網(wǎng)絡(luò )化虛擬測控系統的設計

相對于PCI9054，HOLD、ADS#、BLAST、LWR#、LA[31．．2]為輸出信號，READY#、LHOLDA為輸入信號，LD[31．．0]是雙向信號。由于本實(shí)驗儀器數據傳輸寬度為8位，局部地址線(xiàn)最低2位LA0和LA1分別由BE0和BE1信號提供，數據對齊方式采用大端模式(由BIGEND#引腳及寄存器決定的)。對Local端為I／O類(lèi)型的引腳，需要根據實(shí)際情況和引腳極性上拉或下拉電阻，如ADS#、HOLD、局部地址信號等。圖3中DMA方式讀數據邏輯狀態(tài)圖轉換描述如下：當檢測到HOLD=1時(shí)，在下個(gè)時(shí)鐘周期賦值HOLDA=1，轉到狀態(tài)S1；ADS#下降沿到達時(shí)，從LA[31．．2]及BE1、BE0讀取地址，轉到狀態(tài)S2；如果LWR#=1(讀數據)且BLAST=1、READY#=0，轉到狀態(tài)S3；在下一個(gè)時(shí)鐘周期上升沿從本地數據總線(xiàn)LD[0．．7]把數據讀入到PC19054內部，循環(huán)讀取數據直至BLAST信號下降沿出現，轉到S4；如果HOLD=1、HOLDA=1，則轉到S1，否則轉到S0。
SOPC系統使用CYCLONEII系列可編程邏輯器件EP2C5F256C8，通過(guò)SOPC Builder定制和仿真NioslI微處理器及其外圍系統，包括軟核CPU、并行輸入輸出(PIO)、多通道A／D及D／A轉換控制邏輯、UART串行接口、網(wǎng)絡(luò )控制邏輯、計數器／定時(shí)器、雙口FIFO控制器、SRAM控制器以及FLAS H控制器等外圍設備組成等。其中，PIO用于SOPC系統與外部設備的數字量輸入輸出；網(wǎng)絡(luò )控制邏輯與以太網(wǎng)接口芯片LAN91C111實(shí)現SO PC系統與外部設備之間的網(wǎng)絡(luò )通信。LAN91C111是SMSC公司生產(chǎn)的10M／100M以太網(wǎng)接口控制芯片，它通過(guò)8、16、32位總線(xiàn)與嵌入系統連接，是理想的NIOSII微處理系統以太網(wǎng)解決方案。上述接口控制邏輯均由SOPC Builder工具選擇相應的IP核及其相應的VHDL，通過(guò)編譯整個(gè)系統建立一個(gè)完整的嵌入式系統。SOPC系統不僅接收主機命令以及數據傳輸，而且可以與其他外部設備進(jìn)行通信。
為保證測控系統的可靠性和通用性，電路設計采用以下關(guān)鍵技術(shù)：
1)多通道模擬信號采集與控制該模塊由輸入信號差模轉換電路、8選1模擬開(kāi)關(guān)MPC508A、AD公司的集成程控信號放大器AD620、跟隨器、1片采樣速率高達2．2 MHz、14位高速模數轉換器MAX1201、緩沖驅動(dòng)電路以及光電耦合隔離器TIL300電路組成。其工作過(guò)程為，多路輸入模擬量(0～5V)首先由低噪聲、寬頻帶運算放大器MAX4108組成差分電路把傳感器信號轉化為差分信號來(lái)消除電路干擾，并由模擬選擇開(kāi)關(guān)ADG526A選通一路模擬信號，然后經(jīng)過(guò)程控信號放大器AD620放大同時(shí)使輸入信號由差分轉化為單端信號進(jìn)入A／D轉換器MAX1201。MAX1201輸出的數字信號經(jīng)過(guò)光電耦合隔離器進(jìn)入FIFO緩沖區，緩沖區滿(mǎn)時(shí)通過(guò)向單片機或PC機發(fā)出中斷請求信號實(shí)現數據的讀取。
程控信號放大器AD620的增益放大倍數有×1、×2、×10、×100、×1 000五檔，由FPGA中的信號通道控制邏輯控制AD620的放大倍數，提高對傳感器信號的適應性。模數轉換器MAX1201內部有數字誤差自校正和自校正功能，具有良好的信噪比和抗諧波失真特性。差分轉換電路不僅能夠提高抗干擾性能，而且還可以增大信號的量程。采用A／D轉換器MAX1201的目的是，提高信號的轉換精度，并且接口電路簡(jiǎn)單、便于與FIFO連接。MAX1201的工作方式分為程序啟動(dòng)、外部觸發(fā)信號啟動(dòng)。A／D轉換速率由SOPC系統定時(shí)器產(chǎn)生的波形頻率控制，根據A／D轉換結束標志由FPGA中的采樣控制邏輯自動(dòng)完成采樣數據的存儲。