PC/104模塊Diamond-MM-AT的原理與應(yīng)用

摘要：介紹了12位模擬I/O PC/104模塊Diamond-MM-AT的主要參數(shù)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能及特性，給出了Diamond-MM-AT與PC/104及傳感器的硬件連接關(guān)系?同時(shí)給出了它們的一個(gè)成功的A/D轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序。

１　主要特點(diǎn)

隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及各種故障分析技術(shù)的快速發(fā)展，在一些由工控機(jī)構(gòu)成的較小系統(tǒng)中，對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與處理已越來越受到人們的重視。ＰＣ１０４系統(tǒng)模塊以其結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，在信號(hào)采集和故障分析中得到了廣泛的應(yīng)用。Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ 是一個(gè)高性能１２ｂｉｔ模擬量Ｉ／Ｏ口輸入輸出ＰＣ／１０４模塊，它包括Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換通道和定時(shí)／計(jì)時(shí)器，其標(biāo)準(zhǔn)模板結(jié)構(gòu)可與ＰＣ／１０４處理器進(jìn)行模塊組合。

Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模塊的主要功能如下：

Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換精度為１２位，可支持的最大采樣頻率為１００ｋＨｚ；具有１６條模擬量輸入通道和２條１２位Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換通道；有８?jìng)€(gè)數(shù)字輸入口和８?jìng)€(gè)數(shù)字輸出口；帶有３２位可編程控制計(jì)數(shù)／定時(shí)器；可編程設(shè)置Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換量程。

２　插口及引腳功能

圖１所示是Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模塊的外形簡圖。其中Ｊ１、Ｊ２為擴(kuò)展總線端口，主要用于與ＰＣ／１０４處理器總線相連接。Ｕ７為Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器。Ｊ４是為Ａ／Ｄ設(shè)置跳線器，用來設(shè)置模擬量是單極或雙極輸入以及輸入的量程。Ｊ５是Ｄ／Ａ設(shè)置跳線器，用于設(shè)置模擬量是單極或雙極輸出以及輸出的參考電壓值。Ｕ１５是Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器。Ｊ６是設(shè)置ＤＭＡ（直接存儲(chǔ)器存?。?biāo)準(zhǔn)的中斷級(jí)和基地址設(shè)置跳線器，模塊默認(rèn)基地址為：０ｘ３００。Ｊ３為５０針的Ｉ／Ｏ端口，它的具體排列如圖２所示，各端口定義如下：

Ｖｉｎ７／７＋～Ｖｉｎ０／０＋：單極模式模擬量Ａ／Ｄ輸入端口７～０；同時(shí)可用作雙極模式模擬量Ａ／Ｄ正極輸入端口７～０；

Ｖｉｎ１５／７－～Ｖｉｎ８／０－：單極模式模擬量Ａ／Ｄ輸入端口１５～８；也可用作雙極模式模擬量Ａ／Ｄ負(fù)極輸入端口７～０；

Ｖｏｕｔ０?Ｖｏｕｔ１：分別為Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換輸出端口０和１；

Ｖｒｅｆ Ｏｕｔ：＋５／－５Ｖ精確參考電壓輸出端口；

Ｖｒｅｆ Ｉｎ０?Ｖｒｅｆ Ｉｎ１：自定義Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換參考電壓量程輸入端口；

Ｄｏｕｔ７～Ｄｏｕｔ０：數(shù)字輸出端口０～７，兼容ＴＴＬ／ＣＭＯＳ電平；

Ｄｉｎ７～Ｄｉｎ０：數(shù)字輸入端口０～７，兼容ＴＴＬ／ＣＭＯＳ電平；其中Ｄｉｎ２／Ｇａｔｅ０ ?數(shù)字輸入端口２?還可作為計(jì)數(shù)器０的控制門，并當(dāng)該端口為高電平時(shí)計(jì)數(shù)；而Ｄｉｎ０／Ｇａｔｅ１／２?數(shù)字輸入端口０?則可作為計(jì)數(shù)器１和２的控制門，并可由控制寄存器１１來進(jìn)行設(shè)定；

Ｉｎ０－：計(jì)數(shù)器０輸入端（下降沿觸發(fā)）；

Ｏｕｔ０?Ｏｕｔ２：分別為計(jì)數(shù)器０和２的輸出端口；

＋１５Ｖ?模擬電源；

＋５Ｖ：與ＰＣ／１０４擴(kuò)展總線電源相連，用來提供＋５Ｖ電源；

Ａｇｎｄ：模擬地；

Ｄｇｎｄ：數(shù)字地；

Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模塊通常占用１６位地址空間。

３　硬件連接關(guān)系

Ｄｉａｍｏｎｄ模塊與ＰＣ／１０４處理器及傳感器的硬件連接框圖如圖３所示。 圖中?當(dāng)傳感器測(cè)取待檢測(cè)信號(hào)并輸入調(diào)理板進(jìn)行放大濾波處理后，即可將其調(diào)制到合適的電壓信號(hào)范圍，并輸入到Ｄｉａ-ｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模塊相應(yīng)的Ｉ／Ｏ端口，然后由Ｄｉａ-ｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模塊將其轉(zhuǎn)換為所需要的數(shù)據(jù)量或模擬量，最后由ＰＣ／１０４處理器通過擴(kuò)展總線控制讀寫數(shù)據(jù)的處理、顯示和存儲(chǔ)。其電源由ＰＣ／１０４總線提供，在Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模塊端口Ｊ１中，Ｂ１為ＧＮＤ，Ｂ３為＋５Ｖ，Ｂ５為－５Ｖ，Ｂ７為－１２Ｖ，Ｂ９為＋１２Ｖ。

４　數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序

下面是以ＰＣ／１０４作處理器和Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模塊進(jìn)行組合，以對(duì)檢測(cè)的模擬量信號(hào)進(jìn)行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的讀寫程序及對(duì)各控制寄存器的配置方法。筆者已在實(shí)踐中對(duì)該程序進(jìn)行了測(cè)試，并已成功運(yùn)用到某測(cè)試工程設(shè)計(jì)中。

＃ｄｅｆｉｎｅ Ｂａｓｅ ０ｘ３００

Ｍａｉｎ Ｖｏｉｄ{

ｕｎｉｏｎ ?{ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ｍ; ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｎ[２];}Ｔ；

ｉｎｔ ｄａｔ[３０００]；?

ｉｎｔ ｉ， ｃｄ；

ｉｎｔ ｆｒｅｑ＝２０００；　?。?設(shè)定采樣頻率為２ｋＨｚ；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋９, ０ｘ８３)；?。?允許中斷，由計(jì)數(shù)器觸發(fā)；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋１０, ０ｘ０８)；?　／／ 計(jì)數(shù)器１產(chǎn)生１ＭＨｚ方波

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋１１, ０ｘ０５)；? ／／ Ａ／Ｄ輸入范圍為０～５Ｖ

Ｔ．ｍ＝（ｉｎｔ)(５０００００／ ｆｒｅｑ）; ／／ ０．５ＭＨｚ／Ｆｒｅｑ求寫入記數(shù)器值；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ(Ｂａｓｅ＋１５,０ｘ５４)；?。?設(shè)定計(jì)數(shù)器１讀／寫低字節(jié)；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋１３,０ｘ０１)；??。?向計(jì)數(shù)器１寫低字節(jié)（二分頻）；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋１５,０ｘｂ４)；??。?設(shè)定計(jì)數(shù)器２先讀／寫低字節(jié)，再讀／寫高字節(jié)；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋１４,Ｔ．ｎ[０]);? ／／ 向計(jì)數(shù)器２寫低字節(jié)；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ(Ｂａｓｅ＋１４，Ｔ．ｎ[１]）;??／／ 向計(jì)數(shù)器２寫高字節(jié)；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ(Ｂａｓｅ＋２，０ｘｃｃ）;　　 ／／ 設(shè)定測(cè)取通道為Ｃ通道（即第１２通道）；

ｆｏｒ(ｉ＝０；ｉ＜３０００；ｉ＋＋）　 ／／ 循環(huán)采集３０００個(gè)數(shù)據(jù)；

{

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋１,０ｘｆｆ）;? ／／ 清除ＦＩＦＯ；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ(?Ｂａｓｅ＋８,０ｘｆｆ)； ／／ 設(shè)定中斷寄存器８，等計(jì)數(shù)器觸發(fā)；

ｗｈｉｌｅ（（ｉｎｐｏｒｔｂ(Ｂａｓｅ＋８）＆０ｘ１０)＝＝０ｘ００）;　　?。?等待Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換結(jié)束；

ｃｄ＝ｉｎｐｏｒｔｂ(Ｂａｓｅ＋０））／／ 讀取低八位數(shù)據(jù)；

ｃｄ＝ｃｄ／１６;　　 　／／ 數(shù)據(jù)右移四位，除去右四位的通道標(biāo)志；

ｄａｔ[ｉ]＝ｉｎｐｏｒｔｂ(Ｂａｓｅ＋１）; ／／ 讀取高八位數(shù)據(jù)；

ｄａｔ[ｉ]＝ｄａｔ[ｉ]＊１６; ／／ 高八位數(shù)據(jù)左移四位；

ｄａｔ[ｉ]＝ｄａｔ[ｉ]＋ｃｄ;　?。?高八位與低四位相加即得Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換結(jié)果１２位數(shù)據(jù)；

}

……

５　結(jié)束語

Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ是標(biāo)準(zhǔn)的ＰＣ／１０４連接模塊，具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，并具有Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ、Ｉ／Ｏ轉(zhuǎn)換等多種功能。由于ＰＣ／１０４可支持高級(jí)語言編程，因此，程序開發(fā)和設(shè)計(jì)非常方便，可在很大程度上縮短開發(fā)時(shí)間。可以預(yù)見：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，這種模塊化器件必將有著廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。