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灸准郑
5 years ago
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1 基于 PCI-1716 的高速数据采集系统设计叶果李威王禹桥杨雪锋 ( 中国矿业大学机电学院, 江苏徐州 ) 江苏省自然科学基金项目名称 : 地铁金属结构腐蚀监督的光波导传感方法的研究基金编号 :BK 项目申请人 : 李威摘要 : 介绍了一种基于 PCI-1716 的高速数据采集系统设计方案系统以 PCI-1716 高速数据采集卡为硬件平台, 借助研华 32 位 DLL 驱动程序接口, 采用 Borland 公司的 C++ Builder 高级语言编程对 PCI-1716 进行硬件驱动和控制, 实现了数据高速采集传输和存储该系统可广泛应用于多种高速数据采集领域, 具有良好的通用性和可扩展性关键词 :PCI-1716; 高速数据采集 ; 研华 DLL 驱动 ; 中断触发中图分类号 :TP39 文献标识码 :B A Design for High Speed Data Acquisition System Based on PCI-1716 YE Guo,LI Wei,WANG Yu-qiao,YANG Xue-Feng (School of Mechatronics Engineering,China University of Mining and Technology, Xuzhou ,China) Abstract:A design proposal for high speed data acquisition system is described. Advantech PCI-1716 is used as the hardware platform of the system. Under its drive and control of programs developed with Borland C++ Builder 6.0, the I/O operations of PCI-1716 is performed, which makes high speed data acquisition,data transfer and storage available. The system can be widely used in many applications and it has good commonality as well as extensibility. Keywords:PCI-1716;High Speed Data Acquisition;Advantech DLL Driver;interrupt triggering 1 前言随着现代工业生产和科学研究对数据采集要求的日益提高, 高速数据采集技术已经在雷达声纳瞬态信号测量等领域得到广泛应用设计一个高速数据采集系统应满足以下两个基本性能要求 : 一是高速性, 现在高速数据采集通常要求达到几十甚至几百 MSPS 的采样速度, 因此需要采用高速 ADC 技术和高速缓存技术来保证采样和数据传输的高速性 ; 二是大容量, 高速数据采集必然带来巨大的数据流量, 一个 4 通道 20MH 采样率 16 位精度数据采集系统采样 0.1s 将产生 16M 的数据量, 所以需要采用海量缓存来解决采样数据的存储问题 PCI-1716 是 Advantech( 研华 ) 公司推出的一款高分辨率多功能 PCI 数据采集卡它采用 16 位的 A/D 转换器,1K 的 FIFO 缓冲器, 能够达到 250KS/s 的采样速率 PCI-1716 可以提供 16 路单端模拟量输入或 8 路差分模拟量输入, 可以单一使用也可以组合输入它带有 2 个 16 位 D/A 输出通道 16 路数字量输入 / 输出通道和 1 个 10MHz 的 16 位计数器通道以 PCI-1716 为硬件平台, 通过 32 位 33MHz 的 PCI 总线与工控机相连, 利用工控机的 512M 内存作为采样数据的海量缓冲存储器, 借助研华 32 位 DLL 驱动程序提供的接口, 采用 Borland C++ Builder 6.0 高级语言编程, 实现对 PCI-1716 的硬件控制, 完成数据高速采集传输及存储, 构建基于 PCI-1716 的高速数据采集系统 2 系统结构 2.1PCI-1716 功能结构和特点 PCI-1716 是一款 PCI 接口的 16- 路高分辨率多功能数据采集卡 ( 结构框图如图 1 所示 ), 适

2 用于仪器测试图形处理视频数字化处理及声音与振动测试等领域其主要特性如下 : (1)16 路单端或 8 路差分模拟量输入, 或采用单端和差分输入的不同组合方式来完成多通道采样 ; (2) 各输入通道的增益可独立设置, 输入范围包括 ±10V,±5V,0~5V,0~10V 等用户可通过软件选择最适合被测信号的电压范围, 各通道增益可独立编程, 并且每个通道不同的增益值及配置会存储到卡上的 SRAM 中 ; (3) 自动通道 / 增益扫描, 板上的自动通道 / 增益扫描电路在采样时自动完成对多路选通开关的控制 ; (4) 对于 A/D 转换,PCI-1716 支持三种触发模式 : 软件触发内部定时器触发和外部定时器触发 (5) 板卡采样速率可达 250KS/s, 支持 32 位 PCI 总线控制 DMA 数据传送方式 ; (6) 提供研华专属的板卡及板卡装置识别码, 当用户同时插入多张板卡时, 可做硬件组态设定, 轻易辨识每张板卡, 便于系统扩展 PCI 总线 PCI 控制器地址总线地址解码器计数器 10MHz OSC 中断发生器 1K FIFO 数据总线 ADC 控制逻辑步长模拟输入 (16 路 ) 16 位 A/D PGLA 16 位 A/D 图 1 PCI-1716 功能结构框图 2.2 系统构成基于 PCI-1716 的通用高速数据采集系统结构如图 2 所示 : 图 2

3 基于 PCI-1716 的高速数据采集系统结构框图传感器采集的现场信号经滤波器滤波后进入 PCI-1716 板卡, 卡上前端衰减放大电路对信号进行信号调理, 调理后得信号进入 A/D 转换器进行高速模数转换转换数据首先暂存在板卡的 1K 板载 FIFO 中, 当 FIFO 半满或全满时产生一个中断, 设备驱动接收到中断后会发送事件告知用户当前采样状态, 将数据从 FIFO 输出到内部缓冲区中内部缓冲区作为高速数据采集系统的海量缓存和用户缓冲区一样都是数据采集程序动态分配给驱动程序使用的两块内存区域区别在于内部缓冲区存放的是从 FIFO 中取出来的原始值, 用户缓冲区存放的是经转换之后的电压值在进行长时间高速数据采集时,PCI-1716 多采用循环方式在此方式下, 启动一次采集过程能进行无数次的 A/D 转换此时内部缓冲区分成前后对等的两个半区使用, 当前半区填满后就将此半区数据向用户缓冲区传送, 同时将新转换的数据放在内部缓冲区的后半部分当后半区填满后将此半区的数据向用户缓冲区传送同时自动将新转换的数据放到早已传输完毕的前半个缓冲区, 以此种方式循环采集内部缓冲区和用户缓冲区的数据可以在程序控制下以文件的形式保存到工控机的高速 SCSI 硬盘中, 实现采集数据的永久性存储, 便于后期的数据分析处理 3. 软件设计 Advantech( 研华 ) 为其多种板卡开发了通用的 Advantech DLL Driver 驱动软件, 其中的 ADSAPI32.Lib 为用户提供了能对硬件设备直接 I/O 操作的函数, 便于用户方便快速的开发上位机监控程序首先简要介绍一下与本系统有关的几个关键函数 : DRV_SelectDevice(): 显示设备列表对话框, 供用户选择已安装的设备, 并得到选中设备的设备号 ( 在研华设备管理器 Advantech Device Manager 中的编号 ) 和关于该设备的一些描述信息 DRV_DeviceOpen(): 通过指定的设备号 (DeviceNum) 来打开一个已经安装的设备, 返回设备句柄 DriverHandle 以备后续操作与指定设备相关的所有操作都必须使用指向该设备的句柄 (DriverHandle), 所以用户在使用与设备所分配资源相关的任何一项操作, 如 DIO AO AI 等之前, 必须先调用此函数 DRV_DeviceClose(): 关闭由设备句柄 DriverHandle 指向的设备, 释放为该设备分配的资源所有与设备分配资源相关的操作, 如 :DIO AO AI 等完成后需要关闭该设备, 以释放由函数 DRV_DeviceOpen 为该设备分配的资源 DRV DeviceGetFeatures(): 该函数从 DRV_DeviceOpen() 打开的设备中获取相关的设备信息, 指明设备特征信息的存储地址和存储空间大小等 DRV_DeviceGetProperty(): 在设备句柄 DriverHandle 指向的设备上, 使用预定义的属性 ID(nPropertyID) 获取设备属性 Advantech DLL Driver 为 BCB 用户提供了 Adsapi32bcb.Lib 库文件和 Driver.h 头文件, 在这些文件中声明了有关常量变量 DLL 函数及相应的结构用户编程时, 只需将 Adsapi32bcb.lib 及 Driver.h 导入正确的文件夹或设置正确的路径, 就可省去自己声明 DLL 函数的麻烦在 PCI-1716 启动 A/D 进行高速数据采集前, 首先要获取用户对板卡的初始化设置信息 ( 流程图如图 3 所示 ), 将设置信息保存到设置缓冲区相应的位置需要用户设置的信息有 : 电压输入范围 (Input Range) Pacer Rate 采样通道(Start Channel Channel Count) 转换数目 (Conversion Number) 延迟脉冲数(Delay Count) 事件数(Event Count) 过运行时间 (Overrun Time) 时钟源(Clock Source) 触发源(Trigger Source) 触发电压(Trigger Voltage) 触发源类型(Trigger Source Type) 触发模式 (Trigger Mode) 重复模式 (Repeated Mode) 数据类型(Data Type) 以及各通道增益设置

4 图 3 PCI-1716 初始化流程图初始化完成后, 方可启动 A/D 进行高速数据转换, 以中断方式将转换数据实时地传送到内部缓冲区 PCI-1716 进行高速数据采集的程序流程图如下图 4 所示在调用 DRV_FAIIntStart() 函数启动高速采样前, 推荐事先调用 DRV_EnableEvent() 函数使能事件通知功能接下来可以调用 DRV_CheckEvent() 函数来等待使能的事件通知, 当接收到 Buffer Change 事件后, 对数据进行处理 DRV_FAITerminate() 函数随时都可以被用来中止采样操作当 DRV_FAIIntStart() 函数执行以后,A/D 启动开始进行高速数据转换, 转换的数据首先利用 PCI-1716 的板载 1K FIFO 作为缓冲一旦开始数据采集操作, 必须知道当前的采样状态, 以便及时的把数据从采样缓存中传输到用户缓存允许驱动向用户程序发预定的事件 ( 调用函数 DRV_EnableEvent()), 并等待事件发生的通知 ( 调用 DRV_CheckEvent()), 当得到事件通知后, 调用函数 DRV_FAICheck() 查询当前的数据采集状态, 当有事件发生用户就可以通过调用函数 DRV_FAITransfer() 及时的把数据从采样缓存传输到用户缓存然后保存成文件系统并存储到 SCSI 高速硬盘中图 4 中断方式高速数据采集流程图 4. 结束语本文作者创新点 : 通过基于 PCI-1716 的高速数据采集系统, 以 250KS/s 的采样速率测量钢轨的电位, 对获得的数据以曲线的方式进行实时显示本系统采用研华 PCI-1716 板卡作为高速数据采集系统的硬件平台, 以 BCB 为编程语言, 实现了高速数据采集系统的扩展性和通用性良好, 尤其适合科研院所实验室和固定测试平台场合下使用本系统已经成功应用于南京地铁一号线轨道电位影响因素及限制方法的研究项目项目经济效益 : 大于 10 万元参考文献 : [1]Advantech Inc. PCI-1716 User's Manual,2003.

5 [2] 王梦玲, 王思明. 基于 PCI-1713 和 LabVIEW 的高速数据采集系统设计 [J]. 微计算机信息, 2006,7-1: [3] 刘文君.OSW 系统虚拟示波器的开发研究 [J]. 煤矿机械,2005(11): [4] 于锋, 侯永海等. 基于 PCI-1714 的高速数据采集系统方案设计 [J]. 微计算机信息,2005, 8-1: [5] 王鑫, 郭继燕. 基于 PCI 总线的高速数据采集卡的设计 [J]. 微计算信息,2003,5-1: 作者简介 : 叶果 (1984-), 男 ( 汉族 ), 江苏省淮安市人, 中国矿业大学机电工程学院硕士, 主要从事机电控制智能仪表等方面的工作 Biography: Ye Guo (1984-), male, JiangSu HuaiAn,China University of Mining and Technology, Master, Mechantronics Engineering, research orientation: mechantronics control, intelligent instrument,etc. 注 : 本校图书馆已经订阅了贵刊!

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PCI-1713 1.1...2 1.1.1...2 1.1.2...2 1.1.3...2 1.1.4...2 1.2...2 1.3...3 1.4...3 2.1...4 2.2...4 2.2.1...4 2.2.2...6 2.3... 11 2.3.1... 11 3.1...13 3.1.1...13 3.1.2...14 3.2...15 4.1 4.2...16 4.2.1 ADSOFT/ADTRIG...16