专利名称：Pc采集卡的硬件简易设计方法
技术领域：
本发明涉及一种PC采集卡的硬件简易设计方法。
背景技术：
PC采集卡大部分是专业的工业控制机公司的产品，品种繁多，用户一般根据应用的需要进行选择。在很多情况下，用户应用系统比较简单，但很难找到简单的采集卡，而另一方面用户需求的功能多，往往一个板卡不够用，不得不采用多个采集板卡，一般情况下也会造成系统资源的多余与浪费。由PC构成的采集系统一般属于中小型系统，所需的外设资源并不是太多，但需要比较多的种类，同时希望系统的大小、种类是可调整的。但专用的采集卡一般都很难进行调整，只能进行微调整，如设置增益、采样速率等。总之专用PC采集卡造价高，缺省灵活性。
发明内容
本发明的目的是提供一种PC采集卡的硬件简易设计方法。
它首先，启动嵌入式PC系统，然后由嵌入式PC自动或手动控制单片机的启动，运行存储在FLASH存储中的用户程序；把需要与PC机进行交换的数据按照预先定义好的地址写入双口RAM，由嵌入式PC通过PC104总线将双口RAM中的数据读出，进行运算处理后将结果和需要传输给单片机的数据重新写入双口RAM中，然后由单片机读取；存储模块主要是由FLASH存储器与双口RAM构成，FLASH用于存放用户程序，双口RAM用于单片机与PC机的数据交换；在FLASH和双口RAM与单片机之间，还有地址译码、地址锁存电路。
它由PC机的PC104扩展插槽输出的A0～A9、/IOR、/IOW和AEN信号联合进行译码，产生各个锁存器的锁存信号以及读数据的总线隔离驱动器的输出使能信号；由于双口RAM左端口的WR、RD、CE、OE信号均连接至操作控制字锁存器的输出总线，因而D0～D7在I/O端口写周期将操作的目标地址，被写的数据和操作控制字分别送往相应的锁存器，在译码输出的锁存信号的作用下分别锁存在对应的锁存器中；在I/O端口的读周期，地址译码输出的总线隔离驱动使能信号，将被选中的存储单元的内容数据送上PC104总线的D0～D7数据总线，在/IOR信号的作用下，PC机的CPU从数据总线取得该数据。
本发明克服专用采集卡的弱点，利用单片机作为外设端口的资源，省去了专用的A/D芯片、I/O芯片。利用单片机程序完成各种端口的数据采集，同时通过双口RAM将数据交换给PC微机，从而完成数据采集。
图1是本系统的逻辑框图；图2是PC104总线的通讯接口电路原理图。
具体实施例方式
系统逻辑框见图1，在此系统中，主要包括以下几个功能模块1)PC104总线接口译码和数据锁存、传输模块。
2)FLASH存储器(用户程序存储器)模块。
3)双口RAM数据交换模块。
4)单片机及其外围电路模块。
系统的工作原理描述如下首先，启动嵌入式PC系统，然后由嵌入式PC控制或手动控制单片机的启动，运行存储在FLASH存储中的用户程序。此用户程序中除正常的数据采集、运算、输出控制等功能外，还有一个数据传输的功能，即把需要与PC机进行交换的数据按照预先定义好的地址写入双口RAM，由嵌入式PC通过PC104总线将双口RAM中的数据，并进行运算，之后将运算后的结果和需要传输给单片机的数据写入双口RAM，由单片机读取。以上数据交换过程可以不断地循环执行，以完成整个控制及采集任务。
存储模块主要是由FLASH存储器与双口RAM构成。FLASH用于存放用户程序，可以避免在采用双口RAM作为仿真程序存储器时出现的易受干扰、运行不可靠及掉电后丢失程序数据的弊端，同时FLASH可以随时方便地擦写，也克服了EPROM擦除困难的弊端。双口RAM用于单片机与PC机的数据交换，PC机和单片机可以同时访问双口RAM而不致引起冲突。
在FLASH和双口RAM与单片机之间，还有地址译码(用于选信号)、地址锁存等电路。由于单片机对FLASH进行写操作时会由于FLASH的速度太慢而造成总线信号时序混乱，所以用户程序中写操作的目的地址一定不要落在FLASH存储器的地址范围内。
本发明是由单片机及双口RAM组成，系统的硬件由可编程译码电路实现PC机对双口RAM的地址、数据和控制总线的译码。采用IDT双口RAM作为数据交换，它主要实现将单片机采集到数据写入双口RAM中，这样PC计算机通过译码电路就可以将数读取出来并在微机中进行显示。Flash RAM存储器则用来存放程序，这些程序则是单片机的程序，由于这些程序是可修改的，并且只涉及端口的控制，所以并不需要很大的程序空间。由于是Flash RAM作为程序存储空间，程序可以很容易进行修改与调整。双口RAM仅用于数据交换，所以也不需要很大的空间，几K字节就足够了。单片机采用忆恒C164CI十六位单片机，它有比较丰富的外设。
在嵌入式PC中，PC104总线是十分普遍的。PC104总线就是在台式PC中常用的ISA总线，只是由于嵌入式PC的体积要求使IS插槽不再适用，于是就将其硬件接口改变了一下，缩小体积，但其操作和信号时序与ISA总线基本没有区别。PC104总线的物理接口采用引脚间距为10mil(2.54mm)的标准插针。
基于PC104总线的通讯接口电路原理参见图2，在此，以C164单片机工作于8位数据总线状态，4K数据变换空间设计为例，介绍其硬件设计方案和操作流程。
在此电路框图中，由PC机的PC104扩展插槽输出的A0～A9、/IOR、/IOW和AEN信号联合进行译码，产生各个锁存器(数据写高八位地址、低八位地址、操作控制字)的锁存信号以及读数据的总线隔离驱动器的输出使能信号。由于双口RAM左端口的WR、RD、CE、OE等信号均连接至操作控制字锁存器的输出总线，所以分时写入不同的操作控制字，就能够拟出双口RAM的读、写、令牌操作等时序信号，完成对双口RAM的存储单元及令牌的读、写操作。D0～D7在I/O端口写周期将操作的目标地址(高八位、底八位)，被写的数据和操作控制字分别送往相应的锁存器。在译码输出的锁存信号的作用下分别锁存在对应的锁存器中；在I/O端口的读周期，地址译码输出的总线隔离驱动使能信号使被选中的存储单元的内容数据送上PC104总线的D0～D7数据总线。在/IOR信号的作用下，PC机的CPU从数据总线取得该数据。
权利要求
1.一种PC采集卡的硬件简易设计方法，其特征在于首先，启动嵌入式PC系统，然后由嵌入式PC自动或手动控制单片机的启动，运行存储在FLASH存储中的用户程序；把需要与PC机进行交换的数据按照预先定义好的地址写入双口RAM，由嵌入式PC通过PC104总线将双口RAM中的数据读出，进行运算处理后将结果和需要传输给单片机的数据重新写入双口RAM中，然后由单片机读取；存储模块主要是由FLASH存储器与双口RAM构成，FLASH用于存放用户程序，双口RAM用于单片机与PC机的数据交换；在FLASH和双口RAM与单片机之间，还有地址译码、地址锁存电路。
2.根据权利要求1所述的PC采集卡的硬件简易设计方法，其特征在于它由PC机的PC104扩展插槽输出的A0～A9、/IOR、/IOW和AEN信号联合进行译码，产生各个锁存器的锁存信号以及读数据的总线隔离驱动器的输出使能信号；由于双口RAM左端口的WR、RD、CE、OE信号均连接至操作控制字锁存器的输出总线，因而D0～D7在I/O端口写周期将操作的目标地址，被写的数据和操作控制字分别送往相应的锁存器，在译码输出的锁存信号的作用下分别锁存在对应的锁存器中；在I/O端口的读周期，地址译码输出的总线隔离驱动使能信号，将被选中的存储单元的内容数据送上PC104总线的D0～D7数据总线，在/IOR信号的作用下，PC机的CPU从数据总线取得该数据。
全文摘要
本发明公开了一种PC采集卡的硬件简易设计方法。它首先,启动嵌入式PC系统,然后由嵌入式PC自动或手动控制单片机的启动,运行存储在FLASH存储中的用户程序;把需要与PC机进行交换的数据按照预先定义好的地址写入双口RAM,由嵌入式PC通过PC104总线将双口RAM中的数据读出,进行运算处理后将结果和需要传输给单片机的数据重新写入双口RAM中,然后由单片机读取;本发明克服专用采集卡的弱点,利用单片机作为外设端口的资源,省去了专用的A/D芯片、I/O芯片。利用单片机程序完成各种端口的数据采集,同时通过双口RAM将数据交换给PC微机,从而完成数据采集。
文档编号G06F9/445GK1354421SQ0113912
公开日2002年6月19日 申请日期2001年12月17日 优先权日2001年12月17日
发明者程军, 姜陵, 张新, 吴志强, 崔继波 申请人:万向钱潮股份有限公司