基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計

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1、基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計時間：2009-12-1113:00:20來源：山西電子技術(shù)作者：梁軍龍國營大眾機械廠0引言隨著計算機軟硬件技術(shù)和控制、測量技術(shù)的不斷發(fā)展，許多工程技術(shù)人員都將PC機作為控制、測量開發(fā)的首選平臺。而PCI(PeripheralComponentInterconnect,即外圍部件互連)總線作為一種高性能、通用的局部總線，是廿前計算機插卡式外設(shè)總線的事實標(biāo)準(zhǔn)。PCI總線具有32/64位總線寬度。地址線和數(shù)據(jù)線復(fù)用，支持猝發(fā)傳輸，傳輸速率高達132MB/s；系統(tǒng)占用率低，具有較好的兼容性；有完備的即插即用(P

2、nP)管理體制，可同時支持多組外圍設(shè)備。雖然PCI總線也經(jīng)歷了從PCI、PCI-X到PCIExpress的發(fā)展，但PCI總線

3、+1于存在時間長，開發(fā)工具、開發(fā)資料眾多，在對數(shù)據(jù)吞吐屋要求不是很高的工業(yè)控制、測量領(lǐng)域仍有著頑強的生命力。筆者在學(xué)習(xí)了相關(guān)設(shè)訃資料的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡，可以完成8路數(shù)字量I/O及4路差分14位A/D采集功能。本文將根據(jù)筆者的實際經(jīng)驗，介紹PCI接口擴展卡的軟硬件設(shè)計流程。1PCI總線工作方式簡介PCI總線標(biāo)準(zhǔn)由intel于1991年提出，后由PCI-SIG(PCISpecialInter

4、estGroup)接替了PCI規(guī)范的發(fā)展。PCI總線是一種時分復(fù)用的雙向應(yīng)答總線，傳輸發(fā)起方稱為主設(shè)備，接收方稱為從設(shè)備。其主要信號定義如下：RFAME：由主設(shè)備驅(qū)動，為低,指示一次傳輸?shù)拈_始。DEVSEL：由從設(shè)備驅(qū)動，為低，指示響應(yīng)傳輸請求。ADO?AD31：地址、數(shù)據(jù)復(fù)用信號。PCI總線的數(shù)據(jù)傳輸以幀為單位，每次傳輸Itl一個地址周期和多個數(shù)據(jù)周期組成。首先給出木次傳輸?shù)氖椎刂罚蠖o跟一個或多個4字節(jié)寬的數(shù)據(jù)，連續(xù)傳輸多個數(shù)據(jù)時，其地址自動遞增。C/BE0?C/BE3：這4根線在地址傳送周期，傳輸?shù)氖强偩€命令，C/BE0?C/

5、BE3的不同組合指示在ADO?AD31±將要進行何種類型的操作，其代表的總線命令見表1;在數(shù)據(jù)傳送周期，傳輸?shù)氖亲止?jié)始能信號，用來表示在整個數(shù)據(jù)期間，AD31?AD0上的哪些字節(jié)為有效數(shù)據(jù)。IRDY、TRDY：分別表示主設(shè)備準(zhǔn)備好和從設(shè)備準(zhǔn)備好。在傳輸過程屮，只有IRDY和TRDY同時有效，傳輸才能繼續(xù)；否則插入等待周期，用于在不同速度的設(shè)備之間協(xié)調(diào)工作。表1地址傳送周期時。C/BE0?C/BE3所代表的總線命令PRSNT1、PRSNT2：PCI板對電源的請求信息，具體含義見表2。C/BE0?C/BE3值總紅命令0000中斷確認000

6、1待定周期0010I/O瀆0011I/O寫0100保留0101保留0110存儲器讀0111存儲器寫1000保留1001保留1010配置空間讀1011配黃空間寫1100可連續(xù)存儲掘讀1101雙地址周期1110存儲器線性讀取，即進行存儲器塊讀1111存儲器舄后立即無效$2PRSNT1.PRSNT2iftUXPRSNT1PRSNT2含義開路開陥馳不存在PC1卡也開時存在PCI卡厭滋25W開陥存在PCI*M大贈15W也存在PCI卡撮大旎7.5W將PCI接口卡插入計算機插座，加電后，BIOS會根據(jù)PCI接口卡上的配置信息，為其分配相應(yīng)的I/O端

7、口、存儲器空間、屮斷及DMA等計算機資源。2PC1接口卡的硬件設(shè)計筆者設(shè)計的PCI數(shù)據(jù)采集卡使用的PCI接口芯片是CH365,CH365町將32位高速PC1總線轉(zhuǎn)換為簡便易用的類似于ISA總線的8位主動并行接口，支持240字節(jié)的I/O端口映射、32K字節(jié)的存儲器映射、擴展ROM以及中斷。本數(shù)據(jù)采集卡僅使用了I/O端口映射及中斷功能。木PCI數(shù)據(jù)采集卡使用MAXIM公司的4通道14位、差分、同吋采樣ADC：MAX1338,實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能，并將MAX1338的/EOLC引腳與CH365的INT_REQ引腳相連，以便在ADC轉(zhuǎn)換完成后，

8、向PC機發(fā)出中斷申請。使用兩片74HC273作為輸出,一片用作8路I/O輸出,另一片用作對MAX1338控制命令的輸出。使用兩片74HC373作為輸入，一片用作8路I/O輸入，勢一片采集MAX1338的狀態(tài)指示信號。使用TLP521-4對8路I/O輸入、輸出進行光電隔離。使用74LS138作為地址譯碼。在制作卬制板時，CH365的VCC^GND間應(yīng)就近放置容量為0.1

9、1F高頻、低ESR的多層瓷片電容，連接PCI總線的電源線引腳可以自由選擇，但數(shù)量不宜少于4對oCH365屬于高頻數(shù)字電路，應(yīng)該考慮信號阻抗匹配，在設(shè)計PCB板時禽要參考

10、PCI總線規(guī)范。建議CH365的PCI信號線的長度都小于35mm,盡量走弧線或者45度線，避免直角或者銳角走線，并且盡量將信號走線布在元件面；CH365的PCI時鐘線CLK的長度盡暈保持在50mm?65mm之間，并且不宜