基于PCI总线的数据采集卡设计.docx

基于PCI总线的数据采集卡设计 时间：2009-12-11 13:00:20來源：山西电子技术作者：梁军龙国营大众机械厂 0引言 随着计算机软硬件技术和控制、测量技术的不断发展，许多工程技术人员都将PC机作为 控制、测量开发的首选平台。而PCI(Peripheral Component Interconnect,即外围部件互 连)总线作为一种高性能、通用的局部总线，是廿前计算机插卡式外设总线的事实标准。PCI 总线具有32 / 64位总线宽度。地址线和数据线复用，支持猝发传输，传输速率高达132MB /s；系统占用率低，具有较好的兼容性；有完备的即插即用(PnP)管理体制，可同时支持多 组外围设备。虽然PCI总线也经历了从PCI、PCI-X到PCI Express的发展，但PCI总线|+1 于存在时间长，开发工具、开发资料众多，在对数据吞吐屋要求不是很高的工业控制、测量 领域仍有着顽强的生命力。笔者在学习了相关设讣资料的基础上，设计了基于PCI总线的 数据采集卡，可以完成8路数字量I/O及4路差分14位A/D采集功能。本文将根据笔 者的实际经验，介绍PCI接口扩展卡的软硬件设计流程。 1PCI总线工作方式简介 PCI 总线标准由 intel 于 1991 年提出，后由 PCI-SIG(PCI Special Interest Group)接替了 PCI规范的发展。PCI总线是一种时分复用的双向应答总线，传输发起方称为主设备，接收 方称为从设备。其主要信号定义如下： RFAME：由主设备驱动，为低,指示一次传输的开始。 DEVSEL：由从设备驱动，为低，指示响应传输请求。 ADO?AD31：地址、数据复用信号。PCI总线的数据传输以帧为单位，每次传输Itl一个 地址周期和多个数据周期组成。首先给出木次传输的首地址，后而紧跟一个或多个4字节 宽的数据，连续传输多个数据时，其地址自动递增。 C/BE0?C/BE3：这4根线在地址传送周期，传输的是总线命令，C/BE0?C/BE3 的不同组合指示在ADO?AD31 ±将要进行何种类型的操作，其代表的总线命令见表1;在 数据传送周期，传输的是字节始能信号，用來表示在整个数据期间，AD31?AD0上的哪些 字节为有效数据。 IRDY、TRDY：分别表示主设备准备好和从设备准备好。在传输过程屮，只有IRDY和 TRDY同时有效，传输才能继续；否则插入等待周期，用于在不同速度的设备之间协调工作。 表1地址传送周期时。C/BE0?C/BE3所代表的总线命令PRSNT1、PRSNT2： PCI 板对电源的请求信息，具体含义见表2。 C/BE0?C/BE3 值 总红命令 0000 中斷确认 0001 待定周期 0010 I/O渎 0011 I/O写 0100 保留 0101 保留 0110 存储器读 0111 存储器写 1000 保留 1001 保留 1010 配置空间读 1011 配黄空间写 1100 可连续存储掘读 1101 双地址周期 1110 存储器线性读取，即进行存储器块读 1111 存储器舄后立即无效 $2 PRSNT1.PRSNT2iftUX PRSNT1 PRSNT2 含义 开路 开陥 馳不存在PC1卡 也 开時 存在PCI卡厭滋25 W 开陥 存在PCI*M大赠15W 也 存在PCI卡撮大旎7.5 W 将PCI接口卡插入计算机插座，加电后，BIOS会根据PCI接口卡上的配置信息， 为其分配相应的I/O端口、存储器空间、屮断及DMA等计算机资源。 2PC1接口卡的硬件设计 笔者设计的PCI数据采集卡使用的PCI接口芯片是CH365, CH365町将32位高速PC1 总线转换为简便易用的类似于ISA总线的8位主动并行接口，支持240字节的I / O端口 映射、32 K字节的存储器映射、扩展ROM以及中断。本数据采集卡仅使用了 I / O端口映 射及中断功能。木PCI数据采集卡使用MAXIM公司的4通道14位、差分、同吋采样ADC： MAX1338,实现A/D转换功能，并将MAX1338的/ EOLC引脚与CH365的INT_REQ 引脚相连，以便在ADC转换完成后，向PC机发出中断申请。使用两片74HC273作为输出, 一片用作8路I / O输出,另一片用作对MAX1338控制命令的输出。使用两片74HC373 作为输入，一片用作8路I / O输入，势一片采集MAX1338的状态指示信号。使用TLP521-4 对8路I/O输入、输出进行光电隔离。使用74LS138作为地址译码。 在制作卬制板时，CH365的VCC^GND间应就近放置容量为0. 1 |1F高频、低ESR 的多层瓷片电容，连接PCI总线的电源线引脚可以自由选择，但数量不宜少于4对o CH365 属于高频数字电路，应该考虑信