计算机接口卡 本科毕业论文答辩版

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1、石家庄铁道学院毕业设计第1章绪论1.1课题研究的目的意义ISA是工业标准体系结构的缩写，是一种在1981原始IBMPC引入的8位总线结构，ISA总线是在IBMPC总线的基础上发展起来的，IBM公司在PC总线的基础上增加了一个36引脚的AT扩展槽而形成AT总线。在IBMPC/AT及其兼容机的机箱中，通常在母板上分别设置几个AT插槽和PC插槽，这种结构人们称为IBM公司的ISA结构(即工业标准结构)。这种IBMPC/AT总线称为ISA总线。ISA总线较PC总线在性能上有了较大的提高，如其寻址空间的范围、数据总线的宽度、中断处理能力等都有很大的

2、提高。ISA是现代个人计算机的基础，虽然体系结构比较陈旧，传输速度比较低，但鉴于其可靠性、可供应性以及兼容性，再加此总线仍快于许多与之相连的外围设备等，至今仍被用在高性能系统中尤其是工业控制系统中。进入到20世纪90年代以后，电子设计自动化(ElectronicsDesignAutomation，EDA)技术的发展和普及给数字系统的设计带来了革命性的变化。在器件方面，可编程逻辑器件飞速发展。利用EDA工具，采用可编程逻辑器件，正在成为数字系统设计的主流。采用可编程逻辑器件通过对电路内部的设计来实现系统功能，是一种基于芯片的设计方法。设计者

3、可以根据需要定义器件的内部逻辑和引出端，将电路板设计的大部分工作放在芯片的设计中进行，通过对芯片设计实现数字系统的逻辑功能。灵活的内部功能块组合、引出端定义等，可大大减轻电路设计和电路板设计的工作量和难度，有效地增强设计的灵活性，提高工作效率。同时采用可编程逻辑器件，设计人员在实验室可反复编程，修改错误，以期尽快开发产品，迅速占领市场。基于芯片的设计方法可以减少芯片的数量，缩小系统体积，降低能源消耗，提高系统的性能和可靠性[1]。放眼工业控制方面，单板机和单片机已经广泛地引用于实际的控制系统里面，但对于一些较大的控制和处理系统，它们的局限

4、性明显暴露出来。首先是处理速度受限，存储容量不易扩展，不便修改程控程序，安全性能低，以及得不到一些高级服务，而微机系统(或者工程控制计算机IPC)正好可以解决这些矛盾，但微机系统本身并没有这种输出电路，它只提供了可供扩展的总线插槽，相应的系统电路须另外设计，依据相应的总线标准做成插卡(即接口卡，如现在已经广泛用于控制现场的接口卡)，插入扩展槽编程，即可显现高性能和高速的处理功能，而且可以享用微机系统起到在网络系统里的高档资源服务，如远程控制等。基于FPGA的ISA66石家庄铁道学院毕业设计接口卡的设计意图就在于此。对设计者来说，在ISA总

5、线中最引人注目的是它能提供16位I/O和16位DMA操作，基于该总线的接口电路，其布线要求没有PCI接口板的要求高，因而在ISA总线上开发接口电路目前仍是人们首先考虑的方法。ISA总线是早期总线的一种，它的接口逻辑和时序比较简单，信号线的数量也比较少，虽然数据的传输速度不算太高，但由于开发非常简单，因此广泛地应用于各种与计算机进行接口通讯的外部设备之上。基于FPGA设计的ISA接口卡具有设计简单，电路运行快，加密性能好等优点。综上所述，设计一个性能和可靠性高的符合工业控制上实际需求的接口卡，即满足现场可编程的ISA接口卡是非常必要的，也是

6、非常有实际意义的。1.2　国内外研究现状1.2.1　计算机接口卡的研究现状人们是通过外部设备使用计算机的。由于多种原因，外设往往不能与CPU直接相连，它们之间的信息交换需要一个中间环节(或称界面)，这就是接口电路。最初的计算机系统中并没有设置独立的接口部件，对外设的控制与管理均由CPU直接承担。这在当时CPU任务较单一，操作简单，外设品种较少的条件下是行得通的。然而，随着计算机技术的迅猛发展和日益广泛的应用，CPU需要执行的任务愈来愈多，外设的种类也大大增加，且性能各异，对外设的管理也变得愈来愈复杂。如果再使CPU承担全部管理任务，那么势

7、必会使主机完全陷入与外设打交道的沉重负担之中，因而必须设置专门的接口电路，把对外设的控制管理任务交给接口去完成，而主机只在适当时刻向接口发出命令，从接口读外设状态或与外设传送数据。这就大大减轻了主机的负担，降低了对CPU的要求，同时也极大地提高了CPU的利用率。早期的接口其实就是在CPU和外设之间设置简单的逻辑电路，后来逐步发展成为独立的接口电路、接口芯片，甚至是设备控制器。它们的功能越来越强，而电路也越来越复杂。基于现代化集成技术及计算机技术的发展，目前的接口几乎都是中、大规模集成芯片，并且是可编程的，还具有较好的通用性，即通过改变控制

8、字可使接口芯片工作在不同方式，同一芯片能管理不同外设和管理多台外设，CPU只需写入少量的命令，其余的事情均可由接口芯片独立完成。因此可以实现实时、多任务、并行操作。接口技术的发展趋势是大规模和