PCI-E数字化仪研制

论文摘要

数字化仪是一种能够采集模拟信号,并对采集后的信号进行分析与处理的仪器,在各领域中有着广泛的应用。PCI Express总线是一种新型的低成本串行互连总线技术,它能提供高带宽和高可靠性的数据传输。目前市面上还没有PCI-E总线的数字化仪产品,因此研制PCI-E数字化仪具有重要的实际意义。本设计在硬件上利用PLX公司的PEX8311设计了PCI-E接口电路,选用高速数模转换芯片AD9430及DDRII动态RAM设计了高速采集与高速大容量数据缓存电路,设计了具有程控能力的模拟通道。为了提高了数字化仪的集成度和可靠性,利用单片FPGA作为板上控制核心实现了数据采集控制、多通道数据缓存管理以及与PCI-E接口的通讯,利用IP核设计了DDRII动态RAM控制器。用DDK开发了驱动程序,实现了计算机对数字化仪板卡控制和高效数据读取。以Visual studio.Net为平台,开发了具有FFT分析、功率谱分析、动态数据波形显示及文件存储能力的应用软件。采用多线程技术,实现了应用程序的快速响应和高效运行。实际测试及运行结果表明,本设计原理分析正确,研制的数字化仪具有4个独立并行的采集通道,最高采样率可达100MS/s,支持FFT、功率谱分析及波形显示等功能,工作稳定可靠,各项功能与指标基本满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 PCI-E总线技术简介
• 1.3 数字化仪概述
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 主要研究内容
• 1.6 文章结构
• 第2章 总体方案
• 2.1 数字化仪功能与技术指标
• 2.1.1 数字化仪总体功能
• 2.1.2 数字化仪技术指标
• 2.2 硬件总体方案
• 2.2.1 PCI-E接口方案选择
• 2.2.2 模拟输入通道方案
• 2.2.3 缓存方案选择
• 2.2.4 控制器方案选择
• 2.3 软件设计方案
• 2.3.1 驱动程序方案
• 2.3.2 用户应用程序方案
• 2.4 本章小节
• 第3章 硬件设计
• 3.1 PCI-E总线接口设计
• 3.2 模拟信号调理电路
• 3.2.1 阻抗匹配
• 3.2.2 程控放大电路
• 3.2.3 单端变差分及滤波电路
• 3.3 AD电路设计
• 3.4 DDR2 存储器电路设计
• 3.5 FPGA逻辑设计
• 3.5.1 本地总线接口逻辑
• 3.5.2 AD控制器
• 3.5.3 DDR2 控制器
• 3.5.4 数据读写管理器
• 3.6 本章小节
• 第4章 软件设计
• 4.1 驱动程序设计
• 4.1.1 WDM驱动程序介绍
• 4.1.2 驱动程序的功能实现
• 4.2 应用软件设计
• 4.2.1 需求分析
• 4.2.2 详细设计
• 4.3 本章小节
• 第5章 调试与测试
• 5.1 调试方法
• 5.2 测试
• 5.2.1 测试方法
• 5.2.2 测试结果及分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢