多通道數據采集記錄系統

字數:25852,頁數:57  電子機電論文編號:JD410

目    錄

1 緒論 .................................................................. ..1
1. 1 研究意義...............................................................1
1. 2 系統總體方案 ..........................................................1
1. 2. 1 系統構成............................................................1
1. 2. 2 主要功能 ...........................................................2
1. 3 設計內容 ..............................................................2
2 PCI總線與接口實現 ........................................................3
2. 1 數據采集與記錄系統的總線要求及選擇.....................................3
2. 2 PCI總線 ...............................................................3
2. 3 PCI總線特點............................................................4
2. 4 PCI總線信號 ...........................................................4
2. 5 PCI總線操作............................................................6
2. 5. 1 PCI總線命令 ........................................................6
2. 5. 2 PCI總線的傳輸協議...................................................9
2. 6 PCI接口的實現的方法 ...................................................14
2. 7 本章小結 ..............................................................14
3 數據采集記錄系統的硬件設計................................................15
3. 1 數據采集設計模塊 ......................................................15
3. 2 模數轉換設計模塊 ......................................................16
3. 3 數據記錄模塊設計.......................................................18
3. 4 PCI接口設計模塊 .......................................................18
3. 4. 1 PLX9054與PCIBUS接口 ................................................20
3. 4. 2 PLX9054與EEPROM接口 ................................................20
3. 4. 3 PLX9054與LOCALBUS接口...............................................21
3. 5 邏輯控制設計模塊 ......................................................23
3. 6 系統電源設計模塊.......................................................24
3. 7 實時處理設計模塊.......................................................24
3. 7. 2 TMS320VC5402時鐘、電源、復位設計....................................26
3. 8 電路板設計.............................................................28
3. 9 本章小結 ..............................................................29
4 數據采集系統的軟件設計 ...................................................30
4. 1 軟件總體框架及流程 ....................................................30
4. 2 數據采集記錄系統的VHDL語言實現.........................................31
4. 2. 1 VHDL語言簡介 .......................................................31
4. 2. 2 VHDL語言的應用 .....................................................31
4. 3 系統的性能測試.........................................................36
4. 4 本章小結...............................................................36
結論 .......................................................................37
致謝........................................................................38
參考文獻....................................................................39
附錄 英漢翻譯...............................................................41

摘   要

隨著電子科技和計算機技術的飛速發展，數字技術應用越來越廣，而現實生活中存在的物理信號大都是模擬信號。因此，將模擬信號轉化成數字信號是進行信號分析和處理的首要前提。該系統就是將采集到的模擬信號轉化成計算機能識別的數字信號，再將其進行存儲記錄的。
本文分別介紹了該方案的硬件設計和軟件。確定了硬件的設計方案，包括芯片選型、電源設計、時鐘設計、存儲容量及速度的選擇等。繪制硬件原理圖和PCB板，完成調試。然后，論文對設備驅動程序的設計及實現進行了研究。同時介紹了數據記錄模塊的設計原理,組成及實現。

關鍵詞：數據采集;PCI; DSP;數據記錄

系統構成
本文的設計包括硬件和軟件兩大部分。硬件又分為兩部分，一是多通道數據采集模塊，二是可擴展的實時處理模塊。硬件第一部分主要包括模數轉換部分、數據緩存部分、邏輯控制部分、總線接口部分和電源部分。硬件第二部分為DSP實時處理模塊。軟件部分包括系統邏輯控制程序、應用程序和板卡驅動程序等。目前實現PCI接口電路一般的有效方案分為兩種:使用可編程邏輯器件和使用專用總線接口器件。采用可編程邏輯器件實現PCI接口比較靈活，可以利用的器件也比較多，但由于PCI總線協議的復雜性，其接口的實現比ISA等總線要困難得多，這種方法難度較大，設計周期較長，成本較高。而采用專用接口器件不僅對PCI協議有良好的支持，而且提供給設計者良好的接口，這些都大大減少了設計者的工作量，能夠減少開發時間和成本，并獲得較好的數據傳輸能力。本文采用了專用的PCI總線接口控制器PLX9054。
主要功能
多通道數據采集記錄卡的工作流程是:計算機的應用程序根據命令通過驅動程序啟動模數轉換，當模擬信號通過信號調理后進入數據芯片，模數轉換后存入存儲器緩存FIFO(First In First Out:先進先出)，在數據存儲器中存滿時，硬件向主機發中斷，主機響應中斷后通過PLX9054芯片讀出存放在數據存儲器中的采樣數據，然后再將數據送入記錄卡進行存盤記錄。DSP實時處理模塊是可擴展的，在邏輯控制模塊的控制下，與計算機通過LOCAL總線接口進行通訊，以便交換數據，執行命令。
設計內容
本系統主要由PCI總線、數據采集、A/D轉換、數據記錄以及接口設計等部分構成。系統的主要任務就是對模擬信號進行數據采集，將信號處理后再進行A/D轉換后送入計算機內，再通過控制器將測試數據傳送到硬盤。
系統功能的完成是依靠硬件和軟件的緊密配合，由PCI總線靈活地控制實現的。數據采集記錄可分為信號的采集預處理、A／D轉換以及數據存儲等3部分。介紹了數據采集與記錄系統的實現方法,重點討論了從A/ D變換到記錄存盤的相關問題。