一种嵌入式便携数据采集分析仪

进行模态测量时，无论一点激励、多点测量，还是多点激励、两点（激励点和响应点）测量，都要求各测点所测数据是同一时刻的（没有时延）。例如大型转子升降速过程中测试各测点过临界转速的表现，即有这种无时延的要求。

为了确保各测点无时延，每次采样前，通过采样保持器将各通道状态保持住，再令A/D以最快速度对各通道做一次扫描采样，然后释放保持，准备下一次扫描测量。这样采集的数据经过整理后就能获得各通道的实际采样序列。这种触发方式以牺牲A/D最高采样速率的代价，用一片A/D实现多通道并行无延时采样，相对于多片A/D并行工作的方式，成本下降很多。

USB固件

仪器上的USB驱动程序也称为USB固件。仪器连接到上位机后，PDIUSBD12响应上位机的信号，并向ARM7发出中断请求。ARM7响应中断并调用固件中的程序处理上位机的请求，发送数据。数据从SDRAM或FLASH传输到PDIUSBD12，由后者发送给上位机。数据传输采用bulk方式以保证准确性。实际传输实验表明，传输速度达到1Mbytes。

应用软件

数据分析软件是本仪器应用软件的主要部分。目前已开发出的数据分析软件是示波器功能软件。本仪器在采集数据的同时可以由大屏幕液晶显示器进行波形示踪。这个功能的实现充分体现了ARM7比单片机运算速度快的优势。A/D的最高采样速率是200ksps，即每个采样周期为5ηs。ARM7运行在64MHz主频下，每个周期为15.625ns。这样每个采样周期包括320个主频周期。ARM7具有0.97MIPSMHz的指令效率，320个主频周期可以运行约 310条的指令。在计数器触发A/D采样的情况下，处理器的工作是每采样周期从A/D读取一次数据并保存到RAM中，代码如下：

LDRr0，[r1]；/*寄存器r1中保存了A/D数据寄存器的地址；需要3周期*/

STRr0，[r2，#4]!；/*寄存器r2中保存了RAM中数据存储空间的起始地址；需要2周期*/

这个操作需要5个主频周期。利用剩余的A/D转换时间，ARM7就可以将上一次采集的数据显示在大屏幕液晶上，实现波形示踪，方便使用者进行现场信号观察，省去了携带示波器的麻烦。这是其他的数据采集仪所不具备的。

充分利用ARM7高性能的优势，还可以进行其他数据分析处理。目前其他数据处理功能正在开发中。μC/OS-II操作系统大部分用C语言编写，开发方便。除仪器自带的软件模块外，用户可以自己开发新的模块，不断扩展功能。

实验数据

按照上述思路设计的嵌入式数据采集分析仪已经初步实现。使用s3c44b0x内置A/D变换器进行实验。选择内触发方式和倍频触发方式分别采集714Hz三角波。内触发方式选择最高采样频率fs=100kHz，采样长度为512点；倍频触发模式选择32倍频（N=32），采集4个周期（M=4）；各采样两组。将采集到的数据通过USB传输到电脑，用Matlab软件进行数据处理，分别绘制波形图；进行FFT后绘制幅频图。结果如图4所示。

从图4中各图可以看出由本仪器采集的数据绘制的波形平滑没有杂波，说明仪器实现了其性能指标。

图4 对三角波的采样对比分析图

对比图4中各图可以看出这两种触发方式的几点区别：

（1）图4a和图4c中两个波形存在相位差异；而图4e和图4g的相位是相同的。这说明内触发采样开始和结束的时间是随机的；而倍频触发采样的起点（开始于外触发）和终点（结束于整周期末尾），都是相对固定的。

（2）图4a和图4c的波形都不是整周期的；图4e和图4g的波形都是整4个周期。

（3）反映在各自的FFT幅频图上：图4b和图4d都有明显的泄漏效应和栅栏效应，最大旁瓣幅值为一倍频幅值的5.75%；图4f和图4h都是干净的三角波n次谐波分量的谱线，最大旁瓣幅值仅为一倍频幅值的1.09%。上述现象说明倍频触发方式能保证采样数据序列的整周期截断，保证采样频率是待测信号基频的整数倍，有利于提高FFT信号分析的准确性；内触发采样则由于其采样频率和截断长度的人为性，以及开始和结束的随机性，不具备这个特点。要得到好的 FFT结果，或者修改采样频率和截断长度，或者加特种窗函数，给测试过程带来许多麻烦。

每一种被测信号均有不同的特性。选择合适的触发方式可以过滤无用的信号，获得更多有用的信号。例如进行旋转机械振动测试时选用本仪器提供的倍频触发方式就可以获得适合进行FFT的整周期信号，利于后续分析；其他的触发方式就显得不适合。而采集激励振动信号就需要选用电平触发方式，以准确获得从激励开始的信号。作为仪器设计者，应当多进行各种测试实践，了解各种测试的实际需要，不断丰富仪器的采样触发方式，以适应不同测试环境的需要。

结论

综上所述，基于ARM7开发的数据采集分析仪除具有单通道最高200ksps的数据采集