一、前言

计算机获取信息的主要途径是数据采集。该过程是利用传感器探测所需的外界信息，通过数模转换结构、控制结构等部分，然后进入上位机进行下一步处理。数据采集系统已经应用于地质探测、无人驾驶技术、航空航天控制等领域，是所有研究项目的基础部分。目前基于单片机的数据采集系统已经无法满足国内外的生产需求，使用更高效的系统，如CPLD或FPGA来满足多路、高速的数据采集已经成为学术界的研究目标。关于如何基于可编程逻辑器件来实现高速、稳定的数据采集的问题仍处于探索阶段。如果实现了高速的多路数据采集系统，将大大提升各项研究领域的研究速度，并推动各领域的发展。

二、国内外研究概况

（1）国外采茶机研究现状

数据采集系统可追溯到20世纪50年代，由美国军方开发，使用数据采集系统来完成多种测试任务。在20世纪70年代，数据采集系统渐渐进入公司、工厂、研究所，进行各个领域的数据采集任务，此时数据采集系统已与仪器仪表相结合，在功能和使用上得到了很大的优化，降低了系统繁重的工作量并大大提高了处理能力。如今，数据采集系统已形成了3个模块，即传感器检测、数模转换和控制核心的结构。数据采集系统已经覆盖人类社会的各个领域，如韩国的Dongseo University，Duk-Dong Lee^[1]等在设计制作多通道气体泄漏监测系统中，使用CPLD芯片减少开发时间和系统规模并实现了监控系统的设计。目前国外各大研究所正研究如何突破数据采集系统速度的瓶颈，来实现如超声波系统、光波系统等高频数据采集领域的技术提升。

（2）国内采茶机的研究现状

国内数据数据采集系统于20世纪70年代逐渐引进，紧随国外的发展脚步对数据采集领域进行研究，我国中国人民解放军工程兵工程学院研制出了“893-IDCN”型分布式智能数据采集系统，大大提升了火力发电厂的自动化生产水平，该系统已经在天津杨柳青发电厂和上海闸北发电厂得到应用^[2]。我国数据采集系统已经与国外发展几乎同步，实现了速度的高速化、测量功能的多样化以及数据采集分析的微机化。数据采集系统具有的分析、再分析、显示、分配于一体的强大功能，让国内研究者们继续研究更加完善的系统来满足工程实践等应用的需求。

主要参考文献基本观点

西南交通大学信息光子与通信研究中心，吴宗玲^[3]等所设计的基于ARM与CPLD进行风速风向的采集中，利用CPLD作为核心处理器来分配各个结构的工作，用ARM进行风速风向的计算部分。东南大学电子工程系，钱云^[4]等通过外置传感器将外界的温度数据转化成电流信号并传输给CPLD进行数据处理，发送给PC进行进一步的数据分析。东华理工学院电子与机械工程学院的谢勇勤等[5]设计的温湿度测控系统中，设置初始值和采集数据进行比较，并进行下一步的装置控制。电子科技大学与成都纺织高等专科学校的王霖等^[5]在设计坐标参量采集卡中通过采集坐标位移量来对模型进行计算、建立。杭州电子科技大学张震^[6]设计的多功能数据采集仪中，利用隔离滤波技术对不同输入信号进行测量。哈尔滨工业大学的张云梓^[7]，其设计中所设计的三路数据采集。安徽理工大学的李魁^[8]设计的微震监测系统数据采集仪，使用FIFO数据缓冲和SPI传输等功能，结合FPGA来满足低成本且实现高效处理威震数据处理的目标。李凤霞^[9]所设计的饮用水处理数据采集仪中7路数据采集的结构。南京信息工程大学信息与控制学院的陆建^[10]等设计的基于ARM和CPLD的无线风速仪设计，其中ARM作为处理器，CPLD处理接收到的信号，两者相互配合。河北工业大学信息工程学院的高振斌^[11]等，采用磁处理器来控制10路AD转换器，能对660个通道进行数据采集。西北工业大学航海学院和第二炮兵工程学院，王芳^[12]等将DSP作为处理模块，CPLD作为接口模块，ADC组成阵列，三个模块形成完整的多路数据采集系统。西安电子科技大学的刘战忠等^[13]使用CPLD取代传统一点转换一点的采集方案。西安石油大学计算机学院的卢胜男^[14]等所设计的利用FIFO作为数据缓存部分。青海师范大学的王国庆等^[15]使用ADC0809与CPLD进行结合来取代基于DSP芯片的告诉电子器件，有效地提高采集性能，降低成本。Eftichios Koutroulis^[16]所阐述的使用CPLD进行功率转换器控制的PWM发生器架构。

四、总结

综上所述可知，数据采集系统应用广泛，是一项非常成熟的技术，但是从多路数据采集以及高速数据采集领域来说，如超声波探伤等应用，目前的数据采集系统技术仍然不足，该项技术亟待研究。

数据采集系统已经形成固定的数据采集模式，由基础的传感器、数模转换到核心控制三部分组成，再进行外围电路的拓展。单片机开发难度小，但是能够实现的采集频率有限。DSP系统规模太大，且无法实现实时性，在速度方面有严重的缺陷。CPLD作为可编程逻辑器件，与FPGA相比没有更多的灵活性，但是成本低廉且开发简单，可大大缩短开发设计周期，因为所设计的题目使用CPLD就已经可以满足，故不需要使用FPGA作为数据采集的核心部分。

根据实际要求，采用CPLD作为数据采集的核心，通过Altium公司的QuartusII软件对该系统进行开发设计，搭建ADC阵列，使用FIFO作为数据缓存部分，实现简单的基于CPLD多路数据采集系统。本课题的设计研究建立在已经成熟的数据采集技术之上，利用CPLD作为核心部分设计出来的数据采集系统，实现了小规模，低成本，高速处理的特质，有利于投入市场应用。