基于FPGA和单片机的PCI数据采集卡.pdf

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1、加11年仪表技术与传感器20l1第l2期InstrumentTechniqueandSensorNo．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s5002s)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VerilogHDL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

2、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—0108—03Design0fPCIDataAcquisitionCardBased0nFPGAandMicrocontrollerYULin，ZHANGHou—wu，YAOKai-xue(CollegeofComputerScienceandInformation，GuizhouUniversity，Guiyang550025，China)Abstra

3、ct：TraditionalgratingmeasurementequipmentusesISAbus，however，itislimitedbythetransmissionspeedofISAbus，whichCannotmeetthehighprecisionandrealtimemeasurementrequirements．Thispaperdesignedandimplementedahigh—performancePCIdataacquisitioncardbasedonFPGAandMCU，usingVerilogHDLhardwared

4、escriptionlanguageprogrammingtoFPGA．FPGArealizetosubdivideandidentifythedirectionandcountthegratingsigna1．MicrocontrollerreadsdatafromtheFPGAreversiblecounterandthenstoresandtransmitsthedata．ThispaperdesignedacommunicationinterfacebetweenthePCandthedataacquisitioncard，PCreadandpr

5、ocessedthemeasurementdatathroughthecommunicationinterface．Keywords：FPGA；MCU；PCI；CH365；gratingmeasurement；dataacquisitioncard0引言片机端本地数据到PCI总线数据的转换。在实际测量过程中，在光栅测量领域，通常需要对被测对象的一些参数进行采PC机上位机软件发送测量命令，系统启动测量程序；FPGA对集、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、间内获得大量数据⋯。我国大多数工

6、厂生产的光栅测量设备Y、z进行细分、辩向后计数；单片机C8051F340收到上位机命采用ISA总线传输，而ISA总线传输速度慢，满足不了新工艺令后对FPGA计数器的数值进行读取、锁存；然后通过单片机8条件下的高实时性和高精度的测量需求。因此，开发PCI总位数据口送给CH365的本地数据接口；CH365硬件电路把从单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片机传来的数据转换成PCI格式的数据，最后通过PCI总线传种设计方案，第一种是利用FPGA强大的现场可编程能力去实送给上位机。系统总体结构图如图1所示。现PCI总线协议，PCI总线协议比较

7、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图1系统结构图力；第二种是使用IP核技术，但是成熟的IP核价格非常昂贵，2硬件设计使总的开发成本增加；第三种方案是使用PCI接口芯片，以硬2．1FPGA模块的设计件的形式对PCI协议进行解析，PCI接口芯片提供本地数据接EasyFPGA030拥有3万个系统f-j，VQIO0封装，采用Flash口，开发人员只需掌握本地数据接口就能对其进行编程，通过架构，是一款低功耗、掉电

8、非易失的FPGA，能显著提高设计的硬件电路将本地数转换成PCI格式数据，然后与上