文档介绍：2 数据采集系统设计方案
数据采集是数字信号处理中非常重要的环节。对于不同任务,数据采集要达到的技术指标也不相同。对于瞬间信号、雷达信号和图像处理都需要几MB/s甚至几十MB/s的超高速采集和传输速率。目前用于PC机的数据采集卡大部分是基于ISA总线的,这种结构的最大缺点是传输速率太低,不能实现数据的实时高速传输。PCI总线推出后,以其突出的性能备受计算机和通信业界的青睐,将取代以往的总线,成为高档机及高性能工作站外部部件的基石。PCI作为局部总线,一边与处理机和存储器总线接口,另一边为外设扩展提供了高速通道。33MHz、32位的PCI总线可以实现132MB/s的数据传输速率,64位的PCI总线性能加倍。
而且在一个PCI系统中可以做到:高速外部设备和低速外部设备共存,PCI总线与ISA/EISA总线共存。处理机、Cache、存储器子系统经过一个PCI桥连接到PCI总线上。此桥提供了一个低延迟的访问通路,从而使处理器能够直接访问通过它映射于存储器空间或I/O空间的PCI设备;也提供了能使PCI主设备直接访问主存的高速通路;该桥也能提供数据缓冲功能,以使CPU与PCI总线上的设备并行工作而不必相互等待;另外,桥可使PCI总线的操作与CPU总线分开,以免相互影响。总之,桥实现了PCI总线的全部驱动控制。
扩展总线桥(标准总线接口)的设置是为了能在PCI总线上接出一条标准的I/O扩展总线,如ISA、EISA或MCA总线,从而可继续使用现有的I/O设备,以增加PCI总线的兼容性和选择范围。一般地,典型的PCI局部总线系统中,最多支持三个插槽(连接器),但这样的扩展能力并不一定是必要的。PCI接插卡连接器属于微通道(MC)类型的连接器。同样的PCI扩充板连接器也可用在ISA、EISA及MCA总线的系统中。
开发以PCI总线为基础的数据采集设备是技术发展的必然要求。在实际工作中,利用以PCI总线将采集数据直接传到系统内存,可有效解决数据的实时传输和存储,为信号的实时处理提供方便,本章从硬件设计入手探讨整个数据采集系统的实现。
系统设计方案的探讨
设计数据采集系统有两种比较好的方案:一种是基于DSP和PCI总线接口的高速数据采集系统,由高速高精度A/D转换芯片、高性能DSP芯片、PCI总线接口组成;另一种由高速高精度A/D转换芯片、MCU、双口RAM、PCI总线接口组成。这两种方案各有优缺点,应根据不同需要来选择。
数据采集系统方案一
数据采集系统的第一种方案由高速高精度A/D芯片、DSP、PCI总线接口组成。数字信号处理是一门新兴的高科技技术,它广泛地用于雷达、语音、通信、图像处理、生物医学仪器、机器人等方面。以往采用通用的微处理器来完成大量数字信号处理运算,速度较慢,精确度低,难以满足实际需要。数字信号处理芯片DSP的出现很好地解决了上述问题。数字信号处理器的主要特点是把算术逻辑运算单元、并联乘法器、控制器和相当数量的数据贮存器集成在一个单片上。它主要是为实现数字信号处理中的算法而设计的,但仍具有一般CPU的运算及控制功能。利用高速高精度的A/D转换芯片进行模数转换,经DSP数字信号处理,并利用DSP的HPI主机通信并行接口跟PCI接口相连。从中可看出,在此DSP承担着两项主要任务:控制A/D转换和实现数字信号处理。
由于数字信号处理器(DSP)具有硬件上采用多总线哈佛(Harvard)结构、指令执行采用流水作业(Pipeline)、采用独立的硬件乘加器(MCA)等特性,使得以它为核心的控制系统具有非常快的数据处理能力和良好的扩展能力。但如果把控制系统完全搭建在一个DSP上,DSP不仅要完成复杂的算法,还要控制采集外部数据、输出控制信号和完成人机交互的工作,必然会降低控制系统的实时性,这是该数据采集系统的缺点。但我们可以考虑采用双CPU控制系统,将算法实现部分与数据采集、执行机构的控制、人机交互部分分开,从而充分利用DSP的高速数据处理能力。目前市场上已经出现了带PCI接口的高性能DSP芯片,这为系统的实现提供了更加便利的条件。。
系统方案一示意图
数据采集系统方案二
数据采集系统方案二的主要功能模块有:PCI总线、PCI接口芯片CH365、双口RAM、采集控制芯片FPGA、A/D部分。目前市场上有许多高速高精度芯片可以采用,但是需要额外的CPU进行控制。本设计采用数据采集芯片ADuC812来实现数据的模数转换和数据的存贮控制。用双口RAM实现高速A/D与微机接口的优
点是显而易见的。双口RAMIDT7005S具有两套相互独立的地址线、数据线和控制线,允许两个CPU同时读取任何存储单元,这样可以把ADuC812模数转换后的数据实时存入双口