CN111740745B - 一种面向复杂应用的多元da转换控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向复杂应用的多元DA转换控制系统及控制方法，控制系统包括总线接口模块，所述总线接口模块上双向连接有2～4路控制单元，每一路控制单元配合总线接口模块控制一个DA转换器，所述控制单元包括与总线接口模块双向连接的寄存器控制模块，所述寄存器控制模块和多功能控制模块双向通讯连接，所述多功能控制模块和数据存储模块以及对应DA转换器的时序控制模块双向通讯连接；满足二至四种DA转换器的控制需求；可以同时控制多片不同类型DA转换器，用户的可选择性高；通过参数配置后，可以实现利用DA输出周期性的波形，包括正弦波和三角波，幅值和频率配置，支持方波波输出，幅值、频率和占空比可配置，可以满足多种应用需求。

Description

一种面向复杂应用的多元DA转换控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于数/模(DA)转换控制技术领域，即将数字信号转换成模拟信号的技术，具体涉及一种面向复杂应用的多元DA转换控制系统及控制方法。

背景技术

在现有的数/模(DA)转换控制技术领域中，每种DA转换器的控制时序各不相同，每一种DA控制器往往只支持一种DA转换器的控制时序，如果换成另一种DA转换器，DA控制器就必须重新设计；DA控制器的输出往往是单点输出，如果要通过DA转换器去输出一定的波形，往往是通过软件去控制，而软件控制实时性不高，且要会加重处理器的负载。

上述DA控制器的设计方法都存在一定的缺陷，很难满足当前复杂多变的应用需求。缺陷如下：(1)DA控制器只支持一种DA转换器，用户可选择性不高；(2)功能不够完善，周期性波形需要通过在处理器上运行驱动软件完成，实时性不高，处理器的负载重。

发明内容

本发明针对DA转换器在多种应用领域使用的广泛性，以及DA转换器的多样性和DA应用的复杂性，提出一种面向复杂应用的多元DA转换控制系统及控制方法。针对多种常用的DA转换器，实现DA时序可配置功能，并且支持多种控制模式，可以覆盖多种场景的应用需求。本发明时序设计具有灵活性，功能设计具有多样性，用户具有多种选择性。

为达到上述目的，本发明所述一种面向复杂应用的多元DA转换控制系统，包括总线接口模块，所述总线接口模块上双向连接有2～4路控制单元，每一路控制单元配合总线接口模块控制一个DA转换器；所述控制单元包括与总线接口模块双向连接的寄存器控制模块，所述寄存器控制模块和多功能控制模块双向通讯连接，所述多功能控制模块和数据存储模块以及对应DA转换器的时序控制模块双向通讯连接；

所述总线接口模块用于对与其连接的寄存器控制模块中的参数进行配置，并将DA转换器的状态数据回读；所述寄存器控制模块用于配置DA转换器时序控制相关寄存器，所述寄存器控制模块包括模式寄存器、双口RAM深度配置寄存器、DA数据寄存器、双口RAM数据锁定寄存器、双口RAM输出启动寄存器、状态寄存器、控制寄存器和超时寄存器；所述多功能控制模块用于控制与其连接的数据存储模块的数据读取、维持时间读取以及读写地址管理；所述数据存储模块用于存储DA转换器输出的电压二进制码值以及所述电压二进制码要维持的时间；所述时序控制模块包含时序控制状态机，用于控制DA转换器的时序以及DA转换器单点输出。

进一步的，多功能控制模块内部包含一个DA连续输出控制状态机，所述DA连续输出控制状态机用于控制从与其连接的数据存储模块中取数，控制每个数据点维持的时间间隔，并且控制与其连接的数据存储模块的读写地址管理。

进一步的，DA连续输出控制状态机包含五个状态：空闲状态S201、读双口RAM数据状态S202、DA输出启动状态S203、等待状态S204以及单点结束状态S205；在空闲状态S201下，状态机处于未启动状态，等待所有配置数据配置完成后，然后使能启动信号，当检测到启动信号使能后，状态机跳转到读双口RAM数据状态S202；在读双口RAM数据状态S202下产生一个双口RAM读信号，将双口RAM中的数据读出，并将低16位数据部分和高16位时间部分分别锁存，同时启动计时器，状态机跳转到DA输出启动状态S203；在DA输出启动状态S203状态下产生一个信号，该信号传入对应的DA时序控制模块，用于启动DA时序控制的状态机，完成一次单点DA输出的时序控制，状态机由DA输出启动状态S203跳转到等待状态S204；在等待状态S204下，当计时器的时间达到需要维持的时间且DA转换器输出控制完成时，或者计时器的时间到达超时时间时，则状态机由等待状态S204跳转到单点结束状态S205；在单点结束状态S205下，如果启动信号使能，则状态机单点结束状态S205跳转到读双口RAM数据状态S202，启动下一次读双口RAM操作，如果启动信号关闭，则状态机由单点结束状态S205跳转到空闲状态S201。

进一步的，寄存器控制模块中的模式寄存器用于配置DA输出模式，DA输出模式包含单点输出模式和周期性波形输出模式；双口RAM深度配置寄存器用于配置双口RAM深度；DA数据寄存器在单点输出模式下为一个32位寄存器，在周期性波形输出模式下是双口RAM数据的写端口；双口RAM数据锁定寄存器用于锁定双口RAM数据；双口RAM输出启动寄存器用于启动双口RAM数据读操作，产生周期性波形的启动信号，并启动对应的多功能控制模块中的DA连续输出控制状态机；状态寄存器用于记录DA连续输出控制状态机状态，DA时序控制模块是否空闲的状态，以及DA转换器是否异常状态；控制寄存器用于复位双口RAM读写地址，以及对DA时序控制模块和DA转换器进行软复位；超时寄存器用于配置单点输出的超时时间，在DA转换器异常情况下，当单点输出时间超过该时间时，则当前DA输出控制结束，启动下一次DA单点输出，返回异常状态，并存储在状态寄存器中。

进一步的，数据存储控制模块为一个32位位宽2048深度的双口RAM，32位数据的低16位是DA即将输出的数据，高16位是该数据输出的时间长度，单位是微秒，最大是65535微秒，双口RAM的一个端口可读可写，用于配置DA需要输出的二进制码和维持时间；另一个端口只读不写，用于将DA数据读出，再通过DA时序控制模块将二进制码输出给DA转换器。

一种上述的控制系统的面向复杂应用的多元DA转换控制方法，包括以下步骤：

步骤1、配置各个寄存器控制模块中的模式寄存器和超时寄存器；

步骤2、如果模式寄存器被配置成单点输出模式，则配置DA数据寄存器即可；如果模式寄存器被配置成周期性波形输出模式，则配置双口RAM深度配置寄存器和DA数据寄存器，根据需要的周期性波形的幅值、频率和占空比，计算出对应幅值的二进制码，和每个二进制码所需要的点的个数，以及每个点的需要持续的时间，然后按照顺序写入DA数据寄存器中，所有二进制码所需要的点的个数的总和就是双口RAM深度配置寄存器需要配置的数值，最后配置双口RAM数据锁定寄存器锁定双口RAM中的数据；步骤3、配置双口RAM输出启动寄存器，产生单点输出启动信号或者周期性波形的启动信号，在周期性波形输出模式下启动DA多功能控制模块中的DA连续输出控制状态机；

步骤4、DA连续输出控制状态机检测到启动信号后，由空闲状态S201跳转到读双口RAM数据状态S202；

步骤5、在读双口RAM数据状态S202下产生一个双口RAM读信号，将双口RAM中的数据读出，并将低16位数据部分和高16位时间部分分别锁存，同时启动计时器，状态机由读双口RAM数据状态S202跳转到DA输出启动状态S203；

步骤6、在DA输出启动状态S203下产生一个启动DA时序控制状态机的信号，该信号传入对应的DA时序控制模块，用于启动DA时序控制的状态机，完成一次单点DA输出的时序控制，状态机由启动状态S203跳转到等待状态S204；

步骤7、在等待状态S204下，当计时器的时间达到需要维持的时间且DA输出控制完成时，或者计时器的时间到达超时时间时，则状态机由等待状态S204跳转到单点结束状态S205；

步骤8、在单点结束状态S205下：在单点输出模式下，启动信号自动置无效，状态机由单点结束状态S205跳转到空闲状态S201；在周期性波形输出模式下，启动信号一直保持有效，直到手动设置无效，在启动信号有效时，状态机由单点结束状态S205跳转到读双口RAM数据状态S202，启动下一次读双口RAM操作，状态机依次循环，产生周期性波形，在启动信号无效时，则状态机由S205跳转到空闲状态S201。

进一步的，所述步骤2中，在模式寄存器被配置成周期性波形输出模式时，将写入DA数据寄存器中的二进制码，每个二进制码所需要的点的个数，以及每个点的需要持续的时间用双口RAM数据锁定寄存器锁定。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

本发明在同一个控制系统中集成了二至四种DA输出控制时序，满足二至四种DA转换器的控制需求；可以同时控制多片不同类型DA转换器，用户的可选择性高；通过参数配置后，可以实现利用DA输出周期性的波形，包括正弦波和三角波，幅值和频率配置，支持方波波输出，幅值、频率和占空比可配置，可以满足多种应用需求；本发明每种DA控制支持单点输出和周期性波形的输出，通用性强，适应面广，可以在很大程度上缩短设计周期和降低设计成本；本发明的双口RAM深度配置寄存器用于配置双口RAM深度，支持双口RAM深度可调，双口RAM可循环读取数据。

进一步的，本发明支持错误状态记录功能，超时寄存器用于配置单点输出的超时时间，在DA转换器异常情况下，会返回“异常”状态，并存储在状态寄存器中。

所以，本发明通用性强，适应面广，可以在很大程度上缩短设计周期和降低设计成本。

一种基于上述的控制系统的面向复杂应用的多元DA转换控制方法，根据控制需求对寄存器控制模块、双口RAM输出启动寄存器进形配置，然后产生启动信号，启动DA连续输出控制状态机，在状态机的不同状态下，完成不同的动作，最终实现对DA控制器的控制，根据控制对象和目的的不同，进行不同的配置，通过参数配置后，可以实现利用DA转换器输出周期性的波形，包括正弦波，方波，三角波，幅值和频率配置，可以满足多种应用需求。

附图说明

图1是本发明中系统框图。

图2是本发明中DA连续输出控制状态机跳转框图。

附图中：101-总线接口模块，102-DAC5764寄存器控制模块，103-DAC7734寄存器控制模块，104-DAC8412寄存器控制模块，105-LTC2668寄存器控制模块，106-DAC5764数据存储模块，107-DAC7734数据存储模块，108-DAC8412数据存储模块，109-LTC2668数据存储模块，110-DAC5764多功能控制模块，111-DAC7734多功能控制模块，112-DAC8412多功能控制模块，113-LTC2668多功能控制模块，114-DAC5764的时序控制模块，115-DAC7734的时序控制模块，116-DAC8412的时序控制模块，117-LTC2668的时序控制模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的技术解决方案是一种面向复杂应用的多元DA转换控制系统及控制方法：(1)设计了32位自定义总线接口，通过该总线接口可以配置相关的参数；(2)支持多种DA信号的控制，通过参数选择不同类型的DA时序输出；(3)支持DA单点输出功能；(4)支持DA输出正弦波功能，幅度和频率可配置；(5)支持DA输出方波功能，幅度、频率和占空比可配置；(6)支持三角波输出功能，幅度和频率可配置；(7)支持其他周期性的波形输出功能；(8)支持多片不同类型DA控制功能。

参照图1，一种面向复杂应用的多元DA转换控制系统包括总线接口模块101，DAC5764寄存器控制模块102，DAC7734寄存器控制模块103，DAC8412寄存器控制模块104，LTC2668寄存器控制模块105，DAC5764数据存储控制模块106，DAC7734数据存储控制模块107，DAC8412数据存储控制模块108，LTC2668数据存储控制模块109，DAC5764多功能控制模块110，DAC7734多功能控制模块111，DAC8412多功能控制模块112，LTC2668多功能控制模块113，DAC5764的时序控制模块114，DAC7734的时序控制模块115，DAC8412的时序控制模块116以及LTC2668的时序控制模块117，其中DAC5764、DAC7734、DAC8412和LTC2668是四种被控制的DA转换器。

总线接口模块101与DAC5764寄存器控制模块102、DAC7734寄存器控制模块103、DAC8412寄存器控制模块104以及LTC2668寄存器控制模块105双向连接，寄存器控制模块102、DAC7734寄存器控制模块103、DAC8412寄存器控制模块104以及LTC2668寄存器控制模块105分别与DAC5764多功能控制模块110、DAC7734多功能控制模块111、DAC8412多功能控制模块112以及LTC2668多功能控制模块113双向连接，DAC5764多功能控制模块110、DAC7734多功能控制模块111、DAC8412多功能控制模块112以及LTC2668多功能控制模块113分别与DAC5764数据存储模块106、DAC7734数据存储模块107、DAC8412数据存储模块108以及LTC2668数据存储模块109双向连接，并分别与DAC5764时序控制模块114、DAC7734时序控制模块115、DAC8412时序控制模块116、LTC2668时序控制模块117双向连接。

总线接口模块101采用32位自定义总线作为片内总线，通过该总线可以对该系统中DAC5764寄存器控制模块102，DAC7734寄存器控制模块103，DAC8412寄存器控制模块104，LTC2668寄存器控制模块105中的相关参数进行配置，并且将DA转换器的状态数据回读；

DAC5764寄存器控制模块102，DAC7734寄存器控制模块103，DAC8412寄存器控制模块104和LTC2668寄存器控制模块105，每个寄存器控制模块包含8个寄存器：模式寄存器、双口RAM深度配置寄存器，DA数据寄存器、双口RAM数据锁定寄存器、双口RAM输出启动寄存器、状态寄存器，控制寄存器和超时寄存器。

其中，模式寄存器用于配置DA输出模式，DA输出模式包含单点输出模式和周期性波形输出模式，单点输出模式即每次输出一个数据点，周期性波形就是DA自动输出多组数据点，形成周期性的波形；双口RAM深度配置寄存器用于配置双口RAM深度，双口RAM的位宽32位，最大深度是2048，深度也可以配置2至2048，配置完成以后，对应的DA转换器就按照这些点循环自动输出，形成周期性波形；DA数据寄存器，该寄存器在单点输出模式下就是一个普通的32位寄存器，在周期性波形输出模式下对应的是双口RAM一个端口的写端口，将需要输出的DA数据写入双口RAM中；双口RAM数据锁定寄存器，该寄存器用于锁定双口RAM数据，双口RAM数据一旦锁定，将不能再写入数据，解锁后才能写入数据；双口RAM输出启动寄存器，该寄存器用于启动双口RAM数据输出，产生周期性波形的启动信号，并启动DA连续输出控制状态机；状态寄存器，用于记录DA连续输出控制状态机状态，DA时序控制模块是否空闲的状态，以及DA转换器是否异常状态；控制寄存器用于复位双口RAM读写地址，以及对DA控制模块和DA转换器进行软复位；超时寄存器，用于配置单点输出的超时时间，在DA转换器异常情况下，当单点输出时间超过该时间时，则当前DA输出控制结束，启动下一次DA单点输出，返回“异常”状态，并存储在状态寄存器中。

DAC5764数据存储模块106，DAC7734数据存储模块107，DAC8412数据存储模块108和LTC2668数据存储模块109，每个模块都是一个32位位宽2048深度的双口RAM，32位数据的低16位是DA转换器即将输出的数据，高16位是该数据输出的时间长度，单位是微秒，最大是65535微秒；2048的深度是可以配置的，配置范围是2-2048，根据需要输出的周期性波形需要的数据点数配置双口RAM的数据，例如：一个方波需要高电平一个点，低电平一个点，则方波需要设置2个点就可以，双口RAM深度设置2。该双口RAM的读写地址由与其连接的DA多功能控制模块管理，对于写操作只有一个地址入口，双口RAM写一次后写地址会自动加1，通过控制寄存器可以将地址复位到起始地址。

DAC5764多功能控制模块110，DAC7734多功能控制模块111，DAC8412多功能控制模块112和LTC2668多功能控制模块113，每个模块内部包含一个DA连续输出控制状态机，如图2所示，DA连续输出控制状态机主要用于控制从双口RAM中取数，并控制每个数据点的维持时间间隔，对双口RAM的读写地址进行管理，并且能过循环从双口RAM中取数，从而可以保证DA能够输出周期性的波形。

DAC5764的时序控制模块114包含DAC5764时序控制状态机，用于控制DAC5764转换器的时序，控制DA转换器单点输出。

DAC7734的时序控制模块115包含DAC7734时序控制状态机，用于控制DAC7734转换器的时序，控制DA转换器单点输出。

DAC8412的时序控制模块116包含DAC8412时序控制状态机，用于控制DAC8412转换器的时序，控制DA转换器单点输出。

LTC2668的时序控制模块117包含LTC2668时序控制状态机，用于控制LTC2668转换器的时序，控制DA转换器单点输出。

图2中，DA连续输出控制状态机包含五个状态：S201、S202、S203、S204和S205。S201是空闲状态，该状态下状态机处于未启动状态，等待所有配置数据配置完成后，然后使能启动信号，当检测到启动信号使能后，状态机由S201跳转到S202；S202是读双口RAM数据状态，该状态下产生一个双口RAM读信号，将双口RAM中的数据读出，并将低16位数据部分和高16位时间部分分别锁存，同时在对应的多功能控制模块中启动一个计时器，状态机由S202跳转到S203；S203是DA输出启动状态，该状态下产生一个启动DA时序控制状态机的信号，该信号传入对应的DA时序控制模块，用于启动DA时序控制的状态机，完成一次单点DA输出的时序控制，状态机由S203跳转到S204；S204是等待状态，该状态下当计时器的时间达到需要维持的时间(双口RAM高16位数据)且DA输出控制完成时，或者计时器的时间到达超时时间时，则状态机由S204跳转到S205；S205是单点结束状态，在该状态下，如果在单点输出模式下，启动信号会自动置无效，则状态机由单点结束状态S205跳转到空闲状态S201；如果在周期性波形输出模式下，启动信号会一直保持有效，直到手动设置无效，在启动信号有效时，则状态机由单点结束状态S205跳转到读双口RAM数据状态S202，启动下一次读双口RAM操作，状态机依次循环，产生周期性波形；在启动信号无效时，则状态机由S205跳转到空闲状态S201。

本发明的设计方案，优点在于：(1)本发明集成了四种DA转换器输出控制时序，满足四种DA转换器的控制需求；(2)可以同时控制多片不同类型DA转换器，用户的可选择性高；(3)通过参数配置后，可以实现利用DA转换器输出周期性的波形，包括正弦波，方波，三角波，幅值和频率配置，可以满足多种应用需求；(4)本发明支持单点输出和周期性波形的输出，通用性强，适应面广，可以在很大程度上缩短设计周期和降低设计成本。

根据本发明的内容，详细介绍多片不同类型DA转换器输出周期性波形的控制实现方案，如图2所示，图2是DA连续输出控制状态机跳转框图。

多片不同类型DA转换器输出周期性波形的控制方法如下：

(1)配置DAC5764寄存器控制模块102，DAC7734寄存器控制模块103，DAC8412寄存器控制模块104和LTC2668寄存器控制模块105中的模式寄存器和超时寄存器，其中模式寄存器配置成周期性波形输出模式；

(2)配置双口RAM深度配置寄存器，DA数据寄存器和双口RAM数据锁定寄存器，根据需要的周期性波形的幅值、频率和占空比提前计算好所需要的点的个数，以及每个点的值和每个点的需要持续的时间，然后按照顺序写入DA数据寄存器中，DA数据寄存器在周期性波形输出模式下对应的是双口RAM一个端口的写端口，将即将要输出的DA数据写入双口RAM中，最后配置双口RAM数据锁定寄存器锁定双口RAM中的数据；

假如要同时输出四种不同周期性波形，分别通过DAC5764转换器、DAC7734转换器、DAC8412转换器和LTC2668转换器实现，第一种波形是电压二进制码A0输出5000微秒，电压二进制码A1输出10000微秒，两个电压二进制码值循环输出；第二种波形是电压二进制码B0输出3000微秒，电压二进制码B1输出5000微秒，电压二进制码B2输出8000微秒，三个电压二进制码值循环输出；第三种波形是电压二进制码C0输出8000微秒，电压二进制码C1输出4000微秒，电压二进制码C2输出3000微秒，电压二进制码C3输出1000微秒，四个电压二进制码值循环输出；第四种波形是电压二进制码D0输出100000微秒，电压二进制码D1输出200000微秒，电压二进制码D2输出150000微秒，三个电压二进制码值循环输出；

第一种周期型波形的点数设置成2，双口RAM深度配置寄存器设置成2，写入双口RAM中的2个电压二进制码值分别是A0、A1，持续输出的时间分别是5000微秒、10000微秒，电压二进制码值是双口RAM数据的低16位，时间是双口RAM的数据的高16位；

第二种周期型波形的点数设置成3，双口RAM深度配置寄存器设置成3，写入双口RAM中的3个电压二进制码值分别是B0、B1、B2，持续输出的时间分别是3000微秒、5000微秒、8000微秒，电压二进制码值是双口RAM数据的低16位，时间是双口RAM的数据的高16位；

第三种周期型波形的点数设置成4，双口RAM深度配置寄存器设置成4，写入双口RAM中的4个电压二进制码值分别是C0、C1、C2、C3，持续输出的时间分别是8000微秒、4000微秒、1000微秒、1000微秒，电压二进制码值是双口RAM数据的低16位，时间是双口RAM的数据的高16位；

第四种周期型波形的点数设置成9，双口RAM深度配置寄存器设置成9，写入双口RAM中的9个电压二进制码值分别是D0、D0、D1、D1、D1、D1、D2、D2、D2，持续输出的时间分别是50000微秒、50000微秒、50000微秒、50000微秒、50000微秒、50000微秒、50000微秒、50000微秒、50000微秒，电压二进制码值是双口RAM数据的低16位，时间是双口RAM的数据的高16位，之所以将每个点输出多次，是因为每个点的输出时间最大设置值是65535微秒，超过最大值的时间都要分开多次输出，所以，D0点输出100000微秒，需要分2次输出50000微秒，D1点输出200000微秒，需要分4次输出50000微秒，D2点输出150000微秒，需要分3次输出50000微秒；

(3)配置双口RAM输出启动寄存器，产生周期性波形的启动信号，并启动DA多功能控制模块中的DA连续输出控制状态机；

(4)DA连续输出控制状态机检测到启动信号后，由空闲状态S201跳转到读双口RAM数据状态S202；

(5)S202是读双口RAM数据状态，该状态下产生一个双口RAM读信号，将双口RAM中的数据读出，并将低16位数据部分和高16位时间部分分别锁存在寄存器中，同时在DA多功能控制模块启动一个计时器，状态机由读双口RAM数据状态S202跳转到DA输出启动状态S203；

(6)在DA输出启动状态S203下产生一个启动DA时序控制状态机的信号，用于启动DA时序控制的状态机，完成一次单点DA输出的时序控制，状态机由S203跳转到等待状态S204；

(7)在等待状态S204下，当计时器的时间达到需要维持的时间(双口RAM高16位数据)且DA输出控制完成时，或者计时器的时间到达超时时间时，则状态机由等待状态S204跳转到单点结束状态S205；

(8)在单点结束状态S205下，启动信号会一致保持有效，直到手动设置无效；在启动信号有效时，则状态机由单点结束状态S205跳转到读双口RAM数据状态S202，启动下一次读双口RAM操作，状态机依次循环，产生周期性波形，在启动信号无效时，则状态机由S205跳转到空闲状态S201；

本发明是一种面向复杂应用的多元DA转换控制系统及方法，支持单点输出和周期性波形输出，以及多片不同类型DA转换器控制，可以满足多种复杂应的应用需求。

根据上述方案，用Verilog HDL语言对一种面向复杂应用的多元DA转换控制系统的逻辑设计进行描述，并完成逻辑综合与布局布线，将该控制器逻辑设计映射到可编程逻辑器件中实现，并对控制系统的功能进行测试。测试结果表明本发明具有很好的可实施性，且性能满足预期。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种面向复杂应用的多元DA转换控制系统，其特征在于，包括总线接口模块(101)，所述总线接口模块(101)上双向连接有2～4路控制单元，每一路控制单元配合总线接口模块(101)控制一个DA转换器；所述控制单元包括与总线接口模块(101)双向连接的寄存器控制模块，所述寄存器控制模块和多功能控制模块双向通讯连接，所述多功能控制模块和数据存储模块以及对应DA转换器的时序控制模块双向通讯连接；

所述总线接口模块(101)用于对与其连接的寄存器控制模块中的参数进行配置，并将DA转换器的状态数据回读；

所述寄存器控制模块用于配置DA转换器时序控制相关寄存器，所述寄存器控制模块包括模式寄存器、双口RAM深度配置寄存器、DA数据寄存器、双口RAM数据锁定寄存器、双口RAM输出启动寄存器、状态寄存器、控制寄存器和超时寄存器；

所述多功能控制模块用于控制与其连接的数据存储模块的数据读取、维持时间读取以及读写地址管理；

所述数据存储模块用于存储DA转换器输出的电压二进制码值以及所述电压二进制码要维持的时间；

所述时序控制模块(114)包含时序控制状态机，用于控制DA转换器的时序以及DA转换器单点输出；

所述多功能控制模块内部包含一个DA连续输出控制状态机，所述DA连续输出控制状态机用于控制从与其连接的数据存储模块中取数，控制每个数据点维持的时间间隔，并且控制与其连接的数据存储模块的读写地址管理；

所述DA连续输出控制状态机包含五个状态：空闲状态S201、读双口RAM数据状态S202、DA输出启动状态S203、等待状态S204以及单点结束状态S205；

在空闲状态S201下，状态机处于未启动状态，等待所有配置数据配置完成后，然后使能启动信号，当检测到启动信号使能后，状态机跳转到读双口RAM数据状态S202；

在读双口RAM数据状态S202下产生一个双口RAM读信号，将双口RAM中的数据读出，并将低16位数据部分和高16位时间部分分别锁存，同时启动计时器，状态机跳转到DA输出启动状态S203；在DA输出启动状态S203状态下产生一个信号，该信号传入对应的DA时序控制模块，用于启动DA时序控制的状态机，完成一次单点DA输出的时序控制，状态机由DA输出启动状态S203跳转到等待状态S204；在等待状态S204下，当计时器的时间达到需要维持的时间且DA转换器输出控制完成时，或者计时器的时间到达超时时间时，则状态机由等待状态S204跳转到单点结束状态S205；在单点结束状态S205下，如果启动信号使能，则状态机单点结束状态S205跳转到读双口RAM数据状态S202，启动下一次读双口RAM操作，如果启动信号关闭，则状态机由单点结束状态S205跳转到空闲状态S201。

2.根据权利要求1所述的一种面向复杂应用的多元DA转换控制系统，其特征在于，所述寄存器控制模块中的模式寄存器用于配置DA输出模式，DA输出模式包含单点输出模式和周期性波形输出模式；双口RAM深度配置寄存器用于配置双口RAM深度；DA数据寄存器在单点输出模式下为一个32位寄存器，在周期性波形输出模式下是双口RAM数据的写端口；双口RAM数据锁定寄存器用于锁定双口RAM数据；双口RAM输出启动寄存器用于启动双口RAM数据读操作，产生周期性波形的启动信号，并启动对应的多功能控制模块中的DA连续输出控制状态机；状态寄存器用于记录DA连续输出控制状态机状态，DA时序控制模块是否空闲的状态，以及DA转换器是否异常状态；控制寄存器用于复位双口RAM读写地址，以及对DA时序控制模块和DA转换器进行软复位；超时寄存器用于配置单点输出的超时时间，在DA转换器异常情况下，当单点输出时间超过该时间时，则当前DA输出控制结束，启动下一次DA单点输出，返回异常状态，并存储在状态寄存器中。

3.根据权利要求1所述的一种面向复杂应用的多元DA转换控制系统，其特征在于，所述数据存储模块为一个32位位宽2048深度的双口RAM，32位数据的低16位是DA即将输出的数据，高16位是该数据输出的时间长度，单位是微秒，最大是65535微秒，双口RAM的一个端口，该端口可读可写，用于配置DA需要输出的二进制码和维持时间；另一个端口只读不写，用于将DA数据读出，再通过DA时序控制模块将二进制码输出给DA转换器。

4.一种基于权利要求1所述的控制系统的面向复杂应用的多元DA转换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、配置各个寄存器控制模块中的模式寄存器和超时寄存器；

步骤2、如果模式寄存器被配置成单点输出模式，则配置DA数据寄存器即可；如果模式寄存器被配置成周期性波形输出模式，则配置双口RAM深度配置寄存器和DA数据寄存器，根据需要的周期性波形的幅值、频率和占空比，计算出对应幅值的二进制码，和每个二进制码所需要的点的个数，以及每个点的需要持续的时间，然后按照顺序写入DA数据寄存器中，所有二进制码所需要的点的个数的总和就是双口RAM深度配置寄存器需要配置的数值，最后配置双口RAM数据锁定寄存器锁定双口RAM中的数据；

步骤3、配置双口RAM输出启动寄存器，产生单点输出启动信号或者周期性波形的启动信号，在周期性波形输出模式下启动DA多功能控制模块中的DA连续输出控制状态机；

步骤4、DA连续输出控制状态机检测到启动信号后，由空闲状态S201跳转到读双口RAM数据状态S202；

步骤5、在读双口RAM数据状态S202下产生一个双口RAM读信号，将双口RAM中的数据读出，并将低16位数据部分和高16位时间部分分别锁存，同时启动计时器，状态机由读双口RAM数据状态S202跳转到DA输出启动状态S203；

步骤6、在DA输出启动状态S203下产生一个启动DA时序控制状态机的信号，该信号传入对应的DA时序控制模块，用于启动DA时序控制的状态机，完成一次单点DA输出的时序控制，状态机由启动状态S203跳转到等待状态S204；

步骤7、在等待状态S204下，当计时器的时间达到需要维持的时间且DA输出控制完成时，或者计时器的时间到达超时时间时，则状态机由等待状态S204跳转到单点结束状态S205；

步骤8、在单点结束状态S205下：在单点输出模式下，启动信号自动置无效，状态机由单点结束状态S205跳转到空闲状态S201；在周期性波形输出模式下，启动信号一直保持有效，直到手动设置无效，在启动信号有效时，状态机由单点结束状态S205跳转到读双口RAM数据状态S202，启动下一次读双口RAM操作，状态机依次循环，产生周期性波形，在启动信号无效时，则状态机由S205跳转到空闲状态S201。

5.根据权利要求4所述的一种面向复杂应用的多元DA转换控制方法，其特征在于，所述步骤2中，在模式寄存器被配置成周期性波形输出模式时，将写入DA数据寄存器中的二进制码，每个二进制码所需要的点的个数，以及每个点的需要持续的时间用双口RAM数据锁定寄存器锁定。