基于ARM的多通道数据采集器的设计与实现

论文摘要

数据采集系统作为辅助设备被引入到水声工程中,发挥着越来越重要的作用。随着水声技术的高速发展,对数据采集系统的要求也越来越高,除了基本的技术指标外,还希望可以提供多种操作形式和多种数据存储方式。本论文将设计并实现一套多通道数据采集器。该数据采集器具有灵活的操作方式,能实现近程、远程操控,这样可以避免数据采集工作受到距离的限制；还具有多种数据存储方式,可以存储到PC机、USB存储设备或FLASH芯片中,这样可以使数据采集工作不会受到存储介质的限制。本论文完成了数据采集器硬件和软件的设计工作,具体内容是：硬件方面：设计实现了以信号调理电路板、采集电路板和底板构成的数据采集器硬件结构。在信号调理电路板中,通过设计模拟电路实现对输入信号的放大滤波和AD变换等处理。在采集电路板中,以S3C2440为核心另配有FPGA和FLASH,开发了网口和USB接口,实现了数据的采集、传输和多种存储方式等功能。底板用于实现上述两板的连接,并提供数据采集器所用的电源和信号输入接口。软件方面：设计了VC++显控程序,用于实现对数据采集器参数的设定和采集控制功能。设计了FPGA程序,用于实现AD芯片转换数据控制、FLASH存取数据控制、与S3C2440进行数据传输的功能。设计了基于嵌入式Linux系统的应用程序和驱动程序,用于实现与FPGA进行数据传输、通过USB接口存储数据到USB存储设备、通过以太网与显控进行通信的功能。最后本论文对设计实现的数据采集器进行了测试,验证了设计的合理性与可行性。最后,对全文进行总结并对其扩展功能进行了展望,为数据采集系统的进一步研究做了准备。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 立题背景及意义
• 1.2 数据采集系统国内外发展状况
• 1.2.1 数据采集系统发展概述
• 1.2.2 以ARM为核心的数据采集器简介
• 1.2.3 数据采集器尚存问题
• 1.3 论文设计方案
• 1.3.1 设计思路
• 1.3.2 设计特点
• 1.3.3 设计指标
• 1.4 论文研究章节安排
• 第2章 数据采集系统硬件设计
• 2.1 硬件平台整体框架
• 2.2 信号调理电路板的设计
• 2.2.1 信号调理电路板整体结构及各项指标
• 2.2.2 硬件滤波器的选取及设计
• 2.2.3 光耦电路的设计
• 2.2.4 AIC33简介
• 2.2.5 ADS8326简介
• 2.3 FPGA电路设计
• 2.3.1 FPGA与AD芯片连接电路设计
• 2.3.2 FPGA与NAND FLASH连接电路设计
• 2.4 S3C2440核心板及外围电路设计
• 2.4.1 S3C2440核心板简介
• 2.4.2 S3C2440与FPGA连接电路设计
• 2.4.3 S3C2440以太网电路设计
• 2.4.4 S3C2440 USB接口电路设计
• 2.4.5 S3C2440串口电路设计
• 2.5 底板电路的设计
• 2.5.1 信号输入接口电路设计
• 2.5.2 电源电路设计
• 2.5.3 信号调理板与采集板连接电路设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 数据采集系统软件设计
• 3.1 软件整体结构及程序流程图
• 3.1.1 软件整体结构
• 3.1.2 程序流程图
• 3.2 显控软件设计
• 3.2.1 显控界面设计
• 3.2.2 VC++网络通信程序设计
• 3.3 ARM嵌入式Linux程序设计
• 3.3.1 Linux网络程序设计
• 3.3.2 ARM与FPGA通信程序设计
• 3.3.3 ARM对AIC33的配置
• 3.3.4 S3C2440 USB接口程序设计
• 3.4 FPGA程序设计
• 3.4.1 FPGA控制采样率程序设计
• 3.4.2 FPGA控制AIC33程序设计
• 3.4.3 FPGA控制ADS8326程序设计
• 3.4.4 FPGA存储AD数据程序设计
• 3.4.5 FPGA控制NAND FLASH程序设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 数据采集系统测试结果
• 4.1 信号调理电路的检测结果
• 4.1.1 滤波器检测结果
• 4.1.2 信号调理电路输出信号检测结果
• 4.1.3 动态范围及电噪声检测结果
• 4.1.4 三路低频通道一致性检测结果
• 4.2 采集数据功能检测结果
• 4.3 数据传输速率检测结果
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录