专利名称：：计算机并行接口应用模型机的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种PC机并行接口应用的外部设备，尤其涉及一种能直接应用PC机接口进行实验教学及实时闭环工业控制的模型机。技术背景目前，最接近本发明的设备是微机实验系统或训练器。这类设备都使用PCI总线或者使用ISA总线，将总线扩流后引出，接一些零散的PPI芯片等，以此搭建一个实验平台，所采用的是将交流电转成直流供电。这种设备在教学使用时，结构复杂，耗电大，造价高，仅适用于单个芯片，只能提供对总线的实验学习，不能直接应用于实时闭环工业控制。
发明内容本发明为了克服现有的微机实验系统结构复杂，耗电大，造价高，不能直接应用于实时闭环工业控制等不足，提供一种计算机并行接口应用模型机，它包括盒体(9)，盒体(9)前面板由总线数据显示面板(3)和电源总开关(4)组成，后面板由USB接口(6)、并行总线接口(8)、传感器输入接口(5)和模拟量输出负载接口(7)组成；上面板由两块输入模拟量电压显示表(1)和输出模拟量电压显示表(2)组成；盒体(9)的内部电路板由模型机1248总线LED显示电路和带有振荡电路的模型机AD转换输入电路和模型机DA转换输出电路以及电源才莫块电路组成。计算机并行接口应用才莫型机的工作是通过核心程序的控制来实现的该核心程序首先对ADC0809、DAC0832进行初始化后启动ADC0809;输出地址A并使ALE为1，将地址存入地址锁存器中，此地址经译码选通电路，；溪拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿启动AD转换之后，EOC输出信号变低，指示转换正在进行，直到转换结束EOC变为高电平，结果已存入锁存器，这个信号供程序查询时使用，当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上；启动DAC0832进行DA转换，打开输入緩冲器进行下一次DA转换，读写信号WR1由1248总线的控制寄存器控制，由于采用的是单緩冲方式，使输入寄存器工作在锁存状态，而DAC寄存器工作在不锁存状态，TO2和XFER都接地是低电平，llr入寄存器的控制信号中的ILE处于高电平，输入处理后等待DA转换的数据，当被控信号WR1端来一个负脉沖时，就可以完成一次DA变换，DA转换后数据将输入缓冲器锁住，然后重新开始直到转换结束。本发明的有益效果实验设计方案新颖，设计和研制时充分考虑技术的先进性和通用性，安全省电、价格便宜，体积小，方便实用。1、模型机采用USB口供电，不用外接电源，也不用打开机箱使用内总线，省电又安全；2、模型机内部电路，显示、输入与输出各部分独立。一旦输入输出电压显示表头和总线显示二极管阵列有故障，不影响输入与输出功能；3、同时表头显示与二极管阵列总线显示互为备f分；输入电路故障不影响输出功能；输出电路故障不影响输入功能；4、自带输入输出电压显示表头和总线显示二极管阵列显示，控制的距离可5、该模型机是一种充分利用计算机的已有资源，能完成模拟信号计算机的输入和输出，并且可进行并口总线(1248总线)的控制切换进行实时的闭环控制。在教学中，可通过一步一步模仿这一模型机的研制过程，系统地完成计算机应用系统的实验学习。实验成果可直接用于实时控制。图l模型机正面结构2模型机后面结构3模型机内部电路板功能模块4模型机核心程序流程5模型机AD转换电路6模型机DA转换电路7模型机显示面板电路8模型机I/0特征曲线图具体实施方式:参看图1-3，计算机并行接口应用模型机，它包括盒体9，盒体9前面板由总线数据显示面板3和电源总开关4组成，后面板由USB接口6、并行总线接口8、传感器输入接口5和模拟量输出负栽接口7组成；上面板由两块输入模拟量电压显示表1和输出模拟量电压显示表2组成；盒体9的内部电路板由模型机1M8总线LED显示电路和带有振荡电路的模型机AD转换输入电路和模型机DA转换输出电路以及电源模块电路组成。通过传感器输入接口5将电阻性传感器10的输出，经过扩压和AD转换，将模拟信号转换为数字信号后，经1248总线输入到计算机中，计算机程序处理后的输出数据再经过1248总线输出到DA转换器，将数字信号转换成模拟信号经扩流后，驱动负载11;模型机采用USB口6供电；1248总线数据信号用控制面板3上的发光二级管显示阵列显示，扩压后模拟输入及输出信号，由模型机的输入模拟量电压显示表1和输出模拟量电压显示表2显示。参看图5、6、7，所述AD转换采用ADC0809芯片，ADC0809的地址A与1248总线的控制寄存器C2相连，控制地址B、C接地，ADC0809的地址锁存信号ALE和ADC转换启动信号START与1248总线的控制寄存器CO相连，ADC0809的数据输出信号OE与1248总线的控制寄存器CI相连，ADC0809的AD转换结束信号与1248总线的状态寄存器S6、S7相连。DA转换采用DAC0832芯片，DAC0832的读写信号WRl与1248总线的控制寄存器C3相连，WR2和XFER接地，ILE接+5V。1248总线信号通过1248总线数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器分别经独立的緩冲器7札S244放大后由LED陈列显示。参看图4，计算机并行接口应用模型机的工作是通过核心程序的控制来实现的该核心程序首先对ADC0809、DAC0832进行初始化后启动ADC0809;输出地址A并使ALE为1，将地址存入地址锁存器中，此地址经译码选通电路，模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿启动AD转换之后，EOC输出信号变低，指示转换正在进行，直到转换结束EOC变为高电平，结果已存入锁存器，这个信号供程序查询时使用，当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上；启动DAC0832进行DA转换，打开输入緩沖器进行下一次DA转换，读写信号WR1由1248总线的控制寄存器控制，由于采用的是单緩冲方式，使输入寄存器工作在锁存状态，而DAC寄存器工作在不锁存状态，WR2和XFER都接地是低电平，输入寄存器的控制信号中的ILE处于高电平，输入处理后等待DA转换的数据，当净皮控信号WR1端来一个负脉冲时，就可以完成一次DA变换，DA转换后数据将输入緩冲器锁住，然后重新开始直到转换结束。电路工作原理AD转换部分，参看图5:1、ADC转换采用ADC0809芯片，温湿度传感器传过来的电压信号分别接入到ADC0809的INO、IN1，LM555时基电路为ADC0809提供转换时钟脉沖(频率为20—500KHZ可调，电压峰峰值为2.5V),ADC0809的25脚地址A由1248总线的控制寄存器C2控制，24脚地址B、23脚地址C接地，可根据需要选择温度传感器或湿度传感器的信号做为输入信号。ADC0809的22脚地址锁存信号ALE和6脚ADC转换启动信号START由1248总线的控制寄存器CO控制，ADC0809的9脚数据输出信号0E由1248总线的控制寄存器C1控制，ADC0809的7脚AD转换结束信号与1248总线的状态寄存器S6、S7相连，ADC0809的16脚与13脚接地，12脚与11脚接+5V,ADC0809的数据输出端脚17,14,15,8，18,19,20，21分别接1248总线的DO—D7，模型机工作时利用程序启动ADC0809,首先输出地址A，并使ALE为l,将地址存入地址锁存器中，此地址经译码选通电路，模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿启动AD转换之后，EOC输出信号变低，指示转换正在进行，直到转换结束EOC变为高电平，结果已存入锁存器，这个信号供程序查询时使用。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。2、LM555振荡电路采用直接反馈型无稳电路，LM555芯片1脚接地，2脚与R1与6脚相连，Rl另一端与3脚相连，3脚与ADC0809的IO脚相连，6脚再与C1相连，Cl另一端接地，5脚与C2相连，C2另一端接地，4脚与8脚连接+5V，其特点是"R1—6，2—C1"Rl与3相连，公式T1=T2=0.693R1*C1、T=0.722/Rl*Cl。3、传感器信号放大釆用差动放大电路与桥路相配合的方法，R6与R7相连接+5v，NTC传感器与R8相连接地，R6的另一端与NTC传感器的另一端相连再与R4相连，R7的另一端与R8的另一端相连再与R3相连，组成桥路，R3的另一端与R2与uA741的3脚同相输入端相连，R2的另一端与6脚、ADC0809的26脚的INO相连，R4的另一端与R5、uA741的2脚反相输入端相连，R5的另一端接地，4脚接-12V，7脚接+12V，电阻型传感器的阻值随被测物理量的大小变化，因而Ux也随之变化。Ux和参考电压Ur分别送到差动放大电路的两个输入端，由uA741进行放大后送给ADC0809的模拟量输入端。此电压信号也由模型机表头直接显示。DA转换部分，参看图6:1、DA转换电路采用DAC0832芯片，使用单緩冲方式、单极性输出放大电路，DAC0832的8位输入端脚7，6，5，4，16，15，14,13分别接1248总线的DO一D7，1脚与10脚接地，20脚接+12V，2脚读写信号WR1由1248总线的控制寄存器C3控制，由于采用的是单緩冲方式，使输入寄存器工作在锁存状态，而DAC寄存器工作在不锁存状态。具体的说就是18脚WR2和17脚XFER都接地是低电平，这样，DAC寄存器的锁存端得不到有效电平；另一方面，使输入寄存器的有关控制信号中，19脚ILE接+5V处于高电平，这样，当被控信号WR1端来一个负脉冲时，就可以完成一次DA变换。2、DA转换放大电路中DAC0832的11脚与LM324的2脚相连，12脚与LM324的3脚相连再4妻地，9脚与LM324的1脚、Rl相连，Rl的另一端与LM324的6脚、R2相连，R2的另一端与LM324的7脚、R3相连，R3的另一端与9013的2脚基极相连，LM324的5脚接地，9013的1脚接地，3脚接风扇的负极，风扇的正极接12V，DA转换过来的电压信号经过小功率三极管9013电流放大驱动风扇、步进电机等外部负载，此信号也同时由模型机所带表头显示。1248总线信号LED显示部分，参看图7:1248总线数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器分别经独立的緩沖器74LS244放大后由LED陈列显示。实施例模型机显示面板的制作将模型机上的两个74LS244緩冲区芯片从其座上拔下，放到逻辑设计面板上，选择电阻等散件，按图7在面板上模拟连接好；模型机模拟/数字转换部分的制作将模型机上的ADC0809芯片、uA741芯片、LM555芯片从其座上拔下，放到逻辑设计面板上，选择电阻电容等散件，按图5在面板上模拟连接好；模型机数字/模拟转换部分的制作将模型机上的DAC0832芯片、LM324芯片从其座上拔下，放到逻辑设计面板上，选择电阻等散件，按图6在面板上模拟连接好；将模型机附件温度传感器、风扇与模型机的传感器输入接口5和模拟量输出负载接口7相连，通过并行接口8数据线、USB接口6电源线与计算机连接好后，打开电源开关4，启动模型机自带程序，通过传感器输入接口5将传感器测量的物理量，经过扩压和AD转换后，进入1248总线输入到计算机中，计算机可以用定时、查询、中断方式输入数据，程序处理后的输出数据再经过1248总线输出到DA转换器，随着物理量的变化，将DA转换器的输出扩流后，经模拟量输出负载接口7,对风扇负载进行闭环控制。1248总线数据信号用控制面板3上的发光二级管显示阵列直观显示，扩压后模拟输入及输出信号，由模型机的输入模拟量电压显示表1和输出模拟量电压显示表2显示。输入模拟量电压显示表1和输出模拟量电压显示表2以及显示器上的检测曲线，随着物理量的变化而随之进行相应变化。参看图4:模型机核心程序aa:movdx，37ah丽al,0f3houtdx,al,al,0f2houtdx,almoval，0f3houtdx，almovdx,37%bb:inal,dxandal,1000000bjzbbmovdx,37ahmoval,Oflhoutdx，almovdx,378hinal，dxmovbl，almovdx,moval,outdx,moval，outdx,movdx,moval,outdx,movdx,moval,outdx,加paa37ah03halObhal378hblal37ah03hal控制口地址ALE、START为低电平，为低电平ALE、START为高电平，上升沿将逐次逼近寄存器复位，0E为低电平ALE、START为低电平，下降沿启动AD转换，，OE为低电平等待转换结束ALE、START为低电平，OE为高电平，允许转换结果输,'保存转换结果并进行处理锁存上一次的转换结果打开输入缓冲器进行下一次DA转换输入等待的这一次的转换数据将输入缓冲器锁住重新开始模型机主要性能参数1模型机I/0特征曲线图，参看图8c模型机I/0特征曲线图参数表:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>2主要参数和电路特性DAC电流建立时间ipsDAC数据允许程序可控DAC分辨率8位DAC数据选通程序可控DAC扩流扩压可调DAC输出方式定时ADC转换速度最高100psADC时钟最高640kHz可调ADC数据三态输出程序可控ADC的扩流扩压可调ADC输入方式中断、査询、定时三种可选权利要求1、计算机并行接口应用模型机，它包括盒体(9)，其特征在于盒体(9)前面板由总线数据显示面板(3)和电源总开关(4)组成，后面板由USB接口(6)、并行总线接口(8)、传感器输入接口(5)和模拟量输出负载接口(7)组成；上面板由两块输入模拟量电压显示表(1)和输出模拟量电压显示表(2)组成；盒体(9)的内部电路板由模型机1248总线LED显示电路和带有振荡电路的模型机AD转换输入电路和模型机DA转换输出电路以及电源模块电路组成。2、根据权利要求1所述的计算机并行接口应用模型机，其特征在于通过传感器输入接口(5)将电阻性传感器(10)的输出，经过扩压和AD转换后将模拟信号转换为数字信号后，经1248总线输入到计算机中，计算机程序处理后的输出数据再经过1248总线输出到DA转换器，将数字信号转换成模拟信号经扩流后，驱动负载(ll);模型机采用USB口(6)供电；1248总线数据信号用控制面板(3)上的发光二级管显示阵列显示，扩压后模拟输入及输出信号，由模型机的输入模拟量电压显示表(1)和输出模拟量电压显示表(2)显示。3、根据权利要求l或2所述的计算机并行接口应用模型机，其特征在于所述AD转换采用ADC0809芯片，ADC0809的地址A与1248总线的控制寄存器C2相连，控制地址B、C接地，ADC0809的地址锁存信号ALE和AD转换启动信号START与1248总线的控制寄存器C0相连，ADCO809的数据输出信号OE与1248总线的控制寄存器Cl相连，ADC0809的AD转换结束信号与1248总线的状态寄存器S6、S7相连。DA转换采用DAC0832芯片，DAC0832的读写信号WR1与1248总线的控制寄存器C3相连，WR2和XFER接地，ILE接+5V。4、如权利要求1所述的计算机并行接口应用模型机是通过核心程序的控制来实现的该核心程序首先对ADC0809、DAC0832进行初始化后启动ADC0809;输出地址A并使ALE为1,将地址存入地址锁存器中，此地址经译码选通电路，模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿启动AD转换之后，EOC输出信号变低，指示转换正在进行，直到转换结束EOC变为高电平，结果已存入锁存器，这个信号供程序查询时使用，当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上；启动DAC0832进行DA转换，打开输入緩沖器进行下一次DA转换，读写信号WR1由1248总线的控制寄存器控制，由于采用的是单緩冲方式，使输入寄存器工作在锁存状态，而DAC寄存器工作在不锁存状态，WR2和XFER都接地是低电平，输入寄存器的控制信号中的ILE处于高电平，输入处理后等待DA转换的数据，当被控信号WR1端来一个负脉冲时，就可以完成一次DA变换，DA转换后数据将输入緩冲器锁住，然后重新开始直到转换结束。全文摘要本发明提供一种计算机并行接口应用模型机，为了克服现有的微机实验系统结构复杂，耗电大，造价高等不足，提供如下解决方案计算机并行接口应用模型机的盒体(9)前面板由总线数据显示面板(3)和电源总开关(4)组成，后面板由USB接口(6)、并行总线接口(8)、传感器输入接口(5)和模拟量输出负载接口(7)组成；上面板由两块输入模拟量电压显示表(1)和输出模拟量电压显示表(2)组成；盒体(9)的内部电路板由模型机1248总线LED显示电路和模型机AD转换输入电路和模型机DA转换输出电路以及电源模块电路组成。本发明的有益效果实验设计方案新颖，设计和研制时充分考虑技术的先进性和通用性，安全省电、价格便宜，体积小，方便实用。文档编号G09B25/02GK101127168SQ20071001204公开日2008年2月20日申请日期2007年7月11日优先权日2007年7月11日发明者张海龙,胡明玉申请人:沈阳师范大学