开关量输入输出卡技术说明书

1、PC-6403 开关量输入输出卡技术说明书1. 概述：PC-6403开关量输入输出卡适用于具有ISA 总线的PC系列微机，具有很好的兼容性，CPU从目前广泛使用的64位处理器直到早期的16位处理器均可适用，操作系统可选用经典的MS-DOS，目前流行的 Windows 系列，高稳定性的Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统 LabVIEW 等软件环境。在硬件的安装上也非常简单，使用时只需将接口卡插入机内任何一个ISA总线插槽中，信号电缆从机箱外部直接接入。本卡也可插入我所研制的PC 扩展箱内使用。PC-6403开关量输入输出卡适用于工业现场的开关触点状态检测、电平监测以及计算机与数字仪器

2、的接口。考虑到在开关量的输入输出中“开关”瞬态对计算机干扰十分强烈及现场强电的干扰，本卡采用了光电隔离技术，使计算机与现场信号之间全部隔离，提高了抗干扰能力。本卡开关量输入共32路，该32路均可采用CPU巡检方式工作。其中的后8 路，即从25 路至32路输入信号还可以采用中断方式工作。中断管理器件为INTEL 8259。开关量输出为32路，且都具有状态锁存功能。2. 主要技术指标：2.1 输入路数及电气连接方式：32路非共地方式，其中后8路可以设为中 断型开关量输入。2.2 输入信号电平范围：TTL48V。2.3 输入信号电流消耗：5mA每路2.4 8路中断输入，可优先级排队，可中断屏蔽。2.

3、5 输出路数及电气连接方式：32路非共地开关量输出。2.6 输出回路供电要求：3V36V2.7 最大输出电流： 125mA每路，可直接驱动小型继电器。2.8 各路信号之间及各路信号与接口卡之间隔离电平：500V。2.9 本卡共占用主机连续8个IO地址口。2.10外型尺寸：(不含档板) 长×高315mm×106.7mm ( 12.4英寸×4.2英寸)3. 工作原理及操作说明：3.1 开关量输入部分工作原理：本卡的开入信号分4组输入，每组8路，共32路，均可采用CPU巡检方式工作，其中第4组的8路开入信号还可以通过8259 中断控制器以中断方式或查询方式工作。其基本输

4、入部分工作原理如图1所示。 图 1 开关量输入部分工作原理如图1所示，当一个足够大（TTL48V）的外部信号经过R*与R分压后驱动光电耦合器的发光二极管发光，使光电三极管导通，八反相缓冲器输出端为高电平，通过三态门读入计算机数据总线。反之，当外部电压信号为零或足够小时，计算机读入的即为低电平信号。电阻R*是一个限流保护电阻，插在焊接排上，用户可以根据现场信号电压幅度而自行更换( 出厂时为470)。R*在卡上标为R1R32，第1组开入信号对应R1R8，第2组开入信号对应R9R16，第3组开入信号对应R17R24，第4组开入信号对应R25R32 。第一组开入与R* 的对应关系如下所示：输 入R*标

5、号输 入R*标号第1路R8第5路R4第2路R7第6路R3第3路R6第7路R2第4路R5第8路R1 其他组以此类推。 R* 选用的原则如下： R*(K)其中Uin为现场信号高电平电压值，UR是加在光电耦合器上的电压值。一般UR 取值1V左右，I是流过发光二级管电流，一般取520mA 左右。由于光电耦合器离散性较大，这里只取光电耦合器导通、截止两种状态，所以上述公式只作为计算R* 的参考值的方法，此公式并不代表Uin 和R*的线性关系。 推荐用户输入信号和R*值如表1： 表1 R* 的选择值输入信号高电平R* 选择值3V6V4706V12V2.4K12V24V4.7K24V48V10K上表中各档的

6、门槛电压比较接近各档电压的下限值，门槛电压以下的电平被认为是低电平，所以有较高的抗噪声干扰的能力。3.2 开关量输出部分工作原理： 本卡上的32路开关量输出回路可用于外部电路的开关控制，其32路开关量输出回路分为4组，每组8路，通过锁存器和光电耦合器隔离输出。每路最大输出电流125mA左右，其输出部分工作原理如图2所示。 图2 输出部分工作原理 本卡上的光电耦合器的输出端允许耗散功率为150mW，允许IC通过电流125mA，饱和压降VCE为1V左右，而耐压BVCEO 约为 36V。用户在使用输出口外接负载时可根据以上参数进行估算。 由于本卡采用达林顿集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动小

7、型继电器或固态继电器(SSR)等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。如果使用本卡驱动感性负载时，应注意在负载两端反向并接吸收二极管，以保护输出驱动器件。本卡工作时，计算机送“0”使达林顿管导通，计算机送“1”使达林顿管截止。所有的开关量输出信号均带有锁存功能。当CPU 对设定的一个IO地址执行一次写操作，就送出了一组（8路）输出信号。当主机系统加电启动时，本卡上的复位电路使各组输出均为截止状态。只有在用户向基地址+7的地址内写入一任意数值后，才能将输出锁存器打开。 注意：在系统加电后，送打开输出信号锁存器信号前，应把所需要的输出信号的状态送好，否则送打开锁存器信号，就会使所有的光耦器导通。4

8、安装及使用注意：本卡的安装十分简便，只要在关电情况下将主机机壳打开，将本卡插入主机的任何一个空余扩展槽中，再将档板固定螺丝压紧即可。 禁止带电插拔本接口卡。设置接口卡开关和安装接口带缆均应在关电状态下进行。 为保证人身及设备安全，应确保系统地线（计算机及外接设备接地点）接地良好。为防止外部设备中较大的电磁干扰，应注意对信号线进行屏蔽处理。如果本卡连接的外部设备上加有较高的电压时，在安装或用手触摸本卡时，应先将外部设备的电源关闭并严禁触摸本卡。5 使用与操作：5.1 IO基地址选择：IO基地址的选择是通过开关K进行的，开关拨至“ON”处为0，反之为1。拨码第7位表示地址线A9，拨码第1位表示地址

9、线A3。初始地址的选择范围一般为0100H036FH 之间。用户应根据主机硬件手册给出的可用范围以及是否插入其它功能卡来决定本卡的 IO基地址。出厂时本卡的基地址设为0100H，并从基地址开始占用连续8个地址。现举例说明见图3。 ON 1 2 3 4 5 6 7 ON 1 2 3 4 5 6 7 ON 1 2 3 4 5 6 7 A3 A9 A3 A9 A3 A9 (a) 100H (b) 300H (c) 318H 图3 IO基地址选择举例本卡也可以插入我所生产的PC扩展箱中工作，当本卡插入扩展箱工作时，要在扩展箱的IO空间选择基地址，其选择范图，可参照扩展箱的用户说明书进行。5.2 输入输

10、出插座接口定义：输入输出插座CZ1；CZ2；CZ3；CZ4；的接口定义分别见表2和表3。5.2.1 输入插座CZ1；CZ2的接口定义表见表2。表中H表示输入信号高端，L表示输入信号低端。CZ1是第1；2组输入信号插座，CZ2是第3；4组输入信号插座。 表2 输入插座CZ1；CZ2：接口定义插座引脚号信 号 定 义插座引脚号信 号 定 义1开入CH0 L2开入CH0 H3开入CH1 L4开入CH1 H5开入CH2 L6开入CH2 H7开入CH3 L8开入CH3 H9开入CH4 L10开入CH4 H11开入CH5 L12开入CH5 H13开入CH6 L14开入CH6 H15开入CH7 L16开入C

11、H7 H17开入CH8 L18开入CH8 H19开入CH9 L20开入CH9 H21开入CH10 L22开入CH10 H23开入CH11 L24开入CH11 H25开入CH12 L26开入CH12 H27开入CH13 L28开入CH13 H29开入CH14 L30开入CH14 H31开入CH15 L32开入CH15 H33空 脚34空 脚5.2.2 输出插座CZ3；CZ4的接口定义表见表2。表中H表示输出信号高端，L表示输出信号低端。CZ3是第1；2组输出信号插座，CZ4是第3；4组输出信号插座。 表3 输出插座CZ3：CZ4：接口定义插座引脚号信 号 定 义插座引脚号信 号 定 义1开出CH

12、0 L2开出CH0 H3开出CH1 L4开出CH1 H5开出CH2 L6开出CH2 H7开出CH3 L8开出CH3 H9开出CH4 L10开出CH4 H11开出CH5 L12开出CH5 H13开出CH6 L14开出CH6 H15开出CH7 L16开出CH7 H17开出CH8 L18开出CH8 H19开出CH9 L20开出CH9 H21开出CH10 L22开出CH10 H23开出CH11 L24开出CH11 H25开出CH12 L26开出CH12 H27开出CH13 L28开出CH13 H29开出CH14 L30开出CH14 H31开出CH15 L32开出CH15 H33空 脚34空 脚5.3

13、控制端口地址与有关数据格式：5.3.1 各个控制端的操作地址与功能见表4。 表4 端口地址与功能表端口操作地址操作命令功 能基地址0读写读写第1组8路开关量输入输出信号基地址1读写读写第2组8路开关量输入输出信号基地址2读写读写第3组8路开关量输入输出信号基地址3读写读写第4组8路开关量输入输出信号基地址4读写8259中断控制器操作基地址5读写8259中断控制器操作基地址6读读8259中断标志基地址7写写任意数据置输出信号锁存有效5.3.2 开关量输入输出信号的数据格式：开关量输入输出信号的数据格式采用的是位方式，即一个字节中的任意一位对应一路输入输出信号。以第1；2组开关量输入信号为例，其数

14、据格式见表5，第3；4组开关量输入信号及开关量输出信号情况类同。 表5 开关量输入信号数据格式端口地址操作命令D7D6D5D4D3D2D1D0基地址+0读CH7CH6CH5CH4CH3CH2CH1CH0基地址+1读CH15CH14CH13CH12CH11CH10CH9CH85.4 第4组开入信号以中断方式或是查询方式工作时的操作： 第4组8路开入信号可以用中断方式或是状态查询方式工作，即CPU不通过巡检方式直接读取输入状态，而是将每路信号的变化通过 8259 中断管理器向主机发出中断申请，由CPU 在中断处理程序中读取输入信号状态，所以中断方式具有很强的实时性。当用户不便于用中断来处理时，每路

15、信号的变化也可以触发一个标志位，由主机查询此标志，如标志表明8路中有的信号状态发生变化，主机就可以来读取这输入信号，这8路信号的输入方式如图4： 图 4开入信号输入通过光耦器及施密特反相器后，进入8259的中断请求线IRn(n07)上，引起8259 发出INT信号，INT信号发送到PC总线的IRQ上，以通知主机板上的8259向CPU发出中断请求，CPU进入中断处理程序，在中断处理程序中来查询本接口卡的8259的中断源IRn，以完成对开入信号状态的读取。INTEL8259是可编程的中断控制器，它可以控制8路中断IR0IR7。中断可以进行优先级排队，中断优先级分为固定优先级(IR0优先级最高、IR

16、7最低)，自动循环优先级，特殊优先级等。8259支持对中断源的一般屏蔽和特殊屏蔽方式，支持级连方式( 本卡上的8259不可用级连方式，因为PC总线上没有级连信号)。在用户阅读说明书这一章节时，应先阅读有关8259详细使用说明的手册或书刊，本说明书只对本卡的8259的工作方式作提示性说明。 8259的控制字分为两类，预置命令ICW1ICW4和操作命令OCW1OCW3，本卡的8259只工作在查询方式，因此预置命令ICW1ICW4的内容与本卡工作无关。向8259 送预置命令只起让8259开始工作的目的。 预置命令ICW1和ICW2格式为： ICW1：×××1×

17、××× D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0×××××××× ICW2 8259识别ICW1，依据地址线A00，数据线D01；识别ICW2，依据地址线A01，数据线为任意值，且紧跟着ICW1送出。如：设本卡基地址为01××H，8259的IO端口为 0104H，0105H。 MOVAL，10H OUT104H，AL ；送ICW1 OUT105H，AL ；送ICW2 送完ICW1和ICW2，8259开始工作。 预置命令完成8259的初始化和启动8259工作，操

18、作命令则完成对中断源的控制处理，如：控制优先级，控制屏蔽，设定中断结束等。OCW1用于中断屏蔽，此控制字的D0D7位分别对应IR0IR7，若某位为1，则相应的IR请求被屏蔽，为0则不屏蔽，OCW2 用于优先权控制和中断结束命令。OCW3用于设定特殊屏蔽方式和查询方式。用户应根据自己需要灵活运用这些操作命令，本卡必须用到的命令字有OCW3设查询方式和OCW2设定中断结束。在预置命令字送完后，8259开始工作，当有中断源请求中断时，卡上8259向PC总线发出中断请求，PC主机上的8259 向CPU发出中断请求，当CPU进入主机8259所规定入口的中断服务程序后，在中断处理程序中，应首先向本卡825

19、9送命令字，OCW3设定查询方式。OCW3格式： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0×0001100 发出OCW3后，在下次读有效时，读回请求服务的优先级，最高的中断源BCD编码，根据此编码CPU转入此中断源的处理程序，此编码的格式为： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0I××××W2W1W0 000001010011100101110111 其中I是中断特征，若I1有中断请求，I0无中断请求。在中断处理结束后，返回主机8259中断服务程序，应向本卡8259送OCW2 命令字，以表明接口卡上8259中断结束。OCW2格式

20、如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D000100000 以上说明了OCW2，OCW3格式中最为简单的应用。 本卡8259操作过程如下： 主程序中送ICW1(10H)，ICW2使8259开始工作 有中断型开入信号使接口卡上8259向PC主机发中断请求 主机板上的8259向CPU发中断请求 进入中断处理程序，向本卡8259送操作命令字 送OCW3(OCH)设定查询方法 读回中断请求IRn优先级最高的中断源BCD编码 根据BCD编码，转入此中断源的处理程序 处理结束后，向接口卡8259送中断结束字OCW2(2OH) 继续执行主程序 当用户不需中断时，也可以改为查询方式。这时8259的

21、中断状态就可以通过读IO口获得，而不直接向主机发中断。查询方式也要向8259 送预置命令，让8259 开始工作。当有开入信号输入后，8259的INT变高电平，等待着主机的查询，( 平时此口D00)主机查到后，进入处理程序，向8259送OCW3设8259的查询工作方式。然后读取输入信号的BCD 码，进行处理，最后送结束标志，改为由CPU来查询。此工作方式在多块PC-6403同时插在一个机箱内时就显得有用了，这时只有一块或两块PC-6403可以按中断方式工作，( 因为一般来说PC总线只有IRQ2、IRQ3空着，其它被系统占用了)其它就按查询方式工作了。PC-6403卡上的KJ2为中断选择插座，IN

22、T可分别接在IRQ2IRQ7上，出厂时INT没有连接，如图5所示。用户可根据需要自行选择。 IRQ3 IRQ4 IRQ5 IRQ6 IRQ7 IRQ2 1 6 图 5 中断选择插座5.5 开关量输出部分使用方法说明： 本卡上的输出部分与外部器件连接时可按图6方法进行。其中保护二极管在阻性负载时可不用，外接电源的使用范围在336V之间 。 图6 开关量输出部分使用方法需要特别说明的是：本卡输出的是开关信号，而不是电压信号。如果需要取得电压信号，可将输出正端与外接电源正端相连，输出负端通过一个适当的电阻与外接电源负端相连，则可从输出负端与电阻的连接点取得电压信号。该电压信号高电平幅度与外接电源电位

23、相近。6. 驱动程序简介PC-6000 系列演示程序及驱动程序是为PC-6000 系列多功能工控采集板配制的工作在中西文Windows 95/ 98/ NT环境下的一组驱动程序以及使用该驱动程序组建的一个演示程序，可以方便地使用户在中西文 Windows 环境下检测硬件的工作状态以及帮助软件开发人员在常用的 CC+, Visual Basic, Delphi, Borland C+ Builder, Borland Pascal for windows 等开发环境中使用 PC-6000 系列工控采集板进行数据采集和过程控制等工作.驱动程序是一个标准动态链接库 (DLL文件)。它的输出函数可以被

24、其它应用程序在运行时直接调用。用户的应用程序可以用任何一种可以使用 DLL 链接库的编程工具来编写。 每种板卡依据其自身功能的不同具有不同的输出函数和参数定义。 驱动程序输出函数定义所列函数的说明格式为 VC+6.0环境下PC6000.Dll库函数的原函数格式，无论使用哪一种开发工具，务必请注意数据格式的匹配及函数的返回类型，本说明中所使用的数据类型定义如下： short - 16 位带符号数 unsigned long - 32 位无符号数 unsigned char - 8 位无符号数 * 函数: unsigned char APIENTRY DI6403Bit(short nAdd,sh

25、ort nBit)功能: 采集某一位数字量输入信号的状态。参数: nAdd 基地址 nBit 通道号：0-31 * 函数: unsigned long APIENTRY DI6403All(short nAdd)功能: 采集全部通道(32路) 数字量输入信号的状态。 参数: nAdd 基地址 返回: 返回值为32个输入信号的状态。 * 函数: void APIENTRY DO6403Bit(short nAdd,short nBit,unsigned char nState)功能: 进行某一个通道的数字量数据输出操作。参数: nAdd 基地址 nBit 通道号： 0-31 nState 1表示

26、将输出高电平，0 表示将输出低电平。返回: 无返回值 * 函数: void APIENTRY DO6403All(unsigned short nAdd,unsigned char nGroup4, unsigned char nGroup3,unsigned char nGroup2,unsigned char nGroup1)功能: 同时进行所有32个通道的数字量数据输出操作。参数: nAdd 基地址 nGroup4 24-31通道的输出状态, nGroup4的D0代表Bit24, D7代表Bit31。 nGroup3 16-23通道的输出状态, nGroup3的D0代表Bit16, D7

27、代表Bit23。 nGroup2 8-15通道的输出状态, nGroup2的D0代表Bit8, D7代表Bit15。 nGroup1 0-7通道的输出状态, nGroup1的D0代表Bit0, D7代表Bit7。 返回: 无返回值 如有需要使用 Windows 系列及 LabVIEW 驱动程序的用户可向本公司索取, 请注明所使用的操作系统和开发软件。7编程举例：7.1 开关量输入部分： 设本卡基地址为0100H，BASIC语言： 10 ADD=&H100 ；设基地址为100H 20 AINP(ADD+0) ；读第1组8路开入信号状态 30 BINP(ADD+1) ；读第2组8路开入信号

28、状态 40 CINP(ADD+0) ；读第3组8路开入信号状态 50 DINP(ADD+0) ；读第4组8路开入信号状态 60 PRINT A ；显示第1组8路开入信号状态 70 PRINT B ；显示第2组8路开入信号状态 80 PRINT C ；显示第3组8路开入信号状态 90 PRINT D ；显示第4组8路开入信号状态 100 END7.2 开关量输出部分： 设本卡基地址为0300H，BASIC语言： 10 ADD=&H300 ；设基地址为300H 20 OUT(ADD+0)，255 ；第1组8路开出信号均截止 30 OUT(ADD+1)，0 ；第2组8路开出信号均导通 40

29、OUT(ADD+2)，0 ；第3组8路开出信号均导通 50 OUT(ADD+3)，0 ；第4组8路开出信号均导通 60 OUT(ADD+7), 0 ；打开输出锁存器控制 70 END 上述程序中第60句只在加电复位后起作用，以后操作即不再需要。 有的用户在进行数据传输时，需要同数据接受设备有握手信号，可以将设备来的状态信号接到本卡开入信号，读此信号判断状态，根据状态送出开出信号，再从另一组开出信号送出选通信号，以实现本卡同其它设备的异步传输数据。7.3 驱动程序使用举例：在 Windows 9598环境下，使用 MicroSoft Visual Basic 6.0 开发环境，采用调用驱动程序的输出函数的方法对PC6408的 I/O端口进行操作。注意: 在VB6中, 数据类型Integer 为 16 位带符号整数, Long 为32位带符号整数, Byte为8 位无符号数。 首先创建一个窗口,名为 Form。设置一个定时器，名为Timer1。Private Declare Function DI6403Bit Lib "pc6000.dll" (ByVal nAdd As Integer, ByVal nBit