個DAC數(shù)據(jù)處理卡垂直插接在采集控制卡上。
[0018]圖1中的外部接口 I為SCSI 68針的90度母頭接口，可與外圍的傳感器或執(zhí)行器進行連接，而在采集控制卡上，外部接口 I則分別與通用接口模塊3的兩個插槽區(qū)域連接，可以保證SSI信號采集卡或者DAC數(shù)據(jù)處理卡同時與外圍設(shè)備連接，具體電路如圖4所示。
[0019]圖1中的CPCI總線連接模塊2符合CPCI總線協(xié)議，可以實現(xiàn)32位的指令傳輸，CPCI總線連接模塊一端與PCI橋接芯片模塊5連接，另一端通過CPCI連接器與工控機背板插槽連接，實現(xiàn)與計算機的穩(wěn)定通信，具體電路如圖5所示。
[0020]圖1中的通用接口模塊3的I到40號管腳中除了 GND管腳，其余管腳均與外部接口模塊I連接，41到80號管腳中，除了 GND管腳，還有6個管腳分別與電源模塊連接，其余管腳均與采集控制卡的FPGA模塊4連接。其具體的電路連接如圖6和圖7所示。
[0021]圖1中的采集控制卡的FPGA模塊4以Xilinx公司的SPARTAN系列的FPGA芯片XC3S50為核心，其一端與通用接口模塊3連接，其另一端通過ALVC164245芯片與PCI橋接芯片模塊5連接，具體的電路如圖8、和圖16所示。
[0022]圖1中的PCI橋接芯片模塊5以PLX公司的PCI9052接口芯片為核心，通過EECS、EESK、EED1、EEDO管腳與93CS46芯片連接，同時PCI9052芯片通過LADO到LAD7這8個管腳與ALVC164245芯片連接，進而與采集控制卡的FPGA模塊4連接，另外，PCI9052還和CPCI總線連接模塊2連接。具體電路如圖9和圖16連接。
[0023]圖2中的6個SSI模塊8均以MAXM公司的MAX490芯片為核心，由FPGA模塊7輸入一個時鐘信號CLK，通過MAX490輸出一對差分信號CLK+、CLK_，用以控制外圍設(shè)備中的絕對值編碼器；同時MAX490芯片接收一對差分輸入信號DATA+和DATA-，輸出串行數(shù)據(jù)DATA到SSI信號采集卡的FPGA模塊7。具體電路如圖10所示。
[0024]圖2中的通用接口 9為兩排平行的40針母頭插槽，可以插在采集控制卡的通用接口模塊3上，I到40號管腳中，除了部分GND管腳外，其他均通過插槽與外部接口 I連接。而在SSI信號采集卡上，這些管腳則分別與SSI模塊的DATA+、DATA-、CLK+、CLK-連接；41到80號管腳中，除了部分GND管腳外，還有6路電壓輸入信號，分別是+12V、-12V、+5V、+3.3V、+2.5V、+1.2V，其余管腳均為數(shù)據(jù)與控制信號，通過插槽與采集控制卡的FPGA連接，而在SSI信號采集卡上，這些管腳則與SSI信號采集卡的FPGA模塊7連接。具體電路如圖11和圖12所示。
[0025]圖3中的4個DAC模塊11均由AD5754R芯片組成，AD5754R芯片是一個16位串行輸入，電壓輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器；FPGA模塊10輸出端經(jīng)4個DAC模塊11連接到通用接口 12的輸入端，DAC數(shù)據(jù)處理卡的FPGA模塊10為DAC模塊提供16位的數(shù)字信號及一些控制信號。具體電路如圖13所示。
[0026]圖3中的通用接口 12為兩排平行的40針母頭插槽，可以插在采集控制卡的通用接口模塊上，其中I到40號管腳中，除了部分GND管腳外，其他均通過插槽與外部接口 I連接，而在DAC數(shù)據(jù)處理卡上，這些管腳則分別與DAC模塊的輸出端連接；41到80號管腳中，除了 GND管腳外，還有6路電壓輸入信號，分別是+12V、-12V、+5V、+3.3V、+2.5V、+1.2V，其余管腳均為數(shù)據(jù)與控制信號，通過插槽與采集控制卡的FPGA連接，而在DAC數(shù)據(jù)處理卡上，這些管腳則與DAC數(shù)據(jù)處理卡的FPGA模塊10連接。具體電路如圖14和圖15所示。
[0027]本發(fā)明的工作過程如下:工業(yè)控制計算機通過CPCI總線連接模塊對采集控制卡發(fā)出指令，PCI橋芯片模塊接收到CPCI總線連接模塊的指令后，轉(zhuǎn)化成采集控制卡的FPGA模塊可以讀取的指令，F(xiàn)PGA模塊根據(jù)相應(yīng)的指令，先選擇對某一個插槽區(qū)域的功能板卡進行識別，通過地址尋訪，由相應(yīng)的功能板卡向采集控制卡反饋狀態(tài)信息，從而完成初始化。
[0028]當(dāng)需要對SSI信號采集卡進行采集控制時，由采集控制卡的FPGA通過采集控制卡的通用接口模塊向SSI信號采集卡的FPGA發(fā)出指令，包括地址、讀寫指令以及位寬設(shè)置數(shù)據(jù)等，同時SSI模塊將實時采集到的SSI信號發(fā)送給SSI信號采集卡的FPGA，繼而發(fā)送給采集控制卡的FPGA，最終完成信號的采集并上傳至計算機的上位機。
[0029]當(dāng)需要對DAC數(shù)據(jù)處理卡進行控制時，集控制卡的FPGA通過采集控制卡的通用接口模塊向4個DAC模塊提供16位的數(shù)字信號及一些控制信號，各個DAC模塊進而輸出相應(yīng)的電壓信號，通過采集控制卡的通用接口模塊傳輸?shù)酵獠拷涌谀K，從而控制外圍執(zhí)行器的工作狀態(tài)。
[0030]本發(fā)明的一大創(chuàng)新點在于，利用基于CPCI總線標(biāo)準的采集控制卡和工控機穩(wěn)定通信，并通過通用性接口的設(shè)計，將功能模塊分離出來、單獨設(shè)計，同時可以滿足多種功能的需求，也為進一步開發(fā)更多的功能板卡提供開放的硬件接口，更好地適應(yīng)工業(yè)控制領(lǐng)域愈加復(fù)雜的需求。
【主權(quán)項】
1.一種基于CPCI總線標(biāo)準的多功能采集控制裝置，其特征在于:包括采集控制卡、SSI信號采集卡和DAC數(shù)據(jù)處理卡，采集控制卡上設(shè)有外部接口( I )、CPCI總線連接模塊(2)、通用接口模塊(3 )、采集控制卡的FPGA模塊(4 )、PCI橋接芯片模塊(5 )和電源模塊(6 ) ;SSI信號采集卡上設(shè)有FPGA模塊(7)、六個SSI模塊(8)、SSI信號采集卡的通用接口(9) ；DAC數(shù)據(jù)處理卡上設(shè)有FPGA模塊(10)、四個DAC模塊(11 )、DAC數(shù)據(jù)處理卡的通用接口( 12); 采集控制卡通過外部接口( I)與外圍設(shè)備連接，可以實現(xiàn)與外圍的傳感器或執(zhí)行器進行連接；采集控制卡通過CPCI總線連接模塊(2)與工控機背板插槽連接，實現(xiàn)與計算機的穩(wěn)定通信，CPCI總線連接模塊(2)符合CPCI總線協(xié)議；在采集控制卡上，外部接口(I)與通用接口模塊(3)連接；所述的采集控制卡的通用接口模塊(3)有兩個相同的插槽區(qū)域，可同時與兩塊功能子板連接，每一個插槽區(qū)域由兩排平行的40針公頭插槽構(gòu)成，每一個插槽區(qū)域的兩排插槽分別與外設(shè)接口(I)和采集控制卡的FPGA模塊(4)連接；所述的PCI橋接芯片模塊(5)分別與CPCI總線連接模塊(2)和采集控制卡的FPGA模塊(4)相連； 所述的SSI信號采集卡的通用接口(9)為兩排平行的40針母頭插槽，SSI信號采集卡通過SSI信號采集卡的通用接口(9)插接在采集控制卡的通用接口模塊(3)上；在SSI信號采集卡上，SSI信號采集卡的FPGA模塊(7)分別與6個SSI模塊(8)連接，SSI信號采集卡的通用接口(9)的一排插槽分別與6個SSI模塊(8)連接，另一排插槽與SSI信號采集卡的FPGA模塊(7)連接； 所述的DAC數(shù)據(jù)處理卡的通用接口( 12)為兩排平行的40針母頭插槽，DAC數(shù)據(jù)處理卡通過DAC數(shù)據(jù)處理卡的通用接口( 12)插接在采集控制卡的通用接口模塊(3)連接上；在DAC數(shù)據(jù)處理卡上，DAC數(shù)據(jù)處理卡的FPGA模塊(10)分別與4個DAC模塊(11)連接，DAC數(shù)據(jù)處理卡的通用接口(12)的一排插槽分別與4個DAC模塊(11)連接，另一排插槽與DAC數(shù)據(jù)處理卡的FPGA模塊(10)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CPCI總線標(biāo)準的多功能采集控制裝置，其特征在于:所述的電源模塊(6)其輸入電壓分為三種，分別是+5V、+12V、-12V，由工控機背板提供，輸出提供直流+3.3V，+2.5V和+1.2V，+3.3V為FPGA提供參考電壓，+2.5V為FPGA提供輔助電壓，+1.2V為FPGA提供內(nèi)部核電壓，同時+5V、+12V和-12V電壓還要輸出到外部接口(O以及通用接口模塊(3)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CPCI總線標(biāo)準的多功能采集控制裝置，其特征在于:所述的采集控制卡的外部接口是SCSI 68針的90度母頭接口，可以通過SCSI 68針的90度公頭接口與外圍設(shè)備連接，所述外圍設(shè)備為絕對值編碼器、電機。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于CPCI總線標(biāo)準的多功能采集控制裝置，包括基于工業(yè)計算機CPCI總線標(biāo)準的采集控制卡，可完成6路同步串行接口信號同步采集的SSI信號采集卡，可完成16路數(shù)模轉(zhuǎn)換的DAC數(shù)據(jù)處理卡。采集控制卡包括CPCI總線連接模塊、電源模塊、PCI橋接芯片模塊、FPGA模塊、通用接口模塊、外部接口模塊；SSI信號采集卡包括6路SSI模塊、FPGA模塊以及通用接口；DAC數(shù)據(jù)處理卡包括4路DAC模塊及功放電路、FPGA模塊、通用接口。SSI信號采集卡和DAC數(shù)據(jù)處理卡通過通用接口安裝在采集控制卡上，實現(xiàn)與采集控制卡的FPGA通信以及和外部接口的連接，并且整個裝置可擴展性很好，可以滿足工業(yè)控制現(xiàn)場多功能的數(shù)據(jù)處理需求。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN104965469
【申請?zhí)枴緾N201510399179
【發(fā)明人】陳積明, 王天馳, 史治國
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月6日