专利名称：模数联合型数据采集装置的通道预置方法
技术领域：
本发明涉及一种采用模拟电路和数字控制电路联合而进行的模数联合型数据采 集装置的通道预置方法，属于数据采集技术领域。
背景技术：
在测量过程中，测试电路的放大倍数和量程必须能够动态地随着模拟输入信号的 变化而变化。一般的采集方法和采集系统都是一个模拟信号连接一路模拟放大电路和一个 AD采样通道，模拟放大电路通常采用程控增益放大电路来自动改变放大器的增益，但这种 方法从改变增益到AD采样增加了额外的时间，限制了采集系统的带宽，无法满足快速变化 的高频信号的采集需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种模数联合型数据采集装置的通道预置方法，以解决现有 方法从改变增益到AD采样增加额外时间，限制采集系统的带宽，无法满足快速变化的高频 信号的采集需要的问题。为实现上述目的，本发明的模数联合型数据采集装置的通道预置方法，应用于模 数联合型数据采集装置，步骤如下
(1)预置N路并行多路模拟放大调理电路的电路通道和每个电路通道的放大倍数K，
其中
(2)预设AD采样初始通道；
(3)输入模拟信号；
(4)模拟输入信号经过初级模拟放大调理电路放大后，输入并行多路模拟放大调理电 路，分别经过N路不同的放大倍数后，数字控制模块通过定时器定时触发所有通道的AD转 换，当AD转换完成后触发数字控制模块CPU的中断进行预设AD采样初始通道采样值的读 取；
(5)数字控模块对采样值进行分析和比较；
(6)根据分析、比较结果进行下次采样的采样通道预置。进一步的，所述步骤(1)中N和K的预置是根据需要测量的范围、精度设定的。进一步的，所述步骤(2)中的采样初始通道的预设是用户根据被测信号的大小进 行设定或默认放大倍数最大的通道为采样初始通道。进一步的，所述步骤(4)中判断采样频率是否超过阈值，若是超过阈值，则采取相 邻通道的逐级切换方式；若是没有超过阈值则根据采样值选择放大倍数合适的通道。进一步的，所述相邻通道的逐级切换是指判断该通道的采样值是否增大且大于该 通道的切换上限，若是就预置下次读取的AD转换通道为放大倍数更小一级的通道；若采样 值减小且小于切换下限，CPU就预置下次读取的AD转换通道为放大倍数更大一级的通道。进一步的，所述步骤(4)中判断采样值幅值是否超过切换上限和切换下限，若是超过，则进行预置通道的切换；若是没有超过，则下次仍读取该AD转换通道的采样值。本发明的方法主要包括对并行模拟放大调理电路的参数进行预置，以及数字控制 模块在采样过程中根据输入的变化对AD采样通道进行预置，这种通道预置的方法可根据 输入信号的大小和变化趋势选择量程和通道，动态改变增益，扩大采样量程，保证微弱信号 的采样精度和大的信号不会超量程，而且改变增益时不增加采样保持采集时间，不影响系 统的采样速率和带宽，可实现高带宽的高速数据采集。
图1是本发明实施例的原理框图； 图2是本发明实施例的流程图3是本发明实施例的通道与切换上下限关系图； 图4是本发明实施例的四通道系统的自动切换三角波图。
具体实施例方式本发明实施例的原理框图如图1所示，主要包括并行多路模拟放大调理电路的通 道参数预置和数字控制模块的采样通道预置。并行多路模拟放大调理电路的通道参数主要包括并行电路的数量N和每个电路 的放大倍数K，Kn=BXAn-1, η表示并行电路的第η个电路或第η个通道，η =1，…，N ;Β为常 数，是并行多路模拟放大调理电路的第一路模拟放大调理电路的放大倍数；A是并行多路 模拟放大调理电路的相邻两路模拟放大调理电路的放大倍数的比值，这些参数的预置要考 虑需要测量的范围、精度和经济性等因素。通常并行电路的数量N的值越大，并行电路的数 量越多，成本越高，测量的动态范围和精度都会提高，一般取四路以上。A的值越大，测量的 动态范围越大，但测量精度会下降，一般取2、4、8、10等。数字控制电路通过定时器定时触发所有通道的AD转换，当AD转换完成后触发CPU 的中断进行采样值的读取和下次读取的AD转换通道的预置，CPU的中断软件技术方案如图 2所示。CPU在每个中断中读取被测量的采样值。CPU首先从上次预置的AD通道读取采样 值，整定后保存起来；然后判断该通道的采样值是否增大而且大于该通道的切换上限(通常 是该通道的四分之三量程)，若是就预置下次读取的AD转换通道为放大倍数更小一级的通 道，即下次中断时CPU不再从原来的通道读取数据，而是从放大倍数更小一级的通道读取 采样数据，这样可以保证读取的数据不会超过该通道的最大值，从而提高了测量的量程范 围；若采样值减小并且小于切换下限，CPU就预置下次读取的AD转换通道为放大倍数更大 一级的通道，即下次中断时CPU不再从原来的通道读取数据，而是从放大倍数更大一级的 通道读取采样数据，这样可以保证读取的数据不会太小，从而提高了微弱信号的测量精度； 若采样值界于切换上限和切换下限之间，就不改变下次读取的AD转换通道，即下次中断时 CPU仍从原来的通道读取数据。而且CPU每次只从一个通道读取数据，从而保证了采样速 率。当采样频率超过1. OMHz时，通道的自动切换是逐级进行的。因为采样速度很快， 比信号的变化速度快许多，所以当信号变化超切换上限后，很快下一次采样切换到新的通 道时，信号的变化幅值还没有来得及超过该通道的极限值。另外，每个电路的放大倍数Kn=BXAn-1, η =0，1，…，N。A—般取2、4、8、10等。对变化剧烈的信号，A值可以选择4、8、 10等，例如当Α=4时，相邻通道间的放大倍数比值是4，那么相邻通道间的采样极限幅值的 比值也是4。而信号的变化在下一次采样时一般不会超过原来的4倍。所以，在快速的采样 频率下，通道的自动切换是逐级进行的。另外，在高速的采样频率下，DSP对数据的处理只 能简单地判断采样值是否增大和大于该通道的切换上限，没有时间根据信号变化速率来确 定切换到下一通道后是否会超量程。当采样频率小于1. OMHz时，DSP就有足够的时间来判断信号的变化速率，当超过 限定值时就可以直接越级切换到放大倍数合适的通道。当信号的变化速率没有超过限定 值，通道的自动切换还是逐级进行的。具体的实施例
如图3所示。Kn=BXAn-1, η =0, 1，…，N，取四路Ν=4，Α=2时，并行多路模拟放大调 理电路的第一级模拟放大调理电路的放大倍数设为B=l，并行多路模拟放大调理电路的四 路模拟放大调理电路的放大倍数分别设为1、2、4、8，则对应于AD芯片的各采样通道1 通 道4的放大倍数分别为1、2、4、8。每个AD采样通道的输入范围都是0 5V，则通道4对应 的输入模拟量的范围是0 0. 625V，通道3对应的输入模拟量的范围是0 1. 25V，通道2 对应的输入模拟量的范围是0 2. 5V，通道1对应的输入模拟量的范围是0 5V。AD采样 芯片的采样精度是12位，所以其AD转换后的读数为0 4096。为保证数据的一致性，将其 它通道的采样值都转换成通道4的值，即通道4的读数范围是0 4096，通道3的读数范围 是0 4096X2，通道2的读数范围是0 4096X4，通道1的读数范围是0 4096X8。为保证采样精度和实现通道自动切换，可设当输入模拟量经放大后，达到AD采样 通道输入范围的80%时为切换上限值(即4V)，达到AD采样通道输入范围的32%时为切换 下限值(即1. 6V)，那么对应每个通道的切换上限和切换下限如图3所示。则对于一个0 5V变化的三角波，采样初始通道设为通道4，当波形由OV到0. 5V 变化时，由放大倍数最大的通道4读数，当波形超过0. 5V后系统自动切换到通道3读数， 当波形超过IV后系统自动切换到通道2读数，当波形超过2V后系统自动切换到通道1读 数。波形达到5V开始下降，当波形下降到1. 6V后系统自动切换到通道2读数，当波形下降 到0. 8V后系统自动切换到通道3读数，当波形下降到0. 4V后系统自动切换到通道4读数。 其变化如图4所示。对于不同的情况，N可以取不同的值，每一路的放大倍数也可取不同的值，则相应 的切换上限与切换下限也可根据实际情况和精度要求取不同的值。采用本发明的方法对模数联合型超宽增益高速数据采集装置中的并行多路模拟 放大调理电路的通道参数和数字控制电路的采样通道进行预置，可根据输入信号的大小和 变化趋势选择量程和通道，扩大了动态范围，而且无需额外的量程自动切换时间，不影响系 统的采样速率和带宽，可实现高速、高精度的数据采集。本发明专利特别适合对未知大小的、瞬态的、具有冲击性的模拟量的高速高精度 的数据采集。
权利要求
一种模数联合型数据采集装置的通道预置方法，其特征在于，该方法步骤如下(1)预置N路并行多路模拟放大调理电路的电路通道和每个电路通道的放大倍数K，其中 ；(2)预设AD采样初始通道；(3)输入模拟信号；(4)模拟输入信号经过初级模拟放大调理电路放大后，输入并行多路模拟放大调理电路，分别经过N路不同的放大倍数后，数字控制模块通过定时器定时触发所有通道的AD转换，当AD转换完成后触发数字控制模块CPU 的中断进行预设AD采样初始通道采样值的读取；(5)数字控模块对采样值进行分析和比较；(6)根据分析、比较结果进行下次采样的采样通道预置。2010102564621100001dest_path_image002.jpg
2.根据权利要求1所述的通道预置方法，其特征在于所述步骤(1)中N和K的预置 是根据需要测量的范围、精度设定的。
3.根据权利要求1或2所述的通道预置方法，其特征在于所述步骤(2)中的采样初 始通道的预设是用户根据被测信号的大小进行设定或默认放大倍数最大的通道为采样初 始通道。
4.根据权利要求3所述的通道预置方法，其特征在于所述步骤(4)中判断采样频率 是否超过阈值，若是超过阈值，则采取相邻通道的逐级切换方式；若是没有超过阈值则根据 采样值选择放大倍数合适的通道。
5.根据权利要求4所述的通道预置方法，其特征在于所述相邻通道的逐级切换是指 判断该通道的采样值是否增大且大于该通道的切换上限，若是就预置下次读取的AD转换 通道为放大倍数更小一级的通道；若采样值减小且小于切换下限，CPU就预置下次读取的 AD转换通道为放大倍数更大一级的通道。
6.根据权利要求5所述的通道预置方法，其特征在于所述步骤(4)中判断采样值幅 值是否超过切换上限和切换下限，若是超过，则进行预置通道的切换；若是没有超过，则下 次仍读取该AD转换通道的采样值。
全文摘要
本发明涉及模数联合型数据采集装置的通道预置方法；首先预置并行多路模拟放大调理电路的电路通道数量N、每个电路通道的放大倍数K、AD采样初始通道；模拟输入信号经过初级模拟放大调理电路、并行多路模拟放大调理电路放大后，分别经过N路不同的放大倍数后，数字控制模块定时触发所有通道的AD转换，触发CPU的中断进行预设AD采样初始通道采样值的读取；数字控制模块对采样值进行分析和比较；进行采样通道预置；本方法可根据输入信号的大小和变化趋势选择量程和通道，动态改变增益，扩大采样量程，保证微弱信号的采样精度和大的信号不会超量程，而且改变增益时不增加采样保持采集时间，不影响系统的采样速率和带宽，可实现高带宽的高速数据采集。
文档编号H03M1/54GK101902223SQ20101025646
公开日2010年12月1日 申请日期2010年8月19日 优先权日2010年8月19日
发明者司东宏, 库祥臣, 李济顺, 罗天宇, 薛玉君, 韩红彪 申请人:河南科技大学