CompactPCI總線實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

針對產(chǎn)業(yè)控制系統(tǒng)的要求，先容了一種基于Compact PCI總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對模擬信號、串行數(shù)字信號和并行數(shù)字信號的采集。結(jié)合DSP芯片TSM320F2812和PCI接口芯片PCI9054的性能特點，具體討論了采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和Compact PCI接口的實現(xiàn)。

本文的創(chuàng)新點是結(jié)合了Compact PCI總線和DSP芯片的上風，大大進步了系統(tǒng)的可靠性和實時性，同時又給應用程序開發(fā)職員提供了良好的接口，方便了硬件工作參數(shù)的修改，進步了系統(tǒng)的靈活性。

　　引言

　　數(shù)據(jù)采集的實時性和可靠性是關系產(chǎn)業(yè)控制系統(tǒng)性能的重要因素，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的速率主要取決于A/D轉(zhuǎn)換、通訊接口和總線傳輸?shù)乃俾?。本文研制了一種基于Compact PCI總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)以DSP作為控制核心，可以進行模擬信號采集、并行接口和串行接口的數(shù)據(jù)信號的采樣。

　　1 Compact PCI總線簡介

　　Compact PCI總線與PCI標準完全兼容，但作為開放的產(chǎn)業(yè)計算機標準，Compact PCI總線與PCI總線有很多不同。主要體現(xiàn)在：

　　(1) Compact PCI總線具有熱切換能力，可以使整個系統(tǒng)在不斷電的情況下，更換損壞的插板，這對于有高可靠性要求的系統(tǒng)是至關重要的。

　　(2) Compact PCI總線采用歐式插卡(Eurocard)，具有更好的機械特性。歐式插卡的組裝技術目前已經(jīng)十分成熟，插卡垂向而平行的插進機箱，有利于透風散熱;采用插進式電源模塊，便于維修，適合于安裝在標準化產(chǎn)業(yè)機架上。

　　(3) 使用高密度針孔總線連接器，完全氣密，比臺式機的PCI插槽具有更高的抗震性能和可靠性。

　　(4) Compact PCI底板可以容納8塊插卡，比原有的PCI規(guī)范增加了一倍，更能滿足產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的需要。

　　2 采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設計

　　在產(chǎn)業(yè)控制系統(tǒng)中，采集系同一方面需要把電機轉(zhuǎn)速、電流環(huán)等模擬參數(shù)傳送到監(jiān)控主機，另一方面需要對下位機的各種參數(shù)和圖像數(shù)據(jù)進行采集，同時監(jiān)控主機還要對下位機發(fā)送各種控制信號。為了兼顧各種需要，設計中集合了模擬和數(shù)字兩種采集方式，可以實現(xiàn)8路A/D采樣，2路串行數(shù)據(jù)采集和2路并行數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　圖1 采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　采集系統(tǒng)以數(shù)字信號處理芯片TMS320F2812作為控制核心，F(xiàn)2812最高工作頻率可達150MHz，除了豐富的內(nèi)部存儲器資源外，還具有ADC，SCI、SPI等多種外設資源，設計中利用了其ADC和SCI模塊來進行模擬信號和串行數(shù)字信號的采集。對并行數(shù)據(jù)的采集則不通過DSP而直接與主機進行數(shù)據(jù)交換。由于主機與外設速度不匹配，選用雙口RAM芯片IDT70V24作為數(shù)據(jù)緩存，它是一種高速度、低功耗的雙口RAM，存儲量為8k字節(jié)。系統(tǒng)的邏輯控制采用CPLD芯片XC95108完成，它主要負責的功能是PCI局部總線仲裁和地址譯碼。三種采集模塊的實現(xiàn)如下：

　　(1) A/D采集模塊。對模擬信號的采樣使用了F2812自帶的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC，該ADC具有16路模擬輸進通道，帶有兩路內(nèi)置S/H(抽樣保持器)，轉(zhuǎn)換精度為12bit，最大轉(zhuǎn)換速率為12.5MSPS，支持范圍在0～3 V的數(shù)據(jù)輸進。16路輸進通道在ADC內(nèi)部共用1個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它們被分位兩組，每組8路通道，使用排序器Sequencer來設定每路通道占用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的順序。設計中使用了其中8路通道(ADCIN0～ADCIN7)。

　　(2) 串行數(shù)據(jù)采集模塊。F2812的SCI模塊具有兩路串行通訊接口，可配置成65536種不同的波特率，具有奇偶校驗標志，可工作于半雙工或者全雙工模式，可設置成中斷或者查詢方式。另外，SCI還具有兩個增強性能：①發(fā)送、接收都具有獨立的FIFO，F(xiàn)IFO深度為16個字，觸發(fā)級可以配置為16以內(nèi)的任何數(shù)。這種靈活的設置對實際使用非常方便，由于下位機采集的數(shù)據(jù)長度往往不是16的整數(shù)倍，根據(jù)其數(shù)據(jù)長度設定FIFO觸發(fā)級，可以使一幀數(shù)據(jù)及時被傳輸和處理;②可以實現(xiàn)波特率自動檢測，這在未知通訊終端波特率或者需要更換通訊終真?zhèn)€情況下非常適用。下位機與監(jiān)控主機的通訊采用RS-422接口，傳輸間隔遠，抗干擾能力強。RS-422傳輸使用的是差分電平，而SCI的輸進輸出管腳是TTL電平，需要進行電平轉(zhuǎn)換，設計種選用了符合RS-422標準的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3461。

　　(3) 并口通訊模塊。對于圖像信號等數(shù)據(jù)傳輸量大的信號，需要使用并口通訊的方式。本采集系統(tǒng)提供兩路并口，數(shù)據(jù)寬度為8位，地址寬度為8位，它們通過雙口RAM與主機進行數(shù)據(jù)交換。