1、文件综述
一、选题背景
随着电子信息技术的发展，在工业生产、国防建设、科学研究等领域，测控技术正发挥着越来越重要的作用。但是，外部世界的大部分信息如温度、压力、流量、液位、位移、频率等连续变化的物理量是不能被计算机识别和处理的。要用计算机对这些信号进行处理，就必须使用传感器等把非电的物理信号转换成电信号（电压、电流或电阻性质的信号），并调理成电压信号，以一定的速率对其进行离散采样、量化编码等，转化为数字信号，才能被计算机识别和处理，这个过程就是数据采集[3]。
在众多检测和控制系统中，数据采集模块是重要的组成部分。数据采集就是计算机与外部世界之间联系的桥梁，是获取信息的重要途径。数据采集技术是信息科学的重要组成部分，已广泛地应用于国民经济和国防建设的各个领域，并且，随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展和普及，数据采集技术将有广阔的发展前景[4]。它的好坏直接影响系统的性能。数据采集完成对大量原始的现场数据和信息的采集与预处理，并把采集到的数据传送给系统，以便系统的后续处理。对于数据采集模块，通常要求其能对多通道进行并行处理，具备较高的实时性并有一定的数据处理能力。信息技术革命深入发展，人们对各种数据采集的要求也越来越高。在很多系统中，人们要求对数据进行实时、高速采集的同时也要求系统能对采集到的数据进行高精度的处理[2]。
随着微电子技术、计算机技术和通讯技术的迅猛发展，数字化已广泛深入地应用于现代国防、现代科技和国民经济各个领域，在社会活动和个人生活中都随处可见。20世纪60年代以来，数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）日渐成为一项成熟的技术，并在多项应用领域逐渐替代了传统模拟信号处理系统。传统的信号处理系统采用模拟技术进行设计和分析，处理设备和控制器采用模拟器件实现。与之相比，数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰能力强、设备尺寸小、速度快、性能稳定和易于升级等优点，所以目前大多设备采用数字技术设计实现[1]。
二、国内外研究现状
目前国内外大多数的控制系统中，数据采集的工作都由微处理器或微控制器兼任，微处理器在读入采集数据后马上对它进行处理，并作出判断分析。这样做的好处就是可以充分利用硬件资源，实现系统的小型化。但是缺点也很突出，由于微处理器相对来说性能不是太高，同时处理这么多任务有些力不从心，因此只能应用于要求不是太高的系统，此外由于这些设备没有显示功能，因此想直观地监控整个过程比较难。由于这类系统通常对应于某种特定现象，因此不易移植，通用性不强[5][6]。
在工业场合，采集的物理量越来越多，精度和速度等要求不断提高，解决采集数据传输速度慢、通道少等难题，进行快捷、准确、大数据量的数据采集与处理，成为数据采集系统发展的限制因素。在目前的数据采集产品市场上，国外一些知名企业如美国安捷伦(Agilent)、美国国家仪器(NI)、吉时利(Keithley)、日本横河(Yokogawa)、美国福禄克(Fluke)、泰克(Tektronix)、林可(LINK)、吉尔德(Gould)、爱得万(Advantest)等公司仍然占据着强势的地位[7][8]。国内和台湾不少企业也纷纷崛起，如浙大中控、凌华科技、研华科技、拓普测控等，都在迅速崛起，研制了各式产品，除低端市场以外，还占据了部分中高端市场。这些产品在爆炸检测、快速生产过程（如石油化工过程）、医疗设备（如CT核磁共振）和变电站自动化等领域都有非常重要的应用，但较高的价格是阻碍它普及的一个重要因素。另一方面，数据采集记录仪由采用SoC等控制芯片、RS485双绞线等，向便携化、低功耗、通用化、网络化方向发展，支持多种接口，在工业现场数据采集和控制等众多领域得到了广泛应用[4]。
针对微处理器数据采集系统的缺点，我们采用PC MPU的模式来解决。由于PC机的高性能，使得实时处理大量数据成为可能，将MPU从繁复的工作中解脱出来专注于采集数据，有利于性能的提高，此外由于PC强大的显示功能及丰富的软件编程资源，可以轻易地实现计算、显示、控制等各种功能。另外只要统一了PC与MPU的接口，就可以很方便地实现系统的部分移植[9][10]。MCP目前通常选用性能日益强大的DSP芯片[11]。DSP是微处理器的一种，这种处理器具有极高的处理速度。因为应用这种处理器的场合要求具有极高的实时性(Real Time)。比如通过移动电话进行通话，如果处理速度不快就只能等待对方停止说话，这一方才能说话。如果双方同时通话，因为数字信号处理速度不够，就只能关闭信号连接。
