elecfans.com-基于ADuC7026的网络化数据采集系统设计

第 11卷 　第 2期 2006年 4月 　 哈 尔 滨 理 工 大 学 学 报 JOURNAL HARB IN UN IV. SC I. & TECH. 　 Vol111 No12　Ap r. , 2006 　　　　　　 基于 ADuC7026的网络化数据采集系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 杜中平 , 　林克正 , 　黄凌碧 (哈尔滨理工大学 计算机科学与技术学院 ,黑龙江 哈尔滨 150080) 摘 　要 : 设计了一种基于 ADuC7026的网络化数据采集系统 ,以集成 ARM7TDM I内核的精密数 据转换器 ADuC7026和网络控制器 RTL8019AS来构造一个基于以太网的嵌入式数据采集系统. 详细 介绍了该系统的硬件组成及软件设计. 系统的 A /D、D /A转换和数据处理均由 ADuC7026完成 ,并通 过以太网进行数据传输、监控.该设计电路简单 ,信噪比高 ,成本低廉 ,具有良好的发展前景. 关键词 :数据采集 ; 以太网 ; ADuC702; TCP / IP 中图分类号 : TP274 文献标识码 : A 文章编号 : 1007- 2683 (2006) 02- 0080- 03 De sign of Ne two rked Da ta Acquisition System Ba sed on ADuc7026 DU Zhong2ping, 　L IN Ke2zheng, 　HUANG L ing2bi (Computer Science & Technology College, Harbin Univ. Sci. Tech. , Harbin 150080, China) Abstract: Introducing a design of networked data acquisition system based on ADuc7026, the design of hard2 ware is constructed by the accurate data converter ADuC7026 with an ARM7TDM IMCU core inside, and Ethernet controller RTL8019AS, as well as the design of software. The A /D , D /A converting and data p rocessing are ac2 comp lished by ADuc7026, and the data transm itting and monitoring are p rocessed by Ethernet. The circuit is sim2 p le, and the system has high Signal - to - Noise, low cost and great p rospects. Key words: data acquisition; ethernet; ADuC7026; TCP / IP 收稿日期 : 2005 - 08 - 25 作者简介 : 杜中平 (1979 - ) ,男 ,哈尔滨理工大学硕士研究生. . 1　引　言 在嵌入式数据采集系统中 ,利用以太网连接数 据采集终端和处理控制中心 ,能够简化系统设计 ,有 利于实现采集系统的功能专一化. 随着以太网 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 在办公室局域网、工业控制网络等计算机网络中的 广泛应用 ,基于以太网的嵌入式数据采集系统是发 展的必然方向. 本设计采用 AD I公司的集成 ARM7TDM I内核的精密数据转换器 ADuC7026结合 Realtek公司的网络控制器 RTL8019AS来构造网络 化数据采集系统. 2　ADuC7026简介 ADuC7026是 AD I公司生产的集成 ARM7TDM I 内核的精密数据转换器 ,具有 ARM7TDM I内核的编 程能力 ,适用于高精密测量与控制 ,以及具有基本数 字编程需求的数据采集系统 [ 1 ] . 其主要特点如下 : 1) 集成了一个由 ARM 公司设计的 16 /32位 ARM7TDM I R ISC处理器内核 ,最高处理能力高达 45M IPS; 2) 输入最高支持 16通道的 12位 A /D转换 , 采样率高达 1MSPS;输出最高支持 4通道的 12位 D /A转换 ,一个温漂优于 10 ppm /℃的精密带隙基 准电压源 ; 3) 8kB片内 SRAM , 62kB FLASH,可扩展存储 空间为 256k; 4) JTAG端口支持代码下载与调试 ; 5) 一个比较器 ,可编程逻辑阵列 ( PLA )和 3相 http://www.elecfans.com ????? http://bbs.elecfans.com ?????? 脉宽 ( PWM )发生器 ; 6) 40个通用 I/O口 , 1个 UART, 4个通用定时 器 , 4个外部中断. 3　系统硬件设计 系统结构框图如图 1所示. 前端数据采集部分把采集到的各种传感器数据 进行调理. 在信号调理过程中 ,采用以下几个方面的 措施来保证高精确度模拟信号输入 : ①采用高精确 度的基准电源 ; ②对信号采集部分的区域进行屏蔽 , 防止外部噪声干扰 ; ③采用高精确度的程控放大器 对小信号进行放大处理 ; ④采用低失真运放 AD823 减小谐波失真 ,采用有源多阶滤波器进行滤波处理. 信号调理之后被送入 ADuC7026,利用 ADuC7026内 部集成的高达 1MSPS采样率的 12位 ADC模块对 多路信号进行采集转换 ,利用内部微处理器 (集成 一个 ARM7TDM I的内核 )强大的数据处理能力对有 关数据进行处理后 ,将数据通过 RTL8019AS发送至 远端的 PC机. 根据从远端的 PC机反馈回来的信 息 , ADuC7026控制 4路 12位 D /A输出激励信号 , 从而达到对远程数据采集、监控的目的. 为保证远程监控的实时性 ,首先要保证网络传 输速度 ,由于采用 10MB以太网控制器 ,除去一些网 络延迟和信号干扰 ,正常情况下的传输速度在 500kb / s以上 ,在网络繁忙的时候速度在 100kb / s以 上 ,因此通过以太网传送一条指令的时间在 1m s以 内 ; ADuC7026的最高数据处理能力高达 45M IPS, 其内部 ADC采样率为 1MSPS, DAC输出信号建立 时间为 10μs,因此从 ADuC7026接到远端操纵命 令 ,完成一次数据采集 ,然后传送数据至远端 PC 上 ,到远端的 PC机得到响应 ,发出反馈指令 ,再到 ADuC7026接到指令后采取动作 ,控制 DAC输出激 励信号完成 ,所有时间可以控制在 5m s之内 ,完全 可以保证远端监控的实时性. 目前 ,很多嵌入式系统的设计越来越青睐于使 用包括精密数据转换器和像 ARM7TDM I系列内核 那样功能强大的 MCU 集成产品. 本设计采用 AD I 公司生产的集成 ARM7TDM I内核的精密数据转换 器 ADuC7026,由于 ADuC7026把高速 A /D转换、D / A转换以及具有 ARM7TDM I内核的微处理器集成 在一个芯片内 ,利用 ADuC7026作为前端数据采集、 处理的核心 ,可以缩小数据采集系统体积 ,简化电 路 ,提高模拟通道的信噪比和降低系统成本. 但是 , 微处理器片内的 A /D转换器由于自身的结构特点 , 与专用 A /D转换器往往有所不同. 因此 ,在高性能 数据采集系统应用中 ,必须采取相应的技术方法 ,合 理利用 ,充分开发微处理器内部集成资源 [ 2 ] . 网络接口部分连接框图如图 2所示. RTL8019AS地址线只用到低 5位 SA0～SA4与 ADuC7026相连 , A19～A10接地 , A9～A8接高电 平 , A7～A5接地. 这样对于 RTL8019AS来说 , I/O 基地址为 300H～31FH,中断线选定 ADuC7026的外 部中断 IRQ0. 由于 ADuC7026 采用 3V 供电 , 而 RTL8019AS采用 5V供电 ,二者的数据总线不能直 接相连 ,在电路中采用 74LVTH16245双向缓冲器完 成数据总线相连 , 74LVTH16245同时也完成 3V和 5V之间的电平转换. 以太网控制器的相应信号均通 过电平转换与 ADuC7026相连接. 4　软件设计 在该数据采集系统中 ,前端数据采集部分由 ADuC7026进行数据采集 ,然后对采集到的数据进 行处理 ,并通过以太网发送至远端的 PC. 同时 , ADuC7026根据 PC反馈回来的信息进行相应操作. 整个软件设计当中最为重要的部分是网络传送部 分. 将 TCP / IP协议移植到数据采集系统中是实现 通过以太网传送数据的关键. TCP / IP协议是一组不 18第 2期 杜中平等 :基于 ADuC7026的网络化数据采集系统设计 http://www.elecfans.com ????? http://bbs.elecfans.com ?????? 同层次上的多个协议的组合 ,通常被认为是一个包 含链路层、网络层、传输层和应用层的 4层协议系 统. 嵌入式数据采集系统不需要实现网页浏览、文件 传输等复杂功能 ,设计系统时只需实现 ARP协议、 IP协议、TCP协议和 UDP协议. 根据协议的层次结 构 ,软件设计中安排 4个协议模块来分别实现 TCP / IP协议的不同功能. 其中 , ARP协议提供地址到对 应硬件地址之间动态映射 ; IP协议是 TCP / IP协议 中最为核心的协议 ,它提供不可靠 ,无连接的数据报 传送服务. 它还包含因特网控制报文协议 ICMP,用 来传递差错报文以及其他需要注意的信息 ; TCP是 面向连接的 ,在不可靠的网络服务上提供端到端的 可靠字节流 ; UDP协议是一个简单的面向数据报的 传输层协议 ,用于产生一个 UDP数据包 ,并组装成 一份待发送的 IP数据包 [ 3 ] . 在本软件设计的网络传送部分中 ,以太网链路层 遵循的 IEEE80213协议的 CSMA /CD 和 CRC校验等 功能由网卡控制芯片 RTL8019AS完成 ,ADuC7026芯 片则完成对数据的打包解包以及其他 TCP / IP协议的 解释和执行. 以太网协议的实现 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 主要包括 : ① ARP包收发流程 ; ② ICMP包收发流程 ; ③ P包收发 流程 ; ④ UDP包收发流程. 程序设计中利用 TCP / IP 协议中的协议标志 ,为不同的数据包定义不同的代 码.通过检验该代码 ,判别是 ARP包还是 UDP包亦或 是 ICMP包等 ,然后调用相应的函数处理子程序进行 处理.发送数据的流程相对比较简单 ,当 ADuC7026 要发送数据时 ,首先会发送 ARP请求 ,建立地址映 射 ,然后根据情况将数据按照 TCP协议或 UDP协议 格式打包 ,送入网卡芯片 ,由网卡芯片将数据输出到 以太网上.反之 ,当有数据传输过来时 ,网卡芯片产生 外部中断 ,请求 ADuC7026进行处理 , ADuC7026芯片 对数据报进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,如果是 ARP数据包 ,则程序转入 ARP处理程序 ;如果是 IP数据包则进一步判断是哪 个协议向 IP传送数据 ;如果是 ICMP协议 ,判断是否 为 Ping请求 ,是则应答 ,不是则丢弃该数据包 ;如果 是 TCP或 UDP协议 ,且端口正确 ,则按相应的协议处 理数据 ,端口不正确则丢弃数据包. 接收数据程序框 图如图 3所示. 5　验证方法及结论 在本系统设计的上位机部分 ,利用 N I的虚拟仪 器软件 Labwindows/CV I制作软面板 ,调用其内部网 络通讯模块和远端的数据采集系统进行通讯 ,控制 数据采集系统进行数据采集和输出模拟信号 ;通过 CV I的频谱分析功能函数 ,用软面板测量采集信号 的准确度 ,通过频谱分析仪测量数据采集系统的 D / A产生的信号的性能. 这样 ,就可对数据采集模块的 各项功能指标进行检验 ,然后改进其功能 ,提高其可 靠性 ,最终在此基础上形成一套高性能、高可靠性的 网络化的数据采集系统. 通过实际的测试 ,该系统能够对 20kHz的正弦 波信号进行较理想的采集 ( 1%准确度 ) ;能够产生 较理想 (1%准确度 )的 2kHz正弦信号. 设计的这一数据采集系统具有电路简单、小型 便携、使用灵活方便、优良的交互操作性、可移动性 好等优点 ,只需接入以太网 ,就能实现远端数据采 集、监控的目的 ,具有良好的发展前景. 参 考 文 献 : [ 1 ]　ANALOG Devices, Inc. ADuC7026 - Precision Analog M icrocontroller[ EB /OL ]. [ 2005 - 06 - 15 ]. http: / /www. analog. com. 2005. [ 2 ]　刘国汉 ,韩根亮 ,张建华. 嵌入式数据采集系统的研究 [ J ]. 甘肃科技 , 2004, (10) , 91 - 92. [ 3 ]　BEHROUZ A. Forouzan &Sophia Chung Fegan. TCP / IP Protocol Suite[M ]. 谢希仁 ,译. 北京 :清华大学出版社 , 2001. [ 4 ]　李永辉 ,谢志远. 基于 DSP的嵌入式 TCP / IP协议的研究和实现 [ J ]. 华北电力大学学报 , 2004 (2) : 77 - 79. (编辑 :董 　晶 ) 28 哈 　尔 　滨 　理 　工　大 　学 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　第 11卷 　 http://www.elecfans.com ????? http://bbs.elecfans.com ??????