2017毕业论文-基于dsp的pci采集卡设计

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1、南京工程学院南京工程学院 自自动动化学院化学院 本科毕业设计（论文） 题目： 基于基于 DSP 的的 PCI 采集卡采集卡设计设计 专 业： 自自动动化（化（测测控技控技术术与与仪仪器）器） 班 级： 测测控控 031 学 号： 203030610 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 2007.32007.6 设计地点： 实实 验验 楼楼 _ Graduation Design (Thesis) The Acquisition System Based On DSP Data Acquisition; PCI BUS; Dual-Ports Static RAM; AD; DA 目目 录录 第

2、第一一章章 绪绪 论论.1 1 1.1 引言 .1 1.1.1 数据采集系统简介1 1.1.2 数据采集系统的基本结构2 1.1.3 微机数据采集系统的历史及其发展 2 1.2 数字信号处理器的基本结构和特点2 1.2.1 数字信号处理器的基本结构2 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 1.2.2 数字信号处理器的特点3 1.2.3 数字信号处理器系统的构成及特点 3 1.2.4 DSP 系统的设计过程 .4 1.3 PCI 总线简介及其特点 .4 1.3.1 PCI 总线简介 4 1.3.2 PCI 总线的特点 5 1.3.3 由 DSP 为核心的 PCI 数据采集系统的特点 .5

3、1.4 论文的主要研究内容和组织结构.6 1.4.1 论文的主要研究内容 .6 1.4.2 论文的主要章节安排 .6 第第二二章章 数数据据采采集集系系统统的的基基本本结结构构介介绍绍 .7 7 第第三三章章 数数据据采采集集系系统统硬硬件件设设计计 .9 9 3.1 电源设计 .9 3.1.1 电源电压和电流要求 .9 3.1.2 TMS320VC5409 电源电压的产生.9 3.2 模数转换模块设计.12 3.3 程序存储器扩展模块设计 .13 3.3.1 程序存储器的工作方式.13 3.3.2 扩展程序存储器 14 3.4 数模转换模块设计 15 3.5 数据存储器扩展模块设计 17 3

4、.6 PCI 接口设计 18 3.6.1 PCI 简介 .18 3.6.2 PCI 接口芯片 CH365 简介 19 3.6.3 CH365 工作模式设定 19 3.6.4 CH365 寄存器设置 19 3.6.5 CH365 的一般应用 20 3.6.6 CH365 扩展 ROM .20 3.6.7 CH365 扩展数据存储器 21 3.7 JTAG 仿真接口设计 22 3.8 其他电路设计 23 第第四四章章 系系统统软软件件设设计计与与流流程程图图 .25 4.1 DSP 软件设计的内容 25 4.2 模块化设计与程序段的编写 .25 4.2.1 DSP 芯片初始化与设置 25 4.2.

5、2 主程序设计流程图 26 4.2.3 AD 转换程序设计流程 .27 4.3 软件集成开发环境 CCS 简介及设置 28 4.4 DSP 初始化程序和 AD 程序调试 29 4.5 调试过程中遇到的编译错误及其修改方法31 第第五五章章 系系统统硬硬件件调调试试和和软软件件调调试试 32 5.1 电源时钟调试 32 5.2 程序存储器 Flash 调试 .32 5.3 AD 转换 TLV1571 调试 .33 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 5.4 DA 转换 TLC7528 调试 .33 5.5 数据存储器调试 34 5.6 AD/DA 联合调试 34 5.7 PCI 接口芯片

6、调试 34 第第六六章章 总总结结 35 6.1 已完成的工作和取得的成果.35 6.2 进一步研究方向和不足 .35 致 谢 36 参考文献 .37 附录 A：英文资料 38 附录 B：英文资料翻译 41 附录 C：原理图与 PCB 图 44 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 1 第一章第一章 绪绪 论论 1 1. .1 1 引引言言 在现代测控技术领域，数据采集设计是测控系统中一个很重要的部分，而 数据采集系统与主机的通讯基本上是采用总线式通讯。在总线式的通讯中，通 常存在 ISA,PCI，CPCI,1394 等通讯标准。PCI 并行总线具有能很好的与主机实 现通讯的能力，而且在

7、 PC 机的主板上也有相应的 PCI 插槽。因此，基于 PCI 总 线的数据采集卡与采用其他通讯方式的数据采集卡有很好的优势。 在数据采集的设计方面，可以采用以单片机为核心和扩展 A/D 转换器来实 现数据采集卡的设计，但是由于单片机的数据处理能力有限，使得由它组成的 数据采集卡很难完成现代实时测控系统的设计和应用需要。 数字信号处理器，也称 DSP 芯片，是针对数字信号处理需要而设计的一种 具有特殊结构的微处理器，它是现代电子技术，计算机技术和数字信号处理技 术相结合的产物。随着信息处理技术的飞速发展，数字信号处理技术已逐渐发 展成为一门主流技术，它在电子信息，通信，无线电，自动控制，仪器仪

8、表， 信息家电，航空航天，工业测量，控制，生物医药工程及军事等许许多多需要 实时测量与控制的领域。 数字信号处理器由于运算速度快，具有可编程性和接口灵活的特点，使得 它在许多电子产品的研制，开发与应用中，发挥着越来越重要的作用。采用 DSP 芯片来实现数字信号处理更是当前的发展趋势。 1.1.11.1.1 数据采集系统简介数据采集系统简介 数据采集技术已在非电量检测 ，通讯，雷达，遥测，勘探，智能仪器 ， 工业自动控制等 领域有着广泛的应用 。例如化工企业中用计算机控制生产 过程时，首先由传感器对生产过程中有关 参数，如温度，压力，位移等进 行检测，然后这些参数经转换电路变换为工业计算机所要求

9、的电流或电压等 标准模拟信号 。这些模拟信号 经采样-保持电路按一定周期 ，一定次序逐 个采样，并经过放大、滤波电路、 A/D 转换电路转换成相应的数字 信号， 再将这些数字 信号输入计算机 。然后计算机运行相应程序对采集的信息进 行综合分析 ，计算，判断，并将其处理结果传送到各种执行机构 ，伺服机 构，就能实现各种复杂过程和系统的自动检测 、自动控制和自动调整 ，这 样就可由计算机自动 控制整个生产过程 。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 2 1 1. .1 1. .2 2 数数据据采采集集系系统统的的基基本本结结构构 一般的数据采集系统的基本结构框图如下： 图 1.1 数据采集

10、系统的基本结构 数据采集：为 了对温度、压力、流量、速度、位移、振动、噪声等物 理量进行 测量和控制 ，首先通过传感器把上述物理量转换成模拟电信号， 而后由 A/DD/A 板将模拟电信号转换成时间、数值上量化且离散的数字量 输入计算机系统。数据采集的核心是A/D 转换。数据处理：计算机根据 测 控对象的需要，对采集到的数据进行数学分析运算，处理结果一方面送至显 示器、打印机等外设，一方面由A/DD/A 板将数字量转换成模拟电信号输 出，对外部物理量进行实时 控制。数据处理的核心是数值处理和D/A 转换。 1 1. .1 1. .3 3 微微机机数数据据采采集集系系统统 的的历历史史及及其其发发

11、展展 微机数据采集 系统是计算机应用的一个重要分支，主要研究 数据信息 的采集、存储、处理以及控制等内容。自20 世纪 70 年代以来，由于微机 技术的快速发展及微机技术在军事领域 、民用工程、 工业自动化领域的广 泛应用，尤其 是通用微型计算机（例如： IBM PC 机系列）使用的板卡级数 据采集产品的大量出现 ，使得以微型计算机为核心的可编程数据采集与处 理技术得到迅速发展， 出现了大量的以 各种计算机 总线作为数据采集卡与 个人计算机（ PC）通讯的数据采集卡。现在的微机，只需要在其扩展槽内 插上一块数据采集卡，并辅以相关应用软件，即可组成一套微机数据采集与 处理系统，实现各种数据信息的

12、实时处理和实时控制功能。 1 1. .2 2 数数字字信信号号处处理理器器的的基基本本结结构构和和特特点点 1 1. .2 2. .1 1 数数字字信信号号处处理理器器的的基基本本结结构构 数字信号处理器件可分为两大类：一类专门用于数字信号处理，例如： FFT、FIR 滤波、卷积等 运算的芯片，称为专用 DSP 芯片；另一类 则可以 通过编程完成各种用户 需求的信息处理任务的芯片，称为通用 数字信号处 理器件。 TMS320VC54xx 系列芯片是 TI 公司为实现低功耗、高速数字信号 处 数据采 集电路 信号处 理电路 A/D 转 换电路 计算机 处理 I/O 输 出电路 D/A 转 换电路

13、 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 3 理而专门设计的 16 位定点数字信号处理器。采用改进 哈佛结构，具有高 度的操作灵活性和运行速度，适用于远程通讯、数据采集等实时嵌入式系统 应用的需要。 TMS320C54xx 系列 DSP 芯片种类很多，但结构基本相同，主要由中央 处理器 CPU、内部总线控制、特殊功能寄存器、数据存储器RAM、程序存 储器 ROM、I/O 接口扩展功能、串行口、 HPI 主机通讯接口、定时器、中断 系统等 10 个部分组成，其内部结构如图1.2 所示： 图 1.2 TMS320C54x DSP 内部结构 1 1. .2 2. .2 2 数数字字信信号号处处理

14、理器器的的特特点点 由于数字信号处理器 DSP 芯片具有体积小、成本低、易于产品化、可 靠性高、易扩展及方便的实现多机分布式并行处理等性能，所以在航空航天、 工业控制、医疗设备、数据采集及科学研究等各个领域获得了越来越广泛的 应用。数字信号处理器的特点如下：高速、高精度运算能力；强大的数据 通信能力 ；灵活的可编程性 ；低功耗设计。 1 1. .2 2. .3 3 数数字字信信号号处处理理器器系系统统的的构构成成及及特特点点 一个典型的 DSP 系统应包括抗混叠滤波器、数据采集A/D 转换器、数 字信号处理器 DSP、D/A 转换器和低通滤波器等，其组成框图如图1.3 所 示： 南京工程学院自

15、动化学院本科毕业设计（论文） 4 图 1.3 典型的 DSP 系统组成框图 数字信号处理系统是以数字信号处理为基础，因此具有数字信号处理的 全部优点：接口方便、编程方便、具有高速性、稳定性号、精度高、可重复 性好和集成方便等优点。 1 1. .2 2. .4 4 D DS SP P 系系统统的的设设计计过过程程 对于一个 DSP 应用系统，其设计的过程如图1.4 所示。依据设计过程， 其设计步骤可分为如下几个阶段： 图 1.4 DSP 系统设计流程 设计步骤为：明确设计任务，确定设计目标；算法模拟，确定性能指标； 选择 DSP 芯片和外围芯片；设计实时的DSP 应用系统；硬件和软件调试； 系统

16、集成和测试。 1 1. .3 3 P PC CI I 总总线线简简介介及及其其特特点点 1 1. .3 3. .1 1 P PC CI I 总总线线简简介介 PCI 总线是一种能为主 CPU 及外设提供高性能数据总线的32/64 位的 局部总线 ，非常适合于显示卡、网卡、声卡、多串口卡、数据采集卡等高速 外设，它正迅速取代原来的ISA 总线的主导地位，成为微型计算机系统的 主流总线。与其他计算机总线相比， PCI 总线不仅传输速率更快（最高工 作频率可达 33MHz,其峰值吞吐率在 32 位时为 132Mb/s） ，而且具有一个独 立的配置地址空间，从而实现参数自动配置，使所有与PCI 兼容的设备实 现真正的即插即用（ PLUG&PLAY） 。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 5 1 1. .3 3. .2 2 P PC CI I 总总线线的的特特点点 PCI 总线具有如下特点：数据总线32 位，可扩展到 64 位；可进行突发 式传输；总线操作与处理器存储器子系统操作并行；总线