一種PC104溫度采集卡的設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間:2007/4/23 0:00:00 訪問次數(shù):665
關(guān)鍵詞:溫度采集 AD7711 PC104 控制器 CPLD
PC104總線是一種出現(xiàn)已久的棧式總線,基本上屬于ISA總線的變型。模塊尺寸很。90mm×96mm),多個(gè)模塊通過針孔結(jié)構(gòu)堆疊而成,形成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、抗沖擊性能好,加上現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的低功耗技術(shù),使PC104總線特別適于用戶自行開發(fā)特殊應(yīng)用產(chǎn)品。
對(duì)于低速率、高精度的測量系統(tǒng)而言,A/D芯片AD7711是個(gè)功能完事的模擬前端。它直接從傳感器接收信號(hào),通過一個(gè)可編程的增益控制后將信號(hào)送到模擬調(diào)節(jié)器,再經(jīng)濾波后輸出一個(gè)16位的串行數(shù)字字。它的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:內(nèi)部包含有一個(gè)∑-Δ A/D轉(zhuǎn)換器,具有非常高的轉(zhuǎn)換精度;兩個(gè)通道的可編程增益前端;帶內(nèi)部SRAM的校正控制器,使得校正因子可讀可寫;時(shí)鐘發(fā)生器;低通數(shù)字濾波器,具有可編程的通阻帶分截點(diǎn);一個(gè)雙向串行通信端口,能較方便地與微處理器接口;可以單電壓或雙電壓供電,具有較低的功耗。
對(duì)于RTD(電阻式溫度檢測)傳感器的應(yīng)用,AD7711是一款很不錯(cuò)的選擇。本文介紹的PC104采集卡主要用于分布式溫度點(diǎn)采集測量,上面集成了12個(gè)AD7711,形成12個(gè)通道,每個(gè)通道可以輸入兩路模擬信號(hào),其中一路為單極性輸入,另一路為雙極性輸入。
1 電路原理
PC104溫度采集卡主要由12個(gè)AD7711、通道控制器、PC104棧式連接器組成,其原理框圖如圖1所示。板卡地址輸入由撥盤開關(guān)完成。串口E2PROM用來保存每個(gè)通道的校準(zhǔn)參數(shù)和一些板卡工作參數(shù)。另外還提供了配置ROM EPC2。
通道控制器采用Altera公司的CPLD器件FLEX10K50QC240來實(shí)現(xiàn)。PC104主機(jī)首先初始化通道控制器,通過板卡命令對(duì)板卡進(jìn)行操作,如啟動(dòng)、停止、設(shè)置工作參數(shù)(如中斷選擇、每分鐘采校次數(shù)、輸出因子等)。然后通道控制器對(duì)各個(gè)AD7711通道進(jìn)行操作,如寫AD7711的控制寄存器、讀寫其校準(zhǔn)寄存器里的校正因子、讀取每個(gè)通道的采樣數(shù)據(jù)。通道控制器的另一個(gè)功能是模擬PC104主機(jī)的指示對(duì)串口E2PROM進(jìn)行讀寫操作,并提供結(jié)果。
采樣頻率有1Hz、2Hz、4Hz、8Hz、16Hz、32Hz、64Hz等,指定每個(gè)通道每分鐘等間隔采樣次數(shù)。板卡的控制器提供數(shù)據(jù)緩沖能力,每個(gè)采樣周期都將12個(gè)通道的數(shù)據(jù)保存在緩沖器里。在存儲(chǔ)了若干個(gè)采樣周期的數(shù)據(jù)后,向主機(jī)發(fā)出中斷,讓PC104總線讀走數(shù)據(jù),輸出因子則指定每次中斷采樣周期的個(gè)數(shù)。板卡提供八個(gè)ISA中斷,主機(jī)可以選擇其中一個(gè)。
AD7711每次采樣16位數(shù)據(jù),所以主機(jī)PC104總線從通道控制器讀取數(shù)據(jù)時(shí),使用16位I/O訪問,因此/IOCS16和SBHE信號(hào)應(yīng)當(dāng)被驅(qū)動(dòng),而IOCHRDY則被用來插入等待周期。由于通道控制器和AD7711都采用10MHz時(shí)鐘,所以對(duì)于CPU主頻比較快的PC104總線,其ALE、/IOW、/IOR、AEN等信號(hào)的有效電平脈寬是與時(shí)鐘周期有關(guān)系的,此時(shí)它們的脈寬可能比板卡的時(shí)鐘周期100ns要小,故不能用它們直接作為時(shí)鐘使能,而應(yīng)當(dāng)利用它們的沿來鎖存地址,并觸發(fā)得到寬脈沖信號(hào)完成使能,鎖存數(shù)據(jù)。
AD7711采用自時(shí)鐘方式。SCLK提供串行時(shí)鐘輸出;SDATA是串行數(shù)據(jù)位;/DRDY的下降沿表明數(shù)據(jù)字準(zhǔn)備好,當(dāng)傳送完畢時(shí)恢復(fù)到高電平;/TFS、/RFS是發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀同步信號(hào);A0是地址輸入,表明是對(duì)AD7711控制寄存器操作,還是對(duì)AD7711數(shù)據(jù)或校準(zhǔn)寄存器操作。
存儲(chǔ)器操作控制寄存器(EepReg,其中包括用于控制的16位寄存器0x288和數(shù)據(jù)寄存器0x289)及參數(shù)寄存器(ParaReg,0x280)。由于通道操作寄存器是32位,主機(jī)對(duì)同一個(gè)口地址(如0x282)連續(xù)進(jìn)行兩個(gè)16位寫操作,因此利用兩個(gè)連續(xù)的/IOW寫數(shù)據(jù)。通道操作寄存器低24位是寫入AD7711的數(shù)據(jù),即24位控制字或校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。高8位的含義如下:
R/W:0表示寫,1表示讀。
F1,F(xiàn)0:00表示對(duì)AD7711控制寄存器操作,11表示對(duì)AD7711校準(zhǔn)寄存器操作,01則是讀取數(shù)據(jù)。
CHCH3CH3CH1CH0:1xxxx表示全通道操作,0xxxx表示某單通道操作。
因?yàn)榉峙浣o每塊采集卡的I/O地址空間有限,所以利用板卡命令寄存器的低8位作為參
關(guān)鍵詞:溫度采集 AD7711 PC104 控制器 CPLD
PC104總線是一種出現(xiàn)已久的棧式總線,基本上屬于ISA總線的變型。模塊尺寸很。90mm×96mm),多個(gè)模塊通過針孔結(jié)構(gòu)堆疊而成,形成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、抗沖擊性能好,加上現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的低功耗技術(shù),使PC104總線特別適于用戶自行開發(fā)特殊應(yīng)用產(chǎn)品。
對(duì)于低速率、高精度的測量系統(tǒng)而言,A/D芯片AD7711是個(gè)功能完事的模擬前端。它直接從傳感器接收信號(hào),通過一個(gè)可編程的增益控制后將信號(hào)送到模擬調(diào)節(jié)器,再經(jīng)濾波后輸出一個(gè)16位的串行數(shù)字字。它的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:內(nèi)部包含有一個(gè)∑-Δ A/D轉(zhuǎn)換器,具有非常高的轉(zhuǎn)換精度;兩個(gè)通道的可編程增益前端;帶內(nèi)部SRAM的校正控制器,使得校正因子可讀可寫;時(shí)鐘發(fā)生器;低通數(shù)字濾波器,具有可編程的通阻帶分截點(diǎn);一個(gè)雙向串行通信端口,能較方便地與微處理器接口;可以單電壓或雙電壓供電,具有較低的功耗。
對(duì)于RTD(電阻式溫度檢測)傳感器的應(yīng)用,AD7711是一款很不錯(cuò)的選擇。本文介紹的PC104采集卡主要用于分布式溫度點(diǎn)采集測量,上面集成了12個(gè)AD7711,形成12個(gè)通道,每個(gè)通道可以輸入兩路模擬信號(hào),其中一路為單極性輸入,另一路為雙極性輸入。
1 電路原理
PC104溫度采集卡主要由12個(gè)AD7711、通道控制器、PC104棧式連接器組成,其原理框圖如圖1所示。板卡地址輸入由撥盤開關(guān)完成。串口E2PROM用來保存每個(gè)通道的校準(zhǔn)參數(shù)和一些板卡工作參數(shù)。另外還提供了配置ROM EPC2。
通道控制器采用Altera公司的CPLD器件FLEX10K50QC240來實(shí)現(xiàn)。PC104主機(jī)首先初始化通道控制器,通過板卡命令對(duì)板卡進(jìn)行操作,如啟動(dòng)、停止、設(shè)置工作參數(shù)(如中斷選擇、每分鐘采校次數(shù)、輸出因子等)。然后通道控制器對(duì)各個(gè)AD7711通道進(jìn)行操作,如寫AD7711的控制寄存器、讀寫其校準(zhǔn)寄存器里的校正因子、讀取每個(gè)通道的采樣數(shù)據(jù)。通道控制器的另一個(gè)功能是模擬PC104主機(jī)的指示對(duì)串口E2PROM進(jìn)行讀寫操作,并提供結(jié)果。
采樣頻率有1Hz、2Hz、4Hz、8Hz、16Hz、32Hz、64Hz等,指定每個(gè)通道每分鐘等間隔采樣次數(shù)。板卡的控制器提供數(shù)據(jù)緩沖能力,每個(gè)采樣周期都將12個(gè)通道的數(shù)據(jù)保存在緩沖器里。在存儲(chǔ)了若干個(gè)采樣周期的數(shù)據(jù)后,向主機(jī)發(fā)出中斷,讓PC104總線讀走數(shù)據(jù),輸出因子則指定每次中斷采樣周期的個(gè)數(shù)。板卡提供八個(gè)ISA中斷,主機(jī)可以選擇其中一個(gè)。
AD7711每次采樣16位數(shù)據(jù),所以主機(jī)PC104總線從通道控制器讀取數(shù)據(jù)時(shí),使用16位I/O訪問,因此/IOCS16和SBHE信號(hào)應(yīng)當(dāng)被驅(qū)動(dòng),而IOCHRDY則被用來插入等待周期。由于通道控制器和AD7711都采用10MHz時(shí)鐘,所以對(duì)于CPU主頻比較快的PC104總線,其ALE、/IOW、/IOR、AEN等信號(hào)的有效電平脈寬是與時(shí)鐘周期有關(guān)系的,此時(shí)它們的脈寬可能比板卡的時(shí)鐘周期100ns要小,故不能用它們直接作為時(shí)鐘使能,而應(yīng)當(dāng)利用它們的沿來鎖存地址,并觸發(fā)得到寬脈沖信號(hào)完成使能,鎖存數(shù)據(jù)。
AD7711采用自時(shí)鐘方式。SCLK提供串行時(shí)鐘輸出;SDATA是串行數(shù)據(jù)位;/DRDY的下降沿表明數(shù)據(jù)字準(zhǔn)備好,當(dāng)傳送完畢時(shí)恢復(fù)到高電平;/TFS、/RFS是發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀同步信號(hào);A0是地址輸入,表明是對(duì)AD7711控制寄存器操作,還是對(duì)AD7711數(shù)據(jù)或校準(zhǔn)寄存器操作。
存儲(chǔ)器操作控制寄存器(EepReg,其中包括用于控制的16位寄存器0x288和數(shù)據(jù)寄存器0x289)及參數(shù)寄存器(ParaReg,0x280)。由于通道操作寄存器是32位,主機(jī)對(duì)同一個(gè)口地址(如0x282)連續(xù)進(jìn)行兩個(gè)16位寫操作,因此利用兩個(gè)連續(xù)的/IOW寫數(shù)據(jù)。通道操作寄存器低24位是寫入AD7711的數(shù)據(jù),即24位控制字或校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。高8位的含義如下:
R/W:0表示寫,1表示讀。
F1,F(xiàn)0:00表示對(duì)AD7711控制寄存器操作,11表示對(duì)AD7711校準(zhǔn)寄存器操作,01則是讀取數(shù)據(jù)。
CHCH3CH3CH1CH0:1xxxx表示全通道操作,0xxxx表示某單通道操作。
因?yàn)榉峙浣o每塊采集卡的I/O地址空間有限,所以利用板卡命令寄存器的低8位作為參
熱門點(diǎn)擊
- 七號(hào)信令集中監(jiān)測系統(tǒng)消息解碼實(shí)現(xiàn)
- 電路在線維修測試儀上的ASA(VI曲線)測試
- EMG在語音信號(hào)識(shí)別中的應(yīng)用
- 一種基于圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)
- 雙口RAM通訊在電機(jī)控制中的應(yīng)用
- 二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片TA8435H及其應(yīng)用
- 多功能車輛總線控制器芯片(MVBC)的幀收發(fā)
- 煤礦井下采區(qū)無人值守變電所微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的研究
- CD4051和AD595制作的溫度采集儀
- 基于MSP430和USB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
推薦技術(shù)資料
- 滑雪繞樁機(jī)器人
- 本例是一款非常有趣,同時(shí)又有一定調(diào)試難度的玩法。EDE2116AB... [詳細(xì)]
- 高效率降壓 DC/DC 變換器
- 集成隔離電源 3kVRMS多
- 隔離式、雙輸入控制、高/低端半
- 隔離式、獨(dú)立雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器
- Virtual Bench P
- 雙路輸出、數(shù)字、16 相控制器
- 多媒體協(xié)處理器SM501在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用
- 基于IEEE802.11b的EPA溫度變送器
- QUICCEngine新引擎推動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)革新
- SoC面世八年后的產(chǎn)業(yè)機(jī)遇
- MPC8xx系列處理器的嵌入式系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)
- dsPIC及其在交流變頻調(diào)速中的應(yīng)用研究