基于CPCI总线的多功能数据采集卡的研究与实现.docx

基于CPCI总线的多功能数据采集板卡的设计与实现高华东赵程扈亦越（中国航天空气动力技术研究院北京100074）摘要现代科学技术的发展和工业水平的提高使得电子测量技术对工业生产和产品研发越来越重要。得益于计算机技术的迅猛发展，数字信号处理正逐步代替模拟信号处理而成为信号处理的主流。而将被测量数字化是数字信号处理的先决条件，因此，以AD转换为核心的数据采集成为数字信号处理的首要环节。在工业、农业、航空航天、军事等领域中，数据采集卡都有着极为广泛的应用。本文以FPGA为微处理器，设计并实现了基于CPCI总线的多功能数据采集板卡及其驱动程序与测试程序，克服目前市场上同类产品价格昂贵、功能单一、不易二次开发等缺点,在工程中得到成功应用，并取得良好效果。关键词：数字信号处理CPCIFPGADesignandImplementationofCPCIBusbasedMulti-functionDataAcquisitionDeviceGaoHua-dongZhaoChengHuYi-yue(ChinaAcademyofAerospaceAerodynamicsBeijing100074)AbstractThedevelopmentofmodernscienceandtheimprovementofindustrialtechnologymakeelectronicmeasurementinindustrialproductionandtheproducts’developmentmoreandmoreimportant.Thankstotherapiddevelopmentofcomputertechonology,anologsignalprocessingisgraduallyreplacedbydigitalsignalprocessing.Digitalsignalprocessingprerequisiteistodigitalizethemearand,sothatADconversionasthecoreofdataacquisitionbecomesacriticalpartofdigitalsignalprocessing.Inagriculturalareassuchasaerospace,militaryindustry,thedataacquisitioncardhastheextremelywidespreadapplication.Inthispaper，aMulti-functiondataAcquisitiondeviceanditsdriverwithtestingprocedureshavebeenimplementedbasedonCPCIbus,inwhichFPGAplaysasamicroprocessor.Comparedwithothersimilarproducts,thisdevicethisproductisfullyfunctional,lowcostandmoresuitableforsecondarydevelopmentKeywords:DigitalSignalProcessingCPCIFPGA1、多功能数据采集板卡的硬件电路实现硬件电路包括通道选择及模拟调理电路、采样保持及AD转换电路、数据处理电路、DO输出电路、总线接口电路五个模块。1.1多功能数据采集板卡的设计指标根据工程项目要求，结合成本、开发周期等相关因素，确定本文设计的多功能数据采集板卡技术指标如下：1、AD通道单端为16路，差分为8路；2、位宽为12位；3、采样速率可达110KSA/s;4、输入电压范围为±10V或±5V可选；5、16路数字量输出（CMOS电平）；1.2多功能数据采集板卡的总体方案设计多功能数据采集板卡由以下五部分组成[1]：=1\*GB2⑴模拟输入通道及调理电路：数据采集卡的模拟输入通道又称作多路转换器(MUX)。一般由半导体器件构成的无触点式电子模拟开关构成。通过模拟开关的控制电路可以来选择任意通道的开合，从而实现多路或单路采集的功能。模拟信号调理电路主要包括增益和滤波两项功能。输入的模拟信号首先通过信号调理器，经过滤波和放大或衰减变成标准信号之后，进入采样保持和AD转换器。=2\*GB2⑵采样保持和AD转换：这是数据采集卡的核心电路。采样保持电路将连续的模拟信号变成时间上离散的采样信号。AD转换则将采样信号的幅值用二进制代码来表示。=3\*GB2⑶FIFO(先进先出缓冲器)：AD转换后的数字值首先通过FIFO。FIFO实现了时钟域的匹配，保证了数据的完整性，有效的减小了数据丢失的可能性。=4\*GB2⑷DO输出模块：为了扩展数据采集卡的使用范围，数据采集板卡通常增加D