CN101957806B - 同步串行接口信号的外设组件互连标准采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同步串行接口信号的外设组件互连标准采集装置。包括FPGA模块、PCI桥芯片、SSI驱动芯片、电源模块、PCI总线和外部传感器接口；FPGA模块的一端与SSI驱动芯片连接，另一端经74ALVC164245芯片与PCI桥芯片连接，PCI桥芯片再与PCI总线相连接，外部传感器接口一端与SSI驱动芯片连接，另一端外接四路SSI传感器，电源模块给装置供电，其输入电压+5V由计算机的主板提供。本发明可以对SSI传感器进行数据采集，实现数据的实时快速地传输；同时本发明可以将四路SSI传感器信号集中采集到工业控制计算机上，实现SSI信号收集到工业控制计算机里以便进行集中式控制。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集装置，尤其是涉及一种同步串行接口信号的外设组件互连标准采集装置。
背景技术
随着嵌入式系统的广泛应用，系统内串口通信的需求越来越高，Synchronous Serial Interface(简称SSI)是一种同步串行接口，允许芯片与多种串行设备通信，它是高精度绝对值角度编码器中一种较常用的接口方式，它采用主机主动式读出方式，即在主控者发出的时钟脉冲的控制下，从最高有效位(MSB)开始同步传输数据。SSI信号对噪音的抗干扰性极高，最远距离可达500m，SSI传感器正广泛应用于冶金设备、工程机械、港口机械、新能源以及其他工业自动化领域。
数据采集是数字信号处理中非常重要的环节，很多工业上的测量控制的应用中，需要把各种传感器信号集中采集到工业控制计算机上，而工业控制计算机上最常使用的接口是外设组件互连标准(Peripheral ComponentInterconnection简称PCI)总线接口。SSI信号接口的传感器通常直接接到具有SSI接口的PLC等控制器上，但是近年来越来越多的应用需要直接把SSI接口的传感器连接到工业控制计算机，实现多种传感器集中式采集进行对多种外部设备的反馈控制。在这一工业背景下，对SSI信号进行PCI采集的需求越来越迫切。
发明内容
为了实现工业系统上对SSI这一类传感器进行PCI数据采集，本发明的目的在于提供一种同步串行接口信号的外设组件互连标准采集装置。
本发明采用的技术方案是：
包括FPGA模块、PCI桥芯片、SSI驱动芯片、电源模块、PCI总线和外部传感器接口；FPGA模块的八根信号线F_SSI0_CLK至F_SSI3_CLK和F_SSI0_DATA至F_SSI3_DATA与SSI驱动芯片的八根信号线SSI0_CLK至SSI3_CLK和SSI0_DATA至SSI3_DATA对应连接，FPGA模块的另八根信号线FD1至FD8与74ALVC164245芯片的八根信号线FD1至FD8对应连接，74ALVC164245芯片的另八根信号线LD0至LD7与PCI桥芯片的八根局部总线LD0至LD7对应连接，PCI桥芯片的32根PCI总线AD0至AD31与PCI总线的32根线AD0至AD31对应连接，外部传感器接口一端与SSI驱动芯片连接，另一端外接四路SSI传感器，第一路和第二路传感器分别接到一个DB9接口，第三路和第四路传感器接到同一个DB25接口，电源模块给装置供电，其输入电压+5V由计算机的主板提供。
所述的SSI驱动芯片包括SN75173芯片和SN75174芯片。外部传感器的四路差分SSI数据信号线与SN75173芯片相连，而输出的四路单端CMOS电平数据信号与FPGA的四个I/O端口相连接；FPGA的四个I/O端口输出CMOS电平的时钟信号与SN75174芯片的四路输入时钟信号线连接，SN75174芯片输出的四路差分时钟信号线与外部传感器的四路差分时钟信号线相连接。
所述的FPGA模块以Xilinx公司的SPARTAN系列的FPGA芯片XC3S50为核心，分别与SSI驱动芯片和PCI桥芯片相连接。
所述的PCI桥芯片采用PLX公司的PCI9052接口芯片，PCI桥芯片一端与FPGA模块连接，另一端与PCI总线相连接。
所述的PCI总线符合PCI总线协议，PCI总线一端与PCI桥芯片相连接，另一端插在计算机主板内的任一PCI插槽中。
所述的电源模块其电压输入为+5V，由计算机上的主板提供，输出提供直流+3.3V，+2.5V和+1.2V，+3.3V为FPGA提供参考电压，+2.5V为FPGA提供辅助电压，+1.2V为FPGA提供内部核电压。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
相比于其它SSI信号的采集装置，本发明提供的同步串行接口信号的外设组件互连标准采集装置可以对SSI传感器进行数据并行采集，实现数据的实时快速地传输；同时本发明可以将四路SSI传感器信号集中采集到工业控制计算机上，实现SSI信号收集到工业控制计算机里以便进行集中式控制。
附图说明
图1是本发明的结构原理框图。
图2是外部传感器接口DB9的电路图。
图3是外部传感器接口DB25的电路图。
图4是SSI驱动芯片的电路图。
图5是SSI驱动芯片的电路图。
图6是FPGA模块的部分电路图。
图7是74ALVC164245芯片的电路图。
图8是PCI桥芯片的部分电路图。
图9是PCI总线的部分电路图。
图中：1、FPGA模块，2、PCI桥芯片，3、SSI驱动芯片，4、电源模块，5、PCI总线，6、外部传感器接口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的同步串行接口信号的外设组件互连标准采集装置，其总体原理框图如图1所示，包括FPGA模块1、PCI桥芯片2、SSI驱动芯片3、电源模块4、PCI总线5和外部传感器接口6；FPGA模块1的一端与SSI驱动芯片3连接，FPGA模块1的另一端信号线经74ALVC164245芯片与PCI桥芯片2的八根局部总线连接，PCI桥芯片2的PCI总线与PCI总线5相连接，外部传感器接口6一端与SSI驱动芯片3连接，另一端外接四路SSI传感器，第一路和第二路传感器分别接到一个DB9接口，DB9的电路图如图2所示，第三路和第四路传感器接到同一个DB25接口，DB25的电路图如图3所示。电源模块4给装置供电，其输入电压+5V由计算机的主板提供。
四路SSI传感器与外部传感器接口6相连接后，把每路传感器输入的差分SSI数据信号经SSI驱动芯片3转换成单端的CMOS电平信号输入到FPGA模块1，FPGA对传感器的数据进行处理后送给PCI桥芯片2，PCI桥芯片2与PCI总线5相连接，可以方便地实现PCI总线的接口卡设计，从而将FPGA处理好的数据通过PCI总线的接口卡并行传输到计算机上，实现了对SSI传感器的数据采集。
图1中SSI驱动芯片3与外部传感器接口6和FPGA模块1相连接，SSI驱动芯片3包括SN75173芯片和SN75174芯片，两个芯片都是三态输出的四重差分线性驱动。图2、图3和图5、图6是外部传感器接口6和SSI驱动芯片3的电路连接图，图4图5和图6是SSI驱动芯片3和FPGA模块1的电路连接图。外部传感器的四路差分SSI数据信号线与SN75173芯片相连，而输出的四路单端CMOS电平数据信号SSI0_DATA，SSI1_DATA，SSI2_DATA和SSI3_DATA与FPGA芯片的四个I/O端口F_SSI0_DATA至F_SSI3_DATA相连接；FPGA的四个I/O端口输出CMOS电平的时钟信号F_SSI0_CLK至F_SSI3_CLK与SN75174芯片的SSI0_CLK至SSI3_CLK四路输入时钟信号线连接，SN75174芯片输出的四路差分时钟信号线与外部传感器的四路差分时钟信号线相连接。
图1中FPGA模块1以Xilinx公司的SPARTAN系列的FPGA芯片XC3S50为核心，分别与SSI驱动芯片3和PCI桥芯片2相连接。图6与图4、图5是FPGA芯片与SSI驱动芯片3的电路连接图，图6与图7是FPGA芯片与74ALVC164245芯片的电路连接图。
FPGA芯片的全局时钟由外部8MHz的晶振来提供，FPGA芯片所产生的四根时钟信号线F_SSI0_CLK至F_SSI3_CLK通过SSI驱动芯片3送给外部传感器，这时外部传感器通过SSI驱动芯片3的SN75173芯片将输出的四根数据线SSI0_DATA至SSI3_DATA与FPGA芯片的四个I/O端口F_SSI0_DATA至F_SSI3_DATA依次相连接，数据信号经过FPGA芯片处理后，输出的8bit数据信号线FD1至FD8与74ALVC164245芯片的输入端口FD1至FD8相连接，而74ALVC164245芯片输出的8bit数据信号LD0至LD7与PCI桥芯片2的八根局部总线LD0至LD7依次相连接。
图1中PCI桥芯片2采用PLX公司的PCI9052接口芯片，PCI桥芯片2一端经74ALVC164245芯片与FPGA模块1连接，另一端与PCI总线5相连接。图8与图7是PCI桥芯片2和74ALVC164245芯片的电气连接图，PCI9052接口芯片的8根局部总线LD0至LD7与74ALVC164245芯片的8根数据线LD0至LD7依次相连接，图8与图9是PCI桥芯片2和PCI总线5的电路连接图，PCI9052接口芯片的32根PCI总线AD0至AD31与PCI总线5的32根总线AD0至AD31依次相连接，以使得FPGA处理后的数据通过PCI接口最后传输到计算机上。
图1中PCI总线5符合PCI总线协议，PCI总线5一端与PCI桥芯片2相连接，图9与图8是PCI总线5和PCI桥芯片2的电路连接图。PCI总线5另一端插在计算机主板内的任一PCI插槽中，这样可以方便地实现PCI总线的接口卡设计，从而实现了SSI传感器的数据经FPGA处理后通过PCI接口传输到计算机上。
图1中电源模块4其电压输入为+5V，由计算机上的主板提供，同时+5V也为SSI驱动芯片3和PCI桥芯片2提供所需电压，电源模块4输出提供直流+3.3V、+2.5V和+1.2V，+3.3V为FPGA提供参考电压，+2.5V为FPGA提供辅助电压，+1.2V为FPGA提供内部核电压。
Claims (2)
1.一种同步串行接口信号的外设组件互连标准采集装置，其特征在于：包括FPGA模块(1)、PCI桥芯片(2)、SSI驱动芯片(3)、电源模块(4)、PCI总线(5)和外部传感器接口(6)；FPGA模块(1)的八根信号线F_SSI0_CLK至F_SSI3_CLK和F_SSI0_DATA至F_SSI3_DATA与SSI驱动芯片(3)包含的二个芯片共八根信号线SSI0_CLK至SSI3_CLK和SSI0_DATA至SSI3_DATA对应连接，FPGA模块(1)的另八根信号线FD1至FD8与74ALVC164245芯片的八根信号线FD1至FD8对应连接，74ALVC164245芯片的另八根信号线LD0至LD7与PCI桥芯片(2)的八根局部总线LD0至LD7对应连接，PCI桥芯片(2)的32根PCI总线AD0至AD31与PCI总线(5)的32根线AD0至AD31对应连接，外部传感器接口(6)一端与SSI驱动芯片(3)连接，另一端外接四路SSI传感器，第一路和第二路传感器分别接到一个DB9接口，第三路和第四路传感器接到同一个DB25接口，电源模块(4)给装置供电，其输入电压+5V由计算机的主板提供；
所述的SSI驱动芯片(3)包括SN75173芯片和SN75174芯片；外部传感器接口(6)的四路差分SSI数据信号线与SN75173芯片相连，而SN75173芯片输出的四路单端CMOS电平数据信号与FPGA模块(1)的四个I/O端口相连接；FPGA模块(1)的四个I/O端口输出CMOS电平的时钟信号与SN75174芯片的四路输入时钟信号线连接，SN75174芯片输出的四路差分时钟信号线与外部传感器接口(6)的四路差分时钟信号线相连接；
所述的FPGA模块(1)以Xilinx公司的SPARTAN系列的FPGA芯片XC3S50为核心；
所述的PCI桥芯片(2)采用PLX公司的PCI9052接口芯片；
所述的PCI总线(5)符合PCI总线协议，PCI总线(5)一端与PCI桥芯片(2)相连接，另一端插在计算机主板内的任一PCI插槽中。
2.根据权利要求1所述的一种同步串行接口信号的外设组件互连标准采集装置，其特征在于：所述的电源模块(4)其电压输入为+5V，由计算机上的主板提供，输出提供直流+3.3V，+2.5V和+1.2V，+3.3V为FPGA模块(1)提供参考电压，+2.5V为FPGA模块(1)提供辅助电压，+1.2V为FPGA模块(1)提供内部核电压。
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