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1、基于PC104的数据收集系统的研究与实现ronggang导语：本文基于PCM-3350型PC104嵌入式开发平台，采用MAX1308AD转换芯片,设计了一个16通道，最高收集速度可达1Msps,分辨率为12bit,可以进展通道扫描收集和单通道收集的数据收集系统摘要：本文基于PCM-3350型PC104嵌入式开发平台，采用MAX1308AD转换芯片,设计了一个16通道，最高收集速度可达1Msps,分辨率为12bit,可以进展通道扫描收集和单通道收集的数据收集系统，本设计的重点是运用CPLD作为主控芯片对数据收集卡进展控制。关键词：嵌入式系统,PC104,数据收集,大规模可编程逻辑器件随着科技和经
2、济的开展，嵌入式系统已经被广泛应用到家用市场、工业市场、贸易市场、通讯市场和国防市场。PC104是一种嵌入式平台，该平台与IBM的PC机兼容，具有灵敏的可扩展性，其小巧的尺寸非常合适嵌入式系统的应用。当代的数据收集要求高速，高精度，需要一个处理才能强的嵌入式平台，PC104正好符合这一要求。本文基于PCM-3350型PC104嵌入式开发平台，采用MAX1308AD转换芯片,设计了一个16通道，最高收集速度可达1Msps,分辨率为12bit,可以进展通道扫描收集和单通道收集的数据收集系统。2数据收集系统设计数据收集系统主要由放大电路、光耦隔离电路、多路选择开关、带采样保持器的AD模数转换器、时钟
3、电路、CPLD控制电路、数据缓存FIFO等局部组成，总构造框图如图1所示：align=center图1数据收集系统总体框图/align2.1A/D转换数据收集电路A/D转换选用max1308AD芯片，它是一种采样速率最高可达1Msps，分辨率为12bit的收集芯片，多达8个通道的同时采样，+5V模拟电源，+3V至+5V数字电源，其硬件系统连接如图2所示：align=center图2max1308AD硬件连接/align2.2FIFO存储电路FIFO电路芯片选用IDT公司的IDT7203，它是一个双端口的存储缓冲芯片，具有20489的存储构造，具有12ns的高速存取时间，构造简单，便于操纵，并具
4、有控制端、标志端、扩展端和内部RAM阵列，内部读、写指针在先进先出的根底上可进展数据的自动写入和读出。2.3CPLD控制电路设计CPLDEPM7160STC100-6的设计是本收集系统的核心，它可以对PC104地址总线进展译码，所产生的逻辑控制信号对各个单元的工作状态起控制作用。数据的读取可以采用查询的方式。当FIFO的空标号有效时，就产生一个中断，使主机停顿对FIFO的读取。在PC104ISA局部，用到ISA的16位数据总线D0.15。A0.9是PC104的地址总线;IOW和IOR是对指定设备的读写信号;AEN是允许DMA控制地址总线、数据总线及读写命令线进展DMA传输及对存储器和IO设备的
5、读写。系统工作流程如图3所示：align=center图3系统工作流程/align数据收集系统的工作逻辑框图如图4所示：align=center图4数据收集系统的逻辑框图/align其中，地址译码、控制器：只有地址选中该模块时，A/D才能工作，同时使PC104工作在16位数据线方式，A0到A3分别控制着转换通道的选择;启动触发器：用于控制A/D转换的启动，其操纵通过写信号和CONVST等信号进展;中断响应存放器：用于查询A/D转换完毕，FIFO为空引起的中断。启动触发器和中断响应存放器都位于状态控制器内部;读数据存放器：当FIFO不为空，在FIFO中的转换结果直接进人数据总线，第12位到15位
6、由CPLD提供，使数据与其相等再进入16位数据总线，完成整个转换经过。2.4收集卡的地址分配由于该数据收集卡是作为PC104的标准外设进展工作的。PC104规定，外设的操纵地址为A9:0,在系统软件设计中要防止地址冲突。PC104中使用A0A9地址位来表示I/O端口地址，即可有1024个口地址，前512个供系统板使用，后512个供扩大插槽使用，当A9=0时表示为系统板上的口地址;当A9=1时表示扩大插槽接口卡上的口地址2。因此本收集的的板卡地址由A9:3来确定，偏移地址由地址线的A2:0所确定，选择该地址就意味着相应的操纵，CPLD对地址经过译码后就产生相应的控制。对于板卡的地址，为了方便，还
7、可在板卡上设置跳线。收集卡的基地址分配和译码地址分配见表1，本文设计的数据收集卡的地址范围是：2E0H2F7H，不会发生地址冲突。align=center表1：数据收集卡的地址分配及译码/align2.5其他局部电路设计由于MAX1308内部含有多路模拟开关，因此，采用2片MAX1308就可以进展16个通道的同时采样。硬件方面，为了减少延时，进步速度，将CPLD或者FIFO和数据收集局部集中到一块四层印制电路板，然后通过连接器连接到PC104。电源局部应将数字电源和模拟电源分开。考虑到对于A/D转换的精度、稳定，使用6N137光耦隔离。3PC104平台PC104平台硬件采用PC/104总线标准
8、构造设计的产品PCM一3350主板。它是研华新一代高速低耗PC/104系列的代表产品。控制器模块包括一个主控32位微处理器单元，具有32MRAM和内置的非易失存储器用于数据和程序存储，提供VGA，LCD显示器接口;该模块还具有一系列标准通讯口进而提供多种通讯方式，包括串行通讯RS232，RS485、以太网等以及一个PC104总线接口。4软件设计由于PC104CPU模块支持可读写的固态盘，这种以半导体存储设备来代替通常使用的磁盘驱动器，可以大大进步系统的可靠性，降低系统的功耗和本钱。本系统中，根据固态盘的特点，操纵系统软件采用DOS6.22，以TuborC2.O作为开发环境，应用程序采用C语言和
9、汇编语言相结合来实现除此在编写软件时，首先要设置好I/0板卡的基地址，再根据基地址来确认其他外围存放器端口地址，包括读写端口、控制字和通道选择等地址。5完毕语数据收集技术是信息科学的重要组成局部，已广泛应用于国民经济和国防建立的各个领域，并且随着科学技术的开展，数据收集技术将有广阔的开展前景。本文基于PC104的嵌入式平台，采用MAX1308AD转换芯片，设计了一个16通道，最高收集速度可达1Msps，分辨率为12bit的数据收集系统，由于其小型化易携带的特点，此数据收集系统可方便地用于野外作业。另外，随着PC104参加嵌入式领域，嵌入式系统的设计者就可以使用于桌面PC所兼容的软件。PC104
10、已经被广阔用户证实是嵌入式领域的理想解决方案，尤其当它结合了PCI总线之后，它将如虎添翼。PC/104的开展前景非常看好，“堆栈型PC的前途无限光明。本文作者创新点：把各个电路模块的控制信号集中到一片CPLD芯片上，采用柔性电路设计方法，增强了电路设计的灵敏性和可开发性。1美WayneWolF著,孙玉芳等译.嵌入式计算系统设计原理M.北京:机械工业出版社,2002：136.2王少，吕超.嵌入式计算机模块PC104在工程中的应用J.光电技术应用.20035：4850.3张丕壮.超声检测系统中数据收集电路的柔性设计J.测试技术学报.20052:226229.4沈羽，齐伟，民张毅.实时高速数据收集与存储系统的一种实现方法J.微计算机信息.20061：8385.5PC/104EmbeddedConsortium,PC/104SpecificationVersion2.5S,November2003.6肖忠祥,孟开元等.数据收集原理M.西安：西北工业大学出版社,2001：110.0