基于cpci總線標(biāo)準(zhǔn)的多功能采集控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域數(shù)據(jù)采集及控制裝置，尤其涉及一種基于CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)的多功能采集控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在快速發(fā)展著的微電子、計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的推動(dòng)下，計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今工業(yè)控制的主流測(cè)量控制系統(tǒng)。尤其在化工、冶金、電力、自動(dòng)化機(jī)床、工業(yè)產(chǎn)品的集成生產(chǎn)等領(lǐng)域，均有著廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性愈加凸顯。
[0003]在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，工業(yè)計(jì)算機(jī)經(jīng)常根據(jù)要求輸出數(shù)字或模擬信號(hào)給外圍設(shè)備終端，從而控制控制環(huán)節(jié)中的執(zhí)行器，比如直流電機(jī)等；同時(shí)也需要從傳感器采集符合一定標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，經(jīng)過處理后反饋給工業(yè)計(jì)算機(jī)，從而幫助工業(yè)計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。目前除了傳統(tǒng)的外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)(Peripheral Component Interconnect1n簡(jiǎn)稱PCI)總線接口，一種新型的總線標(biāo)準(zhǔn)在此基礎(chǔ)之上已經(jīng)發(fā)展起來，即CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)，中文的意思是“緊湊型PCI”，是當(dāng)今第一個(gè)采用無(wú)源總線底版結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng)，是PCI總線的電氣和軟件標(biāo)準(zhǔn)與歐式卡的工業(yè)組裝標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)結(jié)合，是當(dāng)今最新的一種工業(yè)計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)。
[0004]目前基于CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)的采集控制裝置存在著速度慢、精度低、輸出信號(hào)形式和采集輸出能力單一、功能可擴(kuò)展性差等缺陷，因此，設(shè)計(jì)一種基于CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)的多功能采集控制裝置，可以使測(cè)控系統(tǒng)同時(shí)具備多種采集和控制功能，并且整個(gè)裝置的采集速率快、輸出精度高、功能可擴(kuò)展性強(qiáng)，根據(jù)不同的需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能模塊板卡，不需要對(duì)整個(gè)采集控制卡重新設(shè)計(jì)，大大降低研發(fā)成本。這些都對(duì)工業(yè)控制自動(dòng)化的發(fā)展有積極的促進(jìn)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)對(duì)不同采集控制功能的需求，本發(fā)明的目的是提供一種基于CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)的多功能采集控制裝置，同時(shí)完成對(duì)傳感器的SSI編碼信號(hào)的采集處理以及對(duì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的數(shù)字量指令進(jìn)行DAC可控輸出等功能。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種基于CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)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(hào)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、CPCI總線連接模塊、通用接口模塊、采集控制卡的FPGA模塊、PCI橋接芯片模塊和電源模塊；SSI信號(hào)采集卡上設(shè)有FPGA模塊、六個(gè)SSI模塊、SSI信號(hào)采集卡的通用接口 ；DAC數(shù)據(jù)處理卡上設(shè)有FPGA模塊、四個(gè)DAC模塊、DAC數(shù)據(jù)處理卡的通用接口 ；
采集控制卡通過外部接口與外圍設(shè)備連接，可以實(shí)現(xiàn)與外圍的傳感器或執(zhí)行器進(jìn)行連接；采集控制卡通過CPCI總線連接模塊與工控機(jī)背板插槽連接，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定通信，CPCI總線連接模塊符合CPCI總線協(xié)議；在采集控制卡上，外部接口與通用接口模塊連接；所述的采集控制卡的通用接口模塊有兩個(gè)相同的插槽區(qū)域，可同時(shí)與兩塊功能子板連接，每一個(gè)插槽區(qū)域由兩排平行的40針公頭插槽構(gòu)成，每一個(gè)插槽區(qū)域的兩排插槽分別與外設(shè)接口和采集控制卡的FPGA模塊連接；所述的PCI橋接芯片模塊分別與CPCI總線連接模塊和采集控制卡的FPGA模塊相連；
所述的SSI信號(hào)采集卡的通用接口為兩排平行的40針母頭插槽，SSI信號(hào)采集卡通過SSI信號(hào)采集卡的通用接口插接在采集控制卡的通用接口模塊上。在SSI信號(hào)采集卡上，SSI信號(hào)采集卡的FPGA模塊分別與6個(gè)SSI模塊連接，SSI信號(hào)采集卡的通用接口的一排插槽分別與6個(gè)SSI模塊連接，另一排插槽與SSI信號(hào)采集卡的FPGA模塊連接；
所述的DAC數(shù)據(jù)處理卡的通用接口為兩排平行的40針母頭插槽，DAC數(shù)據(jù)處理卡通過DAC數(shù)據(jù)處理卡的通用接口插接在采集控制卡的通用接口模塊連接上。在DAC數(shù)據(jù)處理卡上，DAC數(shù)據(jù)處理卡的FPGA模塊分別與4個(gè)DAC模塊連接，DAC數(shù)據(jù)處理卡的通用接口的一排插槽分別與4個(gè)DAC模塊連接，另一排插槽與DAC數(shù)據(jù)處理卡的FPGA模塊連接。
[0007]所述的電源模塊其輸入電壓分為三種，分別是+5V、+12V、-12V，由工控機(jī)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(shí)+5V、+12V和-12V電壓還要輸出到外部接口以及通用接口模塊。
[0008]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，例如絕對(duì)值編碼器、電機(jī)等。
[0009]本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，具有的有益效果是:相比于其他基于CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)的采集控制裝置，本發(fā)明提供的基于CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)的多功能采集控制裝置可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)通信模塊和具體功能模塊的分離，采集控制卡實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)的穩(wěn)定通信，基于不同的功能需求開發(fā)了 SSI信號(hào)采集卡，實(shí)現(xiàn)最多6路SSI信號(hào)的同步采集；同時(shí)開發(fā)了 DAC數(shù)據(jù)處理卡，實(shí)現(xiàn)了 16路DAC可控輸出，兩種板卡可以同時(shí)在采集控制卡上穩(wěn)定工作，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)同時(shí)對(duì)傳感器和執(zhí)行器的監(jiān)測(cè)和控制，同時(shí)也為更多功能板卡的開發(fā)提供了通用接口和參考案例，大大降低了整個(gè)采集控制裝置的成本，在保證高精度、高速率的情況下，提高了整個(gè)裝置的可擴(kuò)展性，更適應(yīng)工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域的復(fù)雜要求。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖；
圖2是本發(fā)明的SSI信號(hào)采集卡的原理框圖；
圖3是本發(fā)明的DAC數(shù)據(jù)處理卡的原理框圖；
圖4是本發(fā)明的外部接口的電路圖；
圖5是本發(fā)明的CPCI總線連接模塊的電路圖；
圖6和圖7是本發(fā)明的通用接口模塊的電路圖；
圖8是本發(fā)明的采集控制卡的FPGA模塊的電路圖；
圖9是本發(fā)明的PCI橋接芯片的電路圖；
圖10是本發(fā)明的SSI模塊的電路圖；
圖11和圖12是本發(fā)明SSI信號(hào)采集卡的通用接口的電路圖；
圖13是本發(fā)明的DAC模塊的電路圖；
圖14和圖15是本發(fā)明的DAC數(shù)據(jù)處理卡的通用接口的電路圖； 圖16是本發(fā)明的ALVC164245芯片的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0012]本發(fā)明的基于CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)的多功能采集控制裝置，其總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括采集控制卡的外部接口 1、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5、電源模塊6，SSI信號(hào)采集卡和DAC數(shù)據(jù)處理卡。
[0013]其中采集控制卡是整個(gè)裝置的主控制板卡，SSI信號(hào)采集卡和DAC數(shù)據(jù)處理卡是集成了不同功能模塊的功能子板。
[0014]圖1中采集控制卡的通用接口模塊3有兩個(gè)相同的插槽區(qū)域，可以同時(shí)連接兩塊功能子板，每一個(gè)插槽區(qū)域由兩排平行的40針公頭插槽構(gòu)成，采集控制卡的通用接口模塊3在采集控制卡上是和外部接口 I以及采集控制卡的FPGA模塊4連接的，同時(shí)SSI信號(hào)采集卡或者DAC數(shù)據(jù)處理卡可以通過自身的通用接口插接在該模塊的插槽區(qū)域，實(shí)現(xiàn)與采集控制卡的連接。圖1中采集控制卡的FPGA模塊4以Xilinx公司的SPARTAN系列的FPGA芯片XC3S50為核心，其另一端與PCI橋接芯片模塊5連接；圖1中的PCI橋接芯片模塊5采用PLX公司的PCI9052接口芯片，其另一端與CPCI總線連接模塊2連接；圖1中的CPCI總線連接模塊2通過工控機(jī)的背板插槽與工控機(jī)進(jìn)行連接，從而可以接收工控機(jī)發(fā)送的控制指令并向工控機(jī)傳輸采集到的信號(hào)。
[0015]整個(gè)裝置由采集控制卡上的電源模塊供電，圖1中的電源模塊6其輸入電壓分為三種，分別是+5V、+12V、-12V，由工控機(jī)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(shí)+5V和+12V電壓還要輸出到外部接口 I以及通用接口模塊3。
[0016]圖1中的SSI信號(hào)采集卡具體的結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖2中SSI信號(hào)采集卡的FPGA模塊7 —端與6個(gè)相同的SSI模塊8連接，另一端與SSI信號(hào)采集卡的通用接口 9的接口B連接，實(shí)現(xiàn)與采集控制卡的FPGA 4進(jìn)行通信，并且控制SSI模塊；圖2中的6個(gè)SSI模塊除了和SSI信號(hào)采集卡的FPGA模塊7連接，另一端與通用接口 9的接口 A連接，進(jìn)而通過外部接口 I與外圍設(shè)備連接，采集信號(hào)；圖2中的通用接口 9由兩排平行的40針母頭插槽構(gòu)成，可以與采集控制卡的通用接口模塊3連接，使得整個(gè)SSI信號(hào)采集卡垂直插接在采集控制卡上。
[0017]圖1中的DAC數(shù)據(jù)處理卡的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖3中DAC數(shù)據(jù)處理卡的FPGA模塊10 —端與4個(gè)相同的DAC模塊11連接，另一端與DAC數(shù)據(jù)處理卡的通用接口 12的接口 B連接，實(shí)現(xiàn)與采集控制卡的FPGA 4進(jìn)行通信，并且控制DAC模塊；圖3中的4個(gè)DAC模塊除了和FPGA模塊10連接，另一端與通用接口 12的接口 A連接，進(jìn)而通過外部接口 I向外圍設(shè)備輸出數(shù)據(jù)；圖3中的通用接口 12由兩排平行的40針母頭插槽構(gòu)成，可以與采集控制卡的通用接口模塊3連接，使得整