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CompactPCI总线实现并行数据采集系统

作者:时间:2011-09-11来源:网络收藏

针对产业控制的要求,先容了一种基于Compact PCI,可以对模拟信号、串行数字信号和数字信号的采集。结合DSP芯片TSM320F2812和PCI接口芯片PCI9054的性能特点,具体讨论了采集的硬件结构和Compact PCI接口的

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/150234.htm

本文的创新点是结合了Compact PCI和DSP芯片的上风,大大进步了系统的可靠性和实时性,同时又给应用程序开发职员提供了良好的接口,方便了硬件工作参数的修改,进步了系统的灵活性。

  引言

  的实时性和可靠性是关系产业控制系统性能的重要因素,系统的速率主要取决于A/D转换、通讯接口和传输的速率。本文研制了一种基于Compact PCI总线的数据采集系统,系统以DSP作为控制核心,可以进行模拟信号采集、接口和串行接口的数据信号的采样。

  1 Compact PCI总线简介

  Compact PCI总线与PCI标准完全兼容,但作为开放的产业计算机标准,Compact PCI总线与PCI总线有很多不同。主要体现在:

  (1) Compact PCI总线具有热切换能力,可以使整个系统在不断电的情况下,更换损坏的插板,这对于有高可靠性要求的系统是至关重要的。

  (2) Compact PCI总线采用欧式插卡(Eurocard),具有更好的机械特性。欧式插卡的组装技术目前已经十分成熟,插卡垂向而平行的插进机箱,有利于透风散热;采用插进式电源模块,便于维修,适合于安装在标准化产业机架上。

  (3) 使用高密度针孔总线连接器,完全气密,比台式机的PCI插槽具有更高的抗震性能和可靠性。

  (4) Compact PCI底板可以容纳8块插卡,比原有的PCI规范增加了一倍,更能满足产业系统的需要。

  2 采集系统硬件结构设计

  在产业控制系统中,采集系同一方面需要把电机转速、电流环等模拟参数传送到监控主机,另一方面需要对下位机的各种参数和图像数据进行采集,同时监控主机还要对下位机发送各种控制信号。为了兼顾各种需要,设计中集合了模拟和数字两种采集方式,可以8路A/D采样,2路串行数据采集和2路数据采集,系统的结构框图如图1所示。

  

CompactPCI总线实现并行数据采集系统框图

  图1 采集系统结构框图

  采集系统以数字信号处理芯片TMS320F2812作为控制核心,F2812最高工作频率可达150MHz,除了丰富的内部存储器资源外,还具有ADC,SCI、SPI等多种外设资源,设计中利用了其ADC和SCI模块来进行模拟信号和串行数字信号的采集。对并行数据的采集则不通过DSP而直接与主机进行数据交换。由于主机与外设速度不匹配,选用双口RAM芯片IDT70V24作为数据缓存,它是一种高速度、低功耗的双口RAM,存储量为8k字节。系统的逻辑控制采用CPLD芯片XC95108完成,它主要负责的功能是PCI局部总线仲裁和地址译码。三种采集模块的实现如下:

  (1) A/D采集模块。对模拟信号的采样使用了F2812自带的数模转换模块ADC,该ADC具有16路模拟输进通道,带有两路内置S/H(抽样保持器),转换精度为12bit,最大转换速率为12.5MSPS,支持范围在0~3 V的数据输进。16路输进通道在ADC内部共用1个模数转换器,它们被分位两组,每组8路通道,使用排序器Sequencer来设定每路通道占用模数转换器的顺序。设计中使用了其中8路通道(ADCIN0~ADCIN7)。

  (2) 串行数据采集模块。F2812的SCI模块具有两路串行通讯接口,可配置成65536种不同的波特率,具有奇偶校验标志,可工作于半双工或者全双工模式,可设置成中断或者查询方式。另外,SCI还具有两个增强性能:①发送、接收都具有独立的FIFO,FIFO深度为16个字,触发级可以配置为16以内的任何数。这种灵活的设置对实际使用非常方便,由于下位机采集的数据长度往往不是16的整数倍,根据其数据长度设定FIFO触发级,可以使一帧数据及时被传输和处理;②可以实现波特率自动检测,这在未知通讯终端波特率或者需要更换通讯终真个情况下非常适用。下位机与监控主机的通讯采用RS-422接口,传输间隔远,抗干扰能力强。RS-422传输使用的是差分电平,而SCI的输进输出管脚是TTL电平,需要进行电平转换,设计种选用了符合RS-422标准的电平转换芯片MAX3461。

  (3) 并口通讯模块。对于图像信号等数据传输量大的信号,需要使用并口通讯的方式。本采集系统提供两路并口,数据宽度为8位,地址宽度为8位,它们通过双口RAM与主机进行数据交换。


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