基于DSP技术的PCI数据采集及实时处理卡的设计实现

摘要

数据采集卡在数据采集和测量中被广泛应用。本系统与一般数据采集卡的不同之处在于使用了高性能的DSP芯片,这样使得本数据采集卡不但具有数据的存储功能,还具有对已采集信号的数据的计算和信号处理功能。采用PCI总线增强了板卡与主机之间的数据传输速度,消除了瓶颈。
　　 本文主要介绍一种通用的,采样频率在5M以下的数据采集与实时处理系统的实现。该采集卡实现对被测信号的频域分析,其主要的工作过程为:被测信号经信号调理电路,由16bit的A/D转换成数字信号,在CPLD的时序控制下,存入DSP中,并由DSP对数据的时域数字信号进行FFT变换。最后,DSP中的频谱数据经PCI9030读入计算机并显示出实时频谱。
　　 本系统设计的主要目的是设计一种海中浮游植物粒径分布和浓度现场在线监测系统的数据采集卡,在采集部分需要采集荧光信号和多普勒信号,由于水下的浮游植物并不是有规律的出现,所以荧光信号和多普勒信号的出现具有不可预知性,在本系统的设计中通过DSP中的程序对两个通道中的数据进行预触发检测,当发现脉冲来到后,才开始更大块的数据存储,从而得到两路信号的全包络。由于本系统需要对多普勒信号进行频谱分析,通过DSP强大的信号处理功能,使得任务可以高效完成。
　　 另外本系统也同时提出了一种广义上的数据采集的双通道方案,由于本系统中搭载了DSP芯片,使本系统可以广泛的应用于未来的高速的声光信号的数据采集场合。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 本课题研究意义和目的

1.2 系统介绍

1.3 系统要求指标

1.3.1 技术指标需求

1.3.2 系统功能指标

2 系统总体方案设计

2.1 系统总体方案

2.2 系统的工作原理

2.3 数字信号处理器的选型

2.3.1 DSP芯片的结构特点

2.3.2 DSP芯片的选择

2.3.3 TMS320C6713B介绍

2.4 模数转换器的选型

2.5 逻辑器件的选型

2.5.1 ASIC介绍

2.5.2 PLD简介

2.6 电源芯片的选择

3 数据采集卡的硬件设计

3.1 系统的主要设计思想

3.2 运算放大模块

3.3 模数转换模块设计

3.4 逻辑控制模块

3.5 系统电源模块的设计

3.5.1 模拟部分电源设计

3.5.2 数字部分电源设计

3.6 系统时钟模块设计

3.6.1 DSP的时钟

3.6.2 ADC的时钟和PCI本地时钟

4 DSP开发

4.1 TMS320C6713B内部结构介绍

4.2 TMS320C6713B空间分配

4.3 DSP的复位设置

4.3.1 硬件按键复位

4.4 DSP的仿真接口设计

4.5 DSP外部存储器设计

4.5.1 EMIF接口

4.5.2 FLASH设计

4.5.3 SRAM设计

4.6 双通道的AD的数据采集

4.6.1 数据采集的设计

4.6.2 双通道采集数据结果

4.7 HPI接口设计

4.7.1 HPI接口简介

4.7.2 HPI接口引脚介绍

5 DSP的编程

5.1 DSP的软件设计

5.2 DSP集成编程环境介绍

5.3 DSP中的C语言编程

5.4 FFT算法实现

5.5 DSP程序设计流程

6 PCI总线接口设计

6.1 PCI总线介绍

6.2 PCI芯片的选择

6.3 PCI9030

6.4 EEPROM的设计

6.4.1 硬件电路设计

6.4.2 EEPROM设置

6.4.3 PCI9030调试经验

7 LABWINDOWS程序设计

7.1 LABWINDOWS介绍

7.2 上位机程序的设计

8 测试结果

8.1 信号发生器模拟信号源测试

8.2 信号捕获速度测试

8.3 系统的频率分辨率测试

8.4 系统计算结果精度

9 问题总结与展望

9.1 问题总结

9.2 展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士学位期间发表论文