CN206711082U - 一种基于PXIe总线的数据采集卡 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于PXIe总线的数据采集卡，包括模拟输入单元、A/D转换单元、FPGA单元、DSP处理器单元、Flash存储单元、PXIe接口单元；PXIe接口单元里为数据采集卡提供电源，上电后Flash里目标代码自动加载FPGA内部RAM里运行，模拟输入信号到A/D转换单元，完成模数转换，转换得到的信号输入到FPGA，负责对所有输入数据进行预处理，DSP处理器单元对经过预处理的数据进行计算处理；DSP处理器处理完成后的数据通过FPGA单元里PCIe硬核与PXIe接口单元里PCIe总线通信完成与本地服务器进行数据交互，把DSP处理器单元处理后数据存储到本地服务器上。本实用新型可以应用于如振动强烈的场合，本实用新型扩展性好，FPGA单元和DSP处理器单元运算能力强。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种数据采集卡，尤其涉及一种基于PXIe总线的数据采集卡，属于数据采集技术领域。
背景技术
现在常见的数据采集设备基本分为基于PCIe总线的数据采集卡或基于USB总线的单独的数据采集仪器。基于PCIe总线的数据采集卡是插在计算机内PCIe插槽上的数据采集卡，采集卡与计算机主板间采用金手指互连方式，在恶劣的振动应用场合，其可靠性很难满足要求；计算机主板的PCIe插槽数有限制，所以可以插的数据采集卡也有限制，这样就不能满足大规模数据采集的要求；PCIe总线没有专门的用于采样同步的辅助总线，这样就不能实现多个数据采集卡进行同步采样；另外，PCIe数据采集卡一般没有数据处理能力，其只负责数据采集，采集后的数据交给计算机进行运算、分析，但是，计算机是非实时系统，所以在信号处理的实时性和速度上的性能就受到限制，因而用PCIe总线的数据采集卡组成的数据采集系统不能满足实时、有复杂算法计算或大批量的数据高速处理、复杂振动控制等方面的应用。
基于USB总线的单独的数据采集仪器一般是用于16通道以下数据采集的应用场合，其也存在通信接口的可靠性、很难实现大规模数据采集、多台仪器间不能实现同步采样以及不能提供大规模的数据处理能力等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型提出一种基于PXIe总线的数据采集卡，提供一种可靠、可扩展的数据采集卡技术方案，解决了多块采集卡数据采集同步问题，并且集成功能强大的数据处理能力。
为了解决现有技术的不足，本实用新型提出一种基于PXIe总线的数据采集卡，包括模拟输入单元、A/D转换单元、FPGA单元、DSP处理器单元、Flash存储单元和PXIe接口单元；
通过PXIe接口单元里电源输入到数据采集卡，经过LDO或DC-DC转换后输出电源给各单元；
FLASH存储单元与FPGA单元通过SPI接口相连，FLASH存储单元存储FPGA单元的目标代码，上电后目标代码自动加载FPGA单元内部RAM里运行；
模拟输入单元输入信号到A/D转换单元，完成模拟信号到数字信号转换；转换得到的数字信号输入到FPGA单元I/O引脚上，FPGA单元负责对所有输入的数字信号进行预处理；
FPGA单元通过扩展总线与DSP处理器单元相连，DSP处理器单元通过FPGA单元实现对经过预处理的A/D转换单元采集的数据进行计算处理；
DSP处理器处理完成后的数据通过FPGA单元里PCIe硬核与PXIe接口单元里PCIe总线通信，再通过PXIe接口单元里PCIe总线与本地服务器进行数据通信，实现DSP处理器单元与本地服务器数据通信，把处理后数据存储到本地服务器上。
作为优选方式，所述FPGA单元与PXIe接口单元里辅助总线相连，通过辅助总线与其它数据采集卡传递同步信号，实现多个数据采集卡同步采样。
作为优选方式，所述模拟输入单元和A/D转换单元数目分别有1个以上，模拟输入单元为A/D转换单元输入模拟信号，A/D转换单元实现模数转换。
作为优选方式，所述DSP处理器单元采用TI公司的C6000系列32位高浮点DSP处理器，该处理器具有8个不同的运算单元，负责采集获得数据计算处理，还负责与本地服务器进行数据通信。
作为优选方式，所述FPGA单元采用Xilinx公司的Spantan6LXT系列FPGA，该芯片集成PCIe硬核，FPGA单元负责A/D转换单元采集的数据初步处理，通过集成PCIe硬核与本地服务器实现数据通信。
作为优选方式，所述FLASH存储单元采用Winbond公司的W25Q32系列芯片，FLASH存储单元存储FPGA单元的目标代码，上电后目标代码自动加载FPGA单元内部RAM里运行。
作为优选方式，所述的A/D转换单元采用AKM公司的AK5552芯片，采样率高，精度高，实现输入模拟信号转换为数字信号。
作为优选方式，所述的PXIe接口单元包括电源输出单元、PCIe接口单元、辅助总线接口单元，电源输出单元负责为数据采集卡提供电源，PCIe接口单元负责数据通信，辅助总线接口单元负责多卡同时工作时采样同步通信。
本实用新型有益效果：
1、本实用新型可靠性高，可以应用于如振动强烈的场合。
2、本实用新型的PXIe接口单元集成PCIe总线，PCIe总线支持第三代通信技术，最高通信速度达到8GB/秒，可以轻松满足我们数据采集的需要。
3、本实用新型的PXIe接口单元可扩展能力强，其中扩展总线带有同步信号，最多可以实现31块数据采集卡同步进行数据采集，假设每个数据采集卡有8个采集通道，则可以实现248个通道同时进行同步数据采集。
4、本实用新型的DSP处理器单元运算能力强，可以进行大规模的傅里叶变换、滤波、传递特性等方面的运算。
附图说明
图1是本实用新型系统结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作进一步的说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。
如图1所示，本实用新型提出一种基于PXIe总线的数据采集卡，包括模拟输入单元、A/D转换单元、FPGA单元、DSP处理器单元、Flash存储单元、PXIe接口单元；
本实施例具体实施步骤如下：
通过PXIe接口单元里电源输入到数据采集卡，经过LDO或DC-DC转换后输出电源给各单元，主要提供+5V、+3.3V、+1.8V等电源；
将编译得到的目标代码烧录到FLASH存储单元，FLASH存储单元与FPGA单元通过SPI接口相连，FLASH存储单元存储FPGA单元的目标代码，上电后目标代码自动加载FPGA单元内部RAM里运行；
模拟输入单元输入信号到A/D转换单元，完成模拟信号到数字信号转换；转换得到的数字信号输入到FPGA单元I/O引脚上，FPGA单元负责对所有输入的数字信号进行串行数据到并行数据转换、符号扩展等预处理；
FPGA单元通过扩展总线与DSP处理器单元相连，DSP处理器单元通过FPGA单元实现对经过预处理的A/D转换单元采集的数据进行傅里叶变换、滤波、重采样、功率谱计算、传递函数等计算处理；
DSP处理器处理完成后的数据通过FPGA单元里PCIe硬核与PXIe接口单元里PCIe总线通信，再通过PXIe接口单元里PCIe总线与本地服务器进行数据通信，实现DSP处理器单元与本地服务器数据通信，把处理后数据存储到本地服务器上。
进一步，所述FPGA单元与PXIe接口单元里辅助总线相连，通过辅助总线与其它数据采集卡传递同步信号，实现多个数据采集卡同步采样。
进一步，所述模拟输入单元和A/D转换单元数目分别有1个以上，模拟输入单元为A/D转换单元输入模拟信号，A/D转换单元实现模数转换，本实施例模拟输入单元和A/D转换单元为8个。
进一步，所述DSP处理器单元采用TI公司的C6000系列32位高浮点DSP处理器，该处理器具有8个不同的运算单元，负责采集获得数据计算处理，还负责与本地服务器进行数据通信，本实施例采用型号是TMS320C6748。
进一步，所述FPGA单元采用Xilinx公司的Spantan6LXT系列FPGA，该芯片集成PCIe硬核，FPGA单元负责A/D转换单元采集的数据初步处理，通过集成PCIe硬核与本地服务器实现数据通信，本实施例采用型号是XC6SLX25T。
进一步，所述FLASH存储单元采用Winbond公司的W25Q32系列芯片，FLASH存储单元存储FPGA单元的目标代码，上电后目标代码自动加载FPGA单元内部RAM里运行，本实施例采用型号是W25Q32FVSSIG。
进一步，所述的A/D转换单元采用AKM公司的AK5552芯片，采样率高，精度高，实现模拟输入单元输入的模拟信号转换为数字信号。
进一步，所述的PXIe接口单元包括电源输出单元、PCIe接口单元、辅助总线接口单元，电源输出单元负责为数据采集卡提供电源，PCIe接口单元负责数据通信，辅助总线接口单元负责多卡同时工作时采样同步通信。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于PXIe总线的数据采集卡，其特征在于：包括模拟输入单元、A/D转换单元、FPGA单元、DSP处理器单元、Flash存储单元和PXIe接口单元；
通过PXIe接口单元里电源输入到数据采集卡，经过LDO或DC-DC转换后输出电源给各单元；
FLASH存储单元与FPGA单元通过SPI接口相连，FLASH存储单元存储FPGA单元的目标代码，上电后目标代码自动加载FPGA单元内部RAM里运行；
模拟输入单元输入信号到A/D转换单元，完成模拟信号到数字信号转换；转换得到的数字信号输入到FPGA单元I/O引脚上，FPGA单元负责对所有输入的数字信号进行预处理；
FPGA单元通过扩展总线与DSP处理器单元相连，DSP处理器单元通过FPGA单元实现对经过预处理的A/D转换单元采集的数据进行计算处理；
DSP处理器处理完成后的数据通过FPGA单元里PCIe硬核与PXIe接口单元里PCIe总线通信，再通过PXIe接口单元里PCIe总线与本地服务器进行数据通信，实现DSP处理器单元与本地服务器数据通信，把处理后数据存储到本地服务器上。
2.根据权利要求1所述的基于PXIe总线的数据采集卡，其特征在于，所述FPGA单元与PXIe接口单元里辅助总线相连，通过辅助总线与其它数据采集卡传递同步信号，实现多个数据采集卡同步采样。
3.根据权利要求1所述的基于PXIe总线的数据采集卡，其特征在于，所述模拟输入单元和A/D转换单元数目分别有1个以上，模拟输入单元为A/D转换单元输入模拟信号，A/D转换单元实现模数转换。
4.根据权利要求1所述的基于PXIe总线的数据采集卡，其特征在于，所述DSP处理器单元采用TI公司的C6000系列32位高浮点DSP处理器，该处理器具有8个不同的运算单元，负责采集获得数据计算处理，还负责与本地服务器进行数据通信。
5.根据权利要求1所述的基于PXIe总线的数据采集卡，其特征在于，所述FPGA单元采用Xilinx公司的Spantan6LXT系列FPGA，该芯片集成PCIe硬核，FPGA单元负责A/D转换单元采集的数据初步处理，通过集成PCIe硬核与本地服务器实现数据通信。
6.根据权利要求1所述的基于PXIe总线的数据采集卡，其特征在于，所述FLASH存储单元采用Winbond公司的W25Q32系列芯片，FLASH存储单元存储FPGA单元的目标代码，上电后目标代码自动加载FPGA单元内部RAM里运行。
7.根据权利要求1所述的基于PXIe总线的数据采集卡，其特征在于，所述的A/D转换单元采用AKM公司的AK5552芯片，采样率高，精度高，实现输入模拟信号转换为数字信号。
8.根据权利要求1或2所述的基于PXIe总线的数据采集卡，其特征在于，所述的PXIe接口单元包括电源输出单元、PCIe接口单元、辅助总线接口单元，电源输出单元负责为数据采集卡提供电源，PCIe接口单元负责数据通信，辅助总线接口单元负责多卡同时工作时采样同步通信。
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| CN201721138440.9U CN206711082U (zh) | 2017-09-06 | 2017-09-06 | 一种基于PXIe总线的数据采集卡 |
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| CN201721138440.9U CN206711082U (zh) | 2017-09-06 | 2017-09-06 | 一种基于PXIe总线的数据采集卡 |
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|---|---|---|---|---|
| CN111966618A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-20 | 浪潮(北京)电子信息产业有限公司 | 一种PCIe板卡的供电系统及方法 |
| CN112014669A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-12-01 | 武汉中元华电电力设备有限公司 | 一种合并单元角差、比差的在线检测方法及系统 |
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