基于LabVIEW和ARM嵌入式數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程傳輸控制系統(tǒng)

基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有不受地理環(huán)境、氣候、時(shí)間的影響，小型便攜，使用靈活方便，交互操作性好，傳輸速率高，可靠性高，功耗低和移動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。目前常用的嵌入式CPU中，ARM由于性價(jià)比在同類產(chǎn)品中比較突出，目前用得越來(lái)越多，尤其是結(jié)合開源的嵌入式Linux操作系統(tǒng)以后，更是得到越來(lái)越多設(shè)計(jì)者的青睞。LabVIW作為一種功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)單易用和設(shè)計(jì)靈活的圖形化編程語(yǔ)言，已經(jīng)廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，越來(lái)越多地應(yīng)用在虛擬儀器、測(cè)試測(cè)量、數(shù)據(jù)分析、信號(hào)處理以及遠(yuǎn)程控制中。本設(shè)計(jì)中，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用基于ARM和嵌入式Linux的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用高性能的ARM嵌入式微處理器Samsung S3C2440作為系統(tǒng)的核心，結(jié)合數(shù)據(jù)采集、下變頻、存儲(chǔ)模塊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)高速實(shí)時(shí)采集。同時(shí)，利用處理器外部配備的以太網(wǎng)控制器CS8900完成與主機(jī)上運(yùn)行的LabVIEW服務(wù)器通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
采用SamsungS3C2440作為前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心控制器件。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)任務(wù)分為信號(hào)采集與下變頻、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸、信號(hào)顯示與處理分析等。整體設(shè)計(jì)方案構(gòu)架見(jiàn)圖1。信號(hào)采集部分采用ADI公司的AD9244完成，AD9244是一款14 bit,40／65 MSPS的高性能ADC。為了滿足AD9244差分輸入的要求，在信號(hào)的輸入端配合了AD8138低失真單端轉(zhuǎn)差分ADC驅(qū)動(dòng)芯片。信號(hào)采集完成后，送至ADC6620正交數(shù)字下變頻器(Digital Down Conversion，DDC)處理，經(jīng)過(guò)抽取和濾波后的I,Q兩路正交信號(hào)在其輸出的數(shù)據(jù)有效以及I／Q指示信號(hào)的配合下，由FPGA產(chǎn)生靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(static Random Access Memory，SRAM)存儲(chǔ)時(shí)序并存儲(chǔ)至64 K×16 bit的SRAM中。

在FPGA中主要完成SRAM讀寫時(shí)序產(chǎn)生、SRAM讀寫地址生成、數(shù)據(jù)通道選擇等工作，F(xiàn)PGA中的邏輯在一個(gè)16 bit的控制字寄存器的控制下有序地工作。當(dāng)SRAM中存儲(chǔ)一定量的數(shù)據(jù)后產(chǎn)生中斷信號(hào)，提示ARM將數(shù)據(jù)取走。為了提高系統(tǒng)的速度，ARM采用直接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(Direct Memory Address，DMA)方式讀取數(shù)據(jù)。之后運(yùn)行在ARM上的客戶端程序?qū)?shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程主機(jī)。遠(yuǎn)程主機(jī)上的LabVIEW服務(wù)器程序?qū)κ盏降臄?shù)據(jù)進(jìn)行顯示、頻譜分析、存儲(chǔ)回放等處理，同時(shí)遠(yuǎn)程主機(jī)的控制信號(hào)以及為下變頻器ADC6620設(shè)計(jì)的濾波器文件也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給客戶端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2．1 ADC設(shè)計(jì)
外部模擬信號(hào)從SMA(Sub Miniature-A)接口輸入，隔離直流后進(jìn)入AD8138 ADC驅(qū)動(dòng)芯片，AD8138將單路輸入信號(hào)變成兩路差分信號(hào)，送至AD9244轉(zhuǎn)換。AD9244中幾個(gè)重要引腳的含義及接法：
a)CML(Common　Mode Reference)：串聯(lián)一個(gè)0．1μF的電容后接地。
b)DCS(Duty Cycle Stabilizer)：接+5 V電源時(shí)表示轉(zhuǎn)換時(shí)鐘為50％占空比，接地表示轉(zhuǎn)換時(shí)鐘的上升沿與下降沿均由外界控制。本設(shè)計(jì)中DCS接+5 V電源。
c)SENSE(Internal Reference Control)：接地時(shí)將輸入信號(hào)峰峰值的范圍限制為1 V，接VREF時(shí)將輸入信號(hào)峰峰值的范圍限制為2 V。本設(shè)計(jì)中SENSE接VREF。
d)DFS(Data Format Select)：接+5 V電源時(shí)輸出數(shù)據(jù)格式為補(bǔ)碼，接地時(shí)為直接二進(jìn)制碼輸出。由于ADC6620將其輸入數(shù)據(jù)解釋成補(bǔ)碼，本設(shè)計(jì)中DFS接+5 V電源。