数据采集卡设计Word文档下载推荐.docx
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进行
32位数据输入、16路数据输出、4路可程控增益，必须具有隔离功能
FPGA现场可编程门阵列）与CPLD复杂可编程逻辑器件）都是可程逻辑器件，它们是在PALGAI等逻辑器件的基础之上发展起来的。
同以往的PAL，GAI等相比较，FPG"
CPL啲规模比较大，它可以替代几十甚至几千块通用IC芯片。
这样的FPG"
CPL实际上就是一个子系统部件。
这种芯片受到世界范围内电子工程设计人员的广泛关注和普遍欢迎。
经过了十几年的发展，许多公司都开发出了多种可编程逻辑器件。
比较典型的就是Xilill公司的FPG器件系列和Altera公司的CPL器件系列，它们开发较早，占用了较大的PLD市场。
尽管FPGACPL和其它类型PLD勺结构各有其特点和长处，但概括起来，它们由三大部分组成，如图2.1所示：
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图2.1典型PLD匡图
⑵FPGA芯片
本设计选用iPSD3234BV-2芯片，具有单片机8032内核的快闪编程系统芯片，也是近年来开发的新型转换器件。
包含两大功能模块：
MC和PS［模块。
其中MC模块由1个标准的8032内核，众多的外设电路
（特殊功能寄存器（SFR、定时器/计数器、PWM管理功能电路一LVD和监视器、l2C总线、片内振荡器、ADCI/O口和USB和其他支持功能组成。
而PSD模块将涉及存储器模块、PLD模块、电源管理单元（PM）I/O口和JTA炭口。
功能框图如图2.2所示：
aw^ik
图2.2iPSD3234BV-2功能框图
图2.3iPSD3234BV-2芯片
如图2.3ipsd3234BV-24芯片所示，该芯片采用两种单电源供电方式:
4.5〜5.5V;
3.0〜3.66V，故可直接供电。
⑶PSD
可编程系统器件PSD是iPSD3234BV-2的核心电路，主要由存储
器模块、PLDI/O口、电源管理单元（PMU和JTAG接口组成，如图
2.4所示
UPSD323X
P3.0:
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图2.4PSD内部功能框图
⑷PCI总线：
①PCI总线协议:
PCI总线的概念是由Intel公司联合IBM、CompaqASTHRDEC
等100多家公司提出的，1999年2月公布。
制定PCI总线的目标是建立一个工业标准的、低成本的、允许灵活配置的、高性能局部总线结构。
它既为今天的系统建立一个新的性能/价格比，又能适应将来CP的
特性，能在多种平台和结构中应用。
PCI总线标准是当今PC领域中最流行的总线标准。
随着CPU勺快速发展，基于图形的操作系统（如Windows）迅速普及、多媒体、视频处理和网络传输的大量应用，使ISA总线逐渐成为系统数据传输瓶颈。
PCI总线可以很好地满足上述需要。
PCI是一种局部总线（LocalBus）,由于独立于CP的结构，使总线形成了一种独特的中问缓冲器的设计，从而与CP及时钟频率无关。
因此用户可以将一些高速外设，如网络适配卡、图形卡、硬盘控制器等从ISA总线上卸下，而通过局部总线直接挂接到PCI总线上，使之与高速的CPU、线相匹配，从而打破了数据I/O的瓶颈，使高性能CP的功能得以充分发挥。
②PCI总线的系统结构：
在一个PCI系统中可以做到高速外部设备和低速外部设备共存、
PCI总线与ISA/EISA、线并存，如图2.5中所示。
图2.5PCI系统结构图
在图2.5中可以看出，处理器/Cached存储器子系统经过一个PCI桥连接到PCI总线上。
此桥提供了一个低延迟的访问通路，从而使处理器能够直接访问通过它映射于存储器空间或I/O空间的PCI设备，也提供了能使PCI主设备直接访问主存的高速通路。
该桥也能提供数据
缓冲功能，以使CPU!
PCI总线上的设备并行工作而不必相互等待。
另
外，桥可使PCI总线的操作与CPU、线分开，以免相互影响。
扩展总线桥（标准总线接口）的设置是为了能在PCI总线上接出一条标准I/O扩展总线，如ISA,EISA或MC总、线，从而可继续使用现有
的I/C设备，以增加PCI总线的兼容性和选择范围。
一般地，典型的
PCI局部总线系统中，最多支持三个插槽（连接器），但这样的扩充能力并不一定是必要的。
PCI接插卡连接器属于微通道（MC）类型的连接器。
同样的PCI扩充板连接器也可以用在ISA,EISA及MC总、线的系统
中。
如图2.6所示:
地址及数据
可透弓I脚
FCI
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JC7EE|7-4]#二>
FARj64
LOCK*
THTA#
GHT#
ULJC
TOO
TCK
TRST#
图2.7PCI接口与FPGA接线原理图
⑸32路数据量输入：
有设计要求知，系统对数据采样时进行32路数据采集，分为32路数字采集和32路模拟量采集，同时须具有隔离功能。
数字输入时，通过光耦隔离后直接通过FPGA的32个I/O接口接收
数字量，光耦隔离选择TLP521-4，而TLP521-4提供了4个孤立的光
耦中16引脚塑料DIP封装，内置4路线性光耦，也可以用于数字量隔离。
32路数字量输入共需8片。
其电路图原理如图2.8所示。
其中P5为数字量输入接口
模拟输入通过线性光耦隔离后，通过AD转换成数字量送入
FPGA。
由于路数太多，不可能用32个AD，因此选用4片CD4051多路选择开关，将32路选择成4个8选1,因此需要4个CD4051,4个AD转换器。
AD选择ADS7822,12位高精度AD转换器，采用串行接口，占用FPGA的I/O口少。
光耦选择TLP521-4，内置4路线性光耦，可以用于模拟量隔离。
32路数字量共需8片。
其电路图原理如图2.9所示。
其中P4为模拟量输入接口。
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⑹16路数据输出：
数据输出时同样包括16位的数字量输出和16位的模拟量输出。
16路数字量输出直接由FPGA16个I/O口产生，通过光耦隔离后输出，光耦选择TLP521-4,内置4路线性光耦，也可以用于数字量隔离。
16路数字量输出共需4片。
其电路图如图2.10所示。
其中P3为数字量输出接口。
模拟输出采用AD产生模拟量，并通过CD4015转换为8路，再通过电压保持器保持电压。
要输出十六路，需要两片CD4051,16片
LF398电压保持器。
DA选用TLV5618，TLV5618是12位高精度DA有两路输出，采用串行通信，可节约FPGA的I/O口。
16路模拟输出中有4路是程控增益，因此还需要程控增益运放。
本设计采用THS7002,THS7002是双通道数字可控增益运放，因此需要2片。
其电路图如图2.11.1、2.11.2所示。
其中P6为模拟量输出接口。
图2.1016路数字输出电路原理图
图2.11.24路程控放大与输出接口
三、系统软件设计
⑴iPSD3234BV-24空制流程图:
图3.1iPSD3234BV-24空制流程图
⑵iPSD3234BV-2猷件流程图：
图3.2iPSD3234BV-24软件流程图
⑶自动掉电保护
图3.3自动掉电流程图
四、结论
当前，随着电子技术的飞速发展，智能化系统中需要传输的数据量日益增大，要求数据传送的速度也越来越快，传统的数据传输方式已无法满足目前的要求。
在此前提下，采用高速数据传输技术成为必然，DMA直接存储器访问）技术就是较理想的解决方案之一，能够满足信息处理实时性和准确性的要求。
本文以硬件描述语言和可编程逻辑器件（FPGA）为技术支撑，设计PCI控制器的总体结构。
在通道检测模块中，解决了信号抗干扰和请求信号撤销问题，并提出并行通道检测算法；
在优先级管理模块中提出了动态优先级端口响应机制；
在传输模块中采用状态机的设计思想设计多个通道的数据传输。
通过各模块问题的解决及新方法的采用，最终设计出基于FPGA勺多通道PCI控制器的数据采集卡。
参考文献
[1]纪宗南•集成A/D转换器应用技术和实用线路[M].中国电力出版
社,2009.
[2]康华光，陈大钦，张林.电子技术基础[M].5版.高等教育出版
社,2006.
[3]刘树林，程红丽.低频电子线路[M].机械工业出版社，2007.
[4]于海生，丁军航，潘松峰，吴贺荣.微型计算机控制技术[M].2版.
清华大学出版社，2009.
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