基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：在虛擬儀器的設(shè)計(jì)中，選擇適合的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是很重要的。文章在對各種現(xiàn)成數(shù)據(jù)采集卡，接口總線的理解對比的基礎(chǔ)上，以ADS8412為核心設(shè)計(jì)了集多路選通、模擬信號調(diào)理、A／D轉(zhuǎn)換為一體的模擬信號采集系統(tǒng)，借助CPLD時序控制功能以PCI 9054為核心芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)廠基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡的控制系統(tǒng)，用Builder C++編寫了采集卡的動態(tài)鏈接庫，利用LabVIEW提供的調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)，完成了通過動態(tài)鏈接庫調(diào)用數(shù)據(jù)采集卡的過程。
關(guān)鍵詞：LabVIEW；PCI總線；數(shù)據(jù)采集；動態(tài)鏈接庫

0 引言
LabvIEW是美國NI公司的創(chuàng)新產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。
數(shù)據(jù)采集卡是虛擬儀器的重要組成部件，其性能指標(biāo)直接影響虛擬示波器的采樣速率、精度等主要指標(biāo)。
PCI總線是一個地址／數(shù)據(jù)、命令／字節(jié)選擇信號復(fù)用的總線，它采用主從信號雙向握手的方式來控制數(shù)據(jù)的傳輸。PCI總線具有即插即用、兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)，能提供32／64位，33／66MHz的DMA(直接內(nèi)存訪問)數(shù)據(jù)傳輸方式，使得它工作時不受計(jì)算機(jī)內(nèi)存大小的影響，傳輸速率最高可達(dá)133Mb／s，這些特性使得它的應(yīng)用范圍很廣，能夠適用于多種體系結(jié)構(gòu)，多種工作平臺，也很容易升級，為未來的發(fā)展留有足夠的空間。上述這些優(yōu)良特性正是本設(shè)計(jì)選擇PCI接口總線的原因。

1 數(shù)據(jù)采集卡的硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)主要包括：采集模塊設(shè)計(jì)、信號調(diào)理模塊設(shè)計(jì)、PCI總線接口設(shè)計(jì)、FIFO數(shù)據(jù)緩存設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)等部分。系統(tǒng)框圖如下圖1所示。

1．1 信號調(diào)理模塊設(shè)計(jì)
信號調(diào)理模塊實(shí)現(xiàn)信號放大、模擬通道選擇和差分轉(zhuǎn)換，這部分電路對整個系統(tǒng)至關(guān)重要，在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該著重注意降低信號失真，減少系統(tǒng)噪聲。
1．2 采集模塊設(shè)計(jì)
模數(shù)轉(zhuǎn)換是采集板卡的核心，系統(tǒng)要求采樣速度至少在250kHz以上，采樣精度16位，動態(tài)范圍也要求足夠?qū)?。綜合各因素，選擇了ADS 8412芯片。
ADS8412使用外部參考電壓工作，與PCI總線接口的原理如圖2所示。

本文中設(shè)置了8路采集通道，控制時序控制8／1模擬開關(guān)依次選通其中一路信號，差分轉(zhuǎn)換電路將單端信號轉(zhuǎn)換成差分信號送入ADS8412中，ADS8412內(nèi)部自帶轉(zhuǎn)換時鐘，無需外接。多通道數(shù)據(jù)采集按照分時采樣，即8通道進(jìn)行輪流采樣，只用一路A／D。