基于PCI高速数据采集系统.pdf

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1、电子测量技术5 基子P C I 高逮数据果集系统徐红建朱杰上海交通大学摘要介绍一种基于P c T 的高速数据采集系统。该系统采用了采样率达1 0 0 M H z 的A D 9 0 5 4 芯片和读写胤期为l O n s 的F I F 0 芯9 并刊用高速的，s p 蝰IP L D 芯片实现采样窗和其他逻辑控制电路。数据的传输使用了符合A E I A 一6 4 4 标准的低电压差分信号技卡数据通过P c I 接口存储到计算机硬盘中该I，c I 接口足利用现场可编程门阵列F P G A 芯片实现的，关键词数据采集P C I 接口P C IB a s e dH i g hS p e e dD a t

2、 aA c q u i s i t i o ns y s t e mx uH o n 西l a nz h uJ l eA b s 订a dI nt h I s 山e s l s，aP C Ib a s e dh l g hs p e e dd a t a 且c q u i s l t l y 8 t e mi 8i n t m d u c e dT h es y s t en lu s ea nA D 9 0 5 4c h l pw l t hs a n l p l l”g。a t P。f1 0 0 M H za n daF I F Oc h l p 埘t hr e a d w l t e。y

3、 c l eo f1 0 n sH 1 9 hs p e e d1 5 p L s IP L Dc h l pl s u“z e dt or e a l l z et h e s a n l p l i“gw l n d n dr 儿h e rl。目c。l 叫u l tL 0 w、_ o n a g。D 1 仟e r e n t l a lS l”g n a l i“gt e c h 肿l o g yc o r 血r r r I e dt o1 1 A E I A 一6“s t a n d a r dl su s e dmt 如丌nt h ed 8 阻T h cd a t a l s，t o

4、r 州【or o m 阱1 t P rd l s kY l aP C II n t e j c e w h l c hl sb 踮e do n6 c l dp m g r 锄m l n gg a t yc h j pK 2 y 耳o r d sD a【aA c q u i s i t l o nP C II n t e 血l 引言在数字式超声波】己损探伤系统中，需要对从被测件上反射i 来的趋声渡信号进行摸数变换并要将变换后的数据存储起丧【便利用各种数字信号处理的算法对榆测数据进行各种实r 和事岳的分析为了获得较细小的缺路信息，往往使用频率高过：5、l H z 的洮试探头，这就对数字式超声波无损

5、探伤系统中的羲据采集、传蜻和存储接口提出了较高的要求，由于倥在被测件上表面的回波和下表面的第一个回波之间骘售号才色含有价值的信息，所以我们可以设计一个口r 编程的；咩宦熊这卜采样窗恰好将被测件卜表面的同波和下表面的毒个回波“罩住”这样仅则采样窗内的信号进行采样、传输和车储就能减轻对这些模块的设计要求而叉不降低系统性能。基于P C I 的高速数据采集系统的主要技术指标如下：采样频率：l0()M H z 7 5 M H z 5 0 M H z 2 5 M H z舟辩幸：8 位萼寅人呐范围：1 Y 蜂一蛙值)数据缓存容量：3 2 K+1 6 位采佯重复频率：5 0 0 H z 一5 k H z 共1

6、 0 挡2 系统总体结构及工作原理2 1 系统总体结构奉系统的总体结掏见图l?整个系统的硬件主要由三个部寸垣啦：n 爱样及其控制电路模块、数据传输模块和P c I 接口晦蚨，D 转接受其控制电路完成定制的数据采样；数据传输模块实现采样数据从榆测点到主控P c 机的传输；P f I 接口模块最后完成将数据存入P c 机硬盘，P c I 总线P c T 总线圈l 系统总体框图2 2 系统工作原理系统简要的工作流稃如下：首先要设置系统工作旨q 各种参数主要有采样频率、重复频率、延迟计数、采样计数等参数，系统启动后在同步信号的触发下，控制电路根据设定的延迟计数和采样计数产生相应的采样窗控制信号控制高速

7、A D c 完成指定的采样，A D C 输出的数据绎8 位到1 6 位的转换后，存储到高速F I F O 中。F I F D 中的数据经由低电压差分信号传输驱动芯片驱动后发送到位rP c 机箱内的低电压差分信号接收端数据再次存储到F T F O 中最后由P c I 接口和数据接收控制电路与P C 端软仲配台，将数据进行实时分析或存储到艘盘文牛巾供事后处理 万方数据万方数据6 基于P c I 高速数据采集系统3A D 转换和采样控制电路3 1A，7 D 转换 u c 芯片的选择主要专虑系统的速度、情度，输 范用和带竟等力面要求本系统使用了A n a l o gD F v l c e s 公甜的

8、D 9()5 4 B s T I j 5 芯H 这款芯片有两种工作模式在单通道模式 最高采样频率达1 0 0 M H 2 输人模拟带宽为3 5 0 M H z，完全能谱足本系统的要求时 D c 上作模式的选择、在满足设计目标的前提下，羊要芎惠外目电路设计的便刊、由于奉系统中的采样控制电路全部目P L D 芷、片实现这些P L D 芯片的-作频率都水低丁J 0 0、f m D 9 0 5 4 在碰通道上件模式下虽然能降低对外围电路曲速摩要求，但增加了外围电路的复杂性，复杂生加大会加大P L D 闷部时序逻辑的时延匣而使得设计电路设法工作枉1 0 1)、t H z 昕以我们最后选用了单通道的工作方

9、式，这样不但简化了系统设计电保证了实现系统功能昕需的时序控制。3 2 采样控制电路采样控制电路实现r 采样窗u，并为数据8 位副1 6 位转燕效据写到缓存和缓存缕出提供控制信号这部分电路的逻辑框野见图2 r 总线接口H 频率选择H 时钟电路里盟应采样计数团数据读写择!制逻辑 D cH8 位到l o 侍转换卜一F I o字跗钟帧信号输出数据囝2 采样控制电路逻辑框图全部的采样控制电路都在P L D 苍片内部实现，共利用了4块1 5 0、H z 的I s p L s l 2 0 3 2 和1 块1 0 0 M H z 的l s p L s l l 0 3：芯片，L a t t l r P 公司的1

10、 3 p I s l 2 0【)0 系刮的在系统可编程太规模集成电路：牛具有较高的速嚏并能进行在系统编程，这种特性极人方便一电路的设汁和词武全部的5 块芯片以菊花链(D a 刚c h a n)蕾形式串联庄一起通过板上的在系统编程接口进行编程延避计数和粟样汁数均为1 6 位可编程的计数器，这两个计蕊嚣起实现J+采样窗在同步信号1 i 虫发下延迟计数器从设定蕾r 蕊蓉F 始计翦汁到最尢值后，触发果样计数开始汁教并宦动 D c 开始采样数据，当采样计数计到最大值后，停止采铎医此通过恬、与设萏延迟计数器和采样计数器的扔始值，可“鸡听要舳有用数据果佯下来、数据叭8 位到1 6 位的转换和数据写入F I

11、F O 的时序控制均吨畏样窗的时序中产土数据从F I F O 读出则根据F I F O 的半满；示志立生，一黾蝗铡副H F O 的半满标志有救，滨写控制模块即土芏j 二K t 读脉冲将H F(1 中的数据读 ，并产生相血的字旧步稻贴信号一起送给后续的L v D s 俦输模块丢于芏控制电路的土蛊对序见图3 由十使用的高速F I F O 为1 =E2-霞坼 D c 的连续两个8 位数据拼啦一个1 6 位的数同步信号JL 延迟r 十弛 一一采样计数采拌时钟前一字节选通后一宁节选通F I F 0 与时钟图3 采样控制和F I F O 写时序据后才能写入到F I F O 中时序围中前一字节选通和后一亨节

12、选通信号分别连通两个硅续的字节再由F f F。写时钟信号将6位数据写 F I F 0 中因此一个莺复周期内的采样点数需要为偶数，另外根据 D 9 0 5 4 时序图其第个采样数据耍在4 个采样周期之后才出现在数据输出端口。故每次采样的前4 个数据是无效的后面的软件处理时应将这些数据扔掉4 数据传输L v D s(h wv o l i a 舻D i 脏r en l l a ls i 即a l l“gJ 是种低摆幅的差分信号技术，色使得信号能在差分P C B 线或平衡I 色缆上以6 5 5 _ b D s 的速率传输，其低压幅和低电流驱动输出实哩了低噪声和低功耗。丰系统中由f 数据的速率较高而且数

13、据果集卡和主控P c 机相隔一定距离因此采用L v n s 技术将数据叽采集昔送到P c 机箱内，车泵统中使用的L 岿驱动芯片勾s N 7 5 L v D 8 1 6 线1、s N 7 5 L v D s 3 8 9(8 线)；L v D s 接收芯片为s N 7 5 L v n T 3 8 6(1 6 线J、s N 7 4 L v D”8 8(8 线)，这两块芯片都内带有L 配电阻无须外接。5P c I 接口和数据接收电路P c I 总线接口和数据接收电路由 1 P G A 甚片实现这一部分除了完成与P c l 总线接口所必须的P c I 总线配置齑存嚣之外，还具有一些用户可编程的控制寄存器

14、。用户通过对这些控制寄存器编程，就可使l，cJ 总线接n 芯片自动向系统申请占用总线，从F 1 F O 中读出数据并传送到系统内存中指定的数据接收区中，F P c A 芯片内部的P c I 接n 模块负责与P c I 总线端相接的逻辑：数据接收模块负责与n F 0 端相接的逻辑，控制数据的写八及淫出5 1P c I 接口模块P c l 接口模块除了实现P c I 邑线配置寄存器以外辽，起到数据接收模块与P c I 总线之间的转接作用。疗面米自P(：I 总线上的对数据接收模块中控制寄存器的读写要经P c l 接1 模挟才能转换为可以饿数据接收模块汉g I l 的渍写信号；咒一责面数据接收模块从F

15、 0 中凄取的数据需要经过P c I 接几模块才能转换为P c I 总线上的相应信号以被系统接收1，c I 接口模块的结构见图4。二一 万方数据万方数据电子测量技术，；=；=；=；=；=；i；i；i；罔4 P C I 接口模块结构5 2 数据接收模块数据接收模块的功能是控制从F I F O 读出数据然后通过P c I 接口模块向总线发出申请得到许可后开始向系统内存指定的数据接收区传送数据，数据接收模块中还实现r 可编程的蔓制寄存器，可使软件对数据传送进行控制，数据接收模块的结构见图5，I 吲器H”i 二 型!一1 一。1 oP C I 接u 模块端6 结束语图5 数据接收模块结构本系统的硬件，

16、除了A D c 芯片、兀F 0 缓存、L)s 收发电路和电源模块之外，其他全部控制逻辑都在高建在系统P 1，D 或F P G A 中实现，这种世计使得整个系统的体积较小提高了系统的灵活阽方便了系统的凋试一本系统已通过联诵能以】0 0 M H z、5 0 M H z、2 5 M H z 的速率进行大容量的数据采集参考文献l张旭东基于P c I 接口的多通道高速数据果集系统数据采集与处理，2 0 0 0 年2 沈兰荪高速数据采集系统的原理和应用人民邮电出I：匾社，1 9 9 5 年3T oT nS h a l e vP C IS v 9 t e mA 咒h l I e c t u r e(4 t

17、hP d 川A I l d l s o nW e s l P vT 棚g la|l，I n cI E E E 一4 8 8 国际标准，适用于3 8 6、4 8 6 和5 8 6 所有微矿，与其配套的系列驱动软件支持w i n d o w s 9 5 9 8环境下s ua】B a s i r、5 u a Jc 和D B L P H I 语言3 2 位编硅，翟可在L a b v l E w 下使用，同时，继续保留了D o s 环曩18 种语言编程方式。在w i n d o w s 环境下，囊垃以琵悉连接库形式连接便用，无须用户了解通信地址：西安交通大学自动控制系电话：(0 2 9)3 0 3 1

18、0 7 92 6 6 0 3 3 82 6 6 8 7 7 3雠蝙：7 1 0 0 4 9传真：(0 2 9)2 6 6 0 3 3 8(0 2 9)3 2 3 7 9 I O联系人：罢彩玲毒毒誊錾管器基 葛矗糙啦世镳世世世7 毋毋器僻镊 薛卷端磷世馁世长 器 薛总1 b S 盛碡镰器瞄咭蟠咭哆强!，k0h，k，nn乱备，0口Hnn凡“虬?吒虬，hp钆htrnrn“tdn0H 万方数据万方数据基于PCI高速数据采集系统基于PCI高速数据采集系统作者：徐红建，朱杰作者单位：上海交通大学刊名：电子测量技术英文刊名：ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY年，卷(期)：2001(4)被引用次数：1次 参考文献(3条)参考文献(3条)1.Tom Shanley PCI System Architecture2.沈兰荪 高速数据采集系统原理与应用 19953.张旭东 基于PCI接口的多通道高速数据采集系统期刊论文-数据采集与处理 2000(02)引证文献(1条)引证文献(1条)1.徐振.朱杰 多线程技术在超声波数据成像和实时采集中的应用期刊论文-电子测量技术 2007(6)本文链接：http:/