基于CF接口的便携式数据采集系统

论文摘要

本文提出了一种基于CompactFlash(CF)接口的便携式数据采集系统的设计方案，采用可编程逻辑器件实现CF接口控制及数据采集控制：CF接口部分实现与上位机的数据传送，数据采集控制部分完成量程变换、模数转换控制等功能。上位机基于CF接口与下位机进行数据通信，给下位机发送量程控制字、数据采集参数等命令，采用中断方式接收下位机采集过来的数据并进行处理，下位机只完成数据的采集。这种方案最大的优势是上位机端的数据处理软件易于修改，以面向不同的应用。目前基于CF接口的设计采用专用芯片实现接口控制，由FPGA、DSP等实现逻辑功能，这种多芯片方案虽然设计简单，但成本高，功耗大。本课题首先根据CF规范，设计了一种基于可编辑逻辑器件的CF卡端接口，实现了存储器模式和I／O模式两种传输方式的接口设计，并在此基础上完成了数据采集系统的设计。相比较传统方案，本方案设计灵活，系统成本和功耗更低。此外，本课题设计的基于可编辑逻辑器件的CF卡端接口具有通用性，在此基础上可实现其它多种基于CF接口的便携式I／O设备。本课题完成的数据采集系统中，用于逻辑控制的可编程逻辑器件采用了FPGA和CPLD两种实现方案。在完成系统的硬件和软件设计后，对系统进行了测试，结果表明系统成功地实现了数据采集、处理、显示和控制，采用CPLD作为本设计的逻辑控制在系统功耗方面具有明显的优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的背景及意义
• 1.2 便携式数据采集系统的发展现状
• 1.3 论文研究的主要内容
• 2 CF接口介绍
• 2.1 CF卡基本特性
• 2.1.1 CF卡的尺寸
• 2.1.2 CF卡的电源
• 2.1.3 CF卡内部结构及外围接口方式
• 2.2 CF接口信号定义
• 2.3 CF卡空间寻址
• 2.3.1 CF卡的属性存储空间
• 2.3.1.1 卡配置寄存器
• 2.3.1.2 CIS
• 2.3.2 CF接口的I/O模式
• 2.4 CF卡上电过程
• 2.5 CF-ATA与PCMCIA-ATA的区别
• 3 系统方案设计
• 3.1 设计指标及分析
• 3.2 硬件方案设计
• 3.3 软件方案设计
• 4 系统硬件设计
• 4.1 信号调理
• 4.1.1 电阻分压
• 4.1.2 自动增益控制
• 4.2 模数转换
• 4.3 逻辑控制
• 4.3.1 采样速率控制
• 4.3.2 CF接口控制
• 4.3.3 FPGA和CPLD实现逻辑控制的对比
• 4.4 电源管理
• 4.5 其它
• 4.5.1 FPGA/CPLD下载电缆
• 4.5.2 FPGA上电自动配置
• 4.5.3 FIFO
• 4.5.4 电平转换
• 4.6 电路设计及PCB设计
• 4.6.1 电路设计
• 4.6.2 PCB设计
• 5 软件设计
• 5.1 驱动程序
• 5.2 应用软件
• 6 实验结果
• 6.1 信号调理部分
• 6.2 模数转换部分
• 6.3 接口控制部分
• 6.4 系统整体功能测试
• 6.5 系统功耗分析
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在校学习期间所发表的论文