一种基于Compact PCI总线的数据采集系统设计

　　引言

　　数据采集的实时性和可靠性是关系工业控制系统性 能的重要因素，数据采集系统的速率主要取决于A/D转换、通信接口和总线传输的速率。 TI公司推出的DSP芯片TMS320F2812具有很高的工作频率和丰富的外设资源，能够满足采集系统的实时性要求，同时又降低了系统设计的成本。Compact PCI总线作为PCI总线向工业控制领域的拓展，除了 具备高速的传输速率，还具备优良的机械特性和电气特性。本文研制了一种基于Compact PCI总线的数据采集系统，系统以DSP作为控制核心，可以进行模拟信号采集、并行接口和串行接口的数据信号的采样。

　　1 Compact PCI总线简介

　　Compact PCI总线与PCI标准完全兼容，但作为开放的工业计算机标准，Compact PCI总线与PCI总线有很多不同。主要体现在：

　　(1) Compact PCI总线具有热切换能力，可以使整个系统在不断电的情况下，更换损坏的插板，这对于有高可靠性要求的系统是至关重要的。

　　(2) Compact PCI总线采用欧式插卡(Eurocard)，具有更好的机械特性。欧式插卡的组装技术目前已经十分成熟，插卡垂向而平行的插入机箱，有利于通风散热;采用插入式电源模块，便于维修，适合于安装在标准化工业机架上。

　　(3) 使用高密度针孔总线连接器，完全气密，比台式机的PCI插槽具有更高的抗震性能和可靠性。

　　(4) Compact PCI底板可以容纳8块插卡，比原有的PCI规范增加了一倍，更能满足工业系统的需要。

　　2 采集系统硬件结构设计

　　在工业控制系统中，采集系统一方面需要把电机转速、电流环等模拟参数传送到监控主机，另一方面需要对下位机的各种参数和图像数据进行采集，同时监控主机还要对下位机发送各种控制信号。为了兼顾各种需要，设计中集合了模拟和数字两种采集方式，可以实现8路A/D采样，2路串行数据采集和2路并行数据采集，系统的结构框图如图1所示。

　　图1 采集系统结构框图

　　采集系统以数字信号处理芯片TMS320F2812作为控制核心，F2812最高工作频率可达150MHz，除了丰富的内部存储器资源外，还具有 ADC，SCI、SPI等多种外设资源，设计中利用了其ADC和SCI模块来进行模拟信号和串行数字信号的采集。对并行数据的采集则不通过DSP而直接与 主机进行数据交换。由于主机与外设速度不匹配，选用双口RAM芯片IDT70V24作为数据缓存，它是一种高速度、低功耗的双口RAM，存储量为8k字 节。系统的逻辑控制采用CPLD芯片XC95108完成，它主要负责的功能是PCI局部总线仲裁和地址译码。三种采集模块的实现如下：