基于CPCI总线的多功能数据采集模块

摘要

本发明涉及一种基于CPCI总线的多功能数据采集模块，包括硬件模块和FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)程序，硬件模块包括阻抗控制电路板、电子元器件、SCSI100信号连接插座、标准CPCI总线连接器、标准3U Eurocard板卡前面板。阻抗控制电路板和电子元器件是本发明的核心功能载体，分为FPGA单元、CPCI总线单元、AD转换单元、DA转换单元、定时器单元、计数器单元、通用IO单元和辅助电路单元共八个功能单元。FPGA程序包括AD转换模块、DA转换模块、定时器模块、计数器模块和通用IO模块，采用Verilog HDL编程开发。本发明本发明性能稳定、可靠性高，可进行长时间、连续大数据量传输；总线信号驱动能力强，传输距离远；结构简单，功能强大，性价比高，使用方便。

主权项

一种基于CPCI总线的多功能数据采集模块，其特征在于：其组成分为两部分——硬件模块和FPGA程序；其中硬件模块包括：1)一阻抗控制电路板，包含焊接于此电路板上的电子元器件，具体包括以下八个单元：①一FPGA单元，其应用FPGA芯片，焊接于所述的阻抗控制电路板的中心位置，用于实现对阻抗控制电路板上其它各组成单元的连接和操控；②一CPCI总线单元，其应用CPCI总线桥接芯片，用于与FPGA单元配合实现该基于CPCI总线的多功能数据采集模块与CPCI总线计算机的数据传输；③一AD转换单元，采用四块16位AD转换芯片，采集模式为并行模式，采集速率1K、2K、5K、8K、10K、15K、20K、100K、150K、200K可选，可同时以最高200KSPS将32路单端或16路差分模拟信号转化为数字信号；④一DA转换单元，采用16位DA转换芯片，可将16路数字信号以多种工作模式转化为模拟信号；所述的多种工作模式包括：16路同步输出、高8路同步输出、低8路同步输出、每路单独输出；⑤一定时器单元，采用锁存驱动芯片，采用FPGA内部程序定时控制，可同时提供4路32位定时信号；⑥一计数器单元，采用锁存芯片，采用FPGA内部程序计数控制，可同时对4路数字脉冲信号进行计数，计数器位宽为24位；⑦一通用IO单元，采用双向缓冲芯片，每8路为一组，共四组，每组IO输入输出方向程序可控，根据实际需要进行配置；⑧一辅助电路单元，实现对所有单元的供电，对整个电路的复位，程序的下载，并为部分芯片提供配置信息；2)一SCSI100信号连接插座，焊接于阻抗控制电路板的左侧边缘，用于提供该基于CPCI总线的多功能数据采集模块中的各种模拟、数字信号与外部设备连接的接口；3)一标准CPCI总线连接器，焊接于阻抗控制电路板的右下方边缘，用于提供CPCI总线与计算机背板之间连接的接口；4)一标准3U Eurocard板卡前面板，安装于阻抗控制电路板的左侧边缘，用于为该基于CPCI总线的多功能数据采集模块提供硬件保护，便于板卡的安装与固定，并起到电磁屏蔽作用；FPGA程序包括：1)AD转换模块，对32路单端或16路差分中被选择的通道进行模数转换，并通过中断方式通知CPCI总线计算机读取转换的结果；2)DA转换模块，对CPCI总线计算机下发的数字量进行数模转换，另外，采用开环方式与软件数据处理结合，实现对DA输出模拟信号的修正，使得DA输出小于1bit的误差；3)定时器模块，经CPCI总线计算机配置后的4路32位定时器定时信号输出；4)计数器模块，经CPCI总线计算机配置后的4路24位计数器进行输入脉冲信号的计数；5)通用IO模块，接收CPCI总线计算机配置信息，得到输入输出方向和输入输出使能设置后，由开启命令进入IO的读写操作；6)上位机译码、各模块软件隔离和中断处理模块，建立上位机与底层各模块之间的通信；利用数据缓冲FIFO和RAM实现上位机部分与底层各模块部分之间的软件隔离；应用所需的所有中断部分统一由中断处理模块进行管理，便于软件的调试。