一种12路带保持功能的数模转换板的制作方法

本实用新型一种12路带保持功能的数模转换板属于测试设备板卡研制技术。

背景技术：

本实用新型板卡，使用了VHDL语言编程技术、FPGA可编程逻辑阵列技术、工控机ISA总线技术、 VB6.0编程技术。

在现有的数模转换板中，或多或少地普遍存在如下问题：

1)数模转换板输出的模拟信号电压值不稳定，偏移误差超过10mV；

2)输出路数少；

3)每一路的零位和增益，不能单独调节；

4)价格太高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：提出一种输出模拟信号电压值稳定、输出路数多(12路均带带保持功能)、每一路的零位和增益均能单独调节、信价比高的“数模转换板”。该板工作可靠、性价比高，易于调试和维修。

本实用新型的技术方案是：

一种12路带保持功能的数模转换板，所述数模转换板应用于工控机12上，其特征在于，所述数模转换板包括一块电路板和安装在该电路板上的ISA总线接口金手指1、FPGA可编程逻辑阵列2、数据缓存器 3、数据锁存器4、带锁存功能的4路模/数转换器5、电压范围切换跳线6、零位调节电路7、增益调节电路 8、板卡对外连接插座9、供电切换跳线10、JTAG接口11；所述数据缓存器3通过ISA总线接口金手指1与工控机12连接，实现工控机12对带锁存功能的4路模/数转换器5的数据输出；JTAG接口11的输入端和输出端通过电缆与工控机12的并行口连接，实现工控机12对FPGA可编程逻辑阵列2的程序下载；FPGA可编程逻辑阵列2通过ISA总线与工控机12连接，实现工控机12的地址译码；工控机12通过数据缓存器3，将输出数据发送到带锁存功能的4路模/数转换器5上，带锁存功能的4路模/数转换器5将工控机12输出的数字信号转换为模拟信号；零位调节电路7是由电位计和运算放大器电路组成，通过调节电位计的阻值，能够实现当工控机12输出给定的数字量时，模拟信号的电压值在-1mV～+1mV范围之内；增益调节电路8是由电位计和运算放大器电路组成，通过调节电位计的阻值，能够实现当工控机12输出给定的数字量时，模拟信号的电压最大值的绝对值误差在-1mV～+1mV范围之内；板卡对外的连接插座9为母头插座，板卡通过连接插座9可实现模拟信号的输出和外部供电的电源信号输入；通过供电切换跳线10实现工控机和外部的供电选择与切换。

所述FPGA可编程逻辑阵列采用EPM7032SLC44可编程逻辑阵列。

所述数据缓存器采用74HC245的数据缓存器。

所述数据锁存器采用74HC373的数据锁存器。

所述带锁存功能的4路模/数转换器采用MAX526DCNG的带锁存功能的4路模/数转换器。

本实用新型具有的优点和有益效果：本板采用了供电切换跳线[10]，实现了工控机和外部的供电选择与切换。当在高精度场合使用时，将供电切换跳线[10]的跳线变为外部高精度电源供电，通过这样的方法，该数模转换板输出的模拟信号电压值非常稳定，跳变误差可以控制在-1mV～+1mV范围之内，排除了由于电源供电不稳定引起的电压值跳变误差。

1)多种输出范围：-5V～+5V、0～+5V、0～+10V、-10V～+10V；

2)输出路数多，为12路；

3)12路的D/A输出，每路均带独立的锁存与模拟量保持；

4)12路的D/A输出，每路的输出零位和增益，均可独立调节；

5)该板工作可靠、性价比高，易于调试和维修；

6)基地址为浮动地址,基地址的设置是用户在印制板上的S1来设定；

7)提供用户的自检测软件界面使用VB6.0编程。用户的自检测软件界面美观、大方、实用可靠；

8)外接插座使用DB37,连接方便。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理方框图。

图2是本实用新型的D/A板布局图。

图3是本实用新型插座的信号定义图。

图4是本实用新型的零位调节软件界面图，软件是用VB6.0编写。

图5是本实用新型的增益调节软件界面图，软件是用VB6.0编写。

图6是本实用新型的8.5V电压输出软件界面图，软件是用VB6.0编写。

图7是一个实例的硬件、软件调试流程图。

图8是基地址为“220H”时，拨码开关S1的拨位图。

图9是地址译码电路原理图。

图10是用VHDL语言编写的FPGA地址译码原程序。

其中，1是总线接口金手指，2是FPGA可编程逻辑阵列，3是数据缓存器，4是数据锁存器，5是带锁存功能的4路模/数转换器，6是电压范围切换跳线，7是零位调节电路，8是增益调节电路，9是板卡对外连接插座，10是供电切换跳线，11是JTAG接口，12是工控机。

具体实施方式

下面结合图1至图10对本实用新型做进一步详细说明。

一种12路带保持功能的数模转换板，所述数模转换板应用于工控机12上，所述数模转换板包括一块电路板和安装在该电路板上的ISA总线接口金手指1、FPGA可编程逻辑阵列2、数据缓存器3、数据锁存器4、带锁存功能的4路模/数转换器5、电压范围切换跳线6、零位调节电路7、增益调节电路8、板卡对外连接插座9、供电切换跳线10、JTAG接口11；所述数据缓存器3通过ISA总线接口金手指1与工控机12连接，实现工控机12对带锁存功能的4路模/数转换器5的数据输出；JTAG接口11的输入端和输出端通过电缆与工控机12的并行口连接，实现工控机12对FPGA可编程逻辑阵列2的程序下载；FPGA可编程逻辑阵列2通过ISA总线与工控机12连接，实现工控机12的地址译码；工控机12通过数据缓存器3，将输出数据发送到带锁存功能的4路模/数转换器5上，带锁存功能的4路模/数转换器5将工控机12输出的数字信号转换为模拟信号；零位调节电路7是由电位计和运算放大器电路组成，通过调节电位计的阻值，能够实现当工控机12 输出给定的数字量时，模拟信号的电压值在-1mV～+1mV范围之内；增益调节电路8是由电位计和运算放大器电路组成，通过调节电位计的阻值，能够实现当工控机12输出给定的数字量时，模拟信号的电压最大值的绝对值误差在-1mV～+1mV范围之内；板卡对外的连接插座9为母头插座，板卡通过连接插座9可实现模拟信号的输出和外部供电的电源信号输入；通过供电切换跳线10实现工控机和外部的供电选择与切换。

所述FPGA可编程逻辑阵列采用EPM7032SLC44可编程逻辑阵列。

所述数据缓存器采用74HC245的数据缓存器。

所述数据锁存器采用74HC373的数据锁存器。

所述带锁存功能的4路模/数转换器采用MAX526DCNG的带锁存功能的4路模/数转换器。

图2的长x宽x厚尺寸为：337x100x1.6(mm)。

图3中，12路D/A输出插针定义为：第5针，为第1路D/A输出插针，D/A0；第8针，为第2路D/A 输出插针，D/A1；

第11针，为第3路D/A输出插针，D/A2；第14针，为第4路D/A输出插针，D/A3；第17针，为第5路 D/A输出插针，D/A4；第21针，为第6路D/A输出插针，D/A5；第24针，为第7路D/A输出插针，D/A6；第27针，为第8路D/A输出插针，D/A7；第31针，为第9路D/A输出插针，D/A8；第33针，为第10 路D/A输出插针，D/A9；第35针，为第11路D/A输出插针，D/A10；第37针，为第12路D/A输出插针， D/A11；

外部电源插头定义为：第1针，为外部+5V供电插针；第20针，为外部+5V供电插针；第29针，为外部-5V供电插针；第2针，为外部+12V供电插针；第26针，为外部-12V供电插针。外部电源主要用于高精度的应用场合，一般精度的应用场合用工控机内部电源即可，外部电源可以不用。

地线插头定义为：第3针、第4针、第6针、第9针、第12针、第15针、第18针、第22针、第 25针、第28针、第30针、第32针、第34针、第36针为地线插针。

图4中，需要人工设定板卡的如下3个参数：

1输入D/A板板卡基地址16进制，在图4中，此处填写为“220H”；

2输入D/A通道号(0，1...,11)，在图4中，此处填写为“0”；

3输入D/A输出电压值±1,±2...±10)，在图4中，此处填写为“0”。

需要人工选择如下单选框中的参数，在如下4个选择项中，只能选择1项：

1单极性0～+5V输出；2单极性0～+10V输出；3双极性-5V～+5V输出；4双极性-10V～+10V输出。在图4中，此处选择为“4”。

在图5中，需要人工设定板卡的如下3个参数：1输入D/A板板卡基地址16进制，在图4中，此处填写为“220H”；2输入D/A通道号(0，1...,11)，在图4中，此处填写为“0”；3输入D/A输出电压值±1,±2...±10)，在图4中，此处填写为“9.9”。

需要人工选择如下单选框中的参数，在如下4个选择项中，只能选择1项：1单极性0～+5V输出；2 单极性0～+10V输出；3双极性-5V～+5V输出；4双极性-10V～+10V输出。在图5中，此处选择为“4”

在图6中，需要人工设定板卡的如下3个参数：1输入D/A板板卡基地址16进制，在图4中，此处填写为“220H”；2输入D/A通道号(0，1...,11)，在图4中，此处填写为“0”；3输入D/A输出电压值±1,±2...±10)，在图4中，此处填写为“8.5”。

需要人工选择如下单选框中的参数，在如下4个选择项中，只能选择1项：1单极性0～+5V输出；2 单极性0～+10V输出；3双极性-5V～+5V输出；4双极性-10V～+10V输出。在图6中，此处选择为“4”。

实施例

在图7中，该实例为：通道0、基地址为220H、输出数据为+8.5V的硬件、软件调试流程图。按照下列发明步骤，将完成D/A通道0、基地址为220H、输出数据为+8.5V的硬件/软件调试：

1)将待调试的D/A板的基地址拨码开关S1，拨到“220H”：

地址译码电路原理图如图9所示。基地址是通过拨码开关S1和芯片U8(74HC688)实现。芯片 U8(74HC688)为8位比较器，在芯片U8中，当P0～P7的高低电平完全等于Q0～Q7的高低电平时，在U8(74HC688)的19脚会出现低电平。基地址可设置范围为：200H～3ffH，选择一个不与工控机冲突的地址范围，本例中，板卡的地址范围为220H～23FH。在图8中，将基地址拨码开关S1全部拨到“0001B”，表示A8-A5＝“0001B”,当工控机地址输出为“220H～23FH”时，在U8(74HC688) 的19脚会出现低电平，进入FPGA芯片U7(EPM7032SLC44)的第9针，参与FPGA芯片U7(EPM7032SLC44) 的地址译码。用VHDL语言编写的FPGA地址译码原程序如图10所示。FPGA芯片U7选用Altera公司的可编程逻辑器件，工控机通过并口、JTAG接口，对FPGA芯片U7(EPM7032SLC44)进行编程。

2)将待调试的D/A板，通过转接板，插入工控机插槽中；

3)给工控机加电；

4)设置D/A板的参考电压为+5V：

用电压表监视UPW芯片的第1脚的输出电压，用小螺丝刀调节电位计VR17,使电压表的电压指示值为+(5V±0.001V)。该参考电压，专门提供给3片D/A转换芯片MAX526DCNG。由于该参考电压的精度，直接决定整个D/A转换板的转换精度，用小螺丝刀调节电位计VR17，必须缓慢进行。

5)运行VB6.0自检软件到图4；

6)在图4中的如下4个单选框中，选择板卡参数，只能选择一个：

单极性0～+5V输出、单极性0～+10V输出、双极性-5V～+5V输出；双极性-10V～+10V 输出。选择第4个单选框中，即选择：双极性-10V～+10V输出，将JP3，JP5，JP7...JP25 置到BI,请将JP4，JP6，JP8...JP26置到上端。

7)按如下方法，进行零位调节：

●在图4中的如下3个对应的文本框中，填写板卡参数：

设置板卡基地址为220H，在第1个文本框中，填写“220”；

设置D/A通道号为0通道，在第2个文本框中，填写“0”；

设置要输出的电压值为0V，在第3个文本框中，填写“0”。

●软件自动运行：

软件计算要输出的高4位数据和低8位数据为16进制；

软件输出高4位数据到基地址+0；

软件输出低8位数据到基地址+1；

软件启动D/A转换。

●手动零位调节：

手动调节板卡上通道1的零位调节电位计VR1，在板卡上37针插座上，测试DA0的电压输出，使DA0的电压绝对值小于1mV。

8)按如下方法，进行增益调节：

●在图5中的如下3个对应的文本框中，填写板卡参数：

设置板卡基地址为220H，在第1个文本框中，填写”220”；

设置D/A通道号为0通道，在第2个文本框中，填写“0”；

设置要输出的电压值为+9.9V，在第3个文本框中，填写“9.9”。

●软件自动运行：

软件计算要输出的高4位数据和低8位数据为16进制；

软件输出高4位数据到基地址+0；

软件输出低8位数据到基地址+1；

软件启动D/A转换。

●手动增益调节：

手动调节板卡上通道1的增益调节电位计VZ1，在板卡上37针插座上，测试DA0的电压输出，使DA0的电压值为9.9±0.001V。

9)按如下方法，测试输出电压为+8.5V：

●在图6中的如下3个对应的文本框中，填写板卡参数：

设置板卡基地址为220H，在第1个文本框中，填写”220”；

设置D/A通道号为0通道，在第2个文本框中，填写“0”；

设置要输出的电压值为+8.5V，在第3个文本框中，填写“8.5”。

●软件自动运行：

软件计算要输出的高4位数据和低8位数据为16进制；

软件输出高4位数据到基地址+0；

软件输出低8位数据到基地址+1。

在板卡上37针插座上，测试DA0的电压输出，DA0的电压值应为8.5±0.003V。