摘要：根據(jù)客戶的技術(shù)性能和成本控制需求，基于阿爾泰科技公司的PCIe8586數(shù)字化儀采集卡，為客戶搭建基于PCIe總線的85MHz采樣頻率、16位轉(zhuǎn)換精度、32路同步采集的高速數(shù)采系統(tǒng)。
一、客戶需求
經(jīng)過溝通，了解到客戶需要一套85MHz采樣率、16位轉(zhuǎn)換精度、32路同步連續(xù)采集的高速數(shù)采系統(tǒng)。出于對(duì)成本控制的考慮，不選用PXIe標(biāo)準(zhǔn)背板和機(jī)箱系統(tǒng)，現(xiàn)選定定制開發(fā)的專用采集板，用CAMLink總線與主機(jī)通信，完成數(shù)據(jù)上傳，功能基本達(dá)到使用要求。了解到阿爾泰科技公司有成熟的數(shù)字化儀產(chǎn)品，希望能在公司的成熟產(chǎn)品中，搭建一個(gè)低成本的32路同步高速采集方案，作為產(chǎn)品使用方案。
二、需求分析
客戶需要85MHz采樣率、16位轉(zhuǎn)換精度、32路同步連續(xù)采集，意味著每秒有85M*2(2字節(jié)16位)*32=5.44GB的數(shù)據(jù)要送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用USB3.0、千兆網(wǎng)都難以達(dá)到這樣的實(shí)時(shí)傳輸速率。選用PXI/PCIe遠(yuǎn)程控制模塊，雖然能達(dá)到PCIe總線的高速率，仍然需要購買PXI設(shè)備，成本太高，都不適宜。
本方案選用PCIe8586來實(shí)現(xiàn)主要功能，其單卡可以完成100MHz采樣頻率、16位精度、8路同步采樣功能，且支持多卡同步。 在PCIe高速總線上插4塊此采集卡，配套相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟硬件平臺(tái)，完全可以勝任此高速采集任務(wù)。系統(tǒng)基于經(jīng)濟(jì)而且廣泛使用的PCIe高速總線，大大降低了硬件成本。
PCIe8586是阿爾泰公司成熟產(chǎn)品，可靈活設(shè)置各種工作狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)安裝和二次開發(fā)都很便利。讓用戶脫離具體的軟硬件開發(fā)和測(cè)試，可以用更多的精力關(guān)注到測(cè)試目標(biāo)系統(tǒng)中。
三、具體方案
由于客戶應(yīng)用環(huán)境沒有嚴(yán)苛的要求，方案基于廣泛應(yīng)用的臺(tái)式機(jī)PCIe總線，選用PCIe8586來實(shí)現(xiàn)主要功能，PCIe8586單卡可以完成100MHz頻率、16位精度、8路同步采樣功能，且支持多卡同步，每個(gè)PCIe8586最大需要1600MB/s帶寬（2*8*100M），4個(gè)槽位一共最大帶寬6.25GB/s（1600M*4/1024），在同一PCIe X8總線上安插4張PCIe8586采集卡，實(shí)現(xiàn)用戶要求的32路同步采集功能。
阿爾泰提供穩(wěn)定的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序，可以支持主流的操作系統(tǒng)，包括Windows、麒麟（Kylin）與Linux操作系統(tǒng)，同時(shí)也提供靈活易用的SDK開發(fā)工具，客戶可在多種開發(fā)語言環(huán)境下使用，包括C/C++C#、VB、VB.NET、LabVIEW、LabVIEW/CVI 、Phthon以及QT等。
系統(tǒng)組成框圖如下：
PCIe8586接口定義和機(jī)械安裝尺寸，詳見《PCIe8582(8586)產(chǎn)品手冊(cè)》
四、功能
1．軟件環(huán)境
根據(jù)實(shí)際需要安裝相關(guān)的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，例如 Microsoft Visual Studio、NI LabVIEW 等實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件功能 。 ArtDAQ（高速數(shù)字化儀開發(fā)套件為ArtScope），是北京阿爾泰科技發(fā)展有限公司采集設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序及開發(fā)套件，輔助客戶實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，高效快速的搭建測(cè)試系統(tǒng)。該開發(fā)套件包括以下幾個(gè)部分，設(shè)備管理配置軟件(Device Management&Configuration Tool，DMC)、驅(qū)動(dòng)文件、開發(fā)庫、開發(fā)例程、幫助文檔等。
2．功能概述
? 8 通道單端同步模擬輸入
? 采樣率高達(dá)100MHz
? 16 位高分辨率 ADC
? 模擬輸入帶寬最高達(dá) 50M
? 板載 2GB 內(nèi)存
? 可編程輸入電壓量程范圍±1V 或±5V
? SMB-1 路 PFI 程控配置接口（即數(shù)字觸發(fā) PFI 輸入、觸發(fā)輸出端）
? 全自動(dòng)校準(zhǔn)
? 支持連續(xù)采樣和有限點(diǎn)采樣
? 通過系統(tǒng)同步觸發(fā)總線接口實(shí)現(xiàn)多模塊之間同步
工控機(jī)后的開口引出四槽的PCIe-8586共4*8=32路信號(hào)輸入接口。
3．系統(tǒng)框圖
4.環(huán)境適應(yīng)性
工作環(huán)境
工作溫度范圍：0℃ ～ 50℃
存儲(chǔ)環(huán)境、存儲(chǔ)溫度范圍：-20℃ ～ +70℃
五、系統(tǒng)組成：
產(chǎn)品 | 型號(hào) | 數(shù)量 | 備注 | |
同步采集部分 | 數(shù)字化儀PCIe卡 | PCIe-8586 | 4 | |
計(jì)算機(jī)部分 | 主板 | 支持4槽PCIe X8 | 1 | |
CPU | >2.0G | 1 | ||
內(nèi)存 | DDR4-16G | 1 | ||
機(jī)械硬盤 | 2T容量 | 1 | ||
機(jī)箱 | 工控4U機(jī)箱 | 1 | ||
電源 | ATX850電源 | 1 | ||
鍵盤、鼠標(biāo)、顯示 | 常規(guī) | 1 |
六、方案優(yōu)點(diǎn)
1．成熟的板卡功能，能快速的和工控機(jī)以及主板等搭建穩(wěn)定的高速采集系統(tǒng)；
2．基于PCIe經(jīng)濟(jì)而又高速的總線系統(tǒng);
3．利用靈活易用的驅(qū)動(dòng)和開發(fā)軟件,客戶快速開發(fā)穩(wěn)定的應(yīng)用軟件;
4．用戶如果有個(gè)性化定制要求，阿爾泰提供在成熟方案上的定制化服務(wù)。
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