近年來隨著我國航空工業的不斷壯大，我國航空發動機的自主設計研制進程也越來越快。在任何型號航空發動機定型之前都要經過各種嚴格的測試，如振動、壓力、噪聲、轉速及發動機電子控制單元輸出信號的檢測等。通過對其進行的各項測試才能及時發現其設計缺陷，并根據測試記錄的數據進行改進。因此設計完成一套適合航空發動機動態測試的多通道數據采集系統就顯得尤為重要了。

航空發動機的動態測試需要數據采集系統配合上位機來完成。數據采集系統將各傳感器及發動機控制單元輸出的信號進行調理、采集、分析處理后上傳至上位機，并及時接收發動機的電子控制單元輸出的數字信號，配合上位機完成相應的控制?，F有測試當中數據采集系統都是采用數據采集卡，另外配備調理電路完成的。采集卡雖然通用性較強，但對于特定系統就會暴露其缺點，如電磁兼容性差、沒有相應的信號調理電路、不具有總線接口與其他設備通信困難、價格昂貴等，這使得整個測試系統開發設計難度加大。因此針對現有問題設計一款小型化、配備特定信號調理電路、接口靈活、便于組網的多通道數據采集系統具有重要的意義和實用價值。

1 系統總體結構

根據系統功能要求，多通道數據采集系統由ARM7設備端、調理電路模塊、數據采集單元、CAN總線模塊4部分組成，系統總體結構框圖如圖1所示。ARM7是該系統的核心部分，完成對外圍電路的控制、數據的分析處理以及數據的傳輸控制等，它提供給用戶SPI總線接口、CAN總線接口、I/O邏輯端口以及調試端口等。測試傳感器、發動機電子控制單元輸出的各信號及電源信號首先經過調理電路，將其通過運算放大器和相應的高精度電阻按照一定比例調理成適合A/D輸入范圍的要求后進人數據采集單元，數據采集單元主要由3片共48路模擬輸入的AD7490及外圍電路組成，數據采集單元將采集得到的數據通過SPI總線送給微處理器ARM7，微處理器對獲得的數據進行分析處理后通過CAN總線上傳至上位機，配合上位機完成各種控制、性能分析及數據記錄。

2 系統硬件結構設計

2.1調理電路

傳感器及發動機電子控制單元輸出的信號種類很多，有直流電壓信號、交流電壓信號、脈沖信號、方波信號等，且這些信號有弱有強。為減小電磁干擾對弱信號的影響并提高其系統識別能力、減小強信號對系統的破壞性影響，必須將這些信號通過調理電路完成相應的隔離、放大、濾波、整形等變換，把原始信號按照一定比例調理成適合數據采集單元AD7490模擬輸入范圍要求的信號。頻率信號則通過放大、濾波、整形電路后轉變為方波信號，方波信號的下降沿觸發ARM7內部捕獲單元的計數器，通過計數器差值換算獲得其頻率。

圖1系統總體結構框圖

2.2數據采集單元設計

根據用戶需要，該系統的微處理器選用Philips公司的32位ARM7處理器IPC2292，該芯片具有運算速度快、接口豐富、I/O擴展能力強等優點。LPC2292具有SPI總線接口，通信時鐘最高可為系統時鐘的1/8，便于和擴展A/D連接。

系統設計的主要目的是完成各傳感器及發動機電子控制單元輸出的多路模擬信號的快速高精度采集與傳輸。為便于系統設計與操作，增強系統對各信號的適應性，必須選擇一款多通道、快速、高精度、接口靈活的模數轉換器。AD7490是一款12位、16通道、低功耗、高速模數轉換器，當其工作電壓為5v時最高采樣率可達到1MS/s，其數據輸出接口為通用串行SPI總線。該芯片的工作電源和數字接口電源相互獨立，當其工作電壓為5V時，數字接口電壓為5V或是3.3V，這就使得該芯片便于和各種微處理器連接，不存在接口電壓不匹配的問題。同時其模擬輸入電壓范圍可以通過微處理器向其內部的相應寄存器寫人命令字調節。這使得該芯片操作上具有很強的靈活性，軟件設計簡單，其各方面都滿足系統設計的要求。

SPI是一種全雙工的串行總線，在該系統的設計中SPI總線上具有一個主機和3個從機。LPC2292作為主機，3片AD7490作為從機，為確?？偩€上主機地位的唯一性所以把ARM7接口的SSELO腳上拉，主機通過I/O邏輯單元控制選擇從機，接口原理圖如圖2所示。當主機確定從機之后將通過SPI總線向從機發送轉換命令字，同時從機將轉換數據通過SPI總線發送給主機。這樣一片ARM7微控制器控制48路模擬信號的數據轉換，降低了采用多路開關控制的復雜性，提高了系統的可靠性。

圖2 AD7490與IPC2292接口原理圖

3 A/D非線性誤差標定

實際的數據采集系統中，模擬信號一般要經過放大、濾波、整流等電路后將信號調理成適合A/D模擬輸入范圍的要求。一般情況下，實際物理量與采集得到的數字量之間都會有一定的誤差，并存在一定的非線性關系。電子元器件自身生產工藝、外界環境、支撐數據采集系統的電路、參考電壓及工作電源的不穩定等都是導致實際物理量y與微處理器獲得的數字量x之間存在非線性關系的重要因素。為了獲得較真實的數據必須對系統進行校正。