第一章 绪论
数据采集系统一般包括信号输入、信号调理电路、信号采集和信号处理。另外，对于高速的数据采集系统，还应有一个高速的数据缓存模块。本设计采用TI 公司的MSP430X 芯片作为主控芯片，因为MSP430 系列芯片的内部资源相当丰富，该系列芯片内置的AD 模块有12bit 和16bit 的，可以达到技术指标的12bit 分辨率，因此本设计采用该系利芯片内置的AD 模块进行数据采集。由于所选用的MSP430 单片机的AD 模块的基准电压为2.5V，本设计的技术指标单端输入0~5V，为了达到满量程，需要对信号进行缩小，增益为0.5，所以要用运放。使用MCU内置的AD模块进行数据采集，只需要在前端设计信号调理电路，本设计可同时采集12 路信号。要实现符合LXI 标准的C 类仪器，所以还应有一个LAN 接口。为了对网络数据进行涮选、控制和传输，所以必须要有网卡控制芯片。实现的网络传输速率是10M/S。本设计采用一个SRAM 作为高速数据缓存，但是因为MCU 的IO 资源有限，所以用CPLD 来拓展IO 口和模拟产生一个FIFO 控制逻辑，来实现数据的高速存取。电源模块需要3 种电压，其中5V 和-5V 用于给运放供电，其他的主要芯片都是3.3V 供电。要提供这3 种电压，首先要得到一个稳定的5V 电压，然后通过负压芯片产生-5V的电压，而3.3V的电压则从5V的电压直接经过稳压芯片得到。综上所述，本设计必须包括以下几部分：电源模块，CPLD，SRAM，信号输入，信号调理电路，嵌入式控制平台，网卡控制，隔离以及LAN 接口。MSP430 系列单片机是TI 公司2000 年底推出的16 位精简指令系列单片机。该系列是一组超低功耗的微控制器，供电电压范围为1.8~3.6V。考虑到本设计有低功耗，功能多，程序比较大，对响应速度有一定要求等特点，所以选用MSP430F5438，这一型号的主要特点是可用IO 口83 个，高速晶振可达到32MHz，拥有256KB 的FLASH 和16KB 的SRAM，16 路12 位的ADC_12A 模块[13]。完全可以达到要求。该芯片的内部资源是非常丰富的，而且每个独立的IO 接口既可以作为字节长度端口访问又可以结合起来作为字长度端口访问。端口配对P1/P2、P3/P4、P5/P6、P7/P8 等联合起来分别叫做PA、PB、PC、PD 等。利用字节操作读出或写入PA 口的低字节时，高字节保持不变。相似地，使用字节指令写入PA 口高字节时，低字节保持不变[14]。MSP430F5438 的AD 模块叫ADC_12A，该模块支持高速的12 位模数转化。采样速率可达200KSa/s 以上。它可以在没有CPU 的干预下，通过一个16 位的转化-控制缓冲器对16路独立采集而来的ADC信号进行转化和存储。该模块利用“模拟输入多路复用器”来选择输入的模拟信号，所以这16 路信号不能同时采样，但是可以进行序列采样。在序列采样时，为减小输入端直接的干扰输入，该输入多路复用器采用“先断后合”的方式。
第三章LXI 数据采集器设计方案...........................17
3.1 LXI 数据采集器总体框架设计...................................17
3.2 硬件资源综述...................................................18
第四章 仪器硬件平台设计及实现....................................27
4.1 电源模块电路设计............................................ 27
4.2 信号调理模块电路设计............................................ 28
4.3 MSP430F5438 模块电路设计................................. 29
4.4 EPM240T100 模块电路设计........................................ 30
4.5 IS61LV25616AL 模块电路设计....................................... 33
4.6 CS8900A 模块电路设计............................ 34
第五章LXI 数据采集器软件系统设计及实现.................39
5.1 移植TCP/IP 协议栈........................................... 40
5.2 嵌入式系统Web server 设计与实现................................. 41
总结
本论文第一章介绍了总线的发展、LXI 总线技术的产生、数据采集的重要意义以及国内外研究现状。第二章主要包括两部分内容，首先对LXI 规范的关键技术进行了简要概述，以为后续的内容做铺垫，然后介绍了数据采集的定义以及主要技术指标。第三章根据LXI 规范，对本系统进行了方案设计，并对所用到的主要芯片的特点以及如何选择芯片进行了详细论述。第四章是对本系统的硬件电路进行详细分析。第五章是本设计的核心，对本设计的软件系统进行层层分析，从底层的TCP/IP 协议、网卡芯片驱动、仪器功能的实现到上层的Web 服务器、SCPI 解释器、LXI 模块间通信都做了详细介绍。当然，本论文还有不足之处，LXI 规范要求实现的UDP 协议和DHCP 协议都未曾完全实现，其中UDP 协议保留了相应的函数接口，实现起来应该不难。LXI 模块间的通信同样保留了相应的函数接口。尽管如此，本系统仍能实现LXI仪器的基本要求，即通过浏览器访问LXI 仪器网页并通过网页配置仪器和控制仪器、对SCPI 指令进行解释。在本设计的进行阶段遇到各种各样的问题，但是只要能够坚持到底，问题最终都解决了，希望大家以后不论遇到任何问题一定要坚持到底。
参考文献
[1] 季晓亮、谭业双. 测试总线的发展及性能比较[J]. 电测与仪表. 2006，04.
[2] 秦云川、徐大专、李彤. 测量仪器总线技术的发展与现状[J]. 中国仪器仪表. 2005，09.
[3] 陈星燎、陈金树、陈锋. GPIB 接口实现及应用. 计算机应用研究. 2003 年2 月第2 期.
[4] 林茂六、王丽、付平编. VXI 总线雷达自动测试系统集成和模块设计范例.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社. 2000.
[5] 范梅生、魏震生、冯振声. PXI 规范简介. 国外电子测量技术. 1998 年4月第04 期.
[6] [美]奎格利著，曹晓立等译. JavaScript 详解(第2 版). 北京：人民邮电出版社. 2011，11
[7] 王琳、商周、王学伟. 数据采集的发展及应用. 电测与仪表. 2004
[8] 秦红磊、路辉、郎荣玲等. 自动测试系统——硬件及软件技术. 北京:高等教育出版社. 2007，10
[9] [美]奎格利著，曹晓立等译. JavaScript 详解(第2 版). 北京：人民邮电出版社. 2011，11
[10]杨柳、樊晓虹、赵建. LXI 仪器的网络规范及网页界面设计.计算机测量与控制.2004，15(12)