涛 张承学 胡志坚 来源：《电子技术应用》

     摘要：一种基于isa总线的高速同步数据采集扩展卡，讨论了经合理的逻辑控制以协调高速a/d转换与快速存储操作的总线接口技术，以及用极少的pc机i/o口地址资源实现数据的快速交换的方法。应用表明，其高速的数据采集、灵活的双向数据交换能力及数据的同步性，可广泛用于信号测量的各种领域。

     关键词：高速数据采集

     isa总线 接口

     随着大规模集成的电路的飞速发展，pc机性能不断提高。在pc机扩展槽中嵌入以高性能微处理器为核心的智能型功能卡，可以组成综合性能极佳的分布式控制系统。这种结构方式可充分利用微处理器的控制功能、pc机的快速数据处理能力，以及多任务工作方式等特点。对于这种分布式控制系统，主机要频敏接收到来自扩展卡从机所采集的数据、工作状态等信息；向从机发送控制命令或处理数据等。这种主、从机之间的通讯，根据应用条件的不同有多种方式。但在数据传输速度较高、数据量较大且需经常交换信息的场合，采用双口共享ram缓冲区方式是最合适的。

     为了用单片机实现对微秒级甚至纳秒级高速瞬变信号进行采样，研究了一种基于isa总线、gps同步时钟、用硬件电路实现高速数据采集、高速寻址以及存储的技术，保证了高速瞬态信号的实时采集。对于变化速极快、过程极短的高速瞬态信号的采集，需要高速a/d转换单元、大量数据存储单元、高速寻址和快速存储等。

     由于所采集的信号是高频信号，用常规则方法受到单片机本身运行速度的限制，不仅造成成本提高，而且对高频、远距离多路信号的信号处理增加困难，有时无法区别所采集信号的真伪。通过对8051单片机的外围进行有效的扩展，采取在数据采集时由硬件实现采集和存储，采集完毕后由8051系列单片机进行数据处理和通信，比较好地解决了二者的矛盾。

     笔者研制的高速数据采集板采样频率为20msps；a/d转换字长为8位，并且采样速率可变；存储容量为512k字节，符合isa总线标准。可广泛用于电力测量、继电保护和故障定位等。

     1 硬件系统基本工作原理

     硬件电路框图如图1所示，它是由cpu1及cpu2基本系统、视频闪烁adc转换器、高速缓存ram、双口ram、地址计数器、采样频率控制、时序控制及译码电路等部分组成。

     根据需要cpu采用ds80c320单片机。在时钟频率为33mhz条件下，单周期指令执行时间是110纳秒，充分发挥高速a/d转换芯片的性能。ds80c320内部有三个16位定时器/计数器、二个全双工串行口、十三个中断源（六个外部中断端）、二个数据指针dptr0和dptr1。在33mhz晶振时，ale的输出信号频率是8.25mhz。

     cpu1主要用于数据采集、与pc机通讯；cpu2用于接收gps时间报文，gps时间报文可在任何时刻由cpu1从与之相接的双口ram2中读取。高速双端口ram

     idt7130（2k×8位）、idt7134（4k×8位），内部具有判决电路以防止因对某一单元同时操作而产生冲突。双口ram1

     idt7134主要用于cpu1存放采集的数据、同步时间信息及工作状态等，供pc机定时取用，同时也接收来自pc机的命令。双口ram2

     idt7130其容量为2k字节，主要用于cpu1与cpu2交换gps的同步时钟信息。

     对高速数据采集技术而言，最为重要的是系统的分辨率、精度与通过速率。特别是系统通过速率，是区别高速数据采集与一般数据采集最为关键的一项技术指标。在硬件的具体实现过程中，则需要考虑两个方面：（1）a/d转换器的转换时间；（2）转换后的数据存储时间[2]。

     1.1 高速a/d转换

     a/d转换采用闪烁adc器件ad9048，其最大转换速率为35msps，分