基于ARM处理器LPC2142的高速数据采集卡设计

　　引言

　　在瞬态信号测量和图像处理等一些高速、高精度的测量中，往往都需要进行高速数据采集。现在通用的高速数据采集卡(一般多是PCI卡或ISA卡)存在有安装麻烦、价格昂贵、受计算机插槽数量／地址／中断资源的限制、可扩展性差，而且在一些电磁干扰性强的测试现场无法专门对其进行电磁屏蔽，因而会导致采集的数据失真等缺点。为此，本文给出了采用PHILIPS公司的一款LPC2142芯片(基于ARM7内核，内置了宽范围的USB2.0 Device全速串行通信接口)设计的数据采集卡的设计方案，从而有效解决了传统高速数据采集卡的上述缺陷。

　　1 基于ARM的数据采集卡系统结构

　　该系统主要由双通道模／数转换器AD9238、ARM微控制器LPC2142及FPGA器件EP1C3T100组成，图1所示是其结构框图。AD9238具有A、B两个通道，前端的差分放大器把模拟信号通过放大送入AD9238，由AD9238把模拟信号转换成12的数字信号同时送入FPGA中的FIFO缓存器进行缓存。然后由LabVIEW软件制作的界面便可向LPC2142发送控制指令，LPC2142读取FIFO缓存器中的数据后可通过USB端口发送给主机。而主机也可通过界面菜单选择采样频率、采样的起始点、模拟信号调理及读取精度测频数据等。

　　2 基于ARM的数据采集卡的硬件设计

　　2.1 AD9238模数转换芯片

　　AD9238是美国模拟器件公司(ADI)推出的快速12位双通道模数转换器。AD9238有3种型号，采样率最高分别可达20 MS／s、40 MS／s和65MS／s。AD9238可提供与单通道A／D转换器同样优异的动态性能，但是比使用2个单通道A／D转换器具有更好的抗串扰性能；AD9238采用单3 V供电(2.7～3.6 V)；Rsn=70 dBc；Rsfd=85 dBc；ENOB为11.3 b；差分输入时，具有500 MHz的3 dB带宽；并有片上参考电压和1～2 Vpp的模拟输入范围。

[page]

　　有了USB驱动程序，用户就可以在此平台上完成用户软件所要实现的任务。用户所要完成的任务如图4所示，图中的单向线表示主任务对读写任务的控制。主任务通过信号量来控制读／写任务的运行状态，从而实现对FIFO缓存器的读和写。双向线则表示各个模块之间存在着数据交换。为了加快大量数据的收发，本程序把LPC2142 USB的逻辑端点1作为控制命令的传输管道，而把端点2作为数据的传输管道。

　　主任务会不断地读取端点1，如接收到PC机发来的读命令，就激活高优先级读任务的就绪信号量，以唤醒读任务并进入读中断服务程序，同时把缓存器数据通过USB总线发给PC机，发送完毕关闭读任务的就绪信号量并同到主循环，以等待PC机发来下一个命令。写任务则与此相似。

　　3.2 LabWindows／CVI工具简介

　　虚拟测量仪器的关键是要具有易于生成良好操作界面和强大数据处理能力的工具软件。本系统的全部程序是用LabVIEWI开发的。LabVIEW是美国NI公司开发的基于C／C++的、专门用于虚拟仪表及过程控制的可视化编程语言。用Lab-VIEW提供的控制件库(包括开关、旋钮、图表等)可以很容易地设计出符合实际要求、界面新颖美观的操作界面。此外LabVIEW具有很强的数据处理功能，它提供了丰富的库函数以用于数据输入接口、数据处理(FFT等)和图形显示等功能，为开发应用软件带来了极大方便。图5是用LabVIEW开发的系统操作界面。