一种通用数据采集系统的设计方案

　　基于NI公司的智能FPGA板卡以及图形化编程软件LabVIEW,本文提出了一种通用数据采集系统的设计方案。该方案中所设计的系统与传统的数据采集系统相比结构简单、开发周期短、可靠性高、实时性好，并且对于不同应用场合，在FPGA逻辑单元足够多的情况下可以很简便地依据实际情况对其做相应调整，具有较强的通用性。

　　0 引言

　　数据采集是信号分析和处理的重要环节，在导弹半实物仿真过程中快速可靠的实验数据为提高仿真精度发挥着重要的作用。传统的数据采集系统各种数字、模拟信号相互交织，相应的外围电路庞大，接口复杂，要占用较大的电路板空间，无法满足系统的小型化要求，同时硬件成本也很高。当系统性能指标发生变化时，相应的功能电路和与之对应的隔离、滤波等电路以及相关程序都要改变。这种牵一发而动全身的结构导致系统的可扩展性比较低，系统的通用性比较差。另一方面，早期数据采集系统多是基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)设计的，数据的采样速度和精度都不是很高。

　　随着集成电路技术的发展，NI公司的FPGA板卡以其IO 引脚多、片内资源丰富、结构灵活、具有嵌入式控制器的特点获得了越来越多的应用，其纳秒级的速度可以较大地提高数据采样的速度和精度。因此，基于NI公司FPGA 板卡的数据采集系统和传统的数据采集系统相比更能实时、快速地监测信号量的变化。而且该系统结构简单、开发周期短、可靠性高、实时性好，能够完成导弹半实物仿真的数据采集任务，具有较强的通用性。

　　1 系统方案设计

　　设计该数据采集系统的主要目的是在导弹半实物仿真系统中采集导弹的舵信号，将其传给上位机进行运算和仿真。该系统的可扩展性比较好，可以灵活地适应不同的应用场合，具有较强的通用性。

　　系统结构图如图1所示，系统实物图如图2所示，将具有数据采集功能和数据通信功能的前端接口电路板卡集成在一个机箱里面，连接在同一块背板上由独立电源统一供电。背板上的四个接口通过NI公司专用数据线和安装在工控机里面的FPGA板卡相连接。通过FPGA板卡与LabVIEW 图形化编程开发平台，实现工控机与半实物硬件系统之间的数据采集和控制信号的传输。

　　NI 公司FPGA 板卡的I/O 端口从C0~C3 共分为四个接口，每个接口40个端口。通过LabVIEW平台进行设置可以方便地自由支配、定义任何一个端口的read/write功能，很好地解决了高速数据采集系统的控制问题。也可以由FPGA 板卡向前端接口电路提供统一的时钟信号和命令字，使不同功能的电路板卡同步进行数据操作。

　　由码盘、旋转变压器/自整角机等传感器测量到的舵偏角信息输入系统之后，按照相应的功能需要接入不同的前端接口板卡进行光耦隔离或者经过滤波、放大等处理，经由机箱背板电路到达FPGA 端口。通过FPGA分析和处理的信号之后再被传入上位机中进行存储、分析、计算、显示等处理。

　　在FPGA的逻辑单元足够的情况下，对于不同的应用场合可以很简便地通过增删不同功能的前端接口电路板实现相应的使用要求，从而不会对系统的其他部分产生影响。因此，该系统的可扩展性比较好，可以灵活地适应不同的应用场合，具有较强的通用性。