数据采集卡设计Word文档下载推荐.docx

1、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PAL GAI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，FPGCPL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FPGCPL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FPG

2、A CPL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：I （3 16-bl-2nd Flash Memory： 32K ByresSRAM: BK BytGmnvffsJPurpose PiDgrammable LfliC.1 & MacHwrllt（B） GPIO. Pon A （SO-pin only）&） GPId Pert B（2） GP1O, Pert D（4） SPiO, Pert CBC 32 Add rcliDJIJLCfiiHEjTbl Euft（9J-pin only）PA0:（8） 3PiO Rori 4Ause v1.1w

3、Supervisor:Wsfichdog and Low-Vbltag；e ReseiGNQ Re&et, Crys-ial In1 pboj pdij!d rc=7nedicalad Pin孚BusAn 0429图2.4 PSD内部功能框图PCI总线：PCI总线协议:PCI总线的概念是由Intel公司联合IBM、Compaq AST HR DEC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P

4、C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（Local Bus）, 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。PCI总线的系统结构：在一个PCI系

5、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2.5 PCI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

6、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FCISERR#JC7EE|7- 4# 二FARj64LOCK*THTA#GHT#ULJCTOOTCKTRST#图2.7 PCI接口与FPGA接线原理图32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

7、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

8、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。 11 I 内1 1 4-J-J=匸 L厂Rgug吕 ugHuHHsuss1=14=1_CZI1-a_匸-16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

9、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2.10 16路数字输出电路原理图图2.11.2 4路程控放大与输出接口三、系统软件设计i PSD3234BV-24空

10、制流程图:图3.1 i PSD3234BV-24空制流程图i PSD3234BV-2猷件流程图：图3.2 i PSD3234BV-24软件流程图自动掉电保护图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.