一种基于cpci总线标准的多功能采集控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工业测控领域数据采集及控制装置，尤其涉及一种基于CPCI总线标准的多功能采集控制装置。
【背景技术】
[0002]在快速发展着的微电子、计算机、通信技术的推动下，计算机测控系统已经成为当今工业控制的主流测量控制系统。尤其在化工、冶金、电力、自动化机床、工业产品的集成生产等领域，均有着广泛的应用，在工业生产中的重要性愈加凸显。
[0003]在工业测控系统中，工业计算机经常根据要求输出数字或模拟信号给外围设备终端，从而控制控制环节中的执行器，比如直流电机等；同时也需要从传感器采集符合一定标准的信号，经过处理后反馈给工业计算机，从而帮助工业计算机对整个测控系统进行监测和控制。目前除了传统的外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect1n简称PCI)总线接口，一种新型的总线标准在此基础之上已经发展起来，即CPCI总线标准，中文的意思是“紧凑型PCI”，是当今第一个采用无源总线底版结构的PCI系统，是PCI总线的电气和软件标准与欧式卡的工业组装标准的有机结合，是当今最新的一种工业计算机总线标准。
[0004]目前基于CPCI总线标准的采集控制装置存在着速度慢、精度低、输出信号形式和采集输出能力单一、功能可扩展性差等缺陷，因此，设计一种基于CPCI总线标准的多功能采集控制装置，可以使测控系统同时具备多种采集和控制功能，并且整个装置的采集速率快、输出精度高、功能可扩展性强，根据不同的需要设计相应的功能模块板卡，不需要对整个采集控制卡重新设计，大大降低研发成本。这些都对工业控制自动化的发展有积极的促进作用。
【发明内容】
[0005]为了实现工业控制现场对不同采集控制功能的需求，本实用新型的目的是提供一种基于CPCI总线标准的多功能采集控制装置，同时完成对传感器的SSI编码信号的采集处理以及对工业控制计算机发出的数字量指令进行DAC可控输出等功能。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:一种基于CPCI总线标准的多功能采集控制装置，其特征在于:包括采集控制卡、SSI信号采集卡和DAC数据处理卡，采集控制卡上设有外部接口、CPCI总线连接模块、通用接口模块、采集控制卡的FPGA模块、PCI桥接芯片模块和电源模块；SSI信号采集卡上设有FPGA模块、六个SSI模块、SSI信号采集卡的通用接口 ；DAC数据处理卡上设有FPGA模块、四个DAC模块、DAC数据处理卡的通用接口 ；
[0007]采集控制卡通过外部接口与外围设备连接，可以实现与外围的传感器或执行器进行连接；采集控制卡通过CPCI总线连接模块与工控机背板插槽连接，实现与计算机的稳定通信，CPCI总线连接模块符合CPCI总线协议；在采集控制卡上，外部接口与通用接口模块连接；所述的采集控制卡的通用接口模块有两个相同的插槽区域，可同时与两块功能子板连接，每一个插槽区域由两排平行的40针公头插槽构成，每一个插槽区域的两排插槽分别与外设接口和采集控制卡的FPGA模块连接；所述的PCI桥接芯片模块分别与CPCI总线连接模块和采集控制卡的FPGA模块相连；
[0008]所述的SSI信号采集卡的通用接口为两排平行的40针母头插槽，SSI信号采集卡通过SSI信号采集卡的通用接口插接在采集控制卡的通用接口模块上。在SSI信号采集卡上，SSI信号采集卡的FPGA模块分别与6个SSI模块连接，SSI信号采集卡的通用接口的一排插槽分别与6个SSI模块连接，另一排插槽与SSI信号采集卡的FPGA模块连接；
[0009]所述的DAC数据处理卡的通用接口为两排平行的40针母头插槽，DAC数据处理卡通过DAC数据处理卡的通用接口插接在采集控制卡的通用接口模块连接上。在DAC数据处理卡上，DAC数据处理卡的FPGA模块分别与4个DAC模块连接，DAC数据处理卡的通用接口的一排插槽分别与4个DAC模块连接，另一排插槽与DAC数据处理卡的FPGA模块连接。
[0010]所述的采集控制卡的外部接口是SCSI 68针的90度母头接口，可以通过SCSI 68针的90度公头接口与外围设备连接，例如绝对值编码器、电机等。
[0011]本实用新型与【背景技术】相比，具有的有益效果是:相比于其他基于CPCI总线标准的采集控制装置，本实用新型提供的基于CPCI总线标准的多功能采集控制装置可以实现基础通信模块和具体功能模块的分离，采集控制卡实现与工控机的稳定通信，基于不同的功能需求开发了 SSI信号采集卡，实现最多6路SSI信号的同步采集；同时开发了 DAC数据处理卡，实现了 16路DAC可控输出，两种板卡可以同时在采集控制卡上稳定工作，从而实现工业控制计算机同时对传感器和执行器的监测和控制，同时也为更多功能板卡的开发提供了通用接口和参考案例，大大降低了整个采集控制装置的成本，在保证高精度、高速率的情况下，提高了整个装置的可扩展性，更适应工业测控领域的复杂要求。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的结构原理框图；
[0013]图2是本实用新型的SSI信号采集卡的原理框图；
[0014]图3是本实用新型的DAC数据处理卡的原理框图；
[0015]图4是本实用新型的外部接口的电路图；
[0016]图5是本实用新型的CPCI总线连接模块的电路图；
[0017]图6和图7是本实用新型的通用接口模块的电路图；
[0018]图8是本实用新型的采集控制卡的FPGA模块的电路图；
[0019]图9是本实用新型的PCI桥接芯片的电路图；
[0020]图10是本实用新型的SSI模块的电路图；
[0021]图11和图12是本实用新型SSI信号采集卡的通用接口的电路图；
[0022]图13是本实用新型的DAC模块的电路图；
[0023]图14和图15是本实用新型的DAC数据处理卡的通用接口的电路图；
[0024]图16是本实用新型的ALVC164245芯片的电路图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0026]本实用新型的基于CPCI总线标准的多功能采集控制装置，其总体结构框图如图1所示，包括采集控制卡的外部接口 1、CPCI总线连接模块2、通用接口模块3、采集控制卡的FPGA模块4、PCI桥接芯片5、电源模块6，SSI信号采集卡和DAC数据处理卡。
[0027]其中采集控制卡是整个装置的主控制板卡，SSI信号采集卡和DAC数据处理卡是集成了不同功能模块的功能子板。
[0028]图1中采集控制卡的通用接口模块3有两个相同的插槽区域，可以同时连接两块功能子板，每一个插槽区域由两排平行的40针公头插槽构成，采集控制卡的通用接口模块3在采集控制卡上是和外部接口 I以及采集控制卡的FPGA模块4连接的，同时SSI信号采集卡或者DAC数据处理卡可以通过自身的通用接口插接在该模块的插槽区域，实现与采集控制卡的连接。图1中采集控制卡的FPGA模块4以Xilinx公司的SPARTAN系列的FPGA芯片XC3S50为核心，其另一端与PCI桥接芯片模块5连接；图1中的PCI桥接芯片模块5采用PLX公司的PCI9052接口芯片，其另一端与CPCI总线连接模块2连接；图1中的CPCI总线连接模块2通过工控机的背板插槽与工控机进行连接，从而可以接收工控机发送的控制指令并向工控机传输采集到的信号。
[0029]整个装置由采集控制卡上的电源模块供电，图1中的电源模块6其输入电压分为三种，分别是+5V、+12V、-12V，由工控机背板提供，输出提供直流+3.3V，+2.5V和+1.2V，+3.3V为FPGA提供参考电压，+2.5V为FPGA提供辅助电压，+1.2V为FPGA提供内部核电压，同时+5V和+12V电压还要输出到外部接口 I以及通用接口模块3。
[0030]图1中的SSI信号采集卡具体的结构如图2所示，图2中SSI信号采集卡的FPGA模块7 —端与6个相同的SSI模块8连接，另一端与SSI信号采集卡的通用接口 9的接口B连接，实现与采集控制卡的FPGA 4进行通信，并且控制SSI模块；图2中的6个SSI模块除了和SSI信号采集卡的FPGA模块7连接，另一端与通用接口 9的接口 A连接，进而通过外部接口 I与外围设备连接，采集信号；图2中的通用接口 9由两排平行的40针母头插槽构成，可以与采集控制卡的通用接口模块3连接，使得整个SSI信号采集卡垂直插接在采集控制卡上。
[0031 ] 图1中的DAC数据处理卡的具体结构如图3所示，图3中DAC数据处理卡的FPGA模块10 —端与4个相同的DAC模块11连接，另一端与DAC数据处理卡的通用接口 12的接口 B连接，实现与采集控制卡的FPGA 4进行通信，并且控制DAC模块；图3中的4个DAC模块