基于PCI总线的数据采集卡的设计与实现

摘要：在虚拟仪器的设计中，选择适合的数据采集系统是很重要的。文章在对各种现成数据采集卡，接口总线的理解对比的基础上，以ADS8412为核心设计了集多路选通、模拟信号调理、A／D转换为一体的模拟信号采集系统，借助CPLD时序控制功能以PCI 9054为核心芯片设计实现厂基于PCI总线的数据采集卡的控制系统，用Builder C++编写了采集卡的动态链接库，利用LabVIEW提供的调用库函数节点，完成了通过动态链接库调用数据采集卡的过程。
关键词：LabVIEW；PCI总线；数据采集；动态链接库

0 引言
LabvIEW是美国NI公司的创新产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。
数据采集卡是虚拟仪器的重要组成部件，其性能指标直接影响虚拟示波器的采样速率、精度等主要指标。
PCI总线是一个地址／数据、命令／字节选择信号复用的总线，它采用主从信号双向握手的方式来控制数据的传输。PCI总线具有即插即用、兼容性强的特点，能提供32／64位，33／66MHz的DMA(直接内存访问)数据传输方式，使得它工作时不受计算机内存大小的影响，传输速率最高可达133Mb／s，这些特性使得它的应用范围很广，能够适用于多种体系结构，多种工作平台，也很容易升级，为未来的发展留有足够的空间。上述这些优良特性正是本设计选择PCI接口总线的原因。

1 数据采集卡的硬件设计
本系统的总体设计主要包括：采集模块设计、信号调理模块设计、PCI总线接口设计、FIFO数据缓存设计的实现等部分。系统框图如下图1所示。

1．1 信号调理模块设计
信号调理模块实现信号放大、模拟通道选择和差分转换，这部分电路对整个系统至关重要，在设计的过程中应该着重注意降低信号失真，减少系统噪声。
1．2 采集模块设计
模数转换是采集板卡的核心，系统要求采样速度至少在250kHz以上，采样精度16位，动态范围也要求足够宽。综合各因素，选择了ADS 8412芯片。
ADS8412使用外部参考电压工作，与PCI总线接口的原理如图2所示。

本文中设置了8路采集通道，控制时序控制8／1模拟开关依次选通其中一路信号，差分转换电路将单端信号转换成差分信号送入ADS8412中，ADS8412内部自带转换时钟，无需外接。多通道数据采集按照分时采样，即8通道进行轮流采样，只用一路A／D。