高速PCI数据采集卡的设计与实现

论文摘要

PCI总线以其高性能、低成本、开放性、独立于处理器、软件透明等众多优点成为当今最流行的计算机局部总线。在雷达信号处理领域，经常需要对大量信号进行实时采集、实时传输和实时存储，为解决这一系列问题，本文提出了一种基于PCI的高速数据采集卡的实现方案，先将采集到的数据通过PCI总线高速传输到主机内存，然后再进行后期的分析和处理，实现了数据的高速采集与传输，取得了良好的效果。 本论文首先介绍了PCI总线的发展历史及其特点，然后对PCI数据采集卡进行了整体方案的设计。在硬件方面，特别讨论了信号调理模块、模数转换模块、数据缓冲模块、PCI接口模块和逻辑控制模块等五个功能模块的设计方案和硬件电路实现方法，着重分析了接口芯片PCI9054的数据传输方式，采用原理图+VHDL的方法设计了板卡的内部控制逻辑，并进行了相关的时序仿真和逻辑验证，另外还介绍了数据采集卡PCB的制作过程和硬件电路的调试方法。软件方面，用WinDriver和Visual C++分别开发了PCI设备的驱动程序和应用程序。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景、目的、意义和课题来源
• 1.2 高速数据采集技术的研究现状
• 1.3 论文结构安排
• 2 PCI总线概述
• 2.1 引言
• 2.2 计算机总线的发展
• 2.3 PCI总线简介
• 2.3.1 PCI总线的产生和发展
• 2.3.2 PCI局部总线的特点
• 2.3.3 PCI总线的未来
• 2.4 PCI局部总线的信号定义
• 2.5 PCI局部总线的操作
• 3 设计方案论证
• 3.1 引言
• 3.2 系统性能指标分析
• 3.3 总体设计方案
• 3.3.1 PCI总线接口的实现方法
• 3.3.2 总体方案框图
• 3.3.3 电源设计
• 4 PCI数据采集卡的硬件实现
• 4.1 引言
• 4.2 信号调理模块的设计
• 4.2.1 有源低通滤波器的设计
• 4.2.2 放大电路设计
• 4.3 模数转换模块的设计
• 4.4 数据缓冲模块的设计
• 4.5 PCI接口模块的设计
• 4.5.1 PCI接口芯片的选择
• 4.5.2 PCI接口芯片的任务
• 4.5.3 PCI9054的主要特点
• 4.5.4 PCI9054的引脚分配
• 4.5.5 PCI9054的功能介绍
• 4.5.5.1 PCI9054的本地总线工作模式
• 4.5.5.2 PCI9054的内部寄存器
• 4.5.5.3 PCI9054的数据传输模式
• 4.5.5.4 PCI9054的初始化和复位
• 4.5.5.5 PCI9054的EEPROM配置
• 4.5.5.6 PCI9054的字节编码方式
• 4.5.5.7 PCI中断的设计
• 4.6 逻辑控制模块的设计
• 4.6.1 可编程逻辑器件概述
• 4.6.2 MAX7000S系列CPLD简介
• 4.6.3 CPLD对数据采集卡的逻辑控制
• 4.6.4 逻辑控制功能的VHDL实现
• 4.6.5 总线仲裁的稳定性设计
• 5 PCB设计与硬件调试
• 5.1 引言
• 5.2 PCI板卡及其连接器的类型
• 5.3 PCI扩展卡的引脚分配
• 5.4 PCI扩展卡的走线、布局及去耦
• 5.5 上拉和下拉电阻的运用
• 5.6 PCI数据采集卡的硬件调试
• 5.6.1 电源的去耦和滤波性能测试
• 5.6.2 硬件电路的调试过程
• 6 设备驱动程序和应用程序的开发
• 6.1 引言
• 6.2 WDM设备驱动程序概述
• 6.3 常用WDM设备驱动程序开发工具比较
• 6.4 WinDriver功能简介
• 6.5 用户模式驱动程序的开发流程
• 6.6 应用程序的开发
• 6.6.1 硬件操作的实现
• 6.6.2 应用界面的设计
• 6.7 驱动程序和应用软件的发布
• 结论
• 致谢
• 参考文献