數據采集方法，包括：增益可編程信號調理模塊把輸入模擬信號的電壓進行調理后發送至AD轉換模塊；調理后的模擬信號經過所述AD轉換模塊的基本差分電路后變成差分信號，差分信號經過采樣、量化并經過數字濾波輸出數字信號；可編程邏輯器件通過I2S總線把數字信號輸出至主控制器模塊；以及可編程邏輯器件通過I2C總線接收所述主控制器模塊的控制指令，對所述增益可編程信號調理模塊的增益進行控制；其中，所述增益可編程信號調理模塊由四通道單刀單擲開關ADG431BRU和雙通道JFET運算放大器AD8512ARM組成。

可選的，所述AD轉換模塊為24位Δ-Σ模數轉換器ADS1274，所述可編程邏輯器件為FPGA XC6SLX42CSG225C，所述主控制器模塊為SAMA5D27微控制器。

可選的，所述主控制器模塊通過控制四通道單刀單擲開關ADG431BRU的通斷切換運算放大器AD8512ARM的反饋電阻來改變放大器增益以改變輸入信號的輸出電壓。

可選的，對輸入模擬信號的電壓進行調理為將+/-40V的模擬電壓信號調理成+/-10V的信號。

可選的，所述增益可編程信號調理模塊為8個調理模塊，所述AD轉換模塊為2個AD轉換模塊，所述8個調理模塊分別接收來自8個傳感器的模擬信號，并經調理后，輸出到2個AD轉換模塊。

本發明具有如下有益效果：

本發明的新型高速高精度動態數據采集裝置及方法，采用先進的信號調理、采集和控制硬件，適用于超便攜式動態信號測試系統，解決了國內傳統數據采集設備不能滿足現代工業數據采集需求的問題。

附圖說明

圖1為本發明的所述一種新型高速高精度動態數據采集裝置的示意圖；

圖2為本發明的所述一種新型高速高精度動態數據采集裝置的示意圖；

圖3為本發明的所述一種新型高速高精度動態數據采集方法的流程圖；

圖4為本發明的所述增益可編程信號調理模塊的示意圖；

圖5為本發明的所述AD轉換器內部結構的示意圖；

圖6為本發明的所述AD轉換器示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明的技術方案作進一步闡述。

如在說明書及權利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領域技術人員應可理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權利要求并不以名稱的差異來作為區分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區分的準則。如在通篇說明書及權利要求當中所提及的“包含”為一開放式用語，故應解釋成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的誤差范圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差范圍內解決所述技術問題，基本達到所述技術效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電性耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性耦接于所述第二裝置，或通過其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說明書后續描述為實施本申請的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本申請的一般原則為目的，并非用以限定本申請的范圍。本申請的保護范圍當視所附權利要求所界定者為準。

實施例1

本實施例提供了一種新型高速高精度動態數據采集裝置。圖1為一種新型高速高精度動態數據采集裝置的示意圖，包括：增益可編程信號調理模塊101、AD轉換模塊102、可編程邏輯器件103和主控制器模塊104，其中：

增益可編程信號調理模塊101，與AD轉換模塊102耦接，用于把輸入模擬信號的電壓進行調理后發送至AD轉換模塊102；

AD轉換模塊102，與增益可編程信號調理模塊101和可編程邏輯器件103，用于將調理后的模擬信號轉變成差分信號，差分信號經過采樣、量化并經過數字濾波輸出數字信號，并通過幀同步接口或SPI接口傳給可編程邏輯器件103；

可編程邏輯器件103，與AD轉換模塊102和主控制器模塊104耦接，用于通過I2S總線把數字信號輸出至主控制器模塊104，以及通過I2C總線接收主控制器模塊104的控制指令，對增益可編程信號調理模塊101的增益進行控制；以及

主控制器模塊104，與可編程邏輯器件103耦接，用于發出控制指令；

其中，增益可編程信號調理模塊101由四通道單刀單擲開關ADG431BRU和雙通道JFET運算放大器AD8512ARM組成。

四通道單刀單擲開關ADG431BRU是美國AD公司采用LC2MOS工藝生產的精密四通道SPST開關，最大額定電源電壓44V，模擬輸入信號范圍/-15V可擴展至電源電壓。ADG431BRU采用單片CMOS結構，功耗低至3.9μW。極低的泄露，超低功耗，快速切換時間，低通道阻抗使ADG431BRU成為設計精密數據采集、音視頻切換、自動測試設備、采樣保持系統和通信系統的理想元件。ADG431BRU本身具有低電荷注入特性，當切換數字輸入時，可實現最小的瞬變。

AD8512ARM是一款AD公司生產的精密、極低噪聲、低輸入偏置電流、帶寬寬廣的雙通道JEFT運算放大器。低失調、低噪聲和極低輸入偏置電流這些特性相結合，使這些放大器特別適合高阻抗傳感器信號放大以及采用分流法的精密電流測量應用。直流精度、低噪聲和快速建立時間特性的相結合，則使AD8512ARM成為音頻應用的絕佳選擇；片上線性相位數字濾波器。

其中，AD轉換模塊102為24位Δ-∑模數轉換器ADS1274，可編程邏輯器件103為FPGA XC6SLX42CSG225C，主控制器模塊104為SAMA5D27微控制器。

ADS1274是德州儀器(TI)生產的高性能24位Δ-∑模數轉換器，結合了傳統工業ADC極佳的偏移和漂移性能和音頻ADC大帶寬的優點，實現最佳AC與DC規范的高精度工業測量。其主要特點：支持4通道同步采樣，采樣率高達128kS/s，分析帶寬寬至62kHz；支持四種工作模式：高精度、高速度、低速、低功耗；AC性能，工作在高精度模式下，分析帶寬62kHz，信噪比為111dB，總諧波失真為-108dB；DC性能：極低的失調漂移和增益漂移；其數據輸出可選擇SPI或幀同步接口，便于連接FPGA或微控制器；工作溫度范圍-40℃～+125℃，可滿足嚴格的多通道數據采集應用，如振動分析、醫療監控、聲學\動態應力應變測量和壓力測量等。

SAMA5D27微控制器負責數據的本地存儲，也負責發出指令控制信號調理模塊和模數轉換器，并通過RJ45網絡接口和WIFI接口和外界進行數據交互。

其中，主控制器模塊104通過控制四通道單刀單擲開關ADG431BRU的通斷切換運算放大器AD8512ARM的反饋電阻來改變放大器增益以改變輸入信號的輸出電壓。

其中，對輸入模擬信號的電壓進行調理為將+/-40V的模擬電壓信號調理成+/-10V的信號。

實施例2

為使本發明描述更為清楚，本實施例還提供了一種新型高速高精度動態數據采集裝置。

圖2為一種新型高速高精度動態數據采集裝置的示意圖，包括：其中，8個增益可編程信號調理模塊、2個AD轉換模塊、可編程邏輯器件和主控制器模塊，其中8個增益可編程信號調理模塊分別接收來自8個傳感器的模擬信號，并經調理后，輸出到2個AD轉換模塊102。

主控制器模塊自帶WLAN接口和WIFI接口，可以通過有線方式(RJ45網絡接)和無線方式(WIFI)的傳輸數據給上位機。

實施例3

本實施例提供了一種新型高速高精度動態數據采集裝置。圖3為一種新型高速高精度動態數據采集方法的流程圖，包括：

步驟301：增益可編程信號調理模塊101把輸入模擬信號的電壓進行調理后發送至AD轉換模塊102；

步驟302：調理后的模擬信號經過AD轉換模塊102的基本差分電路后變成差分信號，差分信號經過采樣、量化并經過數字濾波輸出數字信號；

步驟303：可編程邏輯器件103通過I2S總線把數字信號輸出至主控制器模塊104；以及

步驟304：可編程邏輯器件103通過I2C總線接收主控制器模塊104的控制指令，對增益可編程信號調理模塊101的增益進行控制；

其中，增益可編程信號調理模塊101由四通道單刀單擲開關ADG431BRU和雙通道JFET運算放大器AD8512ARM組成。

其中，AD轉換模塊102為24位Δ-∑模數轉換器ADS1274，可編程邏輯器件103為FPGA XC6SLX42CSG225C，主控制器模塊104為SAMA5D27微控制器。

其中，主控制器模塊104通過控制四通道單刀單擲開關ADG431BRU的通斷切換運算放大器AD8512ARM的反饋電阻來改變放大器增益以改變輸入信號的輸出電壓。

其中，對輸入模擬信號的電壓進行調理為將+/-40V的模擬電壓信號調理成+/-10V的信號。

其中，增益可編程信號調理模塊101為8個調理模塊，AD轉換模塊102為2個AD轉換模塊102，8個調理模塊分別接收來自8個傳感器的模擬信號，并經調理后，輸出到2個AD轉換模塊102。

以上實施例的先后順序僅為便于描述，不代表實施例的優劣。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。