来源：电子技术应用 作者：湖南师范大学 刘忠 黄健全 徐坤

    摘 要：针对复杂液压系统数据采集的特点，采用数据流驱动多模块并行技术和usb2.o接口，设计了基于cpld+fx2的高速便携式数据采集系统，同时给出了自主开发的usb设备在labview中的简便驱动方法。实践表明，该方案大大提高了系统的采集、传输速率，具有电路设计简单、可靠性高扣易移植等特点。

    关键词：cpld数据流驱动多模块并行usb2.o labview数据采集

    液压系统具有结构轻小、传动比大、运行平稳、易于实现无级调速和自动化等优点，已被广泛应用于工业生产的各个领域。但液压传动系统(特别是大型液压系统)也存在一些缺点。主要是结构复杂、其内部状态难以检测，给液压系统的状态监测和日常维护带来一定的困难。因此如何提取系统的特征信号。有效地对液压系统进行状态监测，及时发现故障和隐患，有着十分重要的工程意义。

    目前国内专门针对液压系统的数据采集产品比较少，而且存在诸如采集参数选择不当或不够、采集速率偏低、未能准确反映液压系统的工作状况、接口不利于安装或传输速度太慢等问题。本文设计了一种基于cpld(复杂可编程逻辑器件)+fx2(单片机cy7c68013)的便携式高速数据采集系统，采用了数据流驱动多模块并行技术和usb2.0接口。实践证明，该方案结构简单，成本低廉，实时同步采集和传输速度相当于dsp系列的数据采集产品。

    1 设计思路

    数据采集包括采集量到电参量的转换、信号调理、模/数转换、数据缓冲、数据发送等几部分。一般采用主控芯片直接控制模，数转换、数据缓冲、数据发送等模块顺序执行的方式，如图1(a)所示。要达到较高的采集速度，必须使用如dsp等高速主控芯片，为此而增加了系统成本和软、硬件的调试难度。

    本设计选用cypress公司带智能usb接口引擎和4k ftfo的单片杌cy7c68013(fx2)，其usb数据发送部分可独立自动执行。选用altem公司的cpld器件epm7128，采用vefiloghdl语言编程，设计模/数转换、数据缓存集成控制电路。并采用数据流驱动多模块并行技术，当模块执行所需的数据满足条件时立即执行，三种模块可并行执行，如图1(b)所示，从而可通过低主频cpu来控制高速数据采集。

    上位机软件采用美国国家仪器公司的iabview语言编写。基于图形化编程的g语言使得上位机软件的开发效率大大提高。特别是其ni-visa3.0(virtual instrumentation software arehitecture)控件的推出，可以通过调用其标准化面向具体功能的、通用仪器的api(application programmer interface)驱动接口实现自主开发的usb设备的驱动。

    2 硬件设计

    系统硬件配置如图2所示。液压系统中的压力、流量、温度以及振动频率等模拟量通过传感器变换为电信号后，经放大、缓冲、滤波等调理电路处理后，由模拟开关电路选择后送a/d芯片(ad574)转换成数字信号，并写入fx2内置的fifo，由内部集成的usb控制器自动发往上位机，完成数据采集。cpld控制器除控制模拟开关电路和adc(模，数转换电路)外，还控制将采集得到的数据写入fx2的fifo。控制器设计采用数据流驱动多模块并行技术，以提高控制电路的执行效率。系统固件程序烧录于e2rom中，通电或复位时，fx2自动加载。系统配备了直流电源，以满足室外便携采集的需要。

    3 软件设计

    3．1 cpld程序设计

    cpld内含adc采集控制和fifo控制两个模块，a／d采集控制模块包括通道选择、转换时序发生和转换状态检测等部分，fifo控制模块实现fifo的写时序控制。fif0写控制模块采用转换数据为触发条件，当a／d转换完成并把数据送到总线时，发出写fifo触发脉冲，fifo写控制模块将总线数据写入fifo；a/d采集控制模块则以自身的采集数据状态和fifo写完成作为执行条件。两个模块在单片机控制下并行执行，与此同时，当fifo写满，智能usb控制器将fifo内的数据发往上位机，实现了低主频cpu控制高速同步数据的采集和传输。由于usb控制器的传输率可高达480mbps，采用两片fifo缓冲，采集频率低于10mhz则可避免因usb传输丢失数据。

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