基于PCI总线的多功能数据采集

摘要 现代电子系统几乎都面临着高速、大容量数据流的运算与处理问题。在许多应用场合，如雷达、通信、声纳、图像、智能仪器等，都需要设计、应用高速数据采集系统，以在极短的时间获取大量的数据，而数据采集卡是数据采集系统的核心，它在数据采集系统中起着举足轻重的作用。本论文在研究数据采集卡的各个模块的工作原理的基础上，分析了国内外在数据采集卡上采用的流行技术，完成了一种基于PCI总线的高速数据采集卡的设计，主要内容包括： 1．研究了信号调理通道、触发通道的实现了电路设计，对输入信号可以达到200MSa／s的最高采样率，12位的垂直分辨率； 2．研究了高速、大容量存储体的设计。论文采用了DDR SDRAM作为被采集数据的存储体。论文中介绍了DDR SDRAM芯片以及相关外围电路的设计，研究了DDR的信号完整性问题，介绍了DDR SDRAM的命令、参数与工作机制，并设计了一种基于FPGA的DDR SDRAM控制器，实现了对DDR SDRAM初始化、刷新、读写等操作，给出 了仿真与调试结果，达到了32MB的存储深度，并可以很容易扩展成更大的容量： 3．研究了高速数据传输的设计。考虑到性能与兼容性，数据传输接口使用了PCI总线，设计了一种基于FPGA的局部总线控制器，最终实现了PCI9054与PC之间的DMA高速传输。 关键词：数据采集，DDR，PCI总线，FPGA 选题的背景和意义 随着计算机技术的不断发展，微型计算机的体系结构发生了显著的变化。如CPU运行速度的提高、多处理器结构的出现、高速缓冲存储器的广泛采用等，都要求有高速的总线来传输数据，从而出现了多总线结构。多总线结构是指CPU与存储器、I／O等设备之间有两种以上的总线，这样可以将慢速的设备和快速的设备挂在不同的总线上，减少总线竞争现象，使系统的效率大大提高。在多总线结构中，局部总线的发展令人瞩目，局部总线是指来自处理器的延伸线路。与处理器同步操作的PCI总线是先进的高性能局部总线，可同时支持多组外围设备，支持64位数据传送，多总线主控和线性突发方式，其数据的传输率为132MB／s。??????? 所谓的数据采集(Data Acquisition)，是指将外部世界的模拟信号转换为数字信号，并与直接来自传感器的其它数字信号、开关信号等送入计算机，进一步予以处理、显示、传输与记录的过程，实现数据采集的系统即为数据采集系统，通常包括模拟量、开关量、数字量的输入与输出等子系统。用于PC机的采集系统以前大多基于ISA总线结构，这种结构的最大缺点是传输速率低，无法实现高速数据的实 时传输，因此，ISA总线由于其传输速度的限制而逐渐被淘汰，ISA插槽己经不再作为计算机主板的标准配置。这样就使得原来基于ISA插槽开发的一些插卡(如数据采集卡等)已不能再适应于高速数据采集的要求。替代ISA总线的是PCI总线，PCI总线的出现以其卓越的性能受到了广泛的应用。因此开发基于PCI总线的插卡是必要的也是可行的。 本文研究的是基于PCI总线的数据采集卡。所谓数据采集是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转化成数字量后，再由计算机进行存贮、处理、显示或打印的过程，相应的系统称为数据采集系统。数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下，应尽可能提高采集速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。 随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也迅速的得到应用。在生产过程中，应用这一些系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品的质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究物理瞬间的有效工具，也是获取科学奥秘的重要手段之一。 总之，不论在那里的应用领域中，数据采集越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。