CN103268079A - 外设组件互联标准接口的数模转换输出控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外设组件互联标准接口的数模转换输出控制装置，包括三个外部接口模块、四个DAC模块、FPGA模块、PCI桥芯片、PCI总线和电源模块；四个DAC模块的一端与FPGA模块连接，另一端与三个外部接口模块连接，FPGA模块与三个外部接口模块直接连接输出9路数字信号，输入9路数字信号，FPGA模块通过PCI桥芯片最后连接到PCI总线上，电源模块给装置供电，其输入电压+5V由计算机的主板提供。计算机通过PCI接口对本发明板卡进行控制和数据读写，实现16路可控DAC输出，9路数字输出，9路数字输入，满足复杂测控系统中的多功能数据控制要求。

Description

外设组件互联标准接口的数模转换输出控制装置

技术领域

本发明涉及工业测控领域数据采集及控制装置，尤其涉及一种外设组件互联标准接口的高精度数模转换输出控制装置。

背景技术

近年来，我国在工业测控技术领域已经取得了巨大的发展，随着计算机硬件软件技术的迅速发展及集成电路技术的日益提高，计算机测控系统已经成为当今工业控制的主流测量控制系统，在冶金、电力、自动化机床、工业机器人控制和计算机集成制造系统等工业控制方面有着广泛的应用，在国民经济中发挥着越来越大的作用。

工业测控的应用系统中，一种典型的结构是工业控制计算机根据相应的要求输出数字和模拟信号去控制外部应用系统，各种传感器信号作为数字输入反馈到工业控制计算机，进而控制系统的状态。而工业控制计算机上最常使用的接口是外设部件互连标准（Peripheral Component Interconnection 简称PCI）总线接口，计算机使用PCI接口从应用系统获取数据，并通过PCI接口对应用系统进行控制，具有高速稳定等优点，是工业测控领域的首选方案。目前基于PCI接口的各种数模转换控制装置存在着速度慢、精度低、输入输出接口少、输出信号形式单一等缺点，因此提供一种基于PCI接口的具有多种不同形式输入输出接口，对信号处理速度快精度高，能准确控制应用系统的状态的数模转换控制装置是非常必要的，可以促进工业控制自动化领域的发展。

发明内容

为了实现工业系统上对多种不同形式输入输出的传感器接口进行PCI数据采集及其控制，本发明的目的在于提供一种外设组件互联标准接口的数模转换输出控制装置。

本发明采用的技术方案是：一种外设组件互联标准接口的数模转换输出控制装置，包括外部接口一、外部接口二、外部接口三、DAC模块一、DAC模块二、DAC模块三、DAC模块四、FPGA模块、PCI桥芯片、PCI总线和电源模块；DAC模块一和DAC模块二的一端与FPGA模块连接，另一端与外部接口一连接，DAC模块三的一端与FPGA模块连接，另一端与外部接口二连接，DAC模块四的一端与FPGA模块连接，另一端与外部接口三连接，FPGA模块与外部接口一、外部接口二、外部接口三直接连接输出9路数字信号，输入9路数字信号， FPGA模块通过PCI桥芯片最后连接到PCI总线上，电源模块给装置供电，其输入电压+5V由计算机的主板提供。

所述的外部接口一属于DB25接口，分别与DAC模块一、DAC模块二、FPGA模块相连接；DAC模块一的和DAC模块二的总计8路模拟输出端与外部接口一相连接，FPGA模块的7路数字输出端与外部接口一相连接，外部接口一的7路数字信号连接到FPGA模块作为数字输入端。

所述的外部接口二属于DB9接口，DAC模块三的4路模拟输出端与外部接口二相连接，FPGA模块的1路数字输出端与外部接口二相连接，外部接口二的一路数字信号连接到FPGA模块作为数字输入端。

所述的外部接口三属于DB9扩展接口，DAC模块四的4路模拟输出端与外部接口三相连接，FPGA模块的1路数字输出端与外部接口三相连接，外部接口三的1路数字信号连接到FPGA模块作为数字输入端。

所述的DAC模块一、DAC模块二、DAC模块三和DAC模块四均由AD5754R芯片组成；DAC模块一和DAC模块二与外部接口一相连接，DAC模块三与外部接口二相连接，DAC模块四与外部接口三相连接。

所述的FPGA模块以Xilinx 公司的 SPARTAN系列的FPGA芯片XC3S50为核心，分别与外部接口一、外部接口二、外部接口三、DAC模块一、DAC模块二、DAC模块三、DAC模块四和PCI桥芯片相连接。

所述的PCI桥芯片采用PLX公司的PCI9052接口芯片， PCI桥芯片一端与FPGA模块连接，另一端与PCI总线连接。

所述的PCI总线符合PCI总线协议，PCI总线一端与PCI桥芯片相连接，另一端插在计算机主板内的任一PCI插槽中。

所述的电源模块其电压输入为+5V，由计算机上的主板提供，输出提供直流+3.3V，+2.5V和+1.2V，+3.3V为FPGA提供参考电压，+2.5V为FPGA提供辅助电压，+1.2V为FPGA提供内部核电压。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：相比于其它外设部件互联标准接口的控制装置，本发明提供的外设组件互联标准接口的高精度数模转换输出控制装置可以使用计算机通过PCI接口对板卡进行控制和数据读写，实现16路可控DAC输出，9路数字输出，9路数字输入，满足复杂测控系统中的多功能数据控制要求。

附图说明

图1是本发明的结构原理框图；

图2是图1的外部接口一的电路图；

图3是图1的外部接口二的电路图；

图4是图1的外部接口三的电路图；

图5至图8是图1的DAC模块的电路图；

图9是图1的FPGA模块的电路图；

图10是图1的连接FPGA模块和PCI桥芯片的ALVC164245芯片的电路图；

图11是图1的是PCI桥芯片的电路图；

图12是图1的PCI总线(PCI BUS)的电路图；

图中，1、外部接口一，2、外部接口二，3、外部接口三，4、DAC模块（Digital-to-analog Converter 简称DAC）一，5、DAC模块二，6、DAC模块三，7、DAC模块四，8、FPGA模块（Field Programmable Gate Array 简称FPGA），9、PCI桥芯片（Peripheral Component Interconnection 简称PCI），10、PCI总线，11、电源模块。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明的外设组件互联标准接口的数模转换输出控制装置，其总体原理框图如图1所示，包括外部接口一1、外部接口二2、外部接口3、DAC模块一4、DAC模块2、DAC模块三6、DAC模块四7、FPGA模块8、PCI桥芯片9、PCI总线10和电源模块11 ；DAC模块一4和DAC模块二5的一端与FPGA模块8连接，另一端与外部接口一1连接，DAC模块三6的一端与FPGA模块8连接，另一端与外部接口二2连接，DAC模块四7的一端与FPGA模块8连接，另一端与外部接口三3连接，FPGA模块8与外部接口一1、外部接口二2、外部接口三3直接连接输出9路数字信号，输入9路数字信号， FPGA模块8通过PCI桥芯片9最后连接到PCI总线10上，电源模块11给装置供电，其输入电压+5V由计算机的主板提供。

图1中外部接口一1属于DB25接口，外部接口1的电路连接图如图2所示，外部接口一1分别与DAC模块一4、DAC模块二5、FPGA模块8相连接；DAC模块一1的4路模拟信号VOUT0、VOUT1、VOUT2和VOUT3经过LM324芯片放大后连接到外部接口一1的输入端DAOUT0、DAOUT1、DAOUT2和DAOUT3，如图5和图2所示；外部接口一1和DAC模块二5的电路连接法同理于外部接口一1和DAC模块一4的电路连接法，如图5和图2所示；FPGA模块8的7个输出端通过三极管与外部接口一1的数字量输入端DOUTp0~DOUTp6相连接，如图9和图2所示；外部接口一1的7个端口经稳压电路后连接到FPGA模块8的输入端，具体电路连接图如图2和图9所示。

图1中外部接口二2属于DB9接口，外部接口二2和DAC模块三6的电路连接法同理于外部接口一1和DAC模块一4的电路连接法，如图3和图7所示；FPGA模块8的1个输出端通过三极管与外部接口二2的数字量输入端DOUTp7相连接，如图9和图3所示；外部接口二2的1个端口DINp7经稳压电路后连接到FPGA模块8的输入端，具体电路连接图如图3和图9所示。

图1中外部接口三3属于DB9扩展接口，外部接口三3和DAC模块四7的电路连接法同理于外部接口一1和DAC模块一4的电路连接法，如图4和图8所示；FPGA模块8的1个输出端通过三极管与外部接口三3的数字量输入端DOUTp8相连接，如图9和图4所示；外部接口三3的1个端口DINp8经稳压电路后连接到FPGA模块8的输入端，具体电路连接图如图4和图9所示。

图1中DAC模块一4、DAC模块二5、DAC模块三6和DAC模块四7均由AD5754R芯片组成，AD5754R芯片是一个16位串行输入，电压输出的数模转换器；FPGA模块8输出端经DAC模块一4、DAC模块二5、DAC模块三6和DAC模块四7连接到外部接口的输入端，DAC模块一4和DAC模块二5与外部接口一1相连接，DAC模块三6与外部接口二2相连接，DAC模块四7与外部接口三3相连接，其电路连接图如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示。FPGA模块8为DAC模块提供16位的数字信号及一些控制信号。

图1中FPGA模块8以Xilinx 公司的 SPARTAN系列的FPGA芯片XC3S50为核心，分别与外部接口一1、外部接口二2、外部接口三3、DAC模块一4、DAC模块二5、DAC模块三6、DAC模块四7和PCI桥芯片9相连接。

图1中PCI桥芯片9采用PLX公司的PCI9052接口芯片， PCI桥芯片9一端通过ALVC164245芯片与FPGA模块8连接，如图9至图11所示，另一端与PCI总线10连接，如图11和图12所示。

图1中PCI总线10符合PCI总线协议，PCI总线10一端与PCI桥芯片9相连接，如图12和图11所示，另一端插在计算机主板内的任一PCI插槽中。

图1中电源模块11其电压输入为+5V，由计算机上的主板提供，输出提供直流+3.3V，+2.5V和+1.2V，+3.3V为FPGA提供参考电压，+2.5V为FPGA提供辅助电压，+1.2V为FPGA提供内部核电压。

本发明的工作过程如下：工业控制计算机通过PCI总线模块对板卡发出指令，PCI桥芯片模块接收到PCI总线模块的指令后，转化成FPGA模块可以读取的指令，FPGA模块根据相应的指令，一方面向DAC模块一、DAC模块二、DAC模块三和DAC模块四提供16位的数字信号及一些控制信号，各个DAC模块进而输出相应的电压信号到各个外部接口模块，另一方面直接输出数字信号到各个外部接口模块，各种传感器信号作为数字信号通过各个外部接口模块输入到板卡反馈到工业控制计算机，从而控制应用系统的状态。计算机通过PCI接口对本发明的板卡进行控制和数据读写，实现16路可控DAC输出，9路数字输出，9路数字输入，满足复杂测控系统中的多功能数据控制要求。

Claims (5)

1.一种外设组件互联标准接口的数模转换输出控制装置，其特征在于：包括外部接口一（1）、外部接口二（2）、外部接口三（3）、DAC模块一（4）、DAC模块二（5）、DAC模块三（6）、DAC模块四（7）、FPGA模块（8）、PCI桥芯片（9）、PCI总线（10）和电源模块（11）；其中，DAC模块一（4）和DAC模块二（5）的一端均与FPGA模块（8）连接，另一端均与外部接口一（1）连接；DAC模块三（6）的一端与FPGA模块（8）连接，另一端与外部接口二（2）连接；DAC模块四（7）的一端与FPGA模块（8）连接，另一端与外部接口三（3）连接；FPGA模块（8）分别与外部接口一（1）、外部接口二（2）、外部接口三（3）直接连接，输出9路数字信号，输入9路数字信号；FPGA模块（8）通过PCI桥芯片（9）最后连接到PCI总线（10）上，电源模块（11）给装置供电。

2.根据权利要求1所述的一种外设组件互联标准接口的数模转换输出控制装置，其特征在于：所述的外部接口一（1）为DB25接口。

3.根据权利要求1所述的一种外设组件互联标准接口的数模转换输出控制装置，其特征在于：所述的外部接口二（2）为DB9接口。

4.根据权利要求1所述的一种外设组件互联标准接口的数模转换输出控制装置，其特征在于：所述的外部接口三（3）为DB9扩展接口。

5.根据权利要求1所述的一种外设组件互联标准接口的数模转换输出控制装置，其特征在于：所述的DAC模块一（4）、DAC模块二（5）、DAC模块三（6）和DAC模块四（7）均由AD5754R芯片组成。

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