PC104温度采集卡的设计.doc

PC104温度采集卡的设计.docPC104温度采集卡的设计
PC104温度采集卡的设计
PC104温度采集卡的设计
介绍了一种用于12路通道温度采集的PC104采集卡的设计。重点描述了实现通道校正、采集数据的控制器的设计过程。该控制器提供了一定的数据缓冲能力和多种参数的工作方式,使得PC104采集卡的功能比较强大和全面,并且非常灵活。其设计思路值得以后类似的采集卡借鉴。实际运行结果表明,该采集卡的设计是成功的,并且工作可靠。关键词:温度采集 AD7711 PC104 控制器 CPLD PC104总线是一种出现已久的栈式总线,基本上属于ISA总线的变型。模块尺寸很小(90mm×96mm),多个模块通过针孔结构堆叠而成,形成的系统结构紧凑、抗冲击性能好,加上现在广泛应用的低功耗技术,使PC104总线特别适于用户自行开发特殊应用产品。对于低速率、高精度的测量系统而言,A/D芯片AD7711是个功能完事的模拟前端。它直接从传感器接收信号,通过一个可编程的增益控制后将信号送到模拟调节器,再经滤波后输出一个16位的串行数字字。它的主要结构特点是:内部包含有一个∑-Δ A/D转换器,具有非常高的转换精度;两个通道的可编程增益前端;带内部SRAM的校正控制器,使得校正因子可读可写;时钟发生器;低通数字滤波器,具有可编程的通阻带分截点;一个双向串行通信端口,能较方便地与微处理器接口;可以单电压或双电压供电,具有较低的功耗。对于RTD(电阻式温度检测)传感器的应用,AD7711是一款很不错的选择。本文介绍的PC104采集卡主要用于分布式温度点采集测量,上面集成了12个AD7711,形成12个通道,每个通道可以输入两路模拟信号,其中一路为单极性输入,另一路为双极性输入。 1 电路原理 PC104温度采集卡主要由12个AD7711、通道控制器、PC104栈式连接器组成,其原理框图如图1所示。板卡地址输入由拨盘开关完成。串口E2PROM用来保存每个通道的校准参数和一些板卡工作参数。另外还提供了配置ROM EPC2。通道控制器采用Altera公司的CPLD器件FLEX10K50QC240来实现。PC104主机首先初始化通道控制器,通过板卡命令对板卡进行操作,如启动、停止、设置工作参数(如中断选择、每分钟采校次数、输出因子等)。然后通道控制器对各个AD7711通道进行操作,如写AD7711的控制寄存器、读写其校准寄存器里的校正因子、读取每个通道的采样数据。通道控制器的另一个功能是模拟PC104主机的指示对串口E2PROM进行读写操作,并提供结果。采样频率有1Hz、2Hz、4Hz、8Hz、16Hz、32Hz、64Hz等,指定每个通道每分钟等间隔采样次数。板卡的控制器提供数据缓冲能力,每个采样周期都将12个通道的数据保存在缓冲器里。在存储了若干个采样周期的数据后,向主机发出中断,让PC104总线读走数据,输出因子则指定每次中断采样周期的个数。板卡提供八个ISA中断,主机可以选择其中一个。 AD7711每次采样16位数据,所以主机PC104总线从通道控制器读取数据时,使用16位I/O访问,因此/IOCS16和SBHE信号应当被驱动,而IOCHRDY则被用来插入等待周期。由于通道控制器和AD7711都采用10MHz时钟,所以对于CPU主频比较快的PC104总线,其A