（电气工程专业论文）微机控制701检测试验台研究.pdf

西南交通大学硪士学位论文 摘要 微机控制7 0 1 试验台是在原7 0 1 试验台的基础上加装了一套微机控制 系统。它采用功率步进电机驱动原操作阀进行试验，可以模拟手工操作， 按照部标准自动完成三通阀所有项目的试验和检测。试验过程无需人工干 预，实现了车辆制动机试验、检测、试验数据记录与判断的全程自动化。 本试验装置结构新颖，形象直观，试验结果准确可靠。 本文主要介绍7 0 1 试验台微机控制系统实现方法和原理。本控制系统 共包括四个部分。第一部分是h ( k ) 、f 操作阀的控制方法和原理；第二部 分是风门的控制方法与原理；第三部分是列车管、副风缸、制动风缸压力 信号的采集与传输控制；第四部分是三通阀漏泄自动检测方法与原理。另 外还对本系统使用的i o 接口电路、a d 转换电路作了较为详细的介绍。 最后对本系统软件的功能和特点作了简要分析，给出了主程序流程框图， 可以对整个控制系统流程有一个整体的了解和认识。 关键词：微机控制，7 0 1 试验台，泄露检测 j 丛q 嫂! ：3 q 211 q 2 1 q 3 西南交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e m i c r o c o m p u t e r c o n t r o l l e dt e s ts t a n d7 0 1i s e q u i p p e d w i t ha m i c r o c o m p u t e r c o n t r o l l e d s y s t e m o nt h e o r i g i n a l 7 0 1t e s ts t a n d i tc a l l c o m p l e t ea n d s i m u l a t ea r t i f i c i a lo p e r a t i o no fa l lt h et e s ti t e m sa c c o r d i n g t ot h e m i n i s t e r i a ls t a n d a r d t h e p r o c e s s i o n o fa l lt h et e s t sn e e d n tm a n u a l i n t e r p o s i t i o n i tr e a l i z e sa u t o m a t i o nc o m p l e t e l yi nv e h i c l eb r a k e rt e s ta n dt e s t d a t ar e c o r d i n ga n d j u d g i n g t h et e s te q u i p m e n th a san o v e ls t r u c t u r e ，a n di ti s v i s u a l i z i n g a n d i m a g i n g t h e t e s t sr e s u l t sa r ea c c u r a t ea n dr e l i a b l e t h e p a p e rm a i n l y d e s c r i b e st h e w a y a n d p r i n c i p l e a b o u tt h e m i c r o c o m p u t e rc o n t r o l l e ds y s t e mf o r7 0 1 t e s ts t a n d t h ec o n t r o l l e ds y s t e m c o n s i s t so f f o u rs e c t i o n s t h ef i r s ts e c t i o ni sa b o u tt h ew a ya n dp r i n c i p l eo f t h e h ( k ) 、fo p e r a t i o nv a l v e ；t h es e c o n ds e c t i o ni sa b o u t c o n t r o l l e dw a yo f t h ea i r g a t e t h en l h ds e c t i o ni sa b o u t t h ec o n t r o l l e da n dt r a n s m i s s i o no ft h ep r e s s u r e s i g n a l si n t r a i n p i p a u x i l i a r yp r e s s u r ea i r t a n ka n db a k et a n k ；t h ef o u r t h s e c t i o ni sa b o u tt h ea u t ot e s tw a ya n d p r i n c i p l eo f t h et h r e et h o r o u g h f a r ev a l v e l e a k a g e b e s i d e s ，t h ep a p e r i n t r o d u c e sa b o u tt h ef o ，a dt r a n s f o r m i n g i n t e r f a c ec i r c u i ti nt h ec o n t r o l l e ds y s t e m a tl a s t ，t h ep a p e ra n a l y s e sb r i e f l y a b o u tt h ef u n c t i o n sa n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h es y s t e mp r o g r a m ，a n ds h o w st h e t e c h n o l o g yp r o c e s sf r a m ep i c t u r eo ft h em a i np r o g r a m s ot h a tt h ew h o l e c o n t r o l l e dt e c h n o l o g i c a lp r o c e s sc a r lr e a l i z e k e y w o r d s ：m i c r o - c o m p u t e r c o n t r o l l e d ，7 0 1t e s ts t a n d ，l e a k a g et e s t i i 地q q ! ：3 蝗! ：q 2 ：q 3 西南交通大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 17 0 1 试验台发展现状简介 7 0 1 试验台是对新造或检修后的客货列车三通阀进行性能试验的一种 设备。试验台由操纵部、安装部、风缸、自动风门及其控制阀、手动阀、 手动风门、给风阀、双针压力表、管路系统、台架组成。整个实验台可按 照铁道部颁布的标准完成车辆三通阀的全部试验项目。 早期客货车三通阀试验一直采用人工操作试验和人工记录试验数据 的方式进行，一般由车辆段检修车间制动组的制动工( 技术熟练者) 承担 试验任务。人工进行三通阀的试验时，是通过操作设于试验台上的两个回 转阀h ( k ) ，f 阀及有关风门等完成的。由于部颁标准试验项目多，试验 过程不但繁锁、复杂、劳动强度大，而且操作过程中人为因素较多，使试 验结果准确度差，因人而异，还有为了尽快完成任务而不同程度简化、丢 掉试验步骤的现象，试验本身对试验人员的技术水平和熟练程度要求较 高，须专门设人完成试验。 随着铁路提速战略的实施，我国铁路技术装备正处在全面升级换代的 阶段，运用计算机控制技术实现生产一线检测、试验设备自动化、智能化 是新形势下铁路行业生存发展的需要，可以更有效地保证行车主要设备的 质量和状态，消除人为主观因素影响，保证铁路行车安全。 为了改变车辆制动机这种人工试验状况，增加试验结果的客观性和可 靠性，严格按照试验步骤进行试验，确保三通阀工作性能良好。过去几年 里，一些科研部门、高等院校相继研制出了微机控制7 0 1 试验台，其控制 系统各有特点，有的是用微机进行数据采集和记录试验结果，试验过程仍 然需要手工操作，没有自动控制部分，这一种只能叫7 0 1 试验台数据自动 1 g 螋q j 立q 2 l ：q 2 ：蛆 西南交逋大学硕士学位论文 采集记录系统；有的是对f i ( k ) ，f 两个回转阀内部气路进行改造，由电 磁阀控制内部气路，用计算机控制电磁阀开闭，从而控制h ( k ) ，f 阀内 部气路，而在操作阀相应的位置上以指示灯或发光二极管表示转动位置， 风门的控制通过电磁阀控制。这种控制系统可以称作静态控制系统，没h ( k ) ，f 操作阀的转动动作，而且一旦微机控制系统出现故障后不能改用 手工操作。 1 27 0 1 试验台的改进和完善 针对现有7 0 1 实验台存在不足和缺陷，要想使这套控制系统有所突破 和创新，能够解决生产实际问题，使科研成果有市场和效益，必须紧密结 合目前铁路车辆部门生产一线情况。本文在广泛调研和论证的基础上，开 发基于微机控制技术的自动试验、检测系统。 论文确定了研制开发试验台微机控制系统的整体方案，重点实现了三 个操作阀的自动控制，采用功率步进电动机作为伺服系统分别驱动h ( k ) ， f 阀转动以代替人工操纵。三通阀泄漏检测完全实现自动化，不再用涂肥 皂水的方法检测。列车管、制动风缸、副风缸压力信号由压力传感器采集 传输。自动风门由电磁阀根据需要通过计算机自动控制其开闭。该控制系 统仿真手工操作的全过程和各个环节，无需人工干预，实现了车辆制动机 试验、检测、试验结果记录与判断的全程自动化。 新开发的7 0 1 微机控制实验台结构新颖、形象直观，提高了试验的准 确度，使试验结果客观、真实可靠。同时规范了试验程序，保证试验项目 有序合理进行。其突出的优势表现为降低了职工的劳动强度，提高了设备 的利用率，从而确保铁路的行车安全。 1 37 0 1 微机控制7 0 1 实验台的功能和特点 本设计在原有7 0 1 试验台上加装一套微机控制系统后，实现三通阀试 2 她q ! ：3 q 21 ：q 2 ：鳗 西南交通大学磺士学位论文 验全过程的自动控制，可以完全模拟人工操作，实现试验过程的全程自动 化，使该微机控制系统具有以下功能及特点： 1 可根据部分标准，自动完成三通阀在7 0 1 试验台上的全部性能试 验或任意选项试验。 2 采用功率步进电机分别驱动h ( k ) ，f 操作阀可完全模拟人工操 作，动作自如，形象直观。 3 可实现自动或手动两种操作，正常情况下，由微机自动控制试验 过程。当微机控制系统发生故障时，可不必做任何处理，立即改用手动操 作继续试验，使试验工作照常进行，不影响生产。 4 试验过程中各项数据能随时在显示器上显示，各项试验完成后， 可将所有不合格项目和试验结果一次显示出来，便于试验人员及时掌握三 通阀的技术状态，有针对性地检修，提高工作效率。 5 三通阀试验后的数据可自动存入计算机中供随时查询或打印，可 为各三通阀建立技术档案。 6 保留了原7 0 1 试验台的基本结构，各管路系统基本不变，试验台 改造工作量小，简单易行，使手动操作功能得以保留。 7 步进电机带动h ( k ) ，f 回转阀定位准确，试验结果客观、准确、 可靠。 1 4 论文的主要工作 本文首先介绍7 0 1 实验台检测系统组成和特性，重点研究7 0 1 试验台 的微机控制系统，具体工作体现为以下5 个方面： 1 h ( k ) ，f 操作阀的控制 2 自动风门的改造和控制 3 三通阀泄漏检测方法和装置 3 放q q ! ! ! 蝗! ：蝗：垃 西南交通大学硕士学位论文 4 p c 总线的i o 接口电路和数据采集系统 5 系统软件功能及流程 论文研究结果使得车辆制动机试验实现自动化和智能化，使试验过程 更客观真实，试验结果数据准确可靠，大大降低生产一线制动机试验人员 劳动强度，提高设备利用率。更好地监控制动机性能、质量，确保行车安 全，在铁路车辆运用系统具有推广应用价值。 本章小结：本章介绍7 0 1 试验台的基本结构、功能及发展状况。在新形 势下铁路运输生产对试验、测试设备提出了更高的要求，为满足这种发展 需要，提出用计算机控制试验的改进意见和具体方案，使试验台实现试验 过程和数据处理的自动化。最后给出整个论文涉及的主要工作。 4 b 鲤q ! ：3 q 21 ：q 2 ：勉 西南交通大学硕士学位论文 第2 章微机控制7 0 1 实验台介绍 2 1 微机控制7 0 1 试验台的总体结构 微机控制7 0 1 试验台系统的总体结构如图2 - 1 所示。 图2 - l 试验台总体结构图 图2 - 1 中：1 一步进电机控制柜；2 - i o 接口板；3 - p c 计算机；4 电磁 阀驱动柜；5 - 电磁阀( 1 1 8 号) ；6 - 风门控制阀；7 给气阀；8 储风缸； 9 一副风缸；1 0 一制动缸；1 1 - 三通阀安装座；1 2 f 阀；1 3 步进电机；1 4 、1 5 压力表；1 6 一k ( h ) 阀：1 7 一h 阀：1 8 一传感器及变送器；1 9 。a d 转换板； 2 0 一风卡；2 1 - 泄露检测电路；2 2 砩4 动管容积风缸 本系统主要由步进电机控制部分、电磁阀驱动部分、传感器部分、a d 、i o 接口电路，p c 计算机、泄漏检测电路等组成。 2 2 微机控制7 0 1 试验台组成部分和功能 系统由p c 计算机通过a d 转换电路读取列车管、副风缸、制动缸 西南交通大学硕士学位论文 压力、三通阀泄露信号，系统根据计算机读取的这些信号值通过i 0 接 口电路控制电磁阀和步进电机驱动操作阀自动动作，完成全部试验项目并 自动记录保存试验数据。 步进电机控制系统由三台完全一样的功率步进电机和步进电机驱动 柜组成，由此驱动三个操作阀转动。步进电机驱动柜内部由m s c 8 0 3 1 单 片机及其扩展系统控制，提供步进电机驱动脉冲信号和电源，并通过数据 线接受主机信号，控制步进电机转位。为了解决各操作阀的自动换位问题， 本系统采用功率步进电机通过齿轮啮合分别驱动各操作阀，当步进电机接 受主机发出的控制命令后，即做角位移运动，驱动三个操作阀模拟人工操 作，到达指定位置。 电磁阀驱动控制部分控制试验台上自动风门的开闭，包括电磁阀驱动 柜和电源部分。这部分主要由7 4 l s 2 7 3 、7 4 l s 2 4 4 等芯片构成，接受主机 传输信号，按照试验要求驱动电磁阀开闭，完成试验。为了实现风门的自 动控制，在每个风门的控制阀上加装了一个三通电磁阀。电磁阀接受主机 发出的控制命令而动作，使相应的自动风门开闭，以替代人工操作。 数据采集系统e h - _ - 个同一型号的压力传感器和a d 转换电路组成。 负责整个系统压力信号( 列车管、副风缸、制动风缸) 的采集和转换传输 任务。由压力传感器采集压力信号，送给a d 转换电路，并通过接口电 路传输送给主机，主机根据这些压力的大小来控制试验程序运行。 接口电路由i o 板构成。主机通过i o 板传输电磁阎得电、失电 和功率步进电机转位的控制命令，完成对自动风门、操作阀的自动控制。 泄漏检测电路由检测探针和相应电路组成。三通阀滑阀、节制阀与阀 座的泄露程度，在人工测试时，通常是在三通阀排气口上涂抹肥皂水的方 法或用泄露测定器检测。为了实现泄露的自动检测并把泄露信号传输给计 西南交通大学硕士学位论文 算机，本设计在原泄露测定器内，插入泄露检测装簧的两根探针，探针下 端与玻璃管的第三格对齐。检测时，当漏泻程度未超过规定时，两根探针 不接通，水位传感器无信号；当泄露程度超过规定时，由三通阀排气口出 来的漏泻空气使水位快速上升，接通两根探针，水位传感器立即输出高电 平信号，通过计算机自动记录水位由第二格升至第三格的时间，以次判定 三通阀的漏泻程度。 p c 计算机作为系统的主机，是整个系统的控制中心。系统程序的编 制、调试、控制命令的发出、数据的处理和打印等均由主机完成。 本章小结：微机控制7 0 1 试验台主要由原试验台、步进电机控制部分、 电磁阀驱动部分、传感器部分、a d 、i 0 接口电路、p c 计算机、泄 漏检测电路等组成。这些组成部分在主程序的控制下协调发挥作用，完成 三通阎的自动试验、检测过程。 7 坠鲤q ! ：3 q 21 ：q 2 ：q 3 西南交通大学硕士学位论文 第3 章微机控制7 0 1 实验台硬件电路设计 3 1 微机控制系统硬件 控制系统p c 微机采用3 8 6 及以上，内存8 m 以上品牌机或兼容机， 最好采用同型号工控机。i o 接口及a d 转换电路采用p c 总线结构，符 合工业控制标准。 步进电机的驱动与控制系统由单片机8 0 3 1 及其扩展部分完成。电磁 阀的驱动控制由电磁阀驱动板接受p c 计算机的指令动作完成。系统原理 框图如图3 1 所示。 列压 副压 制压 漏泻信 阀 阀 1 8 图3 - 1 控制系统原理框图 图3 - 1 中，列、副、制三路压力信号通过各自的压力传感器将采集的 模拟量送入a d 转换器，漏泻信号通过漏泻检测电路将三通阀漏泻的模 拟量信号送入a d 转换器，由a d 转换器将这些模拟量进行转换后送入 p c 机；步进电机驱动柜和电磁阀控制柜通过i o 接口电路接受来自p c 西南交通大学硕士学位论文 主机的信号，从而控制步进电机的换位和电磁阀的开闭。整个系统由p c 主机控制协调动作，按照部颁试验标准逐项进行三通阀的试验和检测。 3 2i 0 接口电路 本控制系统中，采用p c 总线的h y - - 6 1 6 0 数字量信号输入输出板作 为i o 接口电路。它可以直接插入到i b m - - p cx t a t 兼容机及 i n t e l 奔腾系列微型计算机的p c 插槽中使用。 本接口电路板提供3 2 个数字量输入通道，3 2 个数字量输出通道和一 个外部事件中断通道。每8 个输入输出通道为一组，占用一个地址，数字 量输入输出信号电平与t t l 电平兼容。中断申请信号为r r l 电平。数 字量输出通道上电清零。控制系统中采用两组数字量输出通道控制试验台 上1 8 个风门自动开放或关闭。 3 2 1 性能及技术指标 在本接口电路中有3 2 个数字量输入通道4 组( 8 b i t 组) 、3 2 个数 字量输出通道4 组( 8 b i t 组) 、一个中断输入通道和一个中断允许输入 通道，使用t t l 电平。数字量输出通道上电时清零。这种i o 接口电路 使用于现场状态控制、事件输入、各种开关量的监测及控制、过程控制、 b c d 码输入输出等。 本输入输出通道输入电平最小值o 8v ，最大值2 0v ；输出电平最小 值o 4 v ，最大值2 4 v ；输出高电平电流最大值4 0 0 pa ，最大值8 m a 。 其他性能指标如下： 中断申请信号通道数：l 中断优先级：i r q 2 或i r q 3 中断申请信号通道数：1 中断申请信号有效电平：t t l 电平兼容 中断允许信号有效电平：t t l 电平兼容，低电平有效 3 2 2 工作原理 9 鲤鲤l ：3 鳇! ：监：鳗 西南交通大学硕士学位论文 r e s e ta 0 - - a 9d 0 - - d 7i r q 3 i r q 2 图3 - 2v o 电路原理图 图3 2 中可以看出，4 片7 4 l s 2 4 4 构成4 8 b i t ( 3 2 通道) 缓冲式数 字量输入通道，4 片7 4 l s 2 7 3 构成4 8b i t ( 3 2 通道) 寄存式数字量输 出通道。所有输出通道上电时清零( 低电平) 。中断申请信号i n t 送到板 上三态门的输入端，当中断允许信号为低电平时，允许外部事件发出中断 申请信号。通过硬件选择跳线，确定中断级别。 3 2 3i 0 板使用简介 1 主要元件位置图 1 0 g n q 鲤l 立篮! ! q 2 ：塑 西南交通大学硕士学位论文 图3 - 3i o 电路板主要元件位置图 j o ：数字量输入插座 j l ：数字量输出插座 d i p ：基地直选择开关 j p l ：中断申请信号电平调理选择 j p 2 ：中断级别选择 s 1 、s 2 、s 3 允许+ 5 v ，+ 1 2 v 输出选择 2 信号输入输出插座定义 d 1 0 0 d 1 0 7第一组数字量输入通道 d 1 1 0 d 1 1 7第二组数字量输入通道 d 1 2 0 d 1 2 7第三组数字量输入通道 d 1 3 0 d 1 3 7第四组数字量输入通道 d 0 0 0 d 0 0 7第一组数字量输出通道 d 0 1 0 d 0 1 7第二组数字量输出通道 d 0 2 0 d 0 2 7第三组数字量输出通道 d 0 3 0 d 0 3 7第四组数字量输出通道 i n t - 中断申请信号输入 g ：中断允许信号输入 + 5 vi b m - - p cx 1 r 总线+ 5 v + 1 2 vm m p cx t a t 总线+ 1 2 v g n di b m - - p c x t a t 总线地、信号公共地 3 开关及跳线选择 ( 1 ) 3 p 1 中断申请信号电平调理选择 输入信号高电平有效输入信号低电平有效 ( 2 ) j p 2 中断级别选择 选择i r q 3选择i r q 2 ( 3 ) d i p 基地址选择开关 l i g b q 地! ：3 q 2 1 ：q 2 ：q 3 西南交通大学硕士学位论文 地址：a 8a 7a 6a 5a 4a 3 十进制：2 5 61 2 86 43 21 68 十六进制：1 0 08 04 02 01 00 8 基地址选择范围5 1 2 1 0 2 3 ( 0 2 0 0 h 0 3 f f h ) 。当开关置o n 位时该位有 效；置o f f 位，该位无效。 基地址计算公式： 基地址= 5 1 2 ( 0 2 0 0 h ) + 所有有效位之和 例： 基地址= 5 1 2 + 1 2 8 = 6 4 0 或= 0 2 0 0 i - i + 8 0 h = 0 2 8 0 h ( 4 ) s 1 允许+ 1 2 v 输出 当s 1 短路时，+ 1 2 v 通过j 0 、儿插座输出 ( 5 ) s 2 、s 3 允许+ 5 v 输出 当s 2 短路时：+ 5 v 通过j o 插座输出； 当s 3 短路时：+ 5 v 通过j 1 插座输出。 如果需用+ 1 2 v 、+ 5 v 时，s 1 、s 2 、s 3 应开路，以防止外部连线不 慎短路，损坏计算机电源。 3 2 4 寄存器输出及板内地址分配 1 数字量输出寄存器 i位d 7d 6d 5d 4d 3 d 2d 1d o l 输出d ，c h 7d ，o n 6d o n 5d 胁4d ，o n 3d o n 2 d 0 1 1 ld ，o n 0 其中：n = 0 3 ，分别对应四组数字量输出。 2 数字量输入缓冲器 其中：n = 0 3 ，分别对应四组数字量输入。 西南交通大学硕士学位论文 板内地址分配 基地址+ 0 基地址+ 1 基地址+ 2 基地址+ 3 基地址+ 4 基地址+ 5 基地址+ 6 基地址+ 7 3 2 5 编程及应用 写 d 0 0 0 d 0 0 7 d 0 1 0 - - d 0 1 7 d 0 2 0 d 0 2 7 d 0 3 0 d 0 3 7 未用 未用 未用 未用 辞 未用 未用 未用 未用 d i o o d 1 0 7 d 1 1 0 d 1 1 7 d 1 2 0 d 1 2 7 d 1 3 0 d 1 3 7 1 软件编程 利用b a s i c 、c 、p a s c a l 、v b 、v c 、汇编等具有i o 操作指令 语言均能操作该接口板工作。 本试验台控制系统中我们只用到数字量输出通道，以q b a s i c 为例： 0 u tb a s e + b ，d a t a 该指令将数字量d a t a 送到b a s e + b 口输出 b a s e ：h y - - 6 1 6 0 极基地址。 b = 0 ：选中d 0 0 0 d 0 0 7通道 b = l ：选中d 0 1 0 d 0 1 7通道 b = 2 ：选中d 0 2 0 d 0 2 7通道 b = 3 ：选中d 0 3 0 d 0 3 7通道 d a t a 范围：0 2 5 5 例程如下： b a s e = & h 2 8 0基地址= 2 8 0 h n u m l = 3 6置d 0 1 0 d 0 1 7 通道输出值 n u m 3 = 1 3 6置d 0 3 0 d 0 3 7 通道输出值 o u tb a s e + 1 ，n u r n l 输出 o u tb a s e + 3 ，n u m 3 输出 e n d 2 i o 口地址分配 在p c 计算机中，f o 口地址分配为：2 0 0 h 3 f f h 西南交通大学硕士学位论文 i 0 口遗址范国( 1 6 进翻)使甬者 2 0 0 2 0 7游戏i o 口 2 0 8 2 7 7未用 2 7 8 2 7 f并行打印机口2 2 8 0 2 f 7未用 2 f 8 2 f f串行口2 ( c o m 2 ) 3 0 0 3 7 7未用 3 7 8 3 7 f并行打印机口1 3 8 0 3 a f未用 3 b o 3 b f单色显示器和打印机适配器 3 c 0 3 c f未用 3 d 0 3 d f彩色图形监视器适配器 3 e o 3 e f未用 3 f 0 3 f 7 软磁盘控制器 3 f 8 3 f f串行口1 ( c o m l ) 以上这些地址范围，已经标出用途的是p c 计算机本身使用的地址， 用户就不能使用，否则会发生地址冲突。用户只能在未用地址范围内选用， 这是留给用户的地址。本控制系统的i o 接口板和a d 转换板分别是在 2 8 0 h 2 f 7h 和3 0 0 h 3 7 7 h 内选定。 3 3a d 转换电路 本控制系统的列车管压力、副风缸压力、制动缸压力、三通阀漏泄信 号等数据采集和传输，采用h y 一1 2 3 2a d d a 板完成。 3 3 1 概述 h y 一1 2 3 2 板是一种i b m - - p cx t a t 总线兼容a d 、d a 接 口板，它可以直接插入到i b m - - p cx t a t 总线兼容的微型计算机内 的任一总线扩展槽中，构成微机数据采集控制系统。 该板提供有3 2 路单端模拟输入通道，可将5 v 范转围内的模拟电压 信号转换成1 2 b i t 数字量( a d ) ，该板采用1 2 位分辨率的a d 5 7 4 为主 芯片，a d 转换精度可达o 0 3 ，同时该板具有1 路模拟输出通道，用 1 4 h q 嫂! ! j 鲣! ：蝗：坦 西南交通大学磺士学位论文 于将字量转换成模拟电压输出( d a ) ，输出电压范围可以是_ 5 v 或o + 5 v 。 a d 转换触发工作方式采用软件触发方式，转换结果的传输方式有 两种：查询a d 完成位，然后再读取数据，a d 转换完成后发中 断申请，然后由中断服务程序读取数据。 3 3 2 性能及技术指标 本a d 转换电路采用a d 5 7 4 作为主芯片，分辨率为1 2 b i t 。d a 输出上电清零，模拟输入电压范围为5 v ，模拟输出电压范围为_ 5 v 或 o + 5 v 。采用软件触发方式，数据传输方式采用软件查询方式和中断方 式。本a d 转换电路主要应用于模拟信号采集、电子测量、数据分析、 过程控制、伺服控制、模拟信号发生器等方面。本自动控制系统中主要应 用来进行模拟信号采集。 本a d 转换电路模拟输入电压范围为+ - - 5 技术指标，模拟输入阻抗 1 0 0 m o ，采样保持时间5 “s 。a d 转换满量程时精度为0 0 3 ，转 换时间2 5 us ( 典型值) ，通过率为1 2 k h z ，非线性误差为1 l s b 。用i r q 2 或i r q 3 眺线和硬件进行中断申请级别选择。中断申请信号有效电平为高 电平有效( 订l 电平兼容) 。 d a 部分及模拟信号输出部分只有1 个输出通道数，输出电压范围 为+ - s v 或0 5 v ，由硬件选择，分辨率为1 2 b i t ，建立时间小于1 0us ， 输出电流最大值为1 0 m a 。主机电源消耗功率：+ 1 2 v d c ，7 0 m a ： 一1 2 ，c l c ，6 0 m a ；+ 5 v d c ，4 0 0 m a 3 3 3 工作原理 1 原理框图 1 5 嫂q q ! ：! q 21 ：蝗：鳗 西南交通大学硕士学位论文 图3 4a d 转换电路原理图 2 原理概述 h y 一1 2 3 2 板的a d 转换触发工作方式采用软件触发，而数据的传 1 6 h q 娅i ：3 q 21 ：蝗：q 3 西南交通大学硕士学位论文 输方式有两种： 查询方式，中断方式。 3 2 路模拟电压信号通过输入输出插座分别接到3 2 选一的模拟输入多 路开关上，在软件操作下，选通某一输入通道，将该通道模拟输入信号送 至采样保持器，然后再通过单稳电路启动a d 转换开始。当a d 转换 完成时，转换完成位寄存器被置为“l ”。用软件查询方式查询d 7 位，当 查询到这个状态位为1时，即可将1 2 b i t 数据读入到计算机内存中。 若使用中断方式，则在a d 转换完成时自动向计算机发出中断请求信 号。在中断服务程序控制下，将将1 2 b i t 数据读入到计算机内存。 h y 一1 2 3 2 板的通过率是在综合考虑了软件操作时间、采样保持时 间、a d 转换时间等的时序配合后计算出的。 通过编程，向h y 一1 2 3 2 的d a 电路分别写入低八位和高四位数据 后，h y 一1 2 3 2 板将输出与之相对应的模拟电压信号。 当开机或复位计算机时，d a 电路自动清零。 3 3 4a d 转换板使用 1 主要元件位置图 图3 - 5a d 转换电路主要元件位置图 1 7 地q q ! ! q 21 ：丝：鳗 西南交通大学硕士学位论文 p 1 ：输入输出信号插座 j 3 ：d a 输出电压范围选择跳线 d i p ：板基地址选择开关 v r l ：d a 零点调整电位器 v r 2 ：a d 满度调整电位器 v r 3 ：a d 零点调整电位器 v r 4 ：d a 满度调整电位器 j p l ：中断申请级别选择跳线。 2 信号输入输出插座定义 c h 0 0 c h 3l 模拟电压信号输入接线端 d a ：模拟电压信号输出接线端 + 5 v ：主机+ 5 v 电源接线端 + 1 2 v ：主机+ 1 2 v 电源接线端 g n d ：主机电源地和输入输出信号地接线端 3 模拟输出电压范围选择跳线 模拟电压单极性0 + 5 v 输出时，不插跳线j 3 。 模 4 选 选 ，。曰 ，s 画 中断申请级选择 择i q r 2 中断申请级别时，j p l 跳线如下图： 叵 择i q r 3 中断申请级别时，j p l 跳线如下图： 亘 1 8 地四l ：3 蛭l ：蛙：妲 西南交通大学硕士学位论文 当h y 一1 2 3 2 不使用中断工作方式时，j p l 应不插跳线，如下图： 5 板基地址开关选择d i p h y 一1 2 3 2 的基地址可以设置成任何二进制码的组合。其范围从 2 0 0 h 3 f f h 。通过一个6 位的开关d i p 来完成，h y 一1 2 3 2 将占用连续 8 个i o 地址。 板基地址选择开关d i p 地址线：a 8a 7a 6a 5a 4a 3 十进制：2 5 61 2 86 43 21 60 8 十六进制：1 0 08 04 02 01 00 8 板基地址范围5 1 2 1 0 2 3 ( 0 2 0 0 h 0 3 f f h ) ，开关位置“o n ”有效 置“o f f ”无效，基地址等于所有有效位数之和加上5 1 2 ( 0 2 0 0 h ) 。 例： 基地址( 板地址) = 5 1 2 + 1 2 8 = 6 4 0 或= 0 2 0 0 h + 8 0 h = 2 8 0 h 3 3 5 寄存器描述及板内地址分配 1 输入通道选择寄存器 ld 7d 6d 5d 4d 3 d 2d 1d 0 l c 4c 3c 2c 1c o ：不用 9 地q q ! ：3 q 2 1 ：蝗：鳗 西南交通大学硕士学位论文 c 4 c 0 ：通道选择状态信号 c 4c 3c 2c 1 0000 oooo oo01 0001 001o 00l0 00l1 0011 0100 0lo0 01o1 0101 0110 01l0 0111 0111 l000 1000 100 l l00 1 lo10 l01o l0l 1 10l 1 1l0 0 1100 1l01 2 a d 转换结果缓冲器 输入通道 c h o c h l c h 2 c h 3 c h 4 c h 5 c h 6 c h 7 c h 8 c h 9 c h l o c h l l c h l 2 c h l 3 c h l 4 c h l 5 c h l 6 c h l 7 c h l 8 c h l 9 c h 2 0 c h 2 1 c h 2 2 c h 2 3 c h 2 4 c h 2 5 c h 2 6 c h 2 7 c h 2 8 c h 2 9 c h 3 0 c h 3 1 a o ，o o l oooo 1 o ，) o 1)，0，o l o，0，o 西南交通大学硕士学位论文 a d 转换结果低八位缓冲器 ld 7d 6d 5d 4d 3d 2d ld 0 l a d 7a d 6a d 5a d 4a d 3a d 2a d la d 0 a d 7 a d 0 ：a d 转换结果低八位 a d 转换结果高四位缓冲器 d 7d 6d 5d 4d 3d 2d ld o | a d l la d l o a d 9a d 8 ：不用 a d l l a d 8 ：a d 结果高四位 3 a d 完成位寄存器 id 7d 6d 5d 4d 3d 2d 1d o li o 1 0 ：a d 完成位 1 0 = 1 ：a d 转换完成 1 0 = 0 ：a d 转换未完成 ：不用 4 d a 输出寄存器 d a 输出低八位寄存器 ld 7d 6d 5d 4d 3d 2d 1d o l d a 7d a 6d a 5d a 4d a 3d a 2d a ld a 0 d a 7 d a 0 ：d a 输出低八位数据 d a 输出高四位寄存器 ld 7d 6d 5d 4d 3d 2d ld 0 f xd a l ld a l 0 d a 9d a 8 d a l l d a 8 ：d a 输出高四位数据 ：不用 5 板内地址分配 写读 板基地址+ 0 输入通道寄存器并且触发保留 启动a d 转换 板基地址+ 1 保留a d 结果抵八位数据 板基地址+ 2 保留a d 结果高四位数据 并清除a d 完成位寄 存器和中断申请信号 板基地址+ 3d a 输出低八位寄存器 保留 2 l 鲤q q13 q 2 1 ；蝗：q 3 西南交通大学硕士学位论文 板基地址+ 4d a 输出高四位寄存器保留 且送出d a 1 2 位数据 板基地址+ 5 保留a d 完成位寄存器 3 3 6 编程 1 a d 软件触发、软件查询工作方式 h y 一1 2 3 2 的a d 转换采用软件触发，用户编程时首先向该板写入 模拟输入通道，h y 一1 2 3 2 板将自动对该输入通道进行a d 转换。用户 程序读入a d 完成位可判断a d 转换是否完成。当a d 完成位为1 时，则a d 转换已完成。a d 完成结果应分为两次读入，然后合并， 即可计算出模拟输入的电压。 在软件查询工作方式时，不插上j p l 跳线，否则主机可能响应中断请 求，而减慢软件运行的速度。 下面q b a s i c 例程为软件触发a d 和软件查询方式完成a d 转 换功能： b a s e a = h 2 8 0板基地址= 2 8 0 h i n p u t “i n p u t c h a n n e ln u m b e r ：”：n u m 输入采集通道号 o u tb a s e a ，n u m 切换通道并触发a d l o p ：p o l l = i n p ( b a s e a + 5 )查询a d 是否完成 p o l l = _ p o l l a n d h 8 0 i fp o l l h 8 0t h e nl o p若a d 未完成，继续查询 l b y t e = i n p ( b a s e a + i ) 读a d 结果低8 位 h b y t e = i n p ( b a s e a + 2 ) 读a d 结果高4 位 d b y t e = l b y t e + ( h b y t e a n d h fp 2 5 6合并 v a l u e = ( d b y e t - 2 0 4 7 ) 1 0 4 0 9 6 将结果转换成输入电压值 p r i n t打印结果 e n d 下面c 语言例程为软件触发a d 和软件查询方式完成a d 转换 功能： # i n c l u d e # i n c l u d e 2 2 b q 螋! ：3 q 2 1 q 2 ：q 3 西南交通大学硕士学位论文 椭n c l u d e v o i d m a i n ( v o i d ) i n t b a s e a , d b y e t , n u r n ； f l o a t v a l u e ； b a s e a = 0 x 2 8 0 ；p 板基地址6 4 0 p r i n f f ( i n p u t c h a n n e l n u m b e r ：”) ； s c a r e ( “d ”，n u m ) ；