南京化工厂数据采集与程控调度机一体化系统

第一篇：南京化工厂数据采集与程控调度机一体化系统

南京化工厂数据采集与程控调度机一体化系统一、企业介绍

南京化工厂隶属于中国石油化工集团公司，始建于1947年，是全国大型有机化工和精细化工生产骨干企业，原化工部确定的我国化学工业16个生产基地之一，1995年进入国家经贸委确定的全国512家重点企业序列。工厂现有在岗职工2500余人，各类专业技术人员700人，总资产7亿元。

南京化工厂生产有机中间体、橡胶助剂和氯碱三大系列40个品种，产品自我配套能力强，精细化程度高，自成体系，优势互补。经过50多年来持续不断的技术改进和几轮技术改造，产品质量稳步提高，规模效益逐步显现，经济技术指标跨入国内外先进行列，产品于1997年通过ISO9001质量体系认证。工厂下设12个化工车间、4个辅助车间、3个专业公司、1个专业化污水处理厂，拥有35套生产装置，其中硝基苯、硝基氯苯、RT培司、间苯二酚、氯化苯、防老剂4020、防老剂4010NA及防老剂RD等装置的生产规模处于领先地位，产量可达420kt/a。工厂技术力量雄厚，科研生产和质量检测手段先进，其“兰花牌”商标为江苏省名牌商标。

近年来，南京化工厂紧跟时代步伐，依托中国石油化工集团公司，深入实施大企业、经济国际化、科技兴厂、名牌产品、人才战略，推进体制、机制、管理、技术、文化创新,优化产业结构，培育核心竞争力，提升传统产业，为实现跨越式发展奠定了坚实的基础。

在经济全球化的背景下，南京化工厂注重发展外向型经济，面向全球，加强对外合作，参与国际分工，与跨国公司建立了稳定的贸易合作关系。2001年，以中国加入世贸组织为契机，组建了全资子公司——南京九州化工进出口有限责任公司，按照国际惯例，独立开展业务，实施产品多元化进、出口，经营领域日益拓宽。

南京化工厂地处南京市北郊，长江之滨，风景秀丽的燕子矶畔，区位优势明显，交通便利快捷，拥有铁路专用线、自备机车、专用码头、轮驳船和完善的储运系统，产品市场覆盖全国31个省、市、自治区，并远销欧美、东南亚等20多个国家和地区。

二、生产调度工作对信息化的需求

生产调度工作是化工企业生产运行管理的一个重要环节，调度工作是一个实时性极强的工作，而调度工作又与生产的各种信息紧密相关。通过电话汇总全厂生产信息来组织指挥生产或依靠调度员深入生产一线来获得信息，往往由于语言表达不确切或信息滞后等原因造成对现场出现的各种复杂的情况不能及时的进行分析、判断和决策，尤其在生产过程中各种工艺参数都在变化，如电器开关跳闸、设备故障、工艺控制参数超标等等，依靠简单的调度手段，容易延缓处理时间。同时在调度工作中对重要的生产工艺参数以及生产过程中出现的故障都需要准确及时的记录并作为资料保存，为生产活动的分析提供依据。因此必须建立一个强有力的、科学化的调度指挥系统。

南京化工厂作为一个具有50多年历史的老企业，产品品种多、品种之间配套性强、且生产过程大多易燃、易爆、高温、高压、有毒，如何把生产调度人员从被动的紧张的局面中解脱出来，减少人为的不确定因素，加速各部门之间的信息传递，使生产运行管理工作最优化显得十分必要，长期以来，我厂一直坚持生产调度管理系统向着科学化、自动化、智能化方向发展。早在1991年我厂就建立了一套“生产调度计算机辅助监测专家系统”，对全厂各主要工艺参数以及开关量进行实时监测，并完成数据处理、图形显示、越限报警以及制作报表等功能。

随着企业生产规模的不断扩大，在厂领导的关心和支持下，在2000年初我们以新上一台CTC160程控调度机为契机，总结“计算机辅助监测专家系统”的成功经验，与调度机生产方——杭州指挥通讯设备有限公司经过多方探讨、协商、互相合作成功开发了一套具有现代化水平的生产调度管理系统——南京化工厂数据采集与调度机一体化系统。

三、系统构成及功能设置

⒈ 系统构成：本一体化系统由数据采集系统、调度机部分以及局域网三部分组成，系统结构图如下：

⑴ 数据采集系统。南化数据采集系统使用国外优秀的工控组态软件Citect和性能价格比较高的ADAM 4000系列数据采集模块，运行在WINDOWS NT4.0操作平台上，采集信号可以是传统上的模拟信号4—20mA或1—5V，也可以是数字信号。电信号经过采集器后，变成数字信号，并以RS-485总线形式，利用企业内部电话网传送到调度室数据采集服务器上。数据采集系统动态显示现场各采集点的数据（数据刷新≤1S，精度上与现场仪表数据相差≤0.5%），并且把采集数据进行各种处理，如生成各种报表：班报、日报、月报等，生成趋势曲线且曲线连续。调度人员通过计算机可以实时了解现场各种生产情况，一旦出现异常情况，调度人员可以第一时间获得信息并迅速进行协调、处理。从而使调度管理工作一改以往的被动调度到主动调度，大大提高了调度管理效率。

⑵ 调度机部分。数据采集系统成功地与CTC 160门数字程控调度机实现一体化，平时，通过调度机与各岗位进行通讯联络并利用计算机对电话内容进行录音，一旦出现越限报警，数采系统将发出声光报警并通过调度机使现场相关话机振铃，同时利用系统预先设计的自动语音播报系统告之相关工作人员各种异常信息，提醒工作人员对异常情况进行检查，并迅速采取相应的措施。

⑶ 局域网部分。通过建立小型局域网实现数据共享，我们在三位厂级领导办公室设置了三台计算机，通过局域网可以随时访问数据采集系统服务器上的数据、数据同步显示，为厂领导实时了解全厂生产情况并做出各种决策提供了更加及时准确的依据。

⒉ 数据采集系统主要功能设置

⑴ 采集站：针对工厂特点，我们设置了十二个数据采集站，其中8通道模拟输入模块13只，16通道开关输入模块12只。对全厂各主要生产装置的重要工艺参数以及开关量（共80个模拟量、123个开关量）进行采集，每个采集站动态显示现场各采集点的数据（每秒刷新一次），同时各采集站内分别设置了生产工艺流程图、工艺卡片以及生产装置实景图等三个菜单项，可方便的点击进入，供调度员进行观测、学习。其中工艺流程图采用模拟动态画面并契入采集到的工艺参数值实时动态显示。

⑵ 主测参数表：对不同车间、岗位采集到的影响全局的重要参数（公用工程系统的主要运行参数）进行汇总，集中监控。⑶ 趋势图：通过对各采集数据的处理可方便的生成趋势曲线，曲线连续且每2秒刷新一次，趋势图中的曲线可任意添加或删除，所有曲线都可以往前追溯一年之内的历史数据，调度人员可以通过查看曲线全程了解各种生产情况。

⑷ 全厂地貌：提供全厂地貌图并在对应位置标出全厂十五个高压配电间所在地点的图标，点击图标可方便的查阅各高压配电间的系统图，一旦供电系统出现故障可迅速的对系统图进行调阅。

⑸ 全厂供电：提供全厂10kV供电线路系统图，并标示出相应的开关位置。利用开关量模块采集器对相应的开关量信号进行采集并显示在供电线路系统图上，一旦10kV线路出现跳闸，数采系统将能立即监测到相应的跳闸开关，10kV供电线路系统图中对应的发生跳闸的开关将由正常运行时的绿色变成红色闪烁，并发出声光报警，同时数采系统将自动进入预先定义的专家决策系统，专家系统将准确的给出发生跳闸的线路、具体的影响范围以及紧急处理的预案，这样调度员将在第一时间获得相关信息，从而能在较短的时间内按预案要求进行紧急处置，最大限度的降低了因电器线路跳闸对生产产生的冲击。

⑹ 系统报警：分为硬件报警和采集点报警两种。系统实时监视各采集模块的状态，准确记录工艺参数出现越限报警时的数值、时间以及经过处理后恢复正常的时间，做到有案可查，为生产分析提供了可靠的依据。

⑺ 系统数据库：通过对采集数据的处理，生成各种报表（班报、日报、月报），可方便的进行打印并作为资料保存。

⑻ 用户注册：出于对系统安全方面的考虑，系统对于一些机密性的资料或重要的参数设置等，通过设置严格的等级权限来加以保护，共分为一般调度员、调度管理员、系统管理员三个等级。

⑼ 系统维护：通过用户注册密码确认后方可进入系统维护菜单项，对系统进行相关维护，如报警的设置与删除、参数值的修改、调整等，操作比较方便。

⒊ 专家决策系统和自动语音播报系统

作为整个软件的一部分，在数据采集与调度机一体化系统中，我们针对工厂实际情况，加入了专家决策系统和自动语音播报系统 ⑴ 专家决策系统：专家决策系统起着辅助决策和辅助咨询的作用，一旦通过采集点采集到的被测量值出现异常情况（为防止出现误报，要求连续5秒保持状态），系统将自动检索并进入用于事故处理的专家决策系统画面，调度员将能够迅速获得相关异常信息，并提供了紧急处理预案辅助调度员决策指挥。专家系统汇集了调度人员几十年工作中积累的丰富经验，该系统的建立使调度工作更加丰富、完善，从而成为深受调度工作人员欢迎的智能工具。

⑵ 自动语音播报系统：自动语音播报系统是实现调度机与数据采集系统一体化的重要部分。一旦出现越限报警等异常情况，系统将根据相关检索，找到对应的提示短语，通过调度机振铃，自动向相关岗位发出语音提示，提醒对方进行检查并采取紧急措施进行处理。该系统还有一个优点在于如出现大面积的供电线路跳闸等紧急情况，岗位上大量的电话同时打上来，通过自动语音播报系统利用调度电话可向相对次要的岗位进行简单语音说明情况，要求其采取应急处理措施、并注意安全。而调度员则可以集中精力对出现问题的部位以及影响到全局的岗位和牵涉到安全的地方进行紧急协调处理，避免滋生灾害的产生。

四、系统运行情况和效果评述

该系统从2000年开始在调度室投入运行至今，故障率较少、可靠性较高，达到了预期设计要求。深受调度工作人员欢迎，成为调度人员在工作中不可替代的一双眼睛。其优点主要体现在以下几个方面：

⑴ 信息的传递和处理迅速、准确、可靠，为正确的指挥生产和领导决策提供了可靠依据。调度员通过该系统可以迅速、准确的掌握全局或局部的生产情况，改被动调度为主动调度，增强了调度指挥的主动性和灵活性，大大的提高了调度指挥的快速性和准确性、从而极大的提高了工作效率。另外，通过网络的设置，厂领导和部门领导可以很直观的了解到最新的生产情况，从而为领导做出各种决策提供了更加及时准确的依据。

⑵ 将生产运行管理和安全监控熔为一体。通过对工艺运行参数的实时监测和越限报警设置，调度员也可以及时发现事故隐患，及时调整或采取防范措施，避免事故的发生和扩大。⑶ 系统的功能设置，有利于各种情况分析。系统提供的各种图形（如趋势图、状态图）、报警的设置与记录以及数据的存储等功能，为进行生产情况分析、事故分析提供了可靠依据。例如：外供电波动对我厂电解系统的安全稳定运行影响很大，以前和供电部门交涉总是出现扯皮现象，后来通过我厂提供的准确的外电网电压波动趋势图，对方才予以了足够重视，有效的避免了因为外电网波动对电解系统可能造成的冲击。

⑷ 经济效益显著。通过该系统对生产进行有效监控，保证了生产装置的安全、稳定、经济运行，为提高产品质量、降低消耗提供了可靠保障，取得了较为明显的经济效益。

该系统的使用为提高我厂调度管理工作水平起到了积极作用，受到了各方面包括同行的好评，但是，该系统并不是很完善的，有些方面有待进一步的完善提高，例如：在网络方面，我们准备与拟建中的工厂局域网进行联网，同时也想把环保在线监测系统也并入到该系统中，总之，随着工厂的不断发展，科学技术的不断进步，我们将始终坚持调度管理工作科学化的发展方向，不断提高调度工作的现代化水平。

第二篇：单位数据采集系统用户手册

西安市医疗保险数据采集系统（单位端）

西安市医疗保险管理信息系统

单位数据采集子系统

用 户 手 册

Ver 1.0

沈阳东软软件股份有限公司

二零零二年四月 西安市医疗保险数据采集系统（单位端）

目

录

目 录.............................................................2 版权声明............................................................3 第一章 系统概要介绍................................................5

§1.1 系统进入说明..................................................................................................................5

§1.2 系统主界面介绍..............................................................................................................5 §1.3 系统主要功能介绍..........................................................................................................5

第二章 缴费工资...................................错误！未定义书签。

§2.1 界面布局如下：..............................................................................................................6 §2.2 操作说明..........................................................................................................................6

第三章 医疗保险数据采集............................................8

§3.1界面布局如下图：...........................................................................................................8 §3.2操作说明：.......................................................................................................................9

第四章 其他........................................................9

§4.1 实用工具........................................................................................................................10 §4.2 窗口................................................................................................................................11 §4.3 退出................................................................................................................................11 §4.4 帮助................................................................................................................................11

西安市医疗保险数据采集系统（单位端）

版权声明

西安市医疗保险信息管理系统Ver1.00版权归沈阳东软软件股份有限公司所有，任何侵犯版权的行为将被追究法律责任。未经沈阳东软软件股份有限公司的书面准许，不得将本手册的任何部分以任何形式、采用任何手段（电子的或机械的，包括照相、复制或录制）、或为任何目的，进行复制或扩散。

(C)copyright 2000—2003沈阳东软软件股份有限公司。版权所有，翻制必究。

是沈阳东软软件有限公司的注册商标。

单位数据采集系统用于单位报盘，各单位操作员在使用本系统时必须详细阅读此说明书，严格按照操作规范；如果因为操作员的失误而造成数据的不准确性，其后果由操作员自行负责。

西安市医疗保险数据采集系统（单位端）

阅读指南

〖手册目标〗

本手册是沈阳东软软件股份有限公司的软件产品——西安市医疗保险管理信息系统单位数据采集子系统的用户手册。本手册详细介绍了该系统的操作过程。

〖阅读对象〗

本手册是为西安市医疗保险信息管理系统单位数据采集子系统涉及的医疗保险参保单位相关的操作人员编写的。用户在使用西安市医疗保险信息管理系统单位数据采集子系统之前，应该首先阅读本手册，以避免误操作。

西安市医疗保险数据采集系统（单位端）

第一章

系统概要介绍

§1.1 系统进入说明

正确安装单位数据采集子系统（在桌面有快捷图表）：企业数据采集，点击即启动本系统。

§1.2 系统主界面介绍

双击图标后出现如下主界面：

§1.3 系统主要功能介绍

系统包括的功能有：

单位年审：完成参保职工在每年工资变更时的维护工作。新参保人员上报：采集本次要进入医疗保险信息库中的数据。单位基本信息变更：完成对医疗保险信息库中的单位信息的修改。

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第二章 单位年审

该业务主要是用于对参保职工工资变更时由单位批量的修改后再报盘给医疗保险管理事业处。主要是在每年年审的时候使用！

§2.1 界面布局如下：

图2－1 §2.2 操作说明

1.点击【取档】按钮，出现如下的选择文件的选择文件的窗口：

西安市医疗保险数据采集系统（单位端）

图2－2 选择一个扩展名为dbf的文件，然后打开，如果数据格式不是很符合规范或不是有效的导出数据，会出现一些提示，禁止用户导入。选择确定，取出数据，如图2－3：

图2－3 在此基础上修改数据，修改完毕后，点击【保存】按钮，进行数据准确性校验并且保存，然后出现如图2－2的界面，把数据重新存储为一个扩展名为dbf的文件，用于上报医保处。

【单位名称输入】如需在打印“工资申报花名册”报表时，在表头添加单位名称，则需在此录入单位名称。

【打印】把所有的数据打印出来；

【清屏】清除屏幕，使窗口回到如图2－1界面。

【关闭】关闭此窗口，进行其他业务的工作。如果数据修改，也会提示保存！注意：修改数据时要格外仔细，以免造成数据的不准确性。【查询】点击此查询按钮的时候，弹出如2-4的查询条件窗口：

西安市医疗保险数据采集系统（单位端）

图2-4 输入姓名或者身份证号然后按【确定】按钮可以查找出对应的数据，并定位光标到符合条件的行，如果没有符合条件的数据，则查询不出！

第三章 新参保人员上报

该业务主要是用于一个新参保单位的员工批量新参保时的数据采集。

§3.1界面布局如下图：

图3－1 8 西安市医疗保险数据采集系统（单位端）

§3.2操作说明：

点击【添加】按钮，出现如下界面：

图3－2 在此界面下录入一个新参保人员的基本信息，录入完后，再按【添加】按钮再次添加一个新参保人员的基本信息。

如果发现其中某条信息不正确，则选中其中该条信息，按【删除】按钮就可以删除光标所在行的信息，注意：删除时要十分小心，以免误操作！

在数据正确无误的录入完毕后，按【存盘】按钮，出现如图3－2所示的界面，把所有数据存为一个扩展名为dbf的文件，用于上报医保处。

【打印】把所有数据打印出来；

【关闭】关闭该窗口，进行其他的业务操作。关闭窗口的时候会提示保存数据！注意：录入数据时要格外小心，如果由于录入员疏忽造成数据不准确，其后果由录入员自行负责。

【取上次存档文件】紧接上次保存文件进行数据录入。

第四章 单位信息变更

该业务主要是用于单位基本信息的变更修改。西安市医疗保险数据采集系统（单位端）

§4.1界面布局如下图：

图4－1 §4.2操作说明：

在此界面下录入单位需要变更的基本信息，录入完后，再按【添加】按钮再次添加一个新参保人员的基本信息。

如果发现其中某条信息不正确，则选中其中该条信息，按【清屏】按钮就可以删除光标所在行的信息，注意：删除时要十分小心，以免误操作！

在数据正确无误的录入完毕后，按【存盘】按钮，出现如图3－2所示的界面，把所有数据存为一个扩展名为bg的文件，用于上报医保处。

【打印】把所有数据打印出来；

【关闭】关闭该窗口，进行其他的业务操作。关闭窗口的时候会提示保存数据！注意：录入数据时要格外小心，如果由于录入员疏忽造成数据不准确，其后果由录入员自行负责。

第五章

其他

§5.1 实用工具

为了方便操作员，程序中集成了windows操作系统的工具：计算器和记事本。西安市医疗保险数据采集系统（单位端）

§5.2 窗口

可以改变窗口的几种显示方式，用户可以根据自己的需要选择。

§5.3 退出

退出系统操作。

§5.4 帮助

关于，可以查阅一些基本信息，如系统信息，软件版本信息等，如下图：

图5－1 11

第三篇：基于USB的数据采集系统的研究与设计--总结

基于 USB 的数据采集系统的研究与设计

目前，市场上有几百种 USB 设备，包括 USB 集线器、打印机、扫描仪器、存储器、数码相机和调制解调设备等。在数据采集系统中应用 USB2.0 接口总线，首先计算机系统要支持 USB2.0 协议。目前计算机几乎都支持 USB1.1 协议，如果支持 USB2.0 协议，那么系统的 USB 主机就必须包含USB2.0 根集线器，用于给系统提供一个或多个设备端口；同时，系统还必须安装相应的驱动程序。

USB总线的物理连接和电气特性

USB数据传输采用四根电缆，其中两根（D+、D-）是用来传送数据的串行通道，另两根（VBUS、GND）是符合标准的电源线，为下游的USB设备提供电源。其中，D+、D-是串行数据通信线，它支持两种数据传输速率，对于高速外设，USB以全速 12Mbps或高速 480Mbps传输数据；对于低速外设，USB则以 1.5Mbps的传输速率传输数据。USB总线会根据外设情况在不同的传输模式中自动地转换。VBUS通常是+5V电源，GND是地线。

USB 的电源

USB 的电源主要包括两方面：

电源分配：即 USB 的设备如何通过 USB 总线获得主机提供的电源； 电源管理：即通过电源管理系统，USB 的系统软件和设备如何与主机协调工作。

（1）电源分配

每段 USB 都在电缆上提供了数量有限的电源。主机向与它直接相连的 USB 设备提供电源，并且每个 USB 设备都有自己的电源。那些完全依靠电缆提供能源的设备称作“总线功能”设备。相反，那些有

另外电源的设备称作“自供电”设备。而且，集线器也可为连接在它上面的 USB 设备提供电源。

（2）电源管理

USB 主机与 USB 系统有相互独立的电源管理系统。USB 的系统软件和主机的电源管理系统相互作用，处理系统的电源事件，如挂起和恢复等。另外，USB 设备还有额外的功耗管理特性，允许软件对他们进行功耗管理。USB 总线拓扑结构

USB将USB设备和USB主机连接在一起。USB的物理互连是一个分层的星形拓扑结构，集线器在每个星形的中心。每段线路都是主机与集线器或功能设备之间，或者集线器与另一个集线器或功能设备之间的点对点连接 USB通信流

USB 在主机的软件和 USB 功能设备之间提供了通信服务。功能设备根据不同的客户软件与功能设备的相互作用对通信流有不同的要求。通过将 USB 功能设备的各种通信流分离，USB 能更好地全面利用总线。通信流利用总线访问来完成主机和功能设备之间的通信。通信流在设备的端点中止，设备的端点可以

识别所有通信流。

USB 逻辑设备对 USB 系统来说是一个端点的集合。接口是端点聚集而成的端点集，是功能设备的体现。USB 系统软件用默认的控制管道管理设备。客户软件用管道束（与端点集相关）来管理接口。客户软件要求数据通过USB在主机上的缓冲区和USB设备上的端点之间移动。而在 USB 上移动之前，由主机控制器（或者 USB 设备，由传输方向决定）将数据进行封装。当总线访问是在 USB 上移动数据包时，主机控制器也协同操作。

设备端点（Device Endpoint）

端点是 USB 设备唯一可识别的部分，是主机和设备间通信流的终点，每个 USB 逻辑设备都由独立端点集（这个集合就是接口）组成。当设备连接时，系统为每个逻辑设备分配了唯一的地址，设备的每个端点在设计时就给定了一个由设备决定的唯一的标识符—端点号。每个端点都有由设备决定的数据流方向。设备地址、端点号和方向的组合允许唯一指定一个端点，每个端点都单一的连接，支持一个方向的数据流输入（从设备到主机）或输出（从主机到设备）。

管道

USB管道是设备端点和主机软件之间的联系。管道可以通过存储器的缓冲区在主机软件与设备端点

之间传输数据。有两种相互独立的管道通信模式：

1.流：在管道中传输的数据没有 USB 定义的结构。

2.消息：在管道中传输的数据有某些 USB 定义的结构，只能用于控制传输。

帧和微帧（Frames and Microframes）

USB 工作在全速/低速状态时，主机控制器每隔 1 毫秒发送一帧数据；而工作在高速状态时，主机控制器每隔 125 微秒就发送一帧数据。一帧（或微帧）数据可包含几种事务。USB 数据传输类型是从 USB 系统软件的管理角度来描述的。传输（Transfer）是指在客户软件和它的功能模块之间的一个或多个信息传输的总线事务。传输类型决定于客户软件和它的功能模块之间的数据流特性。USB 定义了 4 种传输类型，以满足在总线上进行不同类型的数据的传输需要。

USB数据传输类型

批量传输用于传输突发的大量的数据，全速模式时以 8，16，32 或 64 字节（高速模式时是 512 字节）的信息包传送。由于对出错的数据自动的进行重发，批量数据可确保无误发送。

控制传输至少有两个阶段：建立阶段和状态阶段。控制传输也可以根据不同的情况选择是否需要在建立阶段和状态阶段包含一个数据阶段。

中断传输主要用于定时查询设备是否有中断数据要传输，是一种主机定时侦听设备。设备的端点

模式器的结构决定了它的查询频率，在 1-255ms 之间。中断传输在高速时的数据载荷可达 1023 字节，在全速时的载荷量小于 64 字节。中断传输主要应用于键盘、操纵杆和鼠。

同步传输用于保证时间优先的数据流，如音频和视频数据流，传输的时间对于数据来说是非常必要的条件，在全速模式时，一个同步包包含 1023 字节；在高速模式时，一个同步包包含 1024 字节。

数据采集系统的硬件

数据采集系统在总体上分为硬件和软件两大部分。数据采集系统的硬件部分

主要包括芯片的选择、数据采集和传输电路以及电源转换电路等。数据采集系统的软件部分主要由三部分组成：USB 固件程序(Firmware)、USB 设备驱动程序以及应用程序；三部分程序之间相互协作来完成整个采集系统的功能。

USB芯片选择

目前 USB 芯片大致分为 5 大类型：

1）单独运作的 USB 接口芯片；

2）内含 USB 单元的微处理器（MPU）；

3）特定的接口转芯片，如 USB 转 RS-232 或 USB 转 ATA/ATAPI 等；

4）PC 端或主机端的 USB 控制器；

模数转换芯片的选择

目前，随着数据采集应用的日益普遍，为了满足不同场合和分辨率的要求，模数转换芯片也是种类繁多。选择 A/D 转换芯片需要考虑器件本身的性能和具体的应用要求。选择 A/D 转换芯片要考虑一些参数指标，如芯片精度、芯片的转换速度和芯片的转换量程等。

1)精度：与系统测量的信号范围有关，但估算时要考虑到其他因素，转换器位数应该比总精度要求的最低分辩率高一位。常见的 AD 器件有 8 位，10 位，12 位，14 位，16 位等。

2)速度：应根据输入信号的最高频率来确定，保证转换器的转换速率要高于系统要求的采样频率。

3)模拟信号类型：通常 AD 器件的模拟输入信号都是电压信号，而 DA 器件输出的模拟信号有电压和电流两种。

为了匹配 USB2.0 的高速传输特性，满足广泛的实际需要，本设计选用的是采样速度快、分辨率高的 A/D 转换器 MAX125。

数据采集系统的固件程序设计

固件程序主要负责完成两项任务：一是作为驻留在设备中的内部应用程序，响应主机的列举请求，实现配置设备并将设备的配置信息(如支持哪些传输类型和端点)告知主机，进而为主机和设备之间进行数据通信做好准备工作：二是作为整个设备的控制中心，根据用户应用系统的特定要求，实现对外围设备的具体控制。USB控制器芯片借助CPU执行固件程序来控制芯片的活动，以实现数据传输功能。固件的设计就是使在USB总线上的传输能获得快速的、有效的数据传输速度。它的操作方式与硬件联系紧密，包括USB设备的连接、列举、重列举、USB协议和中断处理等。

列举和重列举

列举和重列举是 USB 设备的一个非常重要的机制。是在初始阶段必须经历的阶段，只有这两个过程成功的完成，USB 设备才可能实现系统中设计的功能，否则，设备只能是一个主机不能识别的最原始的设备，或者是功能不完全的设备。

设备端点的配置

端点配置是在TD_Init()函数中实现的。USB数据通过端点缓冲区进入FX2 和从FX2 中取出。为了保证 480Mb/s高速的传输速率，外部逻辑经常在没有FX2 内嵌的CPU参与的情况下，直接与端点FIFO交换数据。USB设备启动时，要配置端点使它获得足够的带宽和FIFO深度，使数据传输更加平稳和高速。

当应用程序要求CPU处理外部逻辑和USB之间的数据流时（或者根本就没有连接外部逻辑时），固件可以将端点缓冲区作为RAM块或（使用特定的自动增量指针）FIFO访问。

设备驱动程序的组成驱动程序是一些例程的集合，它们被动的存在，等待主机系统软件（PnP管理器、I/O管理器、电源管理器等）来调用或激活它们。WDM驱动程序的功能模块基本由五个部分组成:入口例程，即插即用例程，分发例程，电源管理例程和卸载例程。

1.入口例程：处理驱动程序的初始化；

2.即插即用例程：处理 PnP 设备的添加，删除和停止；

3.分发例程：处理用户应用程序发出的各种 I/O 请求；

4.电源管理例程：处理电源管理请求；

5.卸载例程：处理驱动程序的卸载。

USB 设备驱动程序的开发

目前，用于开发设备驱动程序的工具大概有以下几种：

1.直接使用Windows DDK：这种方法开发难度大，而且有很多烦琐的工作要作，大部分都是通用的基础性的工作，但是，使用这种方法，需要对WDM驱动程序的整体结构有一个很好的认识和把握。

2.使用Driver studio：工具难度会低一些，工具软件己经作了很多基础性的工作。也封装了一些细节，使用者只需要专心去执行需要的操作。但由于封装的问题，可能会带来一些bug，有可能导致项目的失败。

3.使用Win Driver：几乎没有难度(从开发驱动的角度)。很容易，但只能开发硬件相关的驱动，事实上所写的只是定制和调用了它提供的通用驱动而已，工作效率不是很高。但开发花费的时间很少。

第四篇：FPGA数据采集与回放系统设计论文

FPGA数据采集与回放系统设计论文

在个人成长的多个环节中，大家或多或少都会接触过论文吧，论文是我们对某个问题进行深入研究的文章。怎么写论文才能避免踩雷呢？下面是小编为大家整理的FPGA数据采集与回放系统设计论文，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

1系统及其原理

基于通用信号处理开发板，利用FPGA技术控制AD9233芯片对目标模拟信号采样，再将采样量化后的数据写入USB接口芯片CY7C68013的FIFO中，FIFO写满后采用自动触发工作方式将数据传输到PC机。利用VC＋＋6．0软件编写上位机实现友好的人机交互界面，将传输到PC机上的数据进行储存和实时回放。本系统主要实现以下两大功能：1）ADC模块对目标模拟信号进行采样，利用FPGA技术将采样后的数据传输到USB接口芯片CY7C68013的FIFO中存储。2）运用USB2．0总线数据传输技术，将雷达回波信号数据传输到PC机实时回放。分为应用层、内核层和物理层3部分。应用层和内核层主要由软件实现。应用层采用VC＋＋6．0开发用户界面程序，为用户提供可视化操作界面。内核层基于DriverWorks和DDK开发系统驱动程序，主要起应用软件与硬件之间的桥梁作用，把客户端的控制命令或数据流传到硬件中，同时把硬件传输过来的数据进行缓存。物理层主要以FPGA为核心，对USB接口芯片CY7C68013进行控制，通过USB2．0总线实现对中频信号采集。系统设计采用自底向上的方法，从硬件设计开始逐步到最终的应用软件的设计。

2硬件设计

FPGA在触发信号下，控制ADC采样输入信号，并存入FIFO中。当存满时，将数据写入USB接口芯片CY7C68013，同时切换另一块FIFO接收ADC转换的数据，实现乒乓存储，以提高效率。FPGA模块的一个重要作用是控制USB接口芯片CY7C68013。当ADC采样后，数据进入FPGA模块，FPGA控制数据流将其写入CY7C68013的FIFO中，以便于USB向PC机传输。CY7C68013的数据传输模式采用异步slaveFIFO和同步slaveFIFO切换模式。通过实测，前者传输速度约为5～10Mbit／s，后者传输速度最高可达20Mbit／s，传输速度的提高可通过更改驱动程序的读取方式实现。

3软件设计

3．1USB驱动程序设计

USB2．0总线传输技术最高速率可达480Mbit／s。本系统采用批量传输的slaveFIFO模式。CY7C68013芯片内部提供了多个FIFO缓冲区，外部逻辑可对这些端点FIFO缓冲区直接进行读写操作。在该种传输模式下，USB数据在USB主机与外部逻辑通信时无需CPU的干预，可大大提高数据传输速度。Cypress公司为CY7C68013芯片提供了通用的驱动程序，用户可根据需求开发相应的固件程序。

3．2FPGA模块程序设计

系统中FPGA模块的'核心作用是控制AD9233芯片进行采样。AD9233作为高速采样芯片，其最高采样速率达125Mbit／s，最大模拟带宽为650MHz。通过改变采样速率可使该系统采集不同速率需求的信号，扩展了该系统的应用范围。描述FPGA控制USB数据写入接口芯片FIFO的状态机如图6所示。状态1表示指向INFIFO，触发FIFOADR［1：0］，转向状态2；状态2表示若FIFO未满则转向状态3，否则停留在状态2；状态3表示驱动数据到总线上，通过触发SLWR写数据到FIFO并增加FIFO的指针，然后转向状态4；状态4表示若还有数据写则转向状态2，否则转向完成。

3．3上位机设计

为实现人机交互，利用VC＋＋MFC在PC机上编写了可视化操作界面，即上位机。上位机既用于数据采集的控制，同时也用于采集数据的实时回放。上位机界面如图7所示。上位机主要功能：

1）按下“检测USB”按钮，可检测USB是否连接正常，并显示USB基本信息。

2）按下“开始采集”按钮，可将采集的数据传输到PC机并实时回放数据波形；再次按下“开始采集”按钮，可暂停数据波形回放。

3）按下“保存数据”按钮，可将采集的数据以＊．dat文件的形式存储到PC机硬盘。

4）按下“结束采集”按钮，可关闭采集系统并退出界面；或按下“确定”和“取消”按钮，也可直接退出界面。

4系统实测

为了测试数据采集与回放系统，利用通用信号处理开发板设计了DDS模块。该DDS模块产生一个正弦波作为测试信号，通过AD9744芯片转换后变为模拟信号输出，并将此输出信号接至示波器以便验证系统。数据采集与回放系统的实物图及系统实测波形与回放波形。

5结束语

通过实际测试，基于FPGA的数据采集与回放系统达到了预期设计的要求。此系统能够对目标模拟数据进行采集，并能对采集的数据实时回放，且可将数据以＊．dat文件的形式存入PC机硬盘；系统具有高速的采集传输功能，上位机能够实时、动态地回放数据；信号采集板和处理板共用一套硬件，避免了重复制板，在实际调试时可方便地在信号采集与信号处理的工作模式间来回切换，提高了工作效率。原驱动程序官方版本为了满足通用性和稳定性的要求，限制了传输速率，本设计开发了相应的USB驱动程序，提高了传输速率。

第五篇：单片机数据采集与双机通信系统的设计任务书

智能仪器设计实习

设 计 任 务 书

题目单片机数据采集系统的设计专业、班级学号姓名主要内容、基本要求、主要参考资料等：

主要内容：

功能要求：完成单片机数据采集系统

1）使用单片机采集数据。

2）将采集到的数据送上微机显示、处理。

上述内容为基本要求，可按照自己的理解增加功能使之更完善。

基本要求：

 明确设计任务，复习与查阅有关资料。

 设计所用硬件芯片按给定使用。

 按要求对设计进行简要说明，总体设计方案，各部分的详细设计。

 写出体会和总结。

要求全部使用A4纸打印稿，不少于5000字。

主要参考资料：

 李朝青编．《单片机原理及接口技术》(简明修订版)．北京航空航天大学出版社，1998  冯克．《MCS-51单片机实用子程序及其应用实例》．黑龙江科学技术出版社，1990  杨欣荣等．《智能仪器原理、设计与发展》．中南大学出版社，2003  孙传友等．《感测技术基础》． 电子工业出版社，2001

 王福瑞等．《单片微机测控系统设计大全》．北京航空航天大学出版社，1999  科技期刊：《单片机与嵌入式系统应用》、《实用测试技术》、《自动化仪表》、《传感器世界》、《测控技术》、《电子技术应用》等2001年以后各期。

完成期限： 2013年12月16日

指导教师签名：

2013年 12月16日