基于PCI總線的數據采集卡的設計與實現

摘要：在虛擬儀器的設計中，選擇適合的數據采集系統是很重要的。文章在對各種現成數據采集卡，接口總線的理解對比的基礎上，以ADS8412為核心設計了集多路選通、模擬信號調理、A／D轉換為一體的模擬信號采集系統，借助CPLD時序控制功能以PCI 9054為核心芯片設計實現廠基于PCI總線的數據采集卡的控制系統，用Builder C++編寫了采集卡的動態鏈接庫，利用LabVIEW提供的調用庫函數節點，完成了通過動態鏈接庫調用數據采集卡的過程。
關鍵詞：LabVIEW；PCI總線；數據采集；動態鏈接庫

0 引言
LabvIEW是美國NI公司的創新產品，也是目前應用最廣、發展最快、功能最強的圖形化軟件開發集成環境。
數據采集卡是虛擬儀器的重要組成部件，其性能指標直接影響虛擬示波器的采樣速率、精度等主要指標。
PCI總線是一個地址／數據、命令／字節選擇信號復用的總線，它采用主從信號雙向握手的方式來控制數據的傳輸。PCI總線具有即插即用、兼容性強的特點，能提供32／64位，33／66MHz的DMA(直接內存訪問)數據傳輸方式，使得它工作時不受計算機內存大小的影響，傳輸速率最高可達133Mb／s，這些特性使得它的應用范圍很廣，能夠適用于多種體系結構，多種工作平臺，也很容易升級，為未來的發展留有足夠的空間。上述這些優良特性正是本設計選擇PCI接口總線的原因。

1 數據采集卡的硬件設計
本系統的總體設計主要包括：采集模塊設計、信號調理模塊設計、PCI總線接口設計、FIFO數據緩存設計的實現等部分。系統框圖如下圖1所示。

1．1 信號調理模塊設計
信號調理模塊實現信號放大、模擬通道選擇和差分轉換，這部分電路對整個系統至關重要，在設計的過程中應該著重注意降低信號失真，減少系統噪聲。
1．2 采集模塊設計
模數轉換是采集板卡的核心，系統要求采樣速度至少在250kHz以上，采樣精度16位，動態范圍也要求足夠寬。綜合各因素，選擇了ADS 8412芯片。
ADS8412使用外部參考電壓工作，與PCI總線接口的原理如圖2所示。

本文中設置了8路采集通道，控制時序控制8／1模擬開關依次選通其中一路信號，差分轉換電路將單端信號轉換成差分信號送入ADS8412中，ADS8412內部自帶轉換時鐘，無需外接。多通道數據采集按照分時采樣，即8通道進行輪流采樣，只用一路A／D。