一种多通道模拟量输出模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种多通道模拟量输出模块，尤其涉及一种基于FPGA的多通道模拟量并行输出系统。
【背景技术】
[0002]目前，DCS系统广泛应用于工业领域，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。主要特点是高可靠性、开放性、控制功能丰富。模拟量输出(AO)是DCS系统的一个重要功能。
[0003]现有技术中，模拟量输出有使用电位器进行调节的，但是这种模拟量输出无法实现精确控制，并且调节麻烦，如图1所示。
[0004]现有技术中，模拟量输出采用一块单片机同时控制多个通道输出的模式。由于单片机都是单线程的工作模式，因此在兼顾通讯和检测外部状态的情况下，单片机的工作效率相对较低，模拟量输出响应较慢，如图2所示。
[0005]本领域技术人员致力于提供一种工作效率高、高精确调节的多通道模拟量输出模块。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的问题，实用新型的目的是提供一种多通道模拟量输出模块，结合单片机与可编程逻辑阵列，通信工作由单片机来完成，模拟量输出由可编程逻辑阵列来完成，使得多个通道并行输出，提高了输出的响应速度；高精度的数字模拟量转换芯片实现高精度调节。
[0007]本实用新型提供一种多通道模拟量输出模块，包括单片机、可编程逻辑阵列与多个数字模拟转换模块，单片机用于数据通信，可编程逻辑阵列有多个通用的可编程的输入输出引脚，这些引脚分别单独连接到每个通道的信号线上，当输出控制信号使能时，将数据并行处理并在多个通道上输出，数字模拟转换模块将可编程逻辑阵列输出的数字信号转换为模拟信号，单片机与可编程逻辑阵列连接，可编程逻辑阵列与每一个数字模拟转换模块连接。
[0008]本实用新型提供的多通道模拟量输出模块，结合单片机与可编程逻辑阵列，采用任务分级机制，通信工作由单片机来完成，模拟量输出由可编程逻辑阵列来完成。
[0009]进一步地，数字模拟转换模块为12位数字模拟转换芯片，采用高精度的数字模拟转换芯片，能够对模拟量进行高精度调节与控制。
[0010]进一步地，可编程逻辑阵列与每个数字模拟转换模块之间设置光电耦合器，能够对模拟量输出进行光电隔离，保证多通道模拟量输出模块可靠工作。
[0011 ] 进一步地，多通道模拟量输出模块还包括多个电流驱动芯片，每个电流驱动芯片与一个数字模拟转换模块连接，数字模拟转换模块输出的电压控制电流驱动芯片。
[0012]进一步地，电流驱动芯片与反馈电路连接，以构成闭环控制回路。
[0013]本实用新型提供的多通道模拟量输出模块，采用电流驱动芯片与反馈电路构成闭环控制回路，采用闭环控制，最终使模拟量输出满足控制精度要求，进一步对模拟量进行高精度调节与控制。
[0014]进一步地，多通道模拟量输出模块包括过负载检测电路，用于检测负载电路是否处于过负载状态，过负载检测电路与电流驱动芯片连接。
[0015]进一步地，电流驱动芯片包括开路检测电路，用于检测负载电路是否开路。
[0016]与现有技术相比，本实用新型提供的多通道模拟量输出模块具有以下有益效果:
[0017](I)结合单片机与可编程逻辑阵列，通信工作由单片机来完成，模拟量输出由可编程逻辑阵列来完成，使得多个通道并行输出，提高了输出的响应速度；高精度的数字模拟量转换芯片实现高精度调节；
[0018](2)采用高精度的数字模拟转换芯片，能够对模拟量进行高精度调节与控制；
[0019](3)采用电流驱动芯片与反馈电路构成闭环控制回路，进一步对模拟量进行高精度调节与控制。
【附图说明】
[0020]图1是现有技术中采用电位器实现模拟量输出控制的示意图；
[0021]图2是现有技术中采用单片机实现模拟量输出控制的示意图；
[0022]图3是本实用新型的一个实施例的多通道模拟量输出模块的示意图；
[0023]图4是图3所示的多通道模拟量输出模块的示意图；
[0024]图5是图3所示的多通道模拟量输出模块的闭环控制回路原理图；
[0025]图6是图3所示的多通道模拟量输出模块的过负载保护和开路检测电路原理图。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图对实用新型的【具体实施方式】进行更详细的描述。
[0027]如图3所示，本实用新型的一个实施例的多通道模拟量输出模块，包括单片机、可编程逻辑阵列与多个数字模拟转换模块，单片机用于数据通信，可编程逻辑阵列用于将数据并行处理并在多个通道上输出，数字模拟转换模块将可编程逻辑阵列输出的数字信号转换为模拟信号，单片机与可编程逻辑阵列连接，可编程逻辑阵列与每一个数字模拟转换模块连接。
[0028]本实施例的多通道模拟量输出模块，结合单片机与可编程逻辑阵列，采用任务分级机制，通信工作由单片机来完成，模拟量输出由可编程逻辑阵列来完成。
[0029]数字模拟转换模块为12位数字模拟转换芯片，采用高精度的数字模拟转换芯片，能够对模拟量进行高精度调节与控制。
[0030]可编程逻辑阵列与每个数字模拟转换模块之间设置光电耦合器，能够对模拟量输出进行光电隔离，保证多通道模拟量输出模块可靠工作。
[0031]多通道模拟量输出模块还包括多个电流驱动芯片，每个电流驱动芯片与一个数字模拟转换模块连接，数字模拟转换模块输出的电压控制电流驱动芯片。
[0032]电流驱动芯片与反馈电路连接。
[0033]反馈电路包括反馈电阻R，指令给定电压U和反馈电阻R电压Ub通过比较器进行比较，构成闭环控制回路，如图5所示，根据比较结果确定电流驱动芯片的工作状态，最终使输出满足控制精度要求。
[0034]本实施例的多通道模拟量输出模块，采用电流驱动芯片与反馈电路构成闭环控制回路，进一步对模拟量进行高精度调节与控制。
[0035]本实施例中，单片机采用Nuvoton公司的N79E825作为主控芯片，采用C语言编程，完成与可编程逻辑阵列的通讯，通讯物理结构采用局部总线。硬件采用高速磁介质隔离芯片，隔离现场设备对系统的干扰，以保护内部控制电路正常工作。
[0036]本实施例中，可编程逻辑阵列(FPGA)采用Lattice公司的LCMX02-1200芯片，使用Verilog编程语言。在FPGA内部搭建了一个容量大小为2K的DPRAM，可读可写，通过它与单片机通讯。其内部实现了 8路模拟量控制模块，利用其丰富的管脚资源并行控制8路模拟量的输出。
[0037]本实施例中，8路模拟量输出通道相互隔离，最大限度的减小通讯链路的路间影响。
[0038]数字模拟转换模块采用TI公司的12位D/A转换芯片DAC7311，FPGA直接把指令输出给D/A转换芯片输出电压信号，这个电压信号控制电流驱动芯片XTR111，使其输出期望的模拟量值。电流驱动芯片XTRlll与后级的反馈电路一起构成闭环控制回路，最终使输出满足控制精度要求。
[0039]将检测电阻Ri两端的电压U+与参考电压Ur比较，如图6所示，如果电压U大于参考电压Ur，负载电路处于过负载状态；如果电压U小于或等于参考电压Ur，负载电路处于正常状态。
[0040]电流驱动芯片XTRlll集成有开路检测电路，通过检测电阻Ri两端的电压的两端U+、U-与电流驱动芯片XTRlll连接，实现负载电路的开路检测，如图6所示。
[0041]如果检测到负载电路开路，通过点亮LED指示灯的方式进行断线报警。
[0042]本实用新型提供的多通道模拟量输出模块，结合单片机与可编程逻辑阵列，通信工作由单片机来完成，模拟量输出由可编程逻辑阵列来完成，使得多个通道并行输出，提高了输出的响应速度；采用高精度的数字模拟量转换芯片实现高精度调节；采用高精度的数字模拟转换芯片，能够对模拟量进行高精度调节与控制；采用电流驱动芯片与反馈电路构成闭环控制回路，进一步对模拟量进行高精度调节与控制。
[0043]以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种多通道模拟量输出模块，其特征在于，所述多通道模拟量输出模块包括单片机、可编程逻辑阵列与多个数字模拟转换模块，所述单片机用于数据通信，所述可编程逻辑阵列用于将所述数据并行处理并在多个通道上输出，所述数字模拟转换模块将所述可编程逻辑阵列输出的数字信号转换为模拟信号，所述单片机与所述可编程逻辑阵列连接，所述可编程逻辑阵列与每一个数字模拟转换模块连接。
2.如权利要求1所述的多通道模拟量输出模块，其特征在于，所述数字模拟转换模块为12位数字模拟转换芯片。
3.如权利要求1所述的多通道模拟量输出模块，其特征在于，所述可编程逻辑阵列与每个所述数字模拟转换模块之间设置光电耦合器。
4.如权利要求1所述的多通道模拟量输出模块，其特征在于，所述多通道模拟量输出模块还包括多个电流驱动芯片，每个所述电流驱动芯片与一个数字模拟转换模块连接，所述数字模拟转换模块输出的电压控制所述电流驱动芯片。
5.如权利要求4所述的多通道模拟量输出模块，其特征在于，所述电流驱动芯片与反馈电路连接，以构成闭环控制回路。
6.如权利要求4所述的多通道模拟量输出模块，其特征在于，所述多通道模拟量输出模块包括过负载检测电路，用于检测负载电路是否处于过负载状态，所述过负载检测电路与所述电流驱动芯片连接。
7.如权利要求4所述的多通道模拟量输出模块，其特征在于，所述电流驱动芯片包括开路检测电路，用于检测负载电路是否开路。
【专利摘要】本实用新型提供一种多通道模拟量输出模块，包括单片机、可编程逻辑阵列与多个数字模拟转换模块，单片机用于数据通信，可编程逻辑阵列用于将数据并行处理并在多个通道上输出，数字模拟转换模块将可编程逻辑阵列输出的数字信号转换为模拟信号，单片机与可编程逻辑阵列连接，可编程逻辑阵列与每一个数字模拟转换模块连接。本实用新型提供的多通道模拟量输出模块，结合单片机与可编程逻辑阵列，使得多个通道并行输出，提高了输出的响应速度；采用高精度的数字模拟量转换芯片实现高精度调节；采用电流驱动芯片与反馈电路构成闭环控制回路，进一步对模拟量进行高精度调节与控制。
【IPC分类】G05B19-042
【公开号】CN204331374
【申请号】CN201420858908
【发明人】梁超宇, 傅晨晔, 严华, 王维建
【申请人】上海新华控制技术(集团)有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月29日