如何采用PCI總線進行虛擬儀器的相關(guān)設(shè)計？

虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。靈活高效的軟件能幫助您創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標準的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應用的需求。這也正是NI近30年來始終引領(lǐng)測試測量行業(yè)發(fā)展趨勢的原因所在。只有同時擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴展性強、開發(fā)時間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢。

在PC和工業(yè)控制計算機中插入基于PC總線(ISA,PCI)的數(shù)采板卡構(gòu)成硬件系統(tǒng)，編寫Windows系統(tǒng)平臺的驅(qū)動程序和軟面板實現(xiàn)軟件功能，成為業(yè)界的主要解決方案。虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。靈活高效的軟件能幫助您創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標準的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應用的需求。這也正是NI近30年來始終引領(lǐng)測試測量行業(yè)發(fā)展趨勢的原因所在。只有同時擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴展性強、開發(fā)時間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢。在PC和工業(yè)控制計算機中插入基于PC總線(ISA,PCI)的數(shù)采板卡構(gòu)成硬件系統(tǒng)，編寫Windows系統(tǒng)平臺的驅(qū)動程序和軟面板實現(xiàn)軟件功能，成為業(yè)界的主要解決方案。

基于通用PC的硬件，可以利用PC機組建成為靈活的虛擬儀器，是現(xiàn)在比較流行的虛擬儀器系統(tǒng)。這種方式借助于插入PC機或工控機內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件相結(jié)合，完成測試任務(wù)。它充分利用計算機的總線、機箱、電源及系統(tǒng)軟件的便利，其關(guān)鍵在于A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。

插卡類型有ISA卡、PCMCIA卡和PCI卡等多種類型。隨著計算機的發(fā)展，ISA型插卡已經(jīng)逐漸退出舞臺。PCMCIA卡由于受到結(jié)構(gòu)連接強度太弱的限制影響了它的工程應用。而PCI總線正在廣泛使用，已經(jīng)成為PC的事實標準。它是一種同步的獨立于CPU的32位或64位局部總線，時鐘頻率為33MHz，數(shù)據(jù)傳輸率高達132～264MBps，PCI總線技術(shù)的無限讀寫突發(fā)方式，可在一瞬間發(fā)送大量數(shù)據(jù)。PCI總線上的外圍設(shè)備可與CPU并發(fā)工作，從而提高了整體性能。PCI總線還有自動配置功能，從而使所有與PCI兼容的設(shè)備實現(xiàn)真正的“即插即用”。　　由于插卡型儀器多數(shù)沒有抗混濾波器且分時采樣，特別要注意混疊現(xiàn)象和通道間相位差。因個人計算機數(shù)量非常龐大，插卡式儀器價格最便宜，因此其用途廣泛，特別適合于教學部門和各種實驗室使用。目前仍有強大的生命力。

嵌入式虛擬儀器案例：

傳統(tǒng)的虛擬儀器由一塊基于PCI總線的直接利用A/D和D/A芯片構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集板卡和相應的軟件組成，但隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的數(shù)據(jù)需要由計算機處理、 存儲 和傳輸，由于通用計算機本身的特點，它們通常不適于進行實時性要求很高的數(shù)字信號處理，因此這種虛擬儀器不能滿足現(xiàn)實應用對數(shù)據(jù)實時處理能力、數(shù)據(jù)傳輸能力以及數(shù)據(jù)管理能力所提出的越來越高的要求。與此同時，隨著數(shù)字信號處理器(DSP)性價比的不斷提高，其應用領(lǐng)域飛速擴展，從而使基于PCI總線和DSP技術(shù)的新型虛擬儀器應運而生。

虛擬儀器系統(tǒng)首先要有一塊基于PCI總線的母板，該板上有自定義的總線接插件，可以插接其他基于該總線的數(shù)據(jù)采集DSP子板，此外，該板上還有整個系統(tǒng)的邏輯控制單元以及數(shù)據(jù)緩沖存儲芯片;其他各個功能模塊都基于該擴展板來實現(xiàn);各個模塊之間數(shù)據(jù)的存儲和傳輸可以通過雙端口RAM來實現(xiàn)，我們選用Cypress公司8K×16b高速雙口RAM芯片CY7C025V，因為它的時序與DSP時序相配，特別適用于DSP與PC之間大量數(shù)據(jù)的高速雙向傳送。

該系統(tǒng)的開發(fā)主要有以下幾步：1)設(shè)計一塊基于PCI總線的母板，該板上有自己定義的總線接插件，以及整個系統(tǒng)的邏輯控制單元和數(shù)據(jù)緩沖存儲芯片;2)設(shè)計數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊;3)開發(fā)PCI母板的Windows驅(qū)動程序，使PC能正常識別該板卡并分配所需系統(tǒng)資源;4)開發(fā)系統(tǒng)下位機DSP數(shù)據(jù)采集模塊的程序，實現(xiàn)對模擬信號的采集以及數(shù)據(jù)的FFT算法處理;5)開發(fā)系統(tǒng)上位機PC的控制軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)波形顯示、端口配置、內(nèi)存讀寫以及對儀器的控制功能。