基于PCI总线和CPLD的高速数据采集卡

1、第卷第期年月中国测试技术 基于总线和的高速数据采集卡俞忠恒，赵世平（四川大学测试控制工程系，四川成都）摘要：为了实现对传感器信号的采集和数据分析，根据总线的数据采集系统的设计思想，采集系统以和相结合来实现信号的连续采集与数据传输的控制，实现本地端与端的桥接使用户接口设计简实时性强、性能稳定，可实现对洁，实现数据缓存控制和读取控制，实验结果表明，该数据采集系统操作简单、所需信号高速连续的数据采集。关键词：总线；高速数据采集；中图分类号：；文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；引言现代测量和控制领域，大量涉及对模拟信号的（）更需要高采集，不但要求高速的数据采集速的数据传输。该卡的接口设计更为简

2、洁，采用具有较强功能的专用接口芯片实现本地端和端的桥接，为实现数据实时采集，采用编程实现的逻辑控制以实现大量数据缓存和读写，使系统具有较好的灵活性和适应性。数据采集卡实现方案系统原理图如图所示。系统由对模拟信号进行采样，将采样数据送入进行暂存，当通道数据采集到时暂停数据采集，控制经由传送数据到机，数据传输完毕写继续数据采集。其中单周期读、和读写操作采用了状态机设计，使数据采集操作更为简单，易于调试。根据设计要收稿日期：；收到修改稿日期：作者简介：俞忠恒（），男，硕士研究生，专业方向为测控技术与仪器。求选择如下器件：（）模数转换芯片，该芯片具有的模拟带宽，的量化精度支持单端数据输出，最高以的速度

3、对模拟信号进行采样。（）为公司的，它是基于第二代结构体系的高性能结构的中国测试技术年月。完全符合边界扫描标准，具有的功能。具有最小的引脚到引脚的逻辑时延，最高可达的计数频率。宏单元内的寄存器具有单独的时钟和复位等信号。支持多种电压接口。（）为这是一款具有的静态存储器，采用了高性能的技术，数据访问周期最短可达。（）桥芯片为公司的接口芯片，提供了两个独立的可编程控制器，每个通（道均支持块和分散集中的方式，本地端）可以编程实现、位的数据宽度，传输速率最高可达字节。内部有种可编程的存储器，以实现零等待突发传输以及本地总线和总线之间的异步操作。采用这种专用接口芯片可避免复杂的协议，降低设计难度，缩短开发

4、周期。（）芯片采用芯片，该芯片是德州仪器通道转换芯片，其转换精度为位，模拟电压输出，可以满足设计要求。芯片数据接口为线串行总线，转换时在时钟下降沿串行输入通道选择、范围控制、数据转换位，通过启动异步控制信号完成转换功能。块识别命令，控制模块将端地址进行译码，然后操作数据读取或者将实际地址发送到从中读出数据。当端发出函数发生命令时，主控模块识别命令发出响应信，函数发生模块检测到信号将三角波函数数据的整和为的数据，控制模块则将该数据串行输出并发出、信号对数据进行转换。当端发出写命令时则控制模块识别命令将地址进行译码，如是地址则进行端口写操作，是地址则进行写操作。关键技术以及解决方法本设计中关键的技

5、术包括：高速数据采集、多种方式读写同步有限状态机设计用实现状态转换如图所示。可编程逻辑设计、接口技术、接口技术。下面重点介绍可编程逻辑设计和接口及芯片的配置。的关键技术在整个设计中为提供时钟信号和控制信号，实现函数发生功能，对进行读写控制，并提供到的数据通道，是系统的核心部分。主要内部逻辑如图。时钟分频模块用于产生转换时钟，将的本地时钟转换为的时钟提供给。设计由应用程序向驱动程序发出各项操作命令，再由驱动程序在目标单字写的方式向本地端写入一个命令代码，主控模块响应端发出的命令代码，控制各个模块的工作。当端发出采样命令时，主控模块识别命令，发出响应信号和控制信号，控制模块发送地址到并将端口读取的

6、数据写入中。当端发出读取命令时主控模接口与配置是公司的一款桥芯片，连接着端和本地端的信号线，端的信号线包括地、：、 第卷第期俞忠恒等：基于总线和 的高速数据采集卡址总线和数据总线等。与接口相应的信号线相连接，本地端信号则包括、本地数据总线和地址总线等，与相连。的工作方式是由其内部配置寄存器设定的，加电对其进行正确的配置，系统方能运行进行数据的采集和传输，本设计采用串行的对进行配置，配置如下所示。其中配置以字为单位，在写入时低字节在前，高字节在后，如为，写入的顺序则是。主要完成了对本地配置寄存器的初始配置以及一些控制寄存器的配置，如本地存储空间到内存空间和空间的映射等。设计中将本地存储空间映射到

7、了内存空间，存储范围为，工作在模式下，采用目标工作方式发送命令和方式进行数据传输。在偏差，供电电源不稳定性以及板间杂乱信号的干扰使得实际输出与理论值存在差异，但基本呈线形输出。驱动程序的设计设备驱动程序是完成了计算机操作系统与硬件的衔接，设计采用公司的进行结束语本设计采用高速数据采集技术、逻辑控驱动程序开发以及调试，是的一个组成部分，能够非常方便地实现针对驱动程序的开发。中的类库封装了针对驱动程序的各种通用操作，可以大大缩短驱动程序的开发周期。该数据采集卡驱动程序主要由设备初始化和卸电源管理、即插即载、驱动派遣例程、中断处理、用管理等部分组成。主要完成三项功能：目标读写；读写；中断调用及处理。制技术、接口技术，以有限的状态机为核心的内部逻辑来实现个部分的功能，采用保证数据的及时传输，简化了接口设计，系统具有较强的实时性和适应性，实现高速数据采集与传输。参考文献孙航可编程逻辑器件的高级应用和设计技巧北京：电子工业出版社，：，李贵山，戚德虎局部总线开发者指南西安：西安电子科技大学出版社，测试结果通道以的采样率对方波信号进行采样，每个采样周期内采样个点形成完整的波形图，采样数据如图中所示。是单通道高频转换器其最大采样率可达，设计中采用时钟采样，其理论输出与实际存在一定