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基于CPCI总线的智能AD，DA模块设计
发布时间:2015-09-05 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]在工业控制领域，为了实现采集和控制功能，经常会使用到A／D，D／A模块。在实际使用中A／D，D／A模块和主机之间通信方式可以有很多选择。比如RS 232，RS 422，网络等接口方式。在该设计中A／D，D／A模块通过CPCI总线与主机插件电感通信，通过A／D接口采集数据，经过伺服控制软件处理，输出模拟量驱动执行机构。
从而实现一个闭环的控制。另外通过对DSP软件的修改，该模块还可以单独实现A／D或者D／A功能。
该设计中A／D，D／A模块具备以下功能：
(1)提供2路16位A／D，输入信号范围±5 V，精度要求小于扁平型电感士16 LSB；
(2)提供2路16位D／A，输出信号范围±5 V，精度要求小于土8 LSB，受系统复位控制；
(3)使用TI公司DSP(TMS320VC33)作为板载处理器，该DSP主要实现管理A／D和D／A、运行控制算法、与主机通信功能，并受系统复位控制；
(4)DSP与主机采用双口RAM(IDT7133)实现数据交换功能。
1 设计原理
如图1硬件结构框图所示，该模块采用TI公司高性能CPU器件TMS320VC33为核心。模块通过PCI9052芯片与CPCI总线连接，PCI9052的本地总线的信号连接到双口RAM的一端。差模电感器双口RAM的另一端通过电平缓冲器连接DSP。
DSP核心电路包括DSP芯片TMS320VC33、数据RAM CY7C1041VC33、程序FLASH芯片SST39VF800A组成；DSP的地址、数据、控制总线通过电平缓冲器件连接双口RAM、A／D芯片、D／A芯片、CPLD。DSP通过双口RAM芯片与主控计算机进行数据交换；A／D芯片的初始化以及读写操作也由DSP负责完成；DSP控制D／A芯片输出模拟信号；CPLD内部主要实现组合逻辑功能，将DSP输入的控制信号译码，然后输出给双口RAM以及A／D，D／A等功能芯片使用。
双口RAM芯片是实现智能板的重要组成，由于DSP与主控计算机的地址空间资源是分别进行独立分配的，无法直接进行互相访问，在两者之间需要一个数据缓冲，双口RAM的特点使其可以满足这个要求。
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PC19052作为接口芯片，利用该芯片实现PCI总线从接口逻辑。
选择TMS320VC33作为板载处理芯片，该芯片是TI公司推出的专门用于实现浮点运算的高性能DSP，数据处理能力强，并且包含丰富的外围电路扩展接口。
为了实现模块上的电平转换功能，选择应用比较广泛SN74ALVC164245DL作为电平转换缓冲芯片。
2．2 PCI9052与双口RAM硬件接口实现
如图3所示PCI9052与双口RAM连接的本地总线信号包括地址、数据、控制信号3个部分。地址总线宽度为12位，数据总线宽度为16位，因此寻址空间为2 KB的16 b地址空间。控制信号包括读写控制信号和外设准备完成信号，当双口RAM将外设准备完成信号拉低后，主机就可以通过输出读写控制信号对双口RAM进行读写的操作。
2．3 DSP设计核心电薄膜片式电感器路设计
DSP是整个设计核心，DSP核心电路由DSP芯片、FLASH和RAM三个部分组成。DSP通过双口RAM与处理计算机交换数据。
如图3所示，DSP核心电路设计如下所述。DSP的电源包括核心工作电压1．8 V与I／O电压3．3 V两种，分别由板上电源模块提供。时钟信号由外接晶振提供。复位信号由CPLD提供，由于DSP的I／O电压为3．3 V，在与I／O电平标准为+5 V的信号连接时需要进行3．3～5 V之间的电平转换。中断信号同样通过电共模电感平转换器件连接到CPLD。地址和数据总线根据实际设计的需要连接功能器件。JTAG接口连接到模块的一个标准的双列14脚直插连接器上。Page0～3信号通过电平转换器件连接到CPLD。
2．4 电源设计
系统电源包括+5 V．3．3 V，1．8 V，+15 V，-15 V。
DSP芯片核心电压为1．8 V，I／O电压为3．3 V，所以需要该板提供3．3 V和1．8 V两个电压源。D／A芯片需要提供+15 V，-15 V两种电源。+5 V电源是由系统提供，其他的电源均由+5 V电源转换获得。
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