【正文】 基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡電路與軟件驅動設計一、原始依據(jù)（包括設計或論文的工作基礎、研究條件、應用環(huán)境、工作目的等。）數(shù)據(jù)采集卡是儀器儀表中常用的模塊，一般包含多個A/D轉換通道、D/A轉換通道和I/O通道，它與LabView等軟件開發(fā)平臺聯(lián)用可以便利地設計出高水平測控軟件進行數(shù)據(jù)采集、模擬量輸出和動作控制等，應用十分廣泛和便利。數(shù)據(jù)采集卡涉及模擬電路、數(shù)字電路、A/D轉換、D/A轉換、I/O控制、計算機硬件系統(tǒng)和軟件技術等。本畢業(yè)設計的任務是就是開發(fā)基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡的電路和軟件驅動，對這些技術進行綜合訓練。設計將利用實驗室的各種電路開發(fā)儀器、設備、計算機和軟件工具等條件，完成電路板的設計、加工與調試以及軟件編程。本設計綜合性強，可以迅速提高學生的電路設計和調試能力。二、參考文獻[1] 中泰研創(chuàng)，PCI總線8336A使用說明書，2010年10月[2] 張國雄, 金篆芷，測控電路，機械工業(yè)出版社，2000年，ISBN：7111082478[3] 徐惠民，安德寧，延明，數(shù)字電路與邏輯設計，人民郵電出版社 ，ISBN：9787115197672[4] 周明德, 蔣本珊，微機原理與接口技術，人民郵電出版社，2007，ISBN：9787115157515 [5] 戴鵬飛，測試工程與LabVIEW應用[6] 李江全，LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與串口通信測控應用實戰(zhàn)，人民郵電出版社，2010，9787115227140三、設計（研究）內容和要求（包括設計或研究內容、主要指標與技術參數(shù)，并根據(jù)課題性質對學生提出具體要求。）技術指標：A/D轉化：12bit，32通道（單）或16通道（雙）轉換速率250 kHz輸入范圍：0～10V，程控增益10倍（可定制）D/A轉換：12bit，4通道輸出范圍：0～5V、177。5V（可定制），0～10mA、4～20mA；可編程DIO：32通道設計具有上述功能的采集卡原理圖；調試該信號采集卡，并開發(fā)它的軟件驅動程序；開發(fā)基于LabView的軟件程序，對信號采集卡進行A/D轉換、D/A轉化、可編程DIO等功能的測試；提交與本設計相關的各種原理圖和軟件源代碼等技術資料；翻譯相當于5000漢字的英文文獻；撰寫20000字以上的畢業(yè)設計說明書。 指導教師（簽字）年 月 日審題小組組長（簽字）年 月 日天津大學本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告課題名稱基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡電路與軟件驅動設計學院名稱精密學院專業(yè)名稱測控技術與儀器學生姓名張祿鵬指導教師李艷寧一、 課題的來源及意義計算機測控技術在生產(chǎn)實踐中有著廣泛的應用。基于計算機技術的測控系統(tǒng)主要分為兩種類型。一類是以各種單片機、可編程邏輯芯片為核心組成的測控系統(tǒng)，這類測控系統(tǒng)一般適用于功能要求相對簡單的被控對象，可獨立構成測控系統(tǒng)，或以PC機作為上位機構成兩級級聯(lián)的測控系統(tǒng)，此時PC機一般負責界面處理。一類是以PC機為核心構成的測控系統(tǒng)，PC機通過數(shù)據(jù)采集卡及接口電路連接到被控對象。由于PC機具有高性能、易用性、可擴展性和豐富的軟件資源等，此類系統(tǒng)可適用于功能要求較為復雜的被控對象。計算機總線的飛速發(fā)展使高速大容量的數(shù)據(jù)采集和存儲成為可能，用于數(shù)據(jù)采集的計算機總線有ISA總線、PCI總線以及PCI Express總線等。ISA總線位寬度為8位或者16位。它使用方便，無需開發(fā)驅動程序，在上個世紀80年代得到廣泛應用。不過它的弱點也是顯而易見的，比如傳輸速率過低、CPU占用率高、占用硬件中斷資源等。后來在PC98規(guī)范中，就開始放棄了ISA總線，而Intel從i810芯片組開始，也不再提供對ISA接口的支持。PCI Express總線(Peripheral Component Interconnect Express，外圍組件高速互連)，簡稱PCIE，是新一代的總線接口。PCI Express總線采用了目前業(yè)內流行的點對點串行連接，比起PCI以及更早期的計算機總線的共享并行架構，每個設備都享有自己的專用連接，不需要向整個總線請求帶寬，而且可以把數(shù)據(jù)傳輸率提高到很高的頻率，達到PCI總線所不能提供的帶寬。隨著人們對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求越來越高，PCI Express總線將會得到更廣泛的應用。但目前在進行簡易數(shù)據(jù)采集時，PCI總線在數(shù)據(jù)采集技術領域仍然是主流，將基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡嵌入PC機的PCI擴展插槽中，這樣可充分利用微處理器的控制功能、PC機的快速數(shù)據(jù)處理能力以及多任務工作方式等特點，進行數(shù)據(jù)信號的輸入采集。二、 國內外發(fā)展狀況PCI局部總線(Pedpherd Component Interconnect，周邊元件擴展接口)是由英特爾（Intel）公司1991年推出的用于定義局部總線的標準。此標準允許在計算機內安裝多達10個遵從PCI標準的擴展卡。最早提出的PCI總線工作在33MHz頻率之下，傳輸帶寬達到133MB/s(33MHz * 32bit/s)，基本上滿足了當時處理器的發(fā)展需要。隨著對更高性能的要求，1993年又提出了64bit的PCI總線，后來又提出把PCI 總線的頻率提升到66MHz。目前廣泛采用的是32bit、33MHz的PCI 總線，64bit的PCI插槽更多是應用于服務器產(chǎn)品。PCI總線系統(tǒng)要求有一個PCI控制卡，它必須安裝在一個PCI插槽內。這種插槽是目前主板帶有最多數(shù)量的插槽類型，在當前流行的臺式機主板上，ATX結構的主板一般帶有5～6個PCI插槽，而小一點的MATX主板也都帶有2～3個PCI插槽。目前市面上的PCI總線接口數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟，具有即插即用（PnP）的功能。其操作系統(tǒng)可選用目前流行的 Windows 系列、高穩(wěn)定性的Unix等多種操作系統(tǒng)以及專業(yè)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)LabVIEW 等軟件環(huán)境。在硬件的安裝上也非常簡單，使用時只需將接口卡插入機內任何一個PCI總線插槽中并用螺絲固定，信號電纜從機箱外部直接接入，可實現(xiàn)模入模出、數(shù)入輸出等功能，安裝使用方便，程序編制簡單。三、 設計內容及方法電路部分設計完成模入模出PCI總線接口卡硬件電路，主要由主要由模數(shù)轉換電路、數(shù)模轉換電路、數(shù)字量輸入輸出電路和接口控制邏輯電路構成，A/D 轉換、D/A轉換均為12位，同時還設計備有32路單通道或16路雙通道輸入和4路輸出接口，以及32通道可編程DIO。模入部分外部模擬信號經(jīng)多路轉換開關選擇后送入高速放大器處理，處理后的信號送入模數(shù)轉換器進行轉換。A/D 轉換啟動方式可以選用程序觸發(fā)、定時器自動觸發(fā)、外同步觸發(fā)等方式，轉換狀態(tài)可以用程序查詢，也可以用中斷方式通知CPU讀取轉換結果。模擬量輸出部分由D/A 轉換器件和有關的基準源、運放、阻容件和跨接選擇器組成，D/A部分具有加電自動清零功能。數(shù)字量輸入輸出電路為用戶提供16 路DI及16 路DO的信號，DO部分具備加電清零功能。軟件驅動部分根據(jù)Windows驅動程序模型（WDM）編寫Windows系統(tǒng)下的驅動程序，支持即插即用。驅動程序可以采用三種方法動態(tài)數(shù)據(jù)采集，分別是用中斷觸發(fā)、DMA 觸發(fā)和看門狗觸發(fā)。開發(fā)基于LabView的軟件程序，設計圖型界面實現(xiàn)信號采集卡進行A/D轉換、D/A轉化、可編程DIO等功能。四、 實驗方案由數(shù)據(jù)采集卡、計算機和LabVIEW程序組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對信號發(fā)器的不同波形信號進行數(shù)據(jù)采集測試。編寫程序實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集卡的DIO端口的控制，測試數(shù)字信號輸入輸出功能。測試各項功能時需調用DLL中對應的函數(shù)。五、 進度安排～：了解設計任務要求，查閱文獻資料，進行準備工作。～：確定設計方案，設計采集卡原理圖并繪制PCB板?！褐谱鲾?shù)據(jù)采集卡實物，并調試信號采集卡?！洪_發(fā)開發(fā)軟件驅動程序和LabView的軟件程序?！赫碓韴D和源代碼等，撰寫畢業(yè)設計說明書。六、 主要參考文獻[1] 中泰研創(chuàng)，PCI總線8336A使用說明書，2010年10月[2] 張國雄, 金篆芷，測控電路，機械工業(yè)出版社，2000年，ISBN：7111082478[3] 徐惠民，安德寧，延明，數(shù)字電路與邏輯設計，人民郵電出版社 ，ISBN：9787115197672[4] 周明德, 蔣本珊，微機原理與接口技術，人民郵電出版社，2007，ISBN：9787115157515 [5] 戴鵬飛，測試工程與LabVIEW應用[6] 李江全，LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與串口通信測控應用實戰(zhàn)，人民郵電出版社，2010，9787115227140選題是否合適： 是□ 否□課題能否實現(xiàn)： 能□ 不能□指導教師（簽字）年 月 日選題是否合適： 是□ 否□課題能否實現(xiàn)： 能□ 不能□審題小組組長（簽字）年 月 日摘 要隨著信息技術和電子技術的進步和日益成熟，計算機數(shù)據(jù)采集技術得到了廣泛應用，由于ISA總線的固有缺陷，基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)逐漸取代ISA總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，成為數(shù)據(jù)采集的主流。本文分析了PCI總線數(shù)據(jù)采集卡的設計方案和性能參數(shù),采用FPGA簡化數(shù)據(jù)采集卡結構，提高數(shù)據(jù)采集的可靠性。利用EDA技術對數(shù)據(jù)采集卡電路設計，數(shù)據(jù)采集電路部分包括:前端采樣電路、FPGA控制電路、PCI接口電路、電源供電電路以及其他功能部分電路?；赪DM模型編寫Windows系統(tǒng)下的驅動程序，完成上機調試。最后編寫數(shù)據(jù)采集卡各部分功能的程序函數(shù)，使用LabVIEW程序等對數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集和其他功能進行測試。關鍵詞：數(shù)據(jù)采集；PCI總線；模數(shù)轉換；FPGA；WDMABSTRACTAlong with the rapid development of information technology and electronic technology, puter data collection technology has been widely applied. Because the inherent defects of ISA bus, data acquisition systems based on PCI bus gradually replace the ones using ISA bus, being the mainstream of DAQ. This paper analyzes the designs and performance parameters of PCI bus data collection card. The application of FPGA simplifies the structure and increase the reliability of data acquisition cards. Data acquisition card hardware is designed with EDA technique. The DAQ circuitponents include the input sampaling circuit，F(xiàn)PGA control circuit, PCI interface circuit, power supplycircuits, and other functional parts.The driver for windows is written base on WDM and tested on a last, programs are written for various fuctions of the data acquisition card, and these functions are tested with programs such as LabVIEW.Key words：DAQ；PCI bus；ADC；FPGA；WDM7 1天津大學2011屆本科生畢業(yè)設計（論文）第一章 緒論 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展與應用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于20世紀50年代，1956年美國首先研究了用在軍事上的測試系統(tǒng)，目標是測試中不依靠相關的測試文件，由非熟練人員進行操作并且測試任務是由測試設備高速自動控制完成的，由于該種數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)具有高速性和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和測試任務， 因而得到了初步的認可。大約在60年代后期，國外就有成套的數(shù)據(jù)采集設備產(chǎn)品進入市場，此階段的數(shù)據(jù)采集設備和系統(tǒng)多屬于專用的系統(tǒng)。20世紀70年代中后期，隨著微型機的發(fā)展，誕生了采集器、儀表同計算機溶為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過了傳統(tǒng)的自動檢測儀表和專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此獲得了驚人的發(fā)展。從70年代起，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展過程中逐漸分為兩類，一類是實驗室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，另一類是工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。就使用的總線而言，實驗室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用并行總線，工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用串行數(shù)據(jù)總線。20世紀80年代隨著計算機的普及應用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展，開始出現(xiàn)了通用的數(shù)據(jù)采集與自動測試系統(tǒng)，該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩類：一類以儀器儀表和采集器、通用接口總線和計算機等構成，這類系統(tǒng)主要由于實驗室，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場也有一定的應用；第二類以數(shù)據(jù)采集卡、標準總線和計算機構成，這種接口系統(tǒng)采用積木式結構，把相應的接口卡裝在專用的機箱內，然后由一臺計算機控制這類系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場應用較多[1]。這兩種系統(tǒng)中如果采集測試任務改變，只需將新的儀用電纜接入系統(tǒng)，或將新卡再添加到專用的機箱即可完成硬件平臺重建，比專用系統(tǒng)靈活得多。20世紀80年代后期，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生了極大的變化，工業(yè)計算機、單片機和大規(guī)模集成電路的組合，用軟件管理使系統(tǒng)的成本降低，體積減小，功能成倍增加，數(shù)