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摘 要：本文提出的是一种基于ARM处理器的多通道数据采集系统，它是利用QT2410、数据选择开关、A/D转换器、数据传输和接口等相关技术，能够对模拟信号和数字信号进行多通道的数据采集，并通过FFT算法进行后期的信号处理。本系统具有良好的可拓展行和实时性，在工业领域中具有广阔的应用前景。
关键词：ARM；多通道；数据采集；数据处理
1、引言
信息数据采集系统的性能主要取决于其精度和速度，传统的8位MCU已经不能满足当前许多领域的需求，16/32位的ARM嵌入式处理器逐步取代了其在数据采集系统中的控制地位[1]。本文提出的基于ARM的多通道数据采集系统是以S3C2410X作为核心控制器，将采集的模拟信号利用A/D转换器变成上位机能够直接识别的数字信号[2]。同时，利用FFT的蝶形算法来对采集的数据进行滤波处理，使数字信号能够准确的输出，提高了整个系统的精度[3]。
2、数据采集系统的硬件设计
本系统设计與实现是基于ARM 9开发板QT2410来进行实现的，该开发板具有低功耗、高性能、集成度高等优点，分为核心板和底板，其中核心板包含S3C2410X、时钟电路、电源电路、复位电路、SDRAM数据存储器和NAND Flash程序存储器；底板包含NOR Flash、JTAG电路、USB接口、JTAG接口、Ethernet接口和外部总线接口等。QT2410开发板的硬件结构功能图如图2-1所示。
在QT2410中，内部集成了ADC转换芯片，但是开发板没有提供片内ADC的模拟输入引脚，不能够直接使用。因此，本文通过QT2410的EBI接口来进行拓展，实现数据电路的硬件实现，数据采集电路硬件结构图如图2-2所示。
从图2-2中可以看出，数据采集系统包含了AD转换电路、8路模拟输入通道、16路数字输入、输出通道和译码逻辑电路。其中，AD转换芯片采用的是12位的AD7892模/数转换芯片，通过数据选择开关CD4501选择8路中的1路模拟信号进行输入，通过S3C2410X进行控制转换成数字信号。当然，本系统也能够直接对数字信号进行采集，利用译码逻辑电路来进行数字输出数据的选择。16路数字输入接口通过两片74LS244对数字信号进行读取，通过译码片选信号来对读取数据信号进行控制。16路数字输出信号通过2片74LS273锁存器和3片74LS06反相驱动器来进行数字信号输出。16路数字信号输入、输出通道电路结构图如图2-3和图2-4所示。
3、系统软件方案设计
3.1 数据采集软件方案设计
系统的软件方案主要是对AD7892的模/数转换进行实现，对模拟信号进行采集，经过微处理器的控制读取转换为离散量的数字信号[4]。为了保住系统能够满足采集信号的频率范围，在软件程序中要根据实际情况来设置采样率，使其必须大于原有信号的两倍以上[5]。当然，当采用频率过大时，会增加数据采集存储的空间，为了能够保证后期方便对数字信号进行处理，本系统的采样率设置为2的整数次幂。
AD7892的数据采集要分成主程序和中断服务程序。主程序中要先对控制器S3C2410X进行初始化设置，设置基本参数，开启AD7892的模/数转换功能，进行循环判断等待E0C信号是否为1，如果为1，则说明模/数转换完成，关闭中断，利用LCD进行实时显示，否则，继续等待[6]。中断服务程序中，是通过Eint1中断入口进行实现的，通过中断不断去读取A/D转换的采样点数量，当采样点数量满足设置要求，则将E0C标志设置为1，返回到主程序中。AD7892的数据采集数据流程图如图3-1所示。
3.2 数据处理方案设计
本系统的数据处理是采用FFT算法来实现完成的。FFT算法包含了时间抽取和频率抽取两大类，在本系统中采用的是时间抽取方式，即对信号的时域参数进行实现。基于ARM的数据处理是对A/D转换后的数字信号进行中值滤波和极值平均滤波，通过基数为2的FFT的蝶形算法来进行实现，整个FFT算法的实现采用了三层循环，FFT算法流程图如图3-2所示。
4、结论
本文提出的基于ARM的多通道数据采集系统能够利用S3C2410X控制器来对系统进行控制，实现信号的模/数转换，并能够将采集数字信号进行FFT滤波处理。在后期的工作中，充分利用QT2410的多个拓展接口，进一步完善多通道数据采集系统的性能。
参考文献
[1] 杨林楠.基于FPGA的高速多路数据采集系统的设计[J].计算机工程，2007，7（1）：35-37.
[2] 马宗骥、李佩玥、章明朝等.基于FPGA+ARM的数据采集系统[J].化工自动化及仪表，2012，9（1）：1187-1189.
[3] 邵磊，倪明.基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现[J].计算机工程，2011，37（19）：221-223.
[4] 詹从来，龙伟，丁远超等.基于FPGA的多路数据采集与处理系统设计[J].深圳大学学报理工版，2016，33（2）：127-133.
[5] 张琳，吴学杰，黄鸿国.基于ARM+CPLD的多通道液压伺服控制系统研究[J].科技视界，2015，22（1）：11-12.
[6] 曹彬乾，程远增，杨 青.基于STM32+FPGA的数据采集系统的设计[J].计算机工程与设计，2014，35（4）：1231-1234.
关键词：ARM；多通道；数据采集；数据处理
1、引言
信息数据采集系统的性能主要取决于其精度和速度，传统的8位MCU已经不能满足当前许多领域的需求，16/32位的ARM嵌入式处理器逐步取代了其在数据采集系统中的控制地位[1]。本文提出的基于ARM的多通道数据采集系统是以S3C2410X作为核心控制器，将采集的模拟信号利用A/D转换器变成上位机能够直接识别的数字信号[2]。同时，利用FFT的蝶形算法来对采集的数据进行滤波处理，使数字信号能够准确的输出，提高了整个系统的精度[3]。
2、数据采集系统的硬件设计
本系统设计與实现是基于ARM 9开发板QT2410来进行实现的，该开发板具有低功耗、高性能、集成度高等优点，分为核心板和底板，其中核心板包含S3C2410X、时钟电路、电源电路、复位电路、SDRAM数据存储器和NAND Flash程序存储器；底板包含NOR Flash、JTAG电路、USB接口、JTAG接口、Ethernet接口和外部总线接口等。QT2410开发板的硬件结构功能图如图2-1所示。
在QT2410中，内部集成了ADC转换芯片，但是开发板没有提供片内ADC的模拟输入引脚，不能够直接使用。因此，本文通过QT2410的EBI接口来进行拓展，实现数据电路的硬件实现，数据采集电路硬件结构图如图2-2所示。
从图2-2中可以看出，数据采集系统包含了AD转换电路、8路模拟输入通道、16路数字输入、输出通道和译码逻辑电路。其中，AD转换芯片采用的是12位的AD7892模/数转换芯片，通过数据选择开关CD4501选择8路中的1路模拟信号进行输入，通过S3C2410X进行控制转换成数字信号。当然，本系统也能够直接对数字信号进行采集，利用译码逻辑电路来进行数字输出数据的选择。16路数字输入接口通过两片74LS244对数字信号进行读取，通过译码片选信号来对读取数据信号进行控制。16路数字输出信号通过2片74LS273锁存器和3片74LS06反相驱动器来进行数字信号输出。16路数字信号输入、输出通道电路结构图如图2-3和图2-4所示。
3、系统软件方案设计
3.1 数据采集软件方案设计
系统的软件方案主要是对AD7892的模/数转换进行实现，对模拟信号进行采集，经过微处理器的控制读取转换为离散量的数字信号[4]。为了保住系统能够满足采集信号的频率范围，在软件程序中要根据实际情况来设置采样率，使其必须大于原有信号的两倍以上[5]。当然，当采用频率过大时，会增加数据采集存储的空间，为了能够保证后期方便对数字信号进行处理，本系统的采样率设置为2的整数次幂。
AD7892的数据采集要分成主程序和中断服务程序。主程序中要先对控制器S3C2410X进行初始化设置，设置基本参数，开启AD7892的模/数转换功能，进行循环判断等待E0C信号是否为1，如果为1，则说明模/数转换完成，关闭中断，利用LCD进行实时显示，否则，继续等待[6]。中断服务程序中，是通过Eint1中断入口进行实现的，通过中断不断去读取A/D转换的采样点数量，当采样点数量满足设置要求，则将E0C标志设置为1，返回到主程序中。AD7892的数据采集数据流程图如图3-1所示。
3.2 数据处理方案设计
本系统的数据处理是采用FFT算法来实现完成的。FFT算法包含了时间抽取和频率抽取两大类，在本系统中采用的是时间抽取方式，即对信号的时域参数进行实现。基于ARM的数据处理是对A/D转换后的数字信号进行中值滤波和极值平均滤波，通过基数为2的FFT的蝶形算法来进行实现，整个FFT算法的实现采用了三层循环，FFT算法流程图如图3-2所示。
4、结论
本文提出的基于ARM的多通道数据采集系统能够利用S3C2410X控制器来对系统进行控制，实现信号的模/数转换，并能够将采集数字信号进行FFT滤波处理。在后期的工作中，充分利用QT2410的多个拓展接口，进一步完善多通道数据采集系统的性能。
参考文献
[1] 杨林楠.基于FPGA的高速多路数据采集系统的设计[J].计算机工程，2007，7（1）：35-37.
[2] 马宗骥、李佩玥、章明朝等.基于FPGA+ARM的数据采集系统[J].化工自动化及仪表，2012，9（1）：1187-1189.
[3] 邵磊，倪明.基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现[J].计算机工程，2011，37（19）：221-223.
[4] 詹从来，龙伟，丁远超等.基于FPGA的多路数据采集与处理系统设计[J].深圳大学学报理工版，2016，33（2）：127-133.
[5] 张琳，吴学杰，黄鸿国.基于ARM+CPLD的多通道液压伺服控制系统研究[J].科技视界，2015，22（1）：11-12.
[6] 曹彬乾，程远增，杨 青.基于STM32+FPGA的数据采集系统的设计[J].计算机工程与设计，2014，35（4）：1231-1234.