[發明專利]一種基于PCI接口的模擬量輸出控制裝置

在審

• 申請號: 202110742691.2
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113589713A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 張金龍;史治國;潘銀斌;陳積明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種基于PCI接口的模擬量輸出控制裝置，其特征在于：該裝置包括模擬量輸出裝置、主控單元、PCI接口通信裝置、電源模塊、外部接口以及上位機；

所述模擬量輸出裝置包括若干個數模轉換裝置和與數模轉換裝置相同數量的放大電路模塊；所述數模轉換裝置一端與放大電路模塊連接，另一端直接與主控單元進行連接，接收主控單元的指令；所述放大電路模塊與外部接口連接，輸出模擬量信號控制外部設備；

所述主控單元是整個模擬量輸出控制裝置的核心控制模塊，其中包括FPGA芯片以及存儲器芯片兩部分，用于模擬量輸出裝置和上位機的協同控制和時序控制，主控單元資源分為四部分，其中主控單元的一部分資源用以實現模擬量輸出裝置的控制，按照模擬量輸出裝置芯片的時序要求給其發送串行信號。另一部分資源用以實現主控單元與外部接口通過電平轉換芯片的通信，實現數字信號的輸入輸出，主控單元還有一部分資源用來對存儲器芯片進行時序控制，實現上位機中關鍵數據的存儲和讀取。同時，還有一部分資源用以實現模擬量輸出裝置、PCI接口通信裝置和上位機的協同控制，包括上位機控制命令的接收和解析、模擬量輸出裝置的時序控制之間的協同；

所述PCI接口通信裝置用于與上位機的通信，將上位機發出的指令發送到主控單元上，主控單元根據指令對模擬量輸出裝置進行控制。PCI接口通信裝置包括存儲器芯片、PCI接口芯片以及PCI總線，三者依次連接。所述PCI接口芯片用于實現PCI總線協議的解析和處理，所述存儲器芯片中保存PCI總線協議程序，所述PCI總線與上位機連接，實現主控單元與上位機之間的數據交互；

所述電源模塊包括數字電源和模擬電源兩部分，為模擬量輸出控制裝置供電，所述數字電源為數字信號傳輸部分供電，包括主控單元、數字輸入輸出接口部分以及PCI接口通信裝置的供電，模擬電源主要為模擬量輸出裝置以及放大電路模塊供電，分為兩部分的電源模塊供電使得模擬量與數字量之間互不干擾，提高信號輸出質量；

所述外部接口上分布了外部設備連接的輸入輸出接口，具有若干路模擬量輸出接口，若干路數字輸入接口、若干路數字輸出接口，用于與外部設備的連接；

所述上位機用于發送的控制信號以及需要傳輸的數據信號至PCI接口通信裝置，經過主控單元的解析，與主控單元配合實現模擬量和數字量信號的輸出以及部分數字量信號的存儲。

2.根據權利要求1所述的一種基于PCI接口的模擬量輸出控制裝置，其特征在于：所述主控單元采用Xilinx公司的SPARTAN3系列的FPGA芯片XC3S50TQ144，采用AS配置模式，即主動串行配置模式進行硬件配置，配置采用的PROM芯片為Xilinx公司的XCF01S芯片，同時保留JTAG接口用于調試，主時鐘頻率為8MHz；主控單元上電后處于待機狀態，直到接收到上位機下發的輸出開始控制命令，然后根據控制命令配置輸出參數并啟動輸出控制時序，控制模擬量輸出裝置進行信號輸出。

3.根據權利要求1所述的一種基于PCI接口的模擬量輸出控制裝置，其特征在于：所述模擬量輸出裝置包括8個數模轉換裝置、8個放大電路模塊，所有數模轉換裝置均采用PCM56U芯片，實現16位高精度模擬量輸出；所有放大電路模塊均采用TLV172軌到軌運算放大芯片，搭建為反向放大器，按照比例實現±10V電壓輸出。

4.根據權利要求1所述的一種基于PCI接口的模擬量輸出控制裝置，其特征在于：所述PCI接口通信裝置包括存儲器芯片、PCI接口芯片、PCI總線，存儲器芯片采用型號為93LC46的EEPROM芯片，PCI接口芯片采用PLX公司的PCI9052接口芯片，PCI接口通信裝置一端與主控單元連接，另一端與PCI總線連接。PCI總線符合PCI總線協議，PCI總線一端與PCI接口芯片相連接，另一端插在計算機主板內的任一PCI插槽中。