多通道数据采集记录系统

字数:25852,页数:57  论文编号:JD410

摘   要

随着电子科技和计算机技术的飞速发展，数字技术应用越来越广，而现实生活中存在的物理信号大都是模拟信号。因此，将模拟信号转化成数字信号是进行信号分析和处理的首要前提。该系统就是将采集到的模拟信号转化成计算机能识别的数字信号，再将其进行存储记录的。
本文分别介绍了该方案的硬件设计和软件。确定了硬件的设计方案，包括芯片选型、电源设计、时钟设计、存储容量及速度的选择等。绘制硬件原理图和PCB板，完成调试。然后，论文对设备驱动程序的设计及实现进行了研究。同时介绍了数据记录模块的设计原理,组成及实现。

关键词：数据采集;PCI; DSP;数据记录

系统构成
本文的设计包括硬件和软件两大部分。硬件又分为两部分，一是多通道数据采集模块，二是可扩展的实时处理模块。硬件第一部分主要包括模数转换部分、数据缓存部分、逻辑控制部分、总线接口部分和电源部分。硬件第二部分为DSP实时处理模块。软件部分包括系统逻辑控制程序、应用程序和板卡驱动程序等。目前实现PCI接口电路一般的有效方案分为两种:使用可编程逻辑器件和使用专用总线接口器件。采用可编程逻辑器件实现PCI接口比较灵活，可以利用的器件也比较多，但由于PCI总线协议的复杂性，其接口的实现比ISA等总线要困难得多，这种方法难度较大，设计周期较长，成本较高。而采用专用接口器件不仅对PCI协议有良好的支持，而且提供给设计者良好的接口，这些都大大减少了设计者的工作量，能够减少开发时间和成本，并获得较好的数据传输能力。本文采用了专用的PCI总线接口控制器PLX9054。
主要功能
多通道数据采集记录卡的工作流程是:计算机的应用程序根据命令通过驱动程序启动模数转换，当模拟信号通过信号调理后进入数据芯片，模数转换后存入存储器缓存FIFO(First In First Out:先进先出)，在数据存储器中存满时，硬件向主机发中断，主机响应中断后通过PLX9054芯片读出存放在数据存储器中的采样数据，然后再将数据送入记录卡进行存盘记录。DSP实时处理模块是可扩展的，在逻辑控制模块的控制下，与计算机通过LOCAL总线接口进行通讯，以便交换数据，执行命令。
设计内容
本系统主要由PCI总线、数据采集、A/D转换、数据记录以及接口设计等部分构成。系统的主要任务就是对模拟信号进行数据采集，将信号处理后再进行A/D转换后送入计算机内，再通过控制器将测试数据传送到硬盘。
系统功能的完成是依靠硬件和软件的紧密配合，由PCI总线灵活地控制实现的。数据采集记录可分为信号的采集预处理、A／D转换以及数据存储等3部分。介绍了数据采集与记录系统的实现方法,重点讨论了从A/ D变换到记录存盘的相关问题。

目    录

1 绪论 .................................................................. ..1
1. 1 研究意义...............................................................1
1. 2 系统总体方案 ..........................................................1
1. 2. 1 系统构成............................................................1
1. 2. 2 主要功能 ...........................................................2
1. 3 设计内容 ..............................................................2
2 PCI总线与接口实现 ........................................................3
2. 1 数据采集与记录系统的总线要求及选择.....................................3
2. 2 PCI总线 ...............................................................3
2. 3 PCI总线特点............................................................4
2. 4 PCI总线信号 ...........................................................4
2. 5 PCI总线操作............................................................6
2. 5. 1 PCI总线命令 ........................................................6
2. 5. 2 PCI总线的传输协议...................................................9
2. 6 PCI接口的实现的方法 ...................................................14
2. 7 本章小结 ..............................................................14
3 数据采集记录系统的硬件设计................................................15
3. 1 数据采集设计模块 ......................................................15
3. 2 模数转换设计模块 ......................................................16
3. 3 数据记录模块设计.......................................................18
3. 4 PCI接口设计模块 .......................................................18
3. 4. 1 PLX9054与PCIBUS接口 ................................................20
3. 4. 2 PLX9054与EEPROM接口 ................................................20
3. 4. 3 PLX9054与LOCALBUS接口...............................................21
3. 5 逻辑控制设计模块 ......................................................23
3. 6 系统电源设计模块.......................................................24
3. 7 实时处理设计模块.......................................................24
3. 7. 2 TMS320VC5402时钟、电源、复位设计....................................26
3. 8 电路板设计.............................................................28
3. 9 本章小结 ..............................................................29
4 数据采集系统的软件设计 ...................................................30
4. 1 软件总体框架及流程 ....................................................30
4. 2 数据采集记录系统的VHDL语言实现.........................................31
4. 2. 1 VHDL语言简介 .......................................................31
4. 2. 2 VHDL语言的应用 .....................................................31
4. 3 系统的性能测试.........................................................36
4. 4 本章小结...............................................................36
结论 .......................................................................37
致谢........................................................................38
参考文献....................................................................39
附录 英汉翻译...............................................................41