（车辆工程专业论文）自动控制制动机试验台.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着列车运行速度的不断提高，车辆制动机性能安全摆在了重要的 地位，而影响车辆制动机性能安全的关键因素是制动阀的性能。在生产 实际中制动阀的性能试验通常采用人工操作，随意性较大，可靠性较差， 影响试验结果的科学性和准确性，给行车留下安全隐患。我们就这一问 题对车辆制动阀性能试验自动化进行了专题研究，申报郑州铁路局科研 立项，通过了路局科学技术鉴定，获得国家专利，并在洛阳、信阳、月 山、郑州等数个车辆段推广应用。研究成果论文发表于长沙铁道学院学 报2 0 0 3 年第4 期。 本套装置的设计思路是将原制动阀实验台的全部实验项目由手工 操作改为自动控制，并保持原实验台的结构不变，实验标准不变，减轻 劳动强度，减少人为因素，提高试验结果的科学性和准确性；基本原理 是采用三个压力传感器分别采集副风缸、列车管、制动缸压力信号，通 过a d 采样板向计算机发出信号，计算机通过p i o 板向电磁阀驱动板、 步进电机控制柜发出信号控制二位三通电磁阀开闭和步进电机的转动， 电磁阎控制风门的开闭，步进电机控制k 阀、h 阀、f 阀等操纵阀的转动。 漏泄测定仪测定各项漏泄指标，并将各项检测结果返回计算机，由计算 机判断结果是否合格，同时打印出试验结果，达到自动实验、自动记录 的目的。 关键词：制动阀：性能：自动检测 西南交通大学硕士研究生学位论文 第页 a b s t r a c t a st h ec o n t i n u o u si n c r e a s i n gi nr u n n i n gs p e e do ft r a i n s ，t h ep r o b l e mo fh o w t o a p p l yt h eb r e a ks y s t e mo f v e h i c l es a f e l yh a sb e e np u ti na ni m p o r t a n tp l a c e t h ek e y e l e m e n tt h a ti n f l u e n c e st h ep e r f o r m a n c es a f e t yo fb r e a ks y s t e mi st h ep e r f o r m a n c eo f b r e a kv a l v e i np r o d u c t i o n ，t h ep e r f o r m a n c el e s tt r i a lo fb r e a ks y s t e mw a so f t e nm a d e m a n u a l l ya n dt h u st h ea c c u r a c ya n ds c i e n c t i f i co ft e s tr e s u l tw a si n f l u e n c ，a n dm o r e f r e e d o m t h e r e f o r ew em a d e a m o n o g r a p h i cs t u d y i nt h ea u t o m a t i o no ft h e p e r f o r m a n c et e s tt r i a lo f t h eb r e a kv a l v eo fv e h i c l e sb ya p p l y i n gf o rar e s e a r c hp r o j e c t i n z h e n g z h o ur a i l w a y b u r e a u n o ww eh a v ef i n i s h e dt h e p r o j e c t ，p a s s e d t h e e x a m i n a t i o hm a d eb yt h ec o m m i t t e eo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yo fz h e n g z h o u r a i l w a yb u r e a ua n dw o n t h en a t i o n a lp a t e n t t o d a yt h i sp r o j e c th a sb e e na p p l i e di n s o m er o l l i n gs t o c ks e c t i o n si n l u o y a n g ，x i n y a n g ，y u e s h a na n dz h e n g z h o u t h i s a c h i e v m e n ti sp u b l i s h e db y j o u n a lo fc h a n g s h ar a i l w a yu n i v e r s i t y t h i sd e v i c ei sd e s i g n e dt oc h a n g et h ef o r m e re x p e r i m e n td o n em a n u a l l yi n t oa u t o c o n t r o l l e ds oa st or e d u c el a b o ri n t e n s i t ya n di n c r e a s et h ea c c u r a c yo ft e s tr e s u l t ，t h e p r i n c i p l e i st h a tt h es i g n a l so fa u x i l i a r yv e n t i l a t i o nc y l i n d e r , t r a i np i p ea n db r e a k c y l i n d e rp r e s s u r ea r er e c e i v e db yt h et h r e es i n g l ep r e s s u r es e n s o r ，t h r o u g ht h ea d t r a n s f o r m i n gi n t e r f c et om i c r o c o m p u t e r t h es i n g n a lo fe l e c t r o m a g n e t i s mv a l v ea n d s t e p p i n gm o t o r i ss e n tb ym a i nm i c r o c o m p u t e r t h r o u g ht h ei oi n t e r f e r e a n dt h e nt h e k 、h 、fv a l v e sa r ed r o v eb yt h es t e p p i n gm o t o r t h ee l e c t r o m a g n e t i s mv a l v ei su s e d t oc o n t r o lt h eo p e na n dc l o s eo f v e n t i l a t i n gd o u r ，t h es t e p p i n gm o t o ri su s e dt oc o n t r o l t h er o t a t i o no ft h ec o n t r o lb r e a ka n dt h el e a km e a s u r e ri su s e dt om e a s u r ea l lk i n d so f l e a k s b ya l lt h e s em e a n si t i sp o s s i b l ef o ra u t ot e s ta n da u t o g r a p h i cr e c o r dt ob e a c h i e y e d k e yw o r d s ： b r e a kv a l v e ：p e r f o r m a n c e ；a u t o m a t i cd e t e c t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 第1 章绪论 1 1 问题的提出 随着列车运行速度的不断提高，车辆制动机性能安全摆在了重要的地位， 而影响车辆制动机性能安全的关键是制动阀的性能，在生产实际中制动阀的 性能试验通常采用人工操作，如g k 阀在7 0 1 试验台上共进行1 3 项试验，其 中，转动手柄约需近8 0 次，开关风门近4 0 次，其问还要无数次看各个压力 表、秒表、水位上升情况、听排气情况，一个阀完整试验下来，约需1 8 分钟。 工人劳动强度大。影响试验结果的准确性，给行车安全造成隐患。我就这一 问题对车辆制动阀性能试验自动化进行了专题研究。 1 1 1 目前试验方法存在的问题 长期以来，车辆制动机三通阀和分配阀的性能试验，都是采用手工操作， 分别在7 0 1 和7 0 5 试验台上进行。由于试验项目多，劳动强度大，操作繁琐， 效率低下，对操作人员技术要求高；由于受人为因素的影响试验结果可靠性 及精确度较差；常常出现为了尽快完成任务不同程度简化、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 成试验等弊端造成运行车辆的安全隐患。 1 ll ，2 国内外研究现状 广大科技工作者和现场科技人员曾力图使操作过程实现自动控制，如： 1 采用微机控制的电磁阀取代试验台中的回转阀，借此来减轻工人的体 力劳动，提高试验精度。但由于使用电磁阀数量过多。往往因为电磁阀的漏 泄引起试验误差；当微机出现故障时，不能改用手工操作，影响生产：特别是工 人长期使用操纵阀进行试验，在思想上形成了一种固有的想法，认为只有通 过操纵阀试验的结果才最可靠，因为这种试验方式实际上是模拟了机车操纵 的实际情况： 2 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 试验台数据自动采集记录系统： 3 对i j ( k ) ，f 两个回转阎进行内部气路进行改造，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簧，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 1 3 解决方案 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 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，确保三通阀和分配阀性能，通过广泛调研 和论证，研制开发一套计算机控制系统，实现制动阀试验全过程的自动控制。 要想使这套控制系统有所突破和创新，能够解决一些生产实际问题，使 科研成果转化为生产力，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，进行调研和论证，研制、开发7 0 1 和7 0 5 试验台微 机控制系统。目的在于提高试验准确度，使试验结果客观、真实可靠；规范 试验程序，保证试验项目：降低职工劳动强度，提高设备利用率，确保铁路 行车安全。 在广泛调研和论证的基础上，确定了研制开发试验台微机控制系统的整 体方案，重点实现了操纵阀的自动控制，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：三通阀漏泄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、工作风缸、容积 室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。 微机控制系统出现故障后，可继续使用手动操作，整个系统结构新颖、形象 直观，人机界面良好。 1 2 本系统的功能和特点 在原有7 0 1 和7 0 5 试验台上加装一套微机控制系统后，可以完全模拟人 工操作，实现试验过程的全程自动化，使浚微机控制系统具有以下功能及特 点： 1 可根据部颁标准，自动完成三通阀或分配阀在7 0 1 和7 0 5 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： 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 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 三通阀建立数字化技术档案； 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。 系统原理如图1 - 1 、图卜2 所示： 卜步进电机控制柜；2 - p i o 板：3 - 计算机；4 一电磁阀驱动板；5 一电磁阀( 1 1 8 ) ：6 - 风门控制阀： 7 一给气阀；8 一储风缸：9 一副风缸；l o 一制动缸：1 1 一 三通阀安装座；1 2 f 阀：1 3 一步迸电机；1 4 、15 一压力表：1 6 一k 阀；1 7 - h 阀： 1 8 一传感器及变送器；1 9 一m d 采样板：2 0 一风卡；2 1 漏泄检测电路；2 2 一制动 管容积风缸 图l 一1 自动控制7 0 1 型试验台示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 卜步进电机控制柜：2 - p i o 板；3 一计算机；4 一电磁阀驱动板；5 一电磁阀( 1 1 8 ) ；6 - 风门控制阀；7 一滤尘器；8 一给气阀；9 一储风缸；1 0 一副风缸：1 1 一制 动缸；1 2 一紧急阀；1 3 五通控制阀；1 4 1 9 一压力表；2 0 一附加缸；2 l 一主阀； 2 2 一限压阀：2 3 一工作风缸：2 4 一容积室风缸：2 5 一制动管容量风缸；2 6 一操纵阀： 2 7 一步进电机；2 8 一传感器及变送器；2 9 一漏泄检测电路；3 0 - a d 采样板 图卜2 自动控制7 0 5 型试验台示意图 从试验台整体布置清楚地看到：由微机控制的7 0 1 、7 0 5 试验台整体结构 和原试验台结构基本相同，所不同的只是微机的一些控制部件，如控制柜、 i o 板、电磁阀、传感器、变速器、驱动操纵阀的功率步进电机及漏泄、局减、 排气等信号采集装罱。其余都和原试验台基本相同，其原理也和原试验台一 样，只是将手动控制试验台改变成了由微机自动控制和手动控制两用的试验 台。 1 3 本文主题和研究意义 本文研究的主要内容为以下几个方面： 1 h ( k ) ，f 操作阀的控制； 2 自动风门的改造和控制： 3 三通阀漏泄检测方法和装置： 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。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 该课题的研究使得车辆制动机试验实现自动化、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阀试验人员劳动 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 路车辆运用部门具有推广价值。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 第二章p c 总线控制接口电路 要实现计算机自动控制，必须有控制系统硬件电路与计算机的接口电路。 本系统中，驱动操作阀的功率步进电机控制通过m c s - 8 0 3 1 单片机系统与p c 机共同控制。控制自动风门的电磁阀控制电路需要i 0 接口电路实现计算机 指令的传递，三通阀漏泄检测系统、列车管、副风缸、制动缸压力信号则需 要传感器采集和a d 转换接口电路传输压力数据。这样整个系统才能在计算 机的控制下，根据传感器采集的压力信号，适时开闭风门、转动操作阀实现 自动试验和记录数据。 2 1i 0 接口电路 2 1 1 简介 本控制系统中，采用p c 总线的h y 一6 1 6 0 数字量信号输入输出板作为i 0 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t t l 电平。数字量输出 通道上电清零。 控制系统中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。 2 1 2h y 6 1 6 0i o 接口板性能及技术指标 1 性能 ( 1 ) 3 2 个数字量输入通道 ( 2 ) 3 2 个数字量输出通道 ( 3 ) 一个中断输入通道 ( 4 ) 一个中断允许输入通道 ( 5 ) t t l 电平接口 ( 6 ) 数字量输出通道上电清零 2 应用 ( 1 ) 现场状态监测 ( 2 ) 事件输入 ( 3 ) 各种开关量监测及控制 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 ( 4 ) 过程控制 ( 5 ) b c d 码输入输出 3 技术指标 数字量输入通道：3 2 数字量输入组数：4 ( 8 b i t 组) 数字量输出通道：3 2 数字量输出组数：4 ( 8 b i t 组) 输入输出电平：t t l 电平兼容 输入电平：v i h = 2 0 最小值 v i l = 0 8 最大值 输出电平：v o l = o 4 v最小值 v o h = 2 4 v最大值 输出高电平电流：i o h = - - 4 0 0 u a 最大值 输出低电平电流：i o l = 8 m a最大值 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：l 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 2 1 3 工作原理 r e s e ta 0 一一a 9d o 一一d 7 jr q 3i r q 2 图2 - 1i o 电路原理图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 图中可以看出，4 片7 4 l s 2 4 4 构成4 x 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 x 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。 2 1 4 主要元件位置图，信号输入输出插座及选择开关定义 1 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 l 、s 2 、s 3 允许+ 5 v ，+ 1 2 v 输出选择 图2 2i o 电路板主要元件位置图 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 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 d 1 0 0 d 1 0 2 d 1 0 4 d 1 0 6 d 1 1 0 d 1 1 2 d 1 1 4 d 1 1 6 g n d + 5 v d 1 2 0 d 1 2 2 d 1 2 4 d 1 2 6 d 1 3 0 d 1 3 2 d 1 3 4 d 1 3 6 i n t d 1 0 l d 1 0 3 d 1 0 5 d 1 0 7 d 1 1 1 d 1 1 3 d 1 1 5 d 1 1 7 g n d + 1 2 v d 1 2 1 d 1 2 3 d 1 2 5 d 1 2 7 d 1 3 1 d 1 3 3 d 1 3 5 d 3 7 g d 0 0 0 d 0 0 2 d 0 0 4 d 0 0 6 d 0 1 0 d 0 1 2 d 0 1 4 d 0 1 6 g n d + 5 v d 0 2 0 d 0 2 2 d 0 2 4 d 0 2 6 d 0 3 0 d 0 3 2 d 0 3 4 d 0 3 6 i n t 图2 - 3 信号输入输出插座图 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 c x t a t 总线+ 5 v + 1 2 vi b m p c x 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 ) j p 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 d 0 0 1 d 0 0 3 d 0 0 5 d 0 0 7 d 0 1 1 d 0 1 3 d 0 1 5 d 0 1 7 g n d + 1 2 v d 0 2 1 d 0 2 3 d 0 2 5 d 0 2 7 d 0 3 l d 0 3 3 d 0 3 5 d 0 3 7 g 0 0 6 8 m 他h 坩埔卸拢黔踞船弛弘鹅 0 0 ，9 他 垢均n觞弱盯虬弘盯曲 0 4 6 8 m 坨h 埔协加盟孔拍鹞弛”弘鹅 0 0 ，9 n ” 垢坶舡拍盯约n拍盯的 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 ( 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 十进制：2 5 61 2 86 43 2 1 68 十六进制：1 0 08 04 02 0 1 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： 或一0 2 0 0 h + 8 0 h = 0 2 0 8 h 4 s 1 允许+ 1 2 v 输出 当s 1 短路时，+ 1 2 v 通过j 0 、j 1 插座输出 5 s 2 、s 3 允许+ 5 v 输出 当s 2 短路时：+ s v 通过j o 插座输出； 当s 3 短路时：+ 5 v 通过j l 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。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 2 1 5 寄存器输出及板内地址分配 1 数字量输出寄存器 位d 7d 6d 5 d 4d 3d 2d ld o 输d o nd o nd o nd o nd o n 3d o nd o nd o n 出765 4210 其中：n = o 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。 板内地址分配 写读 基地址+ 0d 0 0 0 d 0 0 7未用 基地址+ 1d o i o d 0 1 7未用 基地址+ 2d 0 2 0 d 0 2 7未用 基地址+ 3d 0 3 0 d 0 3 7未用 基地址+ 4未用d 1 0 0 d 1 0 7 基地址+ 5未用d 1 1 0 d 1 1 7 基地址+ 6未用d 1 2 0 d 1 2 7 基地址+ 7未用 d 1 3 0 d 1 3 7 2 1 6 编程及应用 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 0 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只用到数字量输出通道，以q b a s i c 为例： o 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 一6 1 6 0 极基地址。 b - - - - o ：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 g = 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：o 2 5 5 例程如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 2 页 b a s e = h 2 8 0基地址；2 8 0 h n u m l = 3 6置d o i o 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 m 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，i o 口地址分配为：2 0 0 h 3 f f h i o 口地址范围( 1 6 进制)使用者 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l 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嚣 3 c 0 3 c f未用 3 d o 3 d f彩色图形监视器适配器 3 e o 3 e f未用 3 f o 3 f 7软磁盘控制器 3 f 8 3 f f 串行口1 ( c o m i ) 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 0 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。 2 2 a d 转换接口电路 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。 2 2 1 简介 1 概述 f l y - - 1 2 3 2 板是一种i b m - - p c x t a t 总线兼容a d 、d a 接口板，它 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 3 页 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0 0 3 同时该板具有l 路模拟输出通道，用于将数字量 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。 2 2 2 性能及技术指标 1 性能 3 2 路单端模拟输入通道 a d 分辨率为1 2 b i t 1 路模拟输出通道 d a 分辨为1 2 b i t d a 输出上电清零 模拟输入电压范围：5 v 模拟输出电压范围：5 v 或o + 5 v 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 2 应用 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 3 技术指标 模拟量信号输入部分： 模拟输入通道数：3 2 路单端输入 模拟输入电压范围：5 v 模拟输入阻抗： 1 0 0 m q 采样保持时间：5 us 堕堕皇塑奎兰翌主堕塞竺兰垡笙窒 塑! ! 夏 a d 转换部分： 分辨率：1 2 b i t 精度：优于0 0 3 ( 满量程) a d 转换时间：2 5us ( 典型值) 通过率：1 2 k h z 注：通过率考虑了软件时间和采样保持电路时间。 非线性误差：i l s b 中断申请级别：i r q 2 或i r q 3 硬件选择 中断申请信号有效电平：高电平有效 中断申请信号电平特性：t t l 兼容 d a 部分及模拟信号输出： 输出通道数：l 输出电压范圃：5 v 或0 5 v 硬件选择 分辨率：1 2 b i t 建立时间： 1 0 ps 输出电流：1 0 m a 最大值 4 物理尺寸及环境要求 尺寸：i 0 7 c m 1 2 5 c m x 2 5 4 c m 工作温度范围：o + 6 0 。c 存储温度范围：一2 5 + 8 5 。c 湿度范围：9 0 ( 不结露) 主机电源消耗功率：+ 1 2 v d c ，7 0 m a ： 一1 2 v d c ，6 0 m a + 5 v d c 4 0 0 m a 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 两 2 2 3 工作原理 i 原理框图 k d a d 5 7 4 a s h l f 3 9 8 ，总线 控带u 地址译码 及 控制逻辑 3 2 通 道 多 路 开 关 ，id ai a d l a d 7 5 21 l o u t c h o o c h 0 0 c h d o a o a 9i r 0 2i r 0 3 ( t a t 图2 - 5a 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，数据的传输方式 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 丌关上，在软件操作下，选通某一输入通道，将浚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 转换电路。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“l ”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。 j 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 - - 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 1 2 3 2 板将输出与之相对应的模拟电压信号。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 当开机或复位计算机时，d a 电路自动清零。 2 2 4 主要元件位置图、信号输入输出插座及选择开关定义 1 主要元件位置图 图2 6a d 转换电路主要元件位置图 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 i ：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 i ： 中断申请级别选择跳线 p l j p 3 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 2 信号输入输出插座定义 c h 0 0jl c h 0 2i 3 c h 0 4f5 c h 0 6l 7 c h 0 8i 9 c h l 0f 1 1 c h l 2l 1 3 c h l 4f 1 5 6 n df1 7 + 5 vi1 9 c h l 6k c h l 8f 2 3 c h 2 0i 2 5 c h 2 2i2 7 c h 2 4f2 9 c h 2 6i3 i c h 2 8l 3 3 c h 3 0f 3 5 d aj 3 7 g n di3 9 2 ic h 0 l 4jc h 0 3 6 f c h 0 5 8 ic h 0 7 1 0 fc h 0 9 1 2 jc h l l 1 4 ic h l 3 1 6fc h l 5 1 8 lg n d 2 0l 十5 v 2 2 c h l 7 2 4 i c h l 9 2 6 ic h 2 1 2 8 i c h 2 3 3 0 f c h 2 5 3 2 j c h 2 7 3 4 ic h 2 9 3 6 f c h 3 1 3 8 i g n d 4 0 ig n d 图2 - 7a d 转换电路板输入输出插座定义图 c h o o c h 3 1 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 西南变通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 3 模拟输出电压范围选择跳线 模拟电压单极性o + 5 v 输出时，不插跳线j 3 。 v 输出时，插上跳线j 3 。 4 中断申请级选择 选择i q r 2 中断申请级别时，j p l 跳线如下图 选择i q r 3 中断申请级别时，j p l 跳线如下图 当h y 一1 2 3 2 不使用中断工作方式时，d p l 应不插跳线，；n t l 虱 5 板基地址开关选择d i p h y - - 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 1 卜 3 f f h 。i 口1 i i - + 6 位的开关d i p 来完成，】j y 一1 2 3 2 将占用连续8 个j 0 地 址。 盟国曰| 固 女 3 咒 3 j e j 包 f 以模 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 板基地址选择开关d i p 地址线：a 8a 7a 6a 5 a 4a 3 十进制：2 5 61 2 86 43 2 1 60 8 十六进制：1 0 08 04 02 0 1 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 2 2 5 寄存器描述及板内地址分配 1 输入通道选择寄存器 d 7d 6 d 5d 4 d 3d 2 d 1 d o c 4c 3 c 2c i c o ：不用 c 4 c 0 ：通道选择状态信号 c 4 c 3c 2 00 0 00 0 00 0 c 1c o 0 0 0l l o 输入通道 c h o c h l c h 2 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 0 页 000l 1c h 3 001 00c h 4 001 01c h 5 0o110c h 6 o0ll1c h 7 01000c h 8 o100lc h 9 ol0loc h l o 0l0l1c h l l 01100c h l 2 o1l01c h l 3 0111oc h l 4 0111lc h l 5 10 000c h l 6 l0001c h l 7 10010 c h l 8 1001lc h l 9 10l00c h 2 0 10101c - 1 2 l l01l0c h 2 2 l0111 c h 2 3 11 000c h 2 4 11001c h 2 5 l1010 c h 2 6 l101l c h 2 7 11l00 c h 2 8 11l01 c h 2 9 1l1l 0c h 3 0 1l1l lc h 3 l 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 2 a d 转换结果缓冲器 a d 转换结果低八位缓冲器 d 7d 6d 5d 4 d 3d 2d ld o a d 7a d 6a d 5a d 4a d 3 a d 2a d la d o a d t a d o ：a d 转换结果抵八位 a d 转换结果高四位缓冲器 d 7d 6 d 5d 4d 3d 2 d 1d o a d l la d l 0a d 9 a d 8 ：不用 a d i l a d 8 ：a d 结果高四位 3 a d 完成位寄存器 d 7 d 6d 5d 4 d 3d 2 d 1d o 1 0 1 0 = l ：a d 转换完成 1 0 = 0 ：a d 转换未完成 x ：不用 4 d a 输出寄存器 d a 输出低八位寄存器 i d 7d 5 d 5d 4 d ：d 2 d 1d o d a 7 d a 6d a 5d a 4 d a 3d a 2 d a ld a o 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 2 页 d a 7 d a o ：d a 输出低八位数据 d a 输出高四位寄存器 d 7d 6d 5d 4d 3 d 2d 1d o d a l ld a l 0d 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 板基地址+ 0 板基地址+ 1 板基地址+ 2 板基地址+ 3 板基地址+ 4 板基地址+ 5 输入通道寄存器并且触发 启动a d 转换 保留 保留 d a 输出低八位寄存器 d a 输出高四位寄存器 且送出d a 1 2 位数据 保留 读 保留 a d 结果低八位数据 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 保留 保留 a d 完成位寄存器 2 2 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“l ”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。 注：在软件查询工作方式时，请不要插上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 西塑奎塑奎兰翌主堑窭竺兰笙鲨窒 笙! ! 蔓 i n p u t _ 彳n p u t c h a n n e r n u m b e r _ i _ 而瓦输入采集通道号 “i l：”；“u 删獭八术果】盅坦可 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 + 1 )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 f ) 半2 5 6合并 v a l u e = ( d b y e t 一2 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 下面以c 语言为例说明软件触发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 # i d c l u d e v o i dm a i n ( v o i d ) f i n t b a s e a ，d b y e t ，h u m ： f l o a tv a l u e ： b a s e a = o x 2 8 0 ：卓板基地址= 6 4 0 * p r i n t f ( “i n p u t c h a n n e ln u m b e r ：”) ： s c a n f ( “d ”，h u m ) ：丰输入采集通道号十 o u t p ( b a s e a ，h u m ) ： 切换通道并触发a d d o ： 奇询a d 完成位$ w h i l e ( ! ( i n p ( b a s e a + 5 ) o x 8 0 ) ) ：$ 若a