基于PCI-E总线的多功能同步数据采集卡设计

摘要

数据采集技术广泛应用于军事、工业、航空航天和其他领域。实时数据采集、自动传输和实时显示在工业现场信息分析中具有重要的作用。因此研究高性能、高可靠性的数据采集系统具有重要的意义。其中 FPGA的特点使其在数据采集和处理方面的应用更加经济、灵活、方便。本课题通过对数据采集技术进行深入的研究，结合当前数据采集技术领域的具体需要，紧跟当前数据采集技术的发展趋势，提出了基于PCI-E总线和FPGA的数据采集系统方案，设计了一款基于PCI-E总线的多功能同步数据采集卡。
　　本研究首先通过对数据采集技术行业现状的全面分析，和对数据采集技术的深入学习，在比较了几种常用的数据采集方案的基础上，提出了基于PCI-E总线的设计方案，并规划了板卡的总体设计。其次，根据总体设计与设计指标的要求，设计了硬件电路原理图，主要包括模拟信号采集通道电路、数字信号采集与生成通道电路、SDRAM存储电路、PCI-E桥接电路，FPGA主控电路等。再次，以硬件电路为基础，利用FPGA芯片的内部资源，通过 Verilog进行模块化的软件编程搭建了数据采集卡与计算机通信的数据通路。其中软件设计主要包括数据处理模块、SDRAM控制模块、本地总线控制器模块。最后，在Windows下设计了PCI-E接口的驱动程序，实现对配置空间的设计、系统端口和内存映射设计、中断服务的设计等。通过对该数据采集系统测试，结果表明，该系统能够实现基本模拟信号采集、数字信号采集以及数字信号生成功能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 数据采集技术及其发展

1.2 国内外数据采集系统研究现状

1.3 PCI-E总线应用现状

1.4 可编程逻辑器件的发展及现状

1.5 本论文研究内容及目标

1.6 论文章节安排

第2章 硬件设计

2.1 硬件方案设计

2.2 硬件顶层电路图

2.3 电源模块

2.4 接线端子模块

2.5 模拟通道电路

2.6 数字通道电路

2.7 SDRAM存储电路

2.8 PCI-E桥接模块

2.9 FPGA主控电路

2.10 PCB图

2.11 本章小结

第3章 软件设计

3.1 采集系统控制模块方案框图

3.2 PLL模块

3.3 数据处理模块

3.4 SDRAM控制模块

3.5 本地总线控制器

3.6 本章小结

第4章 设备驱动程序

4.1 驱动程序开发环境

4.2Window I/O组成

4.3 WDF驱动程序模型

4.4 IRP处理

4.5 驱动程序功能实现

4.6 本章小结

第5章 系统测试及分析

5.1 硬件调试环境

5.2 调试方法及结果

5.3 实验结果分析

5.4 本章小结

第6章 总结

6.1 研究成果总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢