基于cpci总线的a-d模块设计

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1、基于CPCI总线的A/D模块设计A/D接口在工业控制应用中普遍存在，这就促使了基于各种接口的A/D模块的的诞生。基于CPCI总线的A/D模块通过CPCI总线与主机通信，采用PLX公司的PCI9052实现CPCI接口控制，采用EPM7256实现CPLD内部逻辑控制，并通过光电隔离芯片增加抗干扰能力。该模块已经投入使用，在实际应用过程中性能稳定。关键词：A/D接口；CPCI；电压；隔离引言随着工业控制领域的发展，在实际应用中会经常用到采集和控制功能，因此会使用到A/D模块，该设计中的A/D模块是一种加固型A/D转换模块，采用PCI总线接口，符合PICMGpactPCI标准。提供32路单端或16

2、路差分模拟信号输入，采用数字光电隔离。　　该设计中的A/D模块主要具备以下功能：　　(1)提供32路单端或16路差分模拟信号输入，电压输入范围：0～＋5V，0～＋10V，－5V～＋5V，－10V～＋10V由软件可选；　　(2)放大器的增益软件可编程控制，增益分别为：1，2，4，8；　　(3)A/D转换控制和数据与本地控制及PCI总线采用光电隔离方式；　　(4)使用EPM7256实现CPLD可编程内部硬件扫描及控制逻辑电路。1设计原理　　该设计的光隔A/D转换模块主要由九个功能块构成：　　·多路模拟输入及通道转换组合控制电路　　·输入模拟信号增益控制电路　　·模拟/数字（A/D）转换及信号范

3、围控制电路　　·光电隔离电路　　·采样数据缓存器FIFO　　·定时器电路　　·CPLD可编程内部硬件扫描及控制逻辑电路　　·PCI总线接口及控制电路　　·数据传输和中断　　该模块主要采用PLX公司的PCI9052芯片作为接口芯片，将总线上的信号连接到EPM7256芯片上，然后由EPM7256芯片实现状态控制、地址译码、数据锁存等功能，之后经过HCPL0631隔离芯片，通过AD1674芯片完成模拟信号的转换。　　A/D转换模块采用CPCI总线接口，最主要的有以下几个功能模块：多路模拟输入，增益控制，模拟／数字转换器，光电隔离，控制寄存器、数据寄存器与总线接口逻辑，FIFO存储器。具体连接方式

4、如图1。　　图1A/D转换模块原理框图2实现方法2.1主要原器件选择　　在该设计中采用成熟技术，选用常用、可靠的控制芯片，结合一些常用的外围电路和专用电路实现全部的功能。即选择PCI9052作为接口芯片，利用该芯片实现PCI总线从接口逻辑。　　选择ALTERA公司的EPM7256芯片作为CPLD可编程逻辑控制芯片，ALTERA公司时世界一流的FPGA、CPLD和ASIC半导体生产商，所提供的芯片具有可靠性和稳定性。　　为了实现模块上的A/D电平转换功能，选择了ANALOG的AD1674作为A/D转换芯片。2.2PCI9052与EPM7256硬件接口实现　　如图2所示，PCI9052与EPM

5、7256连接的本地总线信号包括地址、数据、控制信号三部分。地址总线的宽度为16位，数据总线的宽度也为16位，控制信号包括读写控制信号和地址锁存信号，当PCI9052要向EPM7256发送数据的时候，先通过BALE信号锁存地址，随后才发送数据和其他信息，反之是通过CHRDY信号来锁存地址和收取数据信息。　　　　图2PCI9052与EPM7256接口示意图2.3A/D转换设计　　·多路模拟输入　　该功能块主要由若干片多路选择器模拟开关组成，通过控制电路控制32路模拟通道的输入方式（即单端或差分模拟输入）。　　·增益控制　　该功能块由可编程增益运放来实现对输入信号的放大，放大倍数由输入控制字进行

6、控制，增益分为1、2、4、8四级。　　·模拟/数字（A/D）转换及范围控制电路　　该功能块主要由一个12位的A/D转换器集成电路和电子开关组成，通过电子开关的不同组合达到改变A/D不同的转换范围，同时将模拟量转换成数字量。2.4计数器和时钟设计　　相比其他公司，OKI公司生产的M82C53计数器使用更稳定，性能更出色，其内部有三个均为16位的计数器，可进行二进制或十进制计数，他们的机构完全相同，每个计数器的输入和输出都决定于设置在控制寄存器中的控制字，互相之间工作完全独立。　　该模块这部分的功能首先由晶振产生8MHZ的时钟，经过EPM7256里面程序16分频后为500KHZ提供给M82C5

7、3作为时钟，经M82C53计数器0分频后作为A/D变换及0~15通道的扫描时钟，计数器1时钟作为定时中断信号，其输出可查询。　　M82C53的数据和读写操作等主要是同EPM7256芯片进行操作，具体实现方法见图3。　　　　图3计数器和时钟设计示意图2.5隔离设计　　为了提高抗干扰能力，需要将A/D转换后的数字量、以及控制信号和状态信号通过高速光耦与板上数据和控制链隔离，达到与系统和总线隔离。　　光耦隔离芯片采用的是HCP