CompactPCI總線(xiàn)實(shí)現并行數據采集系統

針對產(chǎn)業(yè)控制系統的要求，先容了一種基于Compact PCI總線(xiàn)的數據采集系統，可以實(shí)現對模擬信號、串行數字信號和并行數字信號的采集。結合DSP芯片TSM320F2812和PCI接口芯片PCI9054的性能特點(diǎn)，具體討論了采集系統的硬件結構和Compact PCI接口的實(shí)現。

本文的創(chuàng )新點(diǎn)是結合了Compact PCI總線(xiàn)和DSP芯片的上風(fēng)，大大進(jìn)步了系統的可靠性和實(shí)時(shí)性，同時(shí)又給應用程序開(kāi)發(fā)職員提供了良好的接口，方便了硬件工作參數的修改，進(jìn)步了系統的靈活性。

　　引言

　　數據采集的實(shí)時(shí)性和可靠性是關(guān)系產(chǎn)業(yè)控制系統性能的重要因素，數據采集系統的速率主要取決于A(yíng)/D轉換、通訊接口和總線(xiàn)傳輸的速率。本文研制了一種基于Compact PCI總線(xiàn)的數據采集系統，系統以DSP作為控制核心，可以進(jìn)行模擬信號采集、并行接口和串行接口的數據信號的采樣。

　　1 Compact PCI總線(xiàn)簡(jiǎn)介

　　Compact PCI總線(xiàn)與PCI標準完全兼容，但作為開(kāi)放的產(chǎn)業(yè)計算機標準，Compact PCI總線(xiàn)與PCI總線(xiàn)有很多不同。主要體現在：

　　(1) Compact PCI總線(xiàn)具有熱切換能力，可以使整個(gè)系統在不斷電的情況下，更換損壞的插板，這對于有高可靠性要求的系統是至關(guān)重要的。

　　(2) Compact PCI總線(xiàn)采用歐式插卡(Eurocard)，具有更好的機械特性。歐式插卡的組裝技術(shù)目前已經(jīng)十分成熟，插卡垂向而平行的插進(jìn)機箱，有利于透風(fēng)散熱;采用插進(jìn)式電源模塊，便于維修，適合于安裝在標準化產(chǎn)業(yè)機架上。

　　(3) 使用高密度針孔總線(xiàn)連接器，完全氣密，比臺式機的PCI插槽具有更高的抗震性能和可靠性。

　　(4) Compact PCI底板可以容納8塊插卡，比原有的PCI規范增加了一倍，更能滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)系統的需要。

　　2 采集系統硬件結構設計

　　在產(chǎn)業(yè)控制系統中，采集系同一方面需要把電機轉速、電流環(huán)等模擬參數傳送到監控主機，另一方面需要對下位機的各種參數和圖像數據進(jìn)行采集，同時(shí)監控主機還要對下位機發(fā)送各種控制信號。為了兼顧各種需要，設計中集合了模擬和數字兩種采集方式，可以實(shí)現8路A/D采樣，2路串行數據采集和2路并行數據采集，系統的結構框圖如圖1所示。

　　圖1 采集系統結構框圖

　　采集系統以數字信號處理芯片TMS320F2812作為控制核心，F2812最高工作頻率可達150MHz，除了豐富的內部存儲器資源外，還具有ADC，SCI、SPI等多種外設資源，設計中利用了其ADC和SCI模塊來(lái)進(jìn)行模擬信號和串行數字信號的采集。對并行數據的采集則不通過(guò)DSP而直接與主機進(jìn)行數據交換。由于主機與外設速度不匹配，選用雙口RAM芯片IDT70V24作為數據緩存，它是一種高速度、低功耗的雙口RAM，存儲量為8k字節。系統的邏輯控制采用CPLD芯片XC95108完成，它主要負責的功能是PCI局部總線(xiàn)仲裁和地址譯碼。三種采集模塊的實(shí)現如下：

　　(1) A/D采集模塊。對模擬信號的采樣使用了F2812自帶的數模轉換模塊ADC，該ADC具有16路模擬輸進(jìn)通道，帶有兩路內置S/H(抽樣保持器)，轉換精度為12bit，最大轉換速率為12.5MSPS，支持范圍在0～3 V的數據輸進(jìn)。16路輸進(jìn)通道在A(yíng)DC內部共用1個(gè)模數轉換器，它們被分位兩組，每組8路通道，使用排序器Sequencer來(lái)設定每路通道占用模數轉換器的順序。設計中使用了其中8路通道(ADCIN0～ADCIN7)。

　　(2) 串行數據采集模塊。F2812的SCI模塊具有兩路串行通訊接口，可配置成65536種不同的波特率，具有奇偶校驗標志，可工作于半雙工或者全雙工模式，可設置成中斷或者查詢(xún)方式。另外，SCI還具有兩個(gè)增強性能：①發(fā)送、接收都具有獨立的FIFO，FIFO深度為16個(gè)字，觸發(fā)級可以配置為16以?xún)鹊娜魏螖?。這種靈活的設置對實(shí)際使用非常方便，由于下位機采集的數據長(cháng)度往往不是16的整數倍，根據其數據長(cháng)度設定FIFO觸發(fā)級，可以使一幀數據及時(shí)被傳輸和處理;②可以實(shí)現波特率自動(dòng)檢測，這在未知通訊終端波特率或者需要更換通訊終真個(gè)情況下非常適用。下位機與監控主機的通訊采用RS-422接口，傳輸間隔遠，抗干擾能力強。RS-422傳輸使用的是差分電平，而SCI的輸進(jìn)輸出管腳是TTL電平，需要進(jìn)行電平轉換，設計種選用了符合RS-422標準的電平轉換芯片MAX3461。

　　(3) 并口通訊模塊。對于圖像信號等數據傳輸量大的信號，需要使用并口通訊的方式。本采集系統提供兩路并口，數據寬度為8位，地址寬度為8位，它們通過(guò)雙口RAM與主機進(jìn)行數據交換。