基于fpga和单片机的pci数据采集卡

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1、万方数据2011年第12期仪表技术与传感器InstrumentTechniqueandSensor20llNo．12基于FPGA和单片机的PCI数据采集卡余林，张厚武，姚凯学(贵州大学计算机科学与信息学院，贵州贵阳55∞25)摘要：传统光栅测量设备采用IsA总线，而IsA总线传输速度低，不能满足高精度和高实时性的测量需求。设计并实现了一种基于FPGA和单片机的高性能PCI数据采集卡，使用VemogHDL语言对FPGA进行编程，使FPGA实现对光栅信号的细分、辩向和计数功能；通过单片机读取FPGA可逆计数器

2、内的数据并进行缓存和传输；设计了上位机和该数据采集卡的通信接口，PC机通过该通信接口对测量数据进行读取和处理。关键词：FPGA；单片机；PcI；cH365；光栅测量；数据采集卡中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)12一0108—03DesignofPCIDataAcquisitionCardBasedonFPGAandMicrocontro¨erYUIjn，ZHANGHou．wll，YA0Kai—xue(CoⅡegeofC锄puterSde耻e粕dII曲rm伽n，G

3、IIizllouUIIive璐蛔，Guiy粕g55∞25，ClIina)Abstract：Tmditionalgratingmeasurementequipmentuse8ISAbus，however，itislimitedbyt}le咖smissionspeedofISAbus，whichc锄notmeetthehighprecisionandrealtimemeasurementrequirements．Thispaperdesignedandimplementedahigh—pe血册粕cePCIda

4、taacquisitioncardbasedonFPGAa11dMCU，usingVe—logHDLhardwaredesc而ptionl蛐gllagepr0盱朋miIlgtoFPGA．FPGAreaIizetosu吣videandiden吣t

5、ledirection肌dcounttllegratingsignal．Mjcrocontmllerreadsdata抽mtheFPGArevefsiblecounterandthenstoresandtransmi坞thedata．Thisp印erdesigne

6、dacommunicationinte—Iacebetweent}IeP(：趴dtIledataacquisitioncard，PCread鲫dpmcessedthemeasurementdatatllrou曲t}lecommunicationinte血ce．Key啪rds：FPGA；MCU；PCI；CH365；gratingmeasurement；dataacqIl㈣oncardO引言在光栅测量领域，通常需要对被测对象的一些参数进行采集、分析和处理，这就需要高速的数据采集系统，以在极短的时间内获得大量数

7、据⋯。我国大多数工厂生产的光栅测量设备采用ISA总线传输，而IsA总线传输速度慢，满足不了新工艺条件下的高实时性和高精度的测量需求BJ。因此，开发PCI总线的光栅测量仪成为必然的选择方案。设计PcI总线一般有3种设计方案，第一种是利用FPGA强大的现场可编程能力去实现PCI总线协议，PCI总线协议比较复杂，它不但有着严格的同步时序要求，而且为了实现即插即用和自动配置，PCI接口还要求有许多的配置寄存器，因此它的接口电路实现起来比较困难，需要对PCI总线协议有深刻的理解和较强的程序设计能力；第二种是使用IP

8、核技术，但是成熟的IP核价格非常昂贵，使总的开发成本增加；第三种方案是使用PcI接口芯片，以硬件的形式对PCI协议进行解析，PCI接口芯片提供本地数据接口，开发人员只需掌握本地数据接口就能对其进行编程，通过硬件电路将本地数转换成PcI格式数据，然后与上位机通信，这种设计方案具有实现容易、开发周期短、性价比高、系统稳定性和可控性好等优点”。j。1系统总体设计FPGA芯片采用EasyFPGA030，实现对光栅尺莫尔条纹信号的细分、辩向和计数，单片机c8051乃40完成测量数据的转发和向FPGA发送测量命令，P

9、CI接口芯片采用cH365实现单收稿日期：2011—04—20收修改稿日期：20ll—09一07片机端本地数据到PcI总线数据的转换。在实际测量过程中，PC机上位机软件发送测量命令，系统启动测量程序；FPGA对经过滤波、降噪等前期处理电路处理后的3路光栅尺信号x、Y、z进行细分、辩向后计数；单片机c805l乃40收到上位机命令后对FPCA计数器的数值进行读取、锁存；然后通过单片机8位数据口送给cH365的本地数据接口；CH36