專利名稱：一種總線型實時高速數(shù)據(jù)采集卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集卡的技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種用于電力系統(tǒng)繼電保護，對電網(wǎng)的工作情況進行實時高速采樣的總線型實時高速數(shù)據(jù)采集卡。
背景技術(shù)：
目前普遍數(shù)據(jù)采樣方案均采用前后臺機的工作方式，后臺機采用多單片機聯(lián)網(wǎng)工作方式，每個8位或16位單片機分管8～16個模擬量及若干數(shù)字量，每個單片機板具有獨立的緩沖存儲器以存儲本板卡所記錄的采樣數(shù)據(jù)，在每個單片機板卡的上面有一個同樣的單片機控制所有單片機板卡的工作同步性，在每個單片機板卡的下面有一個同樣的單片機控制整個后臺機的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存，多個單片機的數(shù)據(jù)經(jīng)RS-232轉(zhuǎn)存到前臺PC機后，再根據(jù)時間標記進行數(shù)據(jù)拼接，以形成一個獨立的全面的數(shù)據(jù)文件，采用此技術(shù)有以下缺點第一，8位或16位單片機的處理能力不高，及數(shù)據(jù)交換路徑所限，不能用于采集大容量的實時高速數(shù)據(jù)，第二，多個單片機結(jié)構(gòu)組成的后臺機系統(tǒng)硬件成本居高不下，第三，后臺多單片機板卡的數(shù)據(jù)通過RS-232串口往前臺PC機進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存的方式不能保證絕對可靠、快速，上述第三個缺點在設備運行時會造成以下技術(shù)隱患單片機板卡緩存容量有限，僅能存儲幾次符合國家標準的電力系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)，而通過RS-232串口傳送采樣數(shù)據(jù)的速率較低，不能保證把單片機板卡上的數(shù)據(jù)及時地往前臺機轉(zhuǎn)存，在電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生連續(xù)故障時，會因為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存不及時而造成單片機板卡緩存儲器的堵塞，而且多CPU緩存上的數(shù)據(jù)只要有一個出現(xiàn)錯誤，前臺PC機就會因為找不到統(tǒng)一時間標記而把該批次數(shù)據(jù)作為垃圾數(shù)據(jù)丟掉，出現(xiàn)這種問題的后果是，輕則會造成電網(wǎng)故障漏記，重則會造成設備當機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種總線型實時高速數(shù)據(jù)采集卡，它可以利用標準總線讓工業(yè)計算機的32位高速CPU對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行無縫控制，實現(xiàn)高達100MHz的模數(shù)取樣、實時存儲功能。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種總線型實時高速數(shù)據(jù)采集卡，它主要包括AD轉(zhuǎn)換器，其特征在于在XPU模塊上設有數(shù)字量信號輸入路徑，AD轉(zhuǎn)換器上設有模擬量信號輸入路徑，XPU模塊與AD轉(zhuǎn)換器之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，ADMA模塊與AD轉(zhuǎn)換器之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，XPU模塊與ADMA模塊之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，XPU模塊與ISA/PCI總線之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，ADMA模塊與ISA/PCI總線之間設有數(shù)據(jù)交換路徑。
本發(fā)明實現(xiàn)了實時高速數(shù)據(jù)與工業(yè)計算機間的無縫交換，利用對PC機底層技術(shù)的掌握，應用計算機高速總線技術(shù)，把實時高速數(shù)據(jù)通過高帶寬的標準總線直接引入計算機，由32位高速CPU對各種數(shù)據(jù)進行處理，突破了傳統(tǒng)后臺多單片機處理，實現(xiàn)100MHz的模數(shù)取樣、實時存儲功能，在保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏蚀_性的同時也大大降低了原有的硬件成本。


圖1為本發(fā)明數(shù)據(jù)采樣工作原理圖下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
本發(fā)明主要包括AD轉(zhuǎn)換器1，其特征在于在XPU模塊2上設有數(shù)字量信號輸入路徑，AD轉(zhuǎn)換器1上設有模擬量信號輸入路徑，此AD轉(zhuǎn)換器1為16位AD轉(zhuǎn)換器，XPU模塊2與AD轉(zhuǎn)換器1之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，ADMA模塊3與AD轉(zhuǎn)換器1之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，XPU模塊2與ADMA模塊3之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，XPU模塊2由大規(guī)模存儲器、時鐘控制單元組成，而ADMA模塊2是由雙口存儲器管理器(Dual Port RAM Controller)、高速存儲管理單元(Memory Management Unit，簡稱MMU)組成，雙口存儲器管理器(Dual Port RAM Controller)可以達到采用低價格SRAM，實現(xiàn)高速同步雙口存儲器(Dual Port Memory)的功能，大大降低了原有的成本，采用高速存儲管理單元(MemoryManagement Unit，簡稱MMU)可以實現(xiàn)將高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器組的輸出數(shù)據(jù)存入雙口存儲器(Dual Port Memory)，此操作不占用任何計算機中心處理器(CPU)的資源，再者，ADMA模塊可以采用多種器件來實現(xiàn)，如CPLD或FPGA，它們具有高速性能和中等復雜程度邏輯處理能力，用CPLD/FPGA實現(xiàn)數(shù)據(jù)采控+PCI總線的使用，對數(shù)據(jù)采集的實時性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和采樣率的提高都有很大的幫助，其中用CPLD實現(xiàn)PCI接口協(xié)議邏輯，進行中斷、查詢或DMA數(shù)據(jù)傳輸，以取代傳統(tǒng)的PCI橋IC，用FPGA實現(xiàn)雙口RAM及其邏輯，取代傳統(tǒng)單板機或單片機控制，用E2PROM存儲FPGA程序，系統(tǒng)上電時，PC通過PCI總線經(jīng)CPLD邏輯控制，向E2GA程序，再由E2PROM向FPGA裝入控制編碼，F(xiàn)PGA的邏輯修改就變得非常容易了，XPU模塊2與ISA/PCI總線4之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，ADMA模塊3與ISA/PCI總線4之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，數(shù)字量信號輸入路徑最高可以配置256路，模擬量信號輸入路徑每單元32路，最高可以配置128路，XPU模塊2與ADMA模塊3間的數(shù)據(jù)交換路徑帶寬為66M，XPU模塊2與ISA/PCI總線4的間數(shù)據(jù)交換路徑帶寬為66M，ADMA模塊3與ISA/PCI總線4間的數(shù)據(jù)交換路徑帶寬為66M。
ADMA應用于電網(wǎng)故障錄波儀，使其總體性能大大提高，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采控+PCI總線的使用，數(shù)據(jù)采集的實時性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和采樣率都有大幅度的提高，PCI總線的使用，具有了強大的數(shù)據(jù)吞吐能力，解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，不會因為轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)失敗而造成故障數(shù)據(jù)的丟失，基本上，裝置可以利用多余的帶寬進行實時信息的采集，從而可以輕松實現(xiàn)“動態(tài)狀態(tài)監(jiān)測”功能。
權(quán)利要求
1.一種總線型實時高速數(shù)據(jù)采集卡，它主要包括AD轉(zhuǎn)換器，其特征在于在XPU模塊上設有數(shù)字量信號輸入路徑，AD轉(zhuǎn)換器上設有模擬量信號輸入路徑，XPU模塊與AD轉(zhuǎn)換器之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，ADMA模塊與AD轉(zhuǎn)換器之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，XPU模塊與ADMA模塊之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，XPU模塊與ISA/PCI總線之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，ADMA模塊與ISA/PCI總線之間設有數(shù)據(jù)交換路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種總線型實時高速數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于XPU模塊由大規(guī)模存儲器和時鐘控制單元組成，ADMA模塊由雙口存儲器管理器和高速存儲管理單元組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種總線型實時高速數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于數(shù)字量信號輸入路徑最高可以配置256路，模擬量信號輸入路徑每單元32路，最高可以配置128路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種總線型實時高速數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于XPU模塊與ADMA模塊間的數(shù)據(jù)交換路徑帶寬為66M。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種總線型實時高速數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于XPU與ISA/PCI總線的間數(shù)據(jù)交換路徑帶寬為66M，ADMA與ISA/PCI總線間的數(shù)據(jù)交換路徑帶寬為66M。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種總線型實時高速數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于在XPU模塊上設有數(shù)字量信號輸入路徑，AD轉(zhuǎn)換器上設有模擬量信號輸入路徑，XPU模塊與AD轉(zhuǎn)換器之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，ADMA模塊與AD轉(zhuǎn)換器之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，XPU模塊與ADMA模塊之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，XPU模塊與ISA/PCI總線之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，ADMA模塊與ISA/PCI總線之間設有數(shù)據(jù)交換路徑，本發(fā)明實現(xiàn)了實時高速數(shù)據(jù)與工業(yè)計算機間的無縫交換，利用對PC機底層技術(shù)的掌握，應用計算機高速總線技術(shù)，把實時高速數(shù)據(jù)通過高帶寬的標準總線直接引入計算機，由32位高速CPU對各種數(shù)據(jù)進行處理，突破了傳統(tǒng)后臺多單片機處理，實現(xiàn)100MHz的模數(shù)取樣、實時存儲功能，在保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏蚀_性的同時也大大降低了原有的硬件成本。
文檔編號G06F13/14GK1549143SQ0311678
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月8日
發(fā)明者王大理, 魏亞桂 申請人:上海虹智電氣設備有限公司