[发明专利]一种基于PCI总线协议的串行信号采集输出控制装置

权利要求书

1.一种基于PCI总线协议的串行信号采集输出控制装置，其特征在于：该装置包括模拟信号采集输出装置、数字信号输入输出装置、主控单元、PCI通信装置以及上位机；

所述模拟信号采集输出装置包含采集模式和输出模式，在采集模式下可采集最多十六路的模拟信号数据并将采集到的数据进行串行传输至主控单元，模拟信号采集输出装置能够选择任意的通道对采集的模拟信号最大电压输入范围进行选择，并且具有过压保护功能，具体为：当上位机通过主控单元接收到模拟信号采集输出装置传输的信号电压超过设置的最大电压输入范围，则上位机发送控制指令，模拟信号采集输出装置停止数据采集；在输出模式时，模拟信号采集输出装置可同时输出两路模拟信号量，能够满足实际的应用需求；

所述数字信号输入输出装置包含采集模式和输出模式，在采集模式下能够同时采集最多十六路的数字量输入并进行串行传输至主控单元，具有和模拟信号采集输出装置同样的过压保护功能，而在输出模式下也能同时输出最多十六路的数字量，总计三十二路的数字量输入输出均可单独工作；

所述主控单元作为串行信号采集输出控制装置的核心模块，用于整个装置的功能实现和时序控制，其资源分为三部分，其中的一部分资源主要用于信号采集时序，通过上位机发送的控制指令通过PCI通信装置传输给主控单元进行具体的时序跳转，将控制指令准确发送给模拟信号采集输出装置并回传采集到的数据，另一部分资源用于信号输出时序，上位机发送控制指令通过PCI通信装置传输给主控单元，再由主控单元控制信号输出时序来输出设定的信号至模拟信号采集输出装置和数字信号输入输出装置，最后一部分用于通信控制时序，这部分的资源主要是完成模拟信号采集输出装置、数字信号输入输出装置、主控单元、PCI通信装置与上位机各模块的协同工作；

所述PCI通信装置包括了PCI协议芯片和PCI接口插座；所述PCI协议芯片连接主控单元的PCI接口和PCI总线，用于实现数据的实时传输；

所述上位机包括控制面板和显示面板两个部分，控制面板主要用于设置采集和输出的各项参数，所述各项参数对应特定的控制指令经过PCI通信装置传输到主控单元，由主控单元对控制指令进行解析和处理，显示面板用于显示主控单元上传采集到的数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于PCI总线协议的串行信号采集输出控制装置，其特征在于：所述主控单元基于FPGA，芯片的型号为Xilinx公司的SPARTAN系列的FPGA芯片XC6SLX9FTG256，采用AS配置模式，即主动串行配置模式进行硬件配置，配置采用的PROM芯片为Xilinx公司的XCF04SVO20C芯片，同时保留JTAG接口用于调试，主时钟频率为100MHz；主控单元在上电之后处于待机模式，直到接收到上位机下发的采集或输出控制指令。

3.根据权利要求1所述的一种基于PCI总线协议的串行信号采集输出控制装置，其特征在于：模拟信号采集输出装置或数字信号输入输出装置在采集模式下，主控单元根据控制命令来配置参数并启动信号采集控制时序，控制模拟信号采集装置或数字信号输入输出装置进行信号的采集，同时，每完成一次十六通道数据采集，主控单元就会启动一次数据上传过程，并且通过PCI总线协议将采集到的数据向上位机发送，如果上位机进行下发了停止指令，主控单元将立即停止采集和上传过程，进入待机状态；模拟信号采集输出装置或数字信号输入输出装置在输出模式下，主控单元根据控制命令来配置参数并启动信号输出控制时序，控制模拟信号输出装置或数字信号输入输出装置进行信号的输出，当一次输出结束时，主控单元就会启动下一次的信号输出时序，如果上位机进行下发了停止指令，主控单元将立即停止信号输出控制时序，进入待机状态。

4.根据权利要求1所述的一种基于PCI总线协议的串行信号采集输出控制装置，其特征在于：所述模拟信号采集输出装置包括数模转换模块、模数转换模块和电压放大器模块，数模转换模块采用ADS8668IDBT芯片，可以将输入的信号转换为12bit的数字信号，并通过SPI协议传输到主控单元，模数转换模块采用了AD5687RBRUZ芯片，可以通过主控单元控制输出12bit的模拟信号，电压放大器模块采用AD8421芯片。