数据采集卡设计
23页1、微型计算机控制技术期中试题基于 PCI 总线的数据采集卡自动化 0905班张亚明0906050503摘要:本文采用一种基于 USB 接口的实用型数据采集卡。采用 CPLD 和 PSD 进行信道前端处理,以 FPGA 为采集的核心控制芯片并用于参数 的存储与读写,设计了一种快速、高精度数据采集卡硬件是一外置式 的密封设备,软件具有很好的用户图形界面。详细地论述了本采集卡 的硬件结构,并列举了采集卡的主要性能指标,对采集卡所要求的性 能指标,详细地论述了系统的硬件。关键词 :数据采集卡 CPLD PCI 总线 USB设计要求:该数据采集卡要求高精度数据采集,采用PCI总线,运用USB接口。 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。引言:计算机技术在飞速发展,微机应用日益普及深入,微机在通信、 自动化、工业自动控制、电子测量、信息管理和信息系统等方面得到 广泛的应用。在冶金、化工、医学和电器性能测试等许多应用场合需 要同时对多通道快变的模拟信号进行采集、预处理、暂存和向上位机 传送,再由上位机进行数据分析处理、自动报表生成、信号波形显示 和输出打印等处理。本文
2、采用一种基于USB接口的实用型数据采集卡。采用CPLD和DSP 进行信道前端处理,以FPGA为采集的核心控制芯片并用于参数的存储 与读写,设计了一种快速、高精度数据采集卡硬件是一外置式的密封 设备,软件具有很好的用户图形界面。详细地论述了本采集卡的硬件 结构,并列举了采集卡的主要性能指标,对采集卡所要求的性能指标, 详细地论述了系统的硬件。设计方案:一、设计总框图如图1所示:本设计要求高精度数据采集,采用PCI总线,运用USB接口。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。图1二、系统硬件设计: FPGA/CPLD 简介: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,GAL等逻辑器件的基础之上发展起来的。 同以往的PAL,GAL等相比较,FPGA / CPLD的规模比较大,它可以替代 几十甚至几千块通用IC芯片。这样的FPGA / CPLD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Xili
3、ll公司的FPGA器件系列和Alt era公司的 CPLD器件系列,它们开发较早,占用了较大的PLD市场。尽管FPGA、CPLD和其它类型PLD的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:! X nnirol Hlurk棒入输出快连妊掘原二谨辑壇无FPGA芯片本设计选用p PSD3234BV-24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:MCU和PSD模块。其中MCU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、12C总线、片内振荡器、ADC、I/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(PMU)I/O 口和J TAG接口。功能框图如图2.2所示:图2.2p PSD3234BV-24功能框图图2.3p PSD3234BV-24芯片如图2.3p psd3234BV-24芯片所示,该芯片采用两种单电源供电方式:4.55.5V; 3.03.66V,故可直接供电。 PSD可编程
4、系统器件PSD是p PSD3234BV-24的核心电路,主要由存储 器模块、PLD、I/O口、电源管理单元(PMU)和JTAG接口组成,如图 2.4所示。图2.4 PSD内部功能框图 PCI 总线:PC I总线协议:PCI总线的概念是由Intel公司联合IBM、Compaq、AST、HP、DEC等10 0多家公司提出的,1999年2月公布。制定PC I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CPU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CP U的快速 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 U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 U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
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