基于PCI总线的DAQ卡研制及测控应用

　　基于DAQ(数据采集)板卡和信号调理电路为仪器硬件所组成的PC-DAQ测控系统，是整个测控系统中的一个重要的组成部分。本文结合PCI总线工作原理和特性，首先简要讲述了基于PCI总线DAQ板卡的设计结构，然后对带有GPIB[1]接口DAQ卡的硬件原理设计、DLL驱动软件设计做了详细的讨论。

　　1 基于PCI总线DAQ卡的设计结构

　　基于PC-DAQ[2]组成虚拟仪器测控系统，通用的构建方法是在计算机上插入数据采集(DAQ)卡，并由驱动软件驱动硬件，通过应用程序构建虚拟面板和发送通讯命令。因此，在该系统中，实现基于PCI总线数据采集(DAQ)卡的软硬件设计，是核心内容。

　　基于PCI总线的DAQ卡，在设计实现上，分为两个部分：硬件电路的设计和软件驱动程序的实现。由于DAQ卡是基于PCI总线的，因此，在硬件上，包括实现PCI总线的接口电路和实现数据采集及处理的虚拟仪器功能电路两部分。驱动软件部分，则是实现计算机和硬件板卡之间的通讯，把所采集的数据存储到计算机内存中。

图1基于PCI总线DAQ卡的软硬件设计结构图

　　2 GPIB接口卡的硬件设计与实现

　　带有GPIB接口的DAQ卡，在硬件功能上，需要实现三个部分：PCI总线接口、PCI设备的即插即用和GPIB功能接口电路。

　　2.1 PCI总线接口协议的实现

　　在该系统的硬件设计中，选用了PLX公司的专用接口芯片PCI9052作为实现PCI总线的桥接芯片。PCI9052对于PCI总线和局部总线转换提供了无缝链接。因此，在硬件实现上，只需要对PCI总线引脚和PCI9052引脚做一一对应连接即可。

　　2.2 即插即用的实现

　　PCI总线提供了即插即用的功能，从而使得操作系统在启动过程中根据检测到的配置空间寄存器参数，自动为硬件分配各种资源，实现了硬件设备的资源自动配置。

　　PCI总线的即插即用，对于使用专用集成芯片设计的板卡，主要是通过设置PCI桥接芯片内部的配置寄存器内容来实现的。实现的方法有两种：通过软件在线编程修改桥接芯片中配置寄存器内容和使用烧写器修改串行EEPROM内容。

　　2.3 接口功能电路的实现

　　对于GPIB功能电路，为了实现GPIB总线接口协议，本设计中采用了德州仪器生产的专用接口芯片DS75160和DS75162以及74LS375芯片来实现。DS7560和DS75162是专门针对于实现GPIB功能电路的集成芯片。

　　2.4 接口卡电路的实现

　　GPIB接口卡的电路包括原理图和印刷版电路两部分。

　　2.4.1 原理图设计与实现

　　硬件板卡电路原理如图2所示。在下图中，PCI9052用于实现PCI总线接口各种时序电路，EEPROM为93LC46B，用于实现PCI板卡的即插即用功能，外围芯片74LS688[13]实现地址片选，8255用于实现局部的I/O资源，GPIB功能电路实现接口协议。