PC/104模块Diamond-MM-AT的原理与应用

１　主要特点

随着数字信号处理技术及各种故障分析技术的快速发展，在一些由工控机构成的较小系统中，对信号进行实时采集与处理已越来越受到人们的重视。ＰＣ１０４系统模块以其结构紧凑，体积小，可扩展性强等特点，在信号采集和故障分析中得到了广泛的应用。Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ 是一个高性能１２ｂｉｔ模拟量Ｉ／Ｏ口输入输出ＰＣ／１０４模块，它包括Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａ转换通道和定时／计时器，其标准模板结构可与ＰＣ／１０４处理器进行模块组合。

Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模块的主要功能如下：

Ａ／Ｄ转换精度为１２位，可支持的最大采样频率为１００ｋＨｚ；具有１６条模拟量输入通道和２条１２位Ｄ／Ａ转换通道；有８个数字输入口和８个数字输出口；带有３２位可编程控制计数／定时器；可编程设置Ｄ／Ａ转换量程。

２　插口及引脚功能

图１所示是Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模块的外形简图。其中Ｊ１、Ｊ２为扩展总线端口，主要用于与ＰＣ／１０４处理器总线相连接。Ｕ７为Ａ／Ｄ转换器。Ｊ４是为Ａ／Ｄ设置跳线器，用来设置模拟量是单极或双极输入以及输入的量程。Ｊ５是Ｄ／Ａ设置跳线器，用于设置模拟量是单极或双极输出以及输出的参考电压值。Ｕ１５是Ｄ／Ａ转换器。Ｊ６是设置ＤＭＡ（直接存储器存取）标准的中断级和基地址设置跳线器，模块默认基地址为：０ｘ３００。Ｊ３为５０针的Ｉ／Ｏ端口，它的具体排列如图２所示，各端口定义如下：

Ｖｉｎ７／７＋～Ｖｉｎ０／０＋：单极模式模拟量Ａ／Ｄ输入端口７～０；同时可用作双极模式模拟量Ａ／Ｄ正极输入端口７～０；

Ｖｉｎ１５／７－～Ｖｉｎ８／０－：单极模式模拟量Ａ／Ｄ输入端口１５～８；也可用作双极模式模拟量Ａ／Ｄ负极输入端口７～０；

Ｖｏｕｔ０Ｖｏｕｔ１：分别为Ｄ／Ａ转换输出端口０和１；

Ｖｒｅｆ Ｏｕｔ：＋５／－５Ｖ精确参考电压输出端口；

Ｖｒｅｆ Ｉｎ０Ｖｒｅｆ Ｉｎ１：自定义Ｄ／Ａ转换参考电压量程输入端口；

Ｄｏｕｔ７～Ｄｏｕｔ０：数字输出端口０～７，兼容ＴＴＬ／ＣＭＯＳ电平；

Ｄｉｎ７～Ｄｉｎ０：数字输入端口０～７，兼容ＴＴＬ／ＣＭＯＳ电平；其中Ｄｉｎ２／Ｇａｔｅ０ 数字输入端口２还可作为计数器０的控制门，并当该端口为高电平时计数；而Ｄｉｎ０／Ｇａｔｅ１／２数字输入端口０则可作为计数器１和２的控制门，并可由控制寄存器１１来进行设定；

Ｉｎ０－：计数器０输入端（下降沿触发）；

Ｏｕｔ０Ｏｕｔ２：分别为计数器０和２的输出端口；

＋１５Ｖ模拟电源；

＋５Ｖ：与ＰＣ／１０４扩展总线电源相连，用来提供＋５Ｖ电源；

Ａｇｎｄ：模拟地；

Ｄｇｎｄ：数字地；

Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模块通常占用１６位地址空间。

３　硬件连接关系

Ｄｉａｍｏｎｄ模块与ＰＣ／１０４处理器及传感器的硬件连接框图如图３所示。 图中当传感器测取待检测信号并输入调理板进行放大滤波处理后，即可将其调制到合适的电压信号范围，并输入到Ｄｉａ-ｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模块相应的Ｉ／Ｏ端口，然后由Ｄｉａ-ｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模块将其转换为所需要的数据量或模拟量，最后由ＰＣ／１０４处理器通过扩展总线控制读写数据的处理、显示和存储。其电源由ＰＣ／１０４总线提供，在Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模块端口Ｊ１中，Ｂ１为ＧＮＤ，Ｂ３为＋５Ｖ，Ｂ５为－５Ｖ，Ｂ７为－１２Ｖ，Ｂ９为＋１２Ｖ。

４　数据采集应用程序

下面是以ＰＣ／１０４作处理器和Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ模块进行组合，以对检测的模拟量信号进行Ａ／Ｄ转换的读写程序及对各控制寄存器的配置方法。笔者已在实践中对该程序进行了测试，并已成功运用到某测试工程设计中。

＃ｄｅｆｉｎｅ Ｂａｓｅ ０ｘ３００

Ｍａｉｎ Ｖｏｉｄ{

ｕｎｉｏｎ { ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ｍ; ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｎ[２];}Ｔ；

ｉｎｔ ｄａｔ[３０００]；

ｉｎｔ ｉ， ｃｄ；

ｉｎｔ ｆｒｅｑ＝２０００；　　／／ 设定采样频率为２ｋＨｚ；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋９, ０ｘ８３)；　／／ 允许中断，由计数器触发；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋１０, ０ｘ０８)；　／／ 计数器１产生１ＭＨｚ方波

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋１１, ０ｘ０５)； ／／ Ａ／Ｄ输入范围为０～５Ｖ

Ｔ．ｍ＝（ｉｎｔ)(５０００００／ ｆｒｅｑ）; ／／ ０．５ＭＨｚ／Ｆｒｅｑ求写入记数器值；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ(Ｂａｓｅ＋１５,０ｘ５４)；　／／ 设定计数器１读／写低字节；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋１３,０ｘ０１)；　／／ 向计数器１写低字节（二分频）；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋１５,０ｘｂ４)；　／／ 设定计数器２先读／写低字节，再读／写高字节；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋１４,Ｔ．ｎ[０]); ／／ 向计数器２写低字节；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ(Ｂａｓｅ＋１４，Ｔ．ｎ[１]）;／／ 向计数器２写高字节；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ(Ｂａｓｅ＋２，０ｘｃｃ）;　　 ／／ 设定测取通道为Ｃ通道（即第１２通道）；

ｆｏｒ(ｉ＝０；ｉ＜３０００；ｉ＋＋）　 ／／ 循环采集３０００个数据；

{

ｏｕｔｐｏｒｔｂ（Ｂａｓｅ＋１,０ｘｆｆ）; ／／ 清除ＦＩＦＯ；

ｏｕｔｐｏｒｔｂ(Ｂａｓｅ＋８,０ｘｆｆ)； ／／ 设定中断寄存器８，等计数器触发；

ｗｈｉｌｅ（（ｉｎｐｏｒｔｂ(Ｂａｓｅ＋８）＆０ｘ１０)＝＝０ｘ００）;　　　／／ 等待Ａ／Ｄ转换结束；

ｃｄ＝ｉｎｐｏｒｔｂ(Ｂａｓｅ＋０））／／ 读取低八位数据；

ｃｄ＝ｃｄ／１６;　　 　／／ 数据右移四位，除去右四位的通道标志；

ｄａｔ[ｉ]＝ｉｎｐｏｒｔｂ(Ｂａｓｅ＋１）; ／／ 读取高八位数据；

ｄａｔ[ｉ]＝ｄａｔ[ｉ]＊１６; ／／ 高八位数据左移四位；

ｄａｔ[ｉ]＝ｄａｔ[ｉ]＋ｃｄ;　　／／ 高八位与低四位相加即得Ａ／Ｄ转换结果１２位数据；

}

……

５　结束语

Ｄｉａｍｏｎｄ－ＭＭ－ＡＴ是标准的ＰＣ／１０４连接模块，具有体积小，结构紧凑等优点，并具有Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ、Ｉ／Ｏ转换等多种功能。由于ＰＣ／１０４可支持高级语言编程，因此，程序开发和设计非常方便，可在很大程度上缩短开发时间。可以预见：随着电子技术的发展，这种模块化器件必将有着广阔的发展应用前景。