具有PCI和并行接口的数据采集系统设计

1 引言 　　随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也迅速地得到应用。在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段。典型数据采集系统的构成是由A/D+DSP+FPGA(CPLD)+D/A。本文通过利用模数转换芯片AD6644，以及FPGA实现了可用于两种接口(PCI、并行接口)传输模式下的高精度数据采集系统。 　　2 硬件电路设计 　　2.1 系统设计方案 　　本数据采集系统主要由模拟部分，数字部分和接口部分三大板块组成，如下图1所示。其中模拟部分主要包含模拟中频信号预处理模块和模数转换模块；数字部分除时钟产生电路外 数据采集系统在现代工业生产中扮演着至关重要的角色，它能实时监测和记录生产过程中的各项工艺参数，有助于提升产品质量和降低生产成本。本篇文章主要介绍了一种利用模数转换芯片AD6644和FPGA设计的具有PCI和并行接口的数据采集系统，能够灵活适应不同的数据传输需求。 系统设计分为模拟部分、数字部分和接口部分三个关键模块。模拟部分主要包括模拟中频信号预处理模块和模数转换模块。通过两级放大器（AD9618）对输入信号进行增益调整和隔离，确保信号满足AD6644的输入要求。接着，通过差分运算器AD8138将单端信号转换为差分信号，以提高信噪比和抑制共模噪声。AD6644是一款高速、高动态范围的模数转换器，其差分输入设计有助于提升系统性能。 数字部分的核心是FPGA，这里采用了Altera公司的Cyclone系列EP1C6Q240C8。FPGA集成了所有必要的数字逻辑，如触发器、存储器、PLL、计数器等，实现了PCI接口逻辑和DB25并行接口逻辑，确保数据的高效传输。此外，FPGA还支持两种配置方式，即AS和JTAG，以适应不同的编程和调试需求。 接口部分则包含了PCI总线接口和DB25并行接口，允许系统在两种传输模式之间切换。PCI接口提供了高速的系统级通信，而DB25并行接口则提供了另一种灵活的数据传输途径。SignalTapII逻辑分析仪调试接口用于在设计阶段对FPGA内部逻辑进行在线调试。 在FPGA中，设计了高速缓冲器DCFIFO和高速存储器DPRAM，用于存储ADC输出的16位数字信号。这些存储器确保了在数据采集速率和系统处理能力之间实现平衡，避免数据丢失。时序控制逻辑则负责协调ADC、FPGA和外部接口之间的同步，确保数据准确无误地被接收和处理。 总结起来，这个数据采集系统利用先进的硬件组件和技术，实现了高精度、高灵活性的数据采集。通过优化的模拟前端处理、FPGA为核心的数字处理和多样化的接口设计，它能够在各种生产环境中有效工作，为实时监控和分析生产过程提供强大支持。这样的系统设计对于现代工业自动化和智能制造具有广泛的应用前景。