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MCU
Bus
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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
SERR#
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
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社,2009.
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社,2006.
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清华大学出版社,2009.