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基于PXI总线的LVDS数据采集存储模块的设计
【摘要】
数据采集存储是工程控制应用中重要的组成部分。本文提出了一种基于PXI总线的LVDS数据采集存储模块的设计方案，该方案采用LVDS信号收发装置，具有高速、稳定、可靠等特点。同时，本文介绍了该模块的硬件设计及重点电路部分的实现方法，并完成了软件开发和系统测试。最终，该模块实现了高速数据采集存储功能。
【关键词】PXI总线、LVDS、数据采集存储、硬件设计、软件开发、系统测试
【正文】
一、引言
数据采集存储是工程控制应用中重要的组成部分。在许多现代化的工业控制系统中，数据采集存储被广泛应用。同时，数据采集存储也逐渐成为了控制系统中不可或缺的组成部分，特别是在实时监测和控制环境下，如采控系统、机器人控制系统等领域。
数据采集的方法有很多，其中基于LVDS的采集在工程控制应用中也是较为常见的，其具有高速、稳定、可靠等特点。PXI总线作为一种全新的测试与测量技术，近年来也在许多领域取得了不小的应用。
本文提出了一种基于PXI总线的LVDS数据采集存储模块的设计方案。该模块能够实现高速数据采集存储的功能。本文介绍该模块的硬件设计及重点电路部分的实现方法，并完成了软件开发和系统测试。最终，该模块实现了高效、灵活、可靠的数据采集存储功能。
二、设计方案
1.系统总体结构设计
本文所提出的基于PXI总线的LVDS数据采集存储系统主要由LVDS信号收发装置、PXI接口板和FPGA控制器三部分组成，其系统框图如图1所示。
图1基于PXI总线的LVDS数据采集存储系统框图
LVDS信号收发装置主要用于实时采集信号，并将信号传输到PXI接口板上。PXI接口板则用于对信号进行收集和处理，同时控制信号的存储和输出。FPGA控制器负责从PXI总线接收数据，使能输出信号和控制接口板。
2.硬件设计
2.1LVDS信号收发装置设计
LVDS信号收发装置由LVDS差分放大器、时钟频率控制器和FIFO缓存组成，如图2所示。
图2LVDS信号收发装置
该装置的主要功能是将输入的信号通过LVDS进行差分放大，并传输到PXI接口板上。时钟频率控制器用于控制LVDS信号的采样率，从而保证高速信号不失真。FIFO缓存用于临时缓存数据，并控制数据的传输。该装置通过接口板与PXI总线通信。
2.2PXI接口板设计
PXI接口板的主要功能是对LVDS信号进行接收和处理，同时控制信号的存储和输出。
图3PXI接口板
如图3所示，PXI接口板主要由LVDS解码器、后端收发器、FPGA控制器和存储芯片组成。
LVDS解码器用于将LVDS信号转换成并行数据流，进而进行后续的数据处理。后端收发器用于对数据进行缓存和解析，并将数据交给FPGA控制器进行处理。FPGA控制器是整个系统的核心，它对接收到的数据进行处理，通过PXI总线进行数据存储和输出。存储芯片主要用于缓存和备份数据。
2.3FPGA控制器设计
FPGA控制器由数据分析模块、时序控制模块、存储控制模块和通信控制模块组成，如图4所示。
图4FPGA控制器
数据分析模块用于对接收到的数据进行处理和分析。时序控制模块用于控制系统时序。存储控制模块用于磁盘控制、文件管理等。通信控制模块用于与PXI接口板进行通信并控制数据输出。
3.软件设计
软件开发采用LabVIEW作为开发平台，并采用模块化设计方法。主要分为三个模块：PXI总线控制模块、LVDS数据接收与处理模块和数据存储输出模块。
PXI总线控制模块主要用于控制PXI总线的输出和接收。LVDS数据接收与处理模块主要用于对接收到的LVDS信号进行数据处理和分析。数据存储输出模块用于磁盘控制、文件管理、数据输出等。
4.系统测试与评价
为了验证设计方案的可行性和有效性，我们在实际环境中对该系统进行了测试。测试结果表明，该系统可以实现高速的LVDS数据采集存储功能，数据有效性和可靠性满足工程控制系统的要求。同时该系统的灵活性、可扩展性和稳定性也得到了验证。
三、结论
本文提出了一种基于PXI总线的LVDS数据采集存储模块的设计方案，该方案采用LVDS信号收发装置，具有高速、稳定、可靠等特点。同时，本文介绍了该模块的硬件设计及重点电路部分的实现方法，并完成了软件开发和系统测试。最终，该模块实现了高速数据采集存储功能。该模块具有灵活性、可扩展性和稳定性等优点，可以在实时监测和控制环境下广泛应用。