[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

本發明公開了一種基于PCI接口的模擬量輸出控制裝置，該裝置包括模擬量輸出裝置、主控單元、PCI接口通信裝置以及上位機；PCI接口通信裝置通過主控單元實現與模擬量輸出裝置的連接；模擬量輸出裝置通過信號放大電路與外部被控單元進行連接，實現模擬量輸出控制；上位機與PCI接口通信裝置采用PCI協議進行數據傳輸，控制輸出模擬量的值。本發明采用PCI通信接口，支持高速率輸出控制，輸出的模擬量具有16位高精度且有高壓擺率，可以實現精準且高速的控制，同時具有8路可控模擬量輸出、4路數字輸入、4路數字輸出，可以滿足工業控制領域的精確且復雜要求。

技術領域

本發明涉及工業測控領域數據采集及控制裝置，尤其涉及基于PCI接口的模擬量輸出控制裝置。

背景技術

在目前的工業測控領域中，存在對高精度的儀器設備按照一定的算法進行實時控制的需求，即輸出數字和模擬信號去控制外部應用系統，同時各種傳感器信號作為數字輸入反饋到工業控制計算機，用于更新控制系統的狀態。

目前在工業控制計算機上最通用的通信接口是外設部件互連標準(PeripheralComponent Interconnection簡稱PCI)總線接口。工業測控領域中非常常用的一種控制方案就是，工業控制計算機通過PCI接口接收外部待控制系統的數據，并通過PCI接口對外部待控制系統發送控制指令，實現高速精密的控制。

然而，目前基于PCI接口的模擬量輸出控制裝置存在著輸出模擬量轉換速度慢、分辨率低、與外部系統接口少、只能輸出模擬信號等缺點，因此提供一種基于PCI接口的具有一定數量的數字量和模擬量輸入輸出接口，對控制信號處理速度快、轉換精度高，能準確控制外部系統狀態的模擬量輸出控制裝置是非常必要的，在降低成本的同時提高控制外部系統模擬量的轉換速度、精度，對提升工業控制的效率具有促進作用。

發明內容

本發明針對工控機難以直接在高速環境下控制外部精密設備的問題，提出了一種基于PCI接口的模擬量輸出控制裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種基于PCI接口的模擬量輸出控制裝置，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。

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；

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；

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；

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，模擬電源主要為數模轉換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；