如何采用PCI總線進(jìn)行虛擬儀器的相關(guān)設(shè)計(jì)？

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(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。這也正是NI近30年來(lái)始終引領(lǐng)測(cè)試測(cè)量行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的原因所在。只有同時(shí)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(tái)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(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)時(shí)間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢(shì)。

在PC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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(xiě)Windows系統(tǒng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)程序和軟面板實(shí)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(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。這也正是NI近30年來(lái)始終引領(lǐng)測(cè)試測(cè)量行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的原因所在。只有同時(shí)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(tái)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(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)時(shí)間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢(shì)。在PC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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(xiě)Windows系統(tǒng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)程序和軟面板實(shí)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(jī)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(jī)或工控機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專(zhuān)用的軟件相結(jié)合，完成測(cè)試任務(wù)。它充分利用計(jì)算機(jī)的總線、機(jī)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(lèi)型有ISA卡、PCMCIA卡和PCI卡等多種類(lèi)型。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，ISA型插卡已經(jīng)逐漸退出舞臺(tái)。PCMCIA卡由于受到結(jié)構(gòu)連接強(qiáng)度太弱的限制影響了它的工程應(yīng)用。而PCI總線正在廣泛使用，已經(jīng)成為PC的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。它是一種同步的獨(dú)立于CPU的32位或64位局部總線，時(shí)鐘頻率為33MHz，數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)132～264MBps，PCI總線技術(shù)的無(wú)限讀寫(xiě)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(dòng)配置功能，從而使所有與PCI兼容的設(shè)備實(shí)現(xiàn)真正的“即插即用”?！　∮捎诓蹇ㄐ蛢x器多數(shù)沒(méi)有抗混濾波器且分時(shí)采樣，特別要注意混疊現(xiàn)象和通道間相位差。因個(gè)人計(jì)算機(jī)數(shù)量非常龐大，插卡式儀器價(jià)格最便宜，因此其用途廣泛，特別適合于教學(xué)部門(mén)和各種實(shí)驗(yàn)室使用。目前仍有強(qiáng)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(yīng)的軟件組成，但隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的數(shù)據(jù)需要由計(jì)算機(jī)處理、 存儲(chǔ) 和傳輸，由于通用計(jì)算機(jī)本身的特點(diǎn)，它們通常不適于進(jìn)行實(shí)時(shí)性要求很高的數(shù)字信號(hào)處理，因此這種虛擬儀器不能滿足現(xiàn)實(shí)應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(lái)越高的要求。與此同時(shí)，隨著數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)性?xún)r(jià)比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域飛速擴(kuò)展，從而使基于PCI總線和DSP技術(shù)的新型虛擬儀器應(yīng)運(yùn)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(gè)系統(tǒng)的邏輯控制單元以及數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)芯片;其他各個(gè)功能模塊都基于該擴(kuò)展板來(lái)實(shí)現(xiàn);各個(gè)模塊之間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸可以通過(guò)雙端口RAM來(lái)實(shí)現(xiàn)，我們選用Cypress公司8K×16b高速雙口RAM芯片CY7C025V，因?yàn)樗臅r(shí)序與DSP時(shí)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(kāi)發(fā)主要有以下幾步：1)設(shè)計(jì)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(gè)系統(tǒng)的邏輯控制單元和數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)芯片;2)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊;3)開(kāi)發(fā)PCI母板的Windows驅(qū)動(dòng)程序，使PC能正常識(shí)別該板卡并分配所需系統(tǒng)資源;4)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)下位機(jī)DSP數(shù)據(jù)采集模塊的程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的采集以及數(shù)據(jù)的FFT算法處理;5)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)上位機(jī)PC的控制軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)波形顯示、端口配置、內(nèi)存讀寫(xiě)以及對(duì)儀器的控制功能。