PCI總線光隔工控板16通道16位高速AD通道光隔輸入通道旋轉(zhuǎn)編碼器獨(dú)立光隔輸入通道光隔步進(jìn)電機(jī)控制輸出1通道高速相機(jī)觸發(fā)輸出路繼電器輸出8路光隔開關(guān)量輸出工業(yè)現(xiàn)場采集與控制板RBH7073使用說明書北京瑞博華控制技術(shù)有限公司二00九年八月16通道16位高速AD通道光隔輸入通道旋轉(zhuǎn)編碼器獨(dú)立光隔輸入1通道光隔步進(jìn)電機(jī)控制輸出通道高速相機(jī)觸發(fā)輸出2路繼電器輸出路光隔開關(guān)量輸出工業(yè)現(xiàn)場采集與控制板RBH7073使用說明書一、性能特點(diǎn)：本板是一塊適用于工業(yè)控制的綜合采集板，包括步進(jìn)電機(jī)控制， PWM 控制，編碼器信號(hào)采集，繼電器控制，模擬量采集，開關(guān)量采集與控制等。本板通過采用高速高精度、高抗干擾 AD技術(shù)、高密度 CPLD芯片、精細(xì)地布線以及優(yōu)良的制版工藝，實(shí)現(xiàn)了高速、高精度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，具有以下性能特點(diǎn)：1、32通道的開關(guān)量光電隔離輸入,隔離電壓3000伏。2、16通道光電隔離的高速模擬量采集：16位采集精度，跳碼誤差為±1LSB,相對精度優(yōu)于 0.001%。最高采集速率達(dá)到 50KSPS以上。優(yōu)良的抗干擾性能，特別適合于干擾比較嚴(yán)重的工業(yè)控制現(xiàn)場。3、2路旋轉(zhuǎn)編碼器輸入,可以采集增量型旋轉(zhuǎn)編碼器信息,自動(dòng)判斷正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。 一方面采集旋轉(zhuǎn)編碼器的位置，同時(shí)采集旋轉(zhuǎn)編碼器的周期，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的瞬時(shí)檢測，特別適合于動(dòng)態(tài)控制。4、1通道PWM輸出功能，可以按照用戶要求設(shè)定周期與占空比。5、開關(guān)量，模擬量與旋轉(zhuǎn)編碼器信息同步采集，同步采集的速度達(dá)到 50ksps.6、全部采用CPLD技術(shù)實(shí)現(xiàn)，采用硬件定時(shí)技術(shù)?？梢愿鶕?jù)用戶需要進(jìn)行定制。7、豐富的備用擴(kuò)展資源：板上 CPLD資源非常豐富，可以為用戶的特殊需求進(jìn)行定制，如旋轉(zhuǎn)編碼器接口、脈沖周期測量接口、 PWM輸出接口、外同步接口、觸發(fā)記錄接口、開關(guān)量控制接口等。二、功能與指標(biāo)AD的性能指標(biāo)：AD采樣精度：16位AD通道數(shù)：16通道。z AD系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集實(shí)際貫通率： 50ksps。z 模擬采集的定時(shí)精度：缺省情況下為 50PPM,特殊要求可以定制z AD輸入電壓范圍： -5V到+5V或0-10V1AD輸入阻抗：100千歐z 模擬輸入安全電壓：± 15伏。當(dāng)超過 AD輸入量程±5伏時(shí)，只要不超過安全電壓就不會(huì)損壞硬件，當(dāng)超過＋5 伏時(shí)，AD結(jié)果輸出最大值，當(dāng)?shù)陀冢? 伏時(shí)，AD結(jié)果輸出0，當(dāng)模擬量恢復(fù)到正常量程后， AD結(jié)果立即恢復(fù)正常。建議用戶盡可能使輸入信號(hào)在量程范圍內(nèi)。z 抗靜電電壓： 2000伏模擬輸入有抗雷擊功能。采集方式：連續(xù)采集接口：總線方式：PCI總線開關(guān)量輸入指標(biāo):32路光電隔離數(shù)字量輸入，限流電阻為1K歐，要求信號(hào)源提供4毫安以上的電流才能使光耦導(dǎo)通。開關(guān)量采集與模擬量采集同步進(jìn)行，16路開關(guān)量輸入合成一個(gè)16位的字，與模擬量采集一起送到PC機(jī)，并且占用0－1這2個(gè)通道的位置。進(jìn)行通道設(shè)置時(shí)，本通道與模擬量通道一起設(shè)置。開關(guān)量輸入的電流，小于10mA開關(guān)量輸出指標(biāo):2路光電隔離繼電器輸出，采用3觸點(diǎn)方式，一個(gè)公共端，一個(gè)常開端和一個(gè)常閉端。繼電器電流小于1A。z 1路光電隔離PWM輸出，輸出周期與占空比可以設(shè)置，時(shí)間分辨率為1微秒，設(shè)定長度為16位。8路高速開關(guān)量供電隔離輸出。旋轉(zhuǎn)編碼器:通道數(shù)為2光電隔離，隔離電壓2500伏輸入信號(hào)為TTL電平方式，高電壓輸入要求大于4伏，低電壓輸入要求低于0.8伏。z 旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)頻率范圍：小于 2MHz為外部提供+5V電源，電流小于1A，適合于給編碼器供電。數(shù)碼相機(jī)觸發(fā)接口:輸出觸發(fā)信號(hào)TRIGOUT和地線GND,與數(shù)碼相機(jī)的信號(hào)線相連驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到100mA，特別適合于高速抓拍相機(jī)電源：本板采用PCI總線供電，不需要其它電源z 光電隔離的旋轉(zhuǎn)編碼器需要外接隔離電壓 +15V,本板產(chǎn)生電+5V源輸出，可以用于用戶接編碼器的電源線或其它用途。2z 光電隔離的開關(guān)量輸出需要外接隔離電源 +15V，本板產(chǎn)生電+5V源，可以用于外部邏輯。工作環(huán)境工作溫度：0－70℃環(huán)境濕度：95％以內(nèi)三、控制板工作原理簡介圖1RBH7073正面圖RBH7073綜合控制卡由 PCI橋、CPLD芯片、AD芯片、光電耦合器等組成，核心控制是CPLD的控制邏輯。 CPLD通過PCI接受用戶指令，采集模擬量信息、 32通道開關(guān)量信息、編碼器信息等，然后將信息通過 PCI橋送到CPU，從而實(shí)現(xiàn)高速采集和控制的目的。如圖1所示，J1是D型37芯，是主要的信號(hào)輸入與輸出端口， 包括4通道的模擬量、1通道的相機(jī)觸發(fā)、1通道的步進(jìn)電機(jī)控制器、1通道PWM控制等、2通道繼電器控制、2通道光電隔離輸入等。J2:32通道光電隔離輸入的開關(guān)量輸入。JP1:16通道的模擬量輸入。WA1:模擬量量程選擇，當(dāng) 1、2短接時(shí)為-5V到+5V，當(dāng)2、3短接時(shí)是0-10V輸入。為了提高系統(tǒng)的可靠性， 本采集卡采用了獨(dú)立光電隔離技術(shù)， 模擬量采集是獨(dú)立隔離，開關(guān)量輸入是獨(dú)立隔離、編碼器是獨(dú)立隔離、電機(jī)控制是獨(dú)立隔離。從圖可以看出，每個(gè)隔離部分通過光耦隔離開，從而保證安全的隔離電壓。31、開關(guān)量輸入原理圖2開關(guān)量輸入原理如圖2所示，開關(guān)量輸入共計(jì)32路，信號(hào)輸入從光藕的正端進(jìn)入，光藕的負(fù)端通過一個(gè)1千歐的電阻接到隔離地上，32個(gè)信號(hào)的地線聯(lián)通。信號(hào)從J2輸入，對應(yīng)的地線為GND3，要求用戶的信號(hào)能夠提供5毫安以上的電流。當(dāng)有信號(hào)時(shí)，電流流過限流電阻，采集卡檢測到信號(hào)為0，當(dāng)沒有電流流過限流電阻、或流過的電流小于 5毫安時(shí)，采集卡檢測到的信號(hào)為 1。也就是說，當(dāng)不接外部信號(hào)時(shí)， 檢測到的全部為1。2.開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出的原理如圖4所示。采集卡將控制信息通過光藕隔離后送出，再經(jīng)過整形輸出。開關(guān)量輸出有三種情況：第一輸出是繼電器輸出，光隔輸出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器，使繼電器動(dòng)作，從而使繼電器的三個(gè)觸點(diǎn)輸出信號(hào)。第二個(gè)是PWM輸出，CPLD的PWM控制信號(hào)通過高速光藕輸出，再經(jīng)過外部驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)后再輸出。第三種是通用的TTL電平輸出，CPLD的控制信號(hào)通過通用的光藕隔離后輸出，再經(jīng)過信號(hào)整形，從輸出接頭輸出。4圖4開關(guān)量光電隔離輸出開關(guān)量輸入DI0,DI1的原理如圖5所示，DI0,DI1與由J2輸入的32通道開關(guān)量輸入不同，它從J1輸入，并且與地線GND1共地，用戶只需將DI0,DI1接地或懸空就可以產(chǎn)生開關(guān)量輸入信號(hào)，特別適合于繼電器等開關(guān)的輸入。圖5開關(guān)量輸入DI0,DI1編碼器的輸入原理如圖6所示，DI0,DI1與由J2輸入的32通道開關(guān)量輸入不同，它從J1輸入，并且與地線GND1共地，用戶只需將DI0,DI1接地或5圖6編碼器接口電路四、硬件使用方法1．接線插座的信號(hào)定義圖7第一組開關(guān)量輸入接線圖7是第一組開關(guān)量輸入接線圖，信號(hào)的地線為 33，34針，信號(hào)從 1－32輸入，信號(hào)范圍為4－12伏，建議用戶高電平用＋5伏，低電平為0伏。其中A00-A07為第一個(gè)8位，對應(yīng)采集通道0的位0至位7;A10-A17為第二個(gè)8位，對應(yīng)采集通道0的位8至位15;A20-A27為第三個(gè) 8位，對應(yīng)采集通道 1的位0至位7;A30-A37為第四個(gè) 8位,對應(yīng)采集通道 1的位8至位15.6圖8開關(guān)量輸出與編碼器輸入接線圖8是J1的定義，J1是本板的主要型號(hào)連接頭，基本上滿足多種工控的需求。針1是TRIG輸出，針20是TRIG的地線，目前主要用于數(shù)碼相機(jī)的觸發(fā)輸出，特點(diǎn)是能夠提供100mA的驅(qū)動(dòng)電流，并能根據(jù)需要在CPLD的作用下實(shí)現(xiàn)相機(jī)的觸發(fā)，也可以根據(jù)用戶需要進(jìn)行相應(yīng)功能擴(kuò)展。針3(K1A)，22(K1C)，4(K1D)是第一個(gè)繼電器輸出，其中 22是繼電器的中心觸點(diǎn)，3是常閉觸點(diǎn)，4是常開觸點(diǎn)。針23（K2A），5(K2C)，24(K2D)是第俄日個(gè)繼電器輸出，其中 5是繼電器的中心觸點(diǎn)，23是常閉觸點(diǎn)，24是常開觸點(diǎn)。針6（DI0）,針25（DI1）是2路開關(guān)量輸入，原理如圖 5所示，對應(yīng)的地線是針30（GND1）,當(dāng)將DI0,DI1 與GND1短接時(shí)產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)量輸入高， 當(dāng)DI0,DI1 懸空時(shí)就產(chǎn)生一個(gè)0輸入，這個(gè)功能特別適合于無源觸點(diǎn)的檢測，而且外部接線只有地線 GND1和信號(hào)線DIO,DI1,所以非常安全和方便。V針7，26，8，27，9，28，10，29 為8個(gè)光電隔離輸出。根據(jù)不同需要有不同的使7用定義，一般作為步進(jìn)電機(jī)的方向控制、脈沖步控制， PWM 控制、接觸器控制等。針11是VDD1,針30是GND1,這是用戶外部輸入的電源電壓， 為開關(guān)量輸出 DRV0-DRV7,開關(guān)量輸入 DI0,DI1,繼電器輸出等提供電源。 VDD1的推薦電壓為 10-30V，建議用戶盡可能采用15V電源。針12是+5伏輸出，該電源是板上穩(wěn)壓電源將 VDD1進(jìn)行DC-DC變換后輸出，便于用戶外部使用，為了防止用戶不小心將該電源接地，內(nèi)部有 1A的保險(xiǎn)，從而提高用戶安全使用。針13，32，14，33分別是CLKA,CLKB,CLKC，CLKD的輸入，這是兩個(gè)編碼器的輸入信號(hào)，CLKA接第一個(gè)編碼器的CLKA，CLKB接第一個(gè)編碼器的CLKB,CLKC接第二個(gè)編碼器的CLKA,CLKD接第二個(gè)編碼器的 CLKB.針15是VDD2,針34是GND2,用于給編碼器電路供電，針 16是+5伏輸出，用于接編碼器的電源。VDD2的電壓范圍是 10-30伏。針17，36，18，37是4通道的模擬量輸入，針 19是模擬量的地線。這幾個(gè)針的輸入與插針 JP1的輸入完全相同， 兩者是完全相通的， 放置在這里的目的是方便用戶只需一個(gè)接頭就解決信號(hào)連接問題，方便使用。2、通道設(shè)置與結(jié)果處理本板的功能非常靈活，根據(jù)不同的需要可以進(jìn)行硬件定義和通道定義，目前定義的規(guī)格是RBH7073-9型，其定義方式如下：RBH7073-9的定義：通道數(shù)固定為16通道。32通道的開關(guān)量輸入對應(yīng) 2通道的采集量：通道0：第一組開關(guān)量輸入的 0－15這16個(gè)輸入，對應(yīng)J2輸入的1－16。通道1：第一組開關(guān)量輸入的 16－31這16個(gè)輸入，對應(yīng)J2輸入的17－32通道2：0通道3：0通道4：第一路模擬量輸入，16位AD結(jié)果通道5：第二路模擬量輸入，16位AD結(jié)果通道6:0通道7：0脈沖信號(hào)：通道8：CLKAI的周期寬度，最小時(shí)間單位為微秒。如：周期寬度＝1000，則表示周期為1000us,表明信號(hào)的頻率為1000Hz。通道9：保留通道10:旋轉(zhuǎn)編碼器1的正向計(jì)數(shù)值通道11：旋轉(zhuǎn)編碼器1的反向計(jì)數(shù)值通道12：編碼器的總脈沖數(shù)通道13：08通道14：0通道15：0硬件定義為：DRV0為步進(jìn)電機(jī)的方向DRV1為步進(jìn)電機(jī)的脈沖五、軟件使用說明PCI總線有即插即用的特點(diǎn)，為用戶使用本卡提供了很多方便，對于大多少用戶，可以直接采用本公司提供的驅(qū)動(dòng)軟件，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。1、 FrecordBasic軟件的設(shè)置方法為了方便用戶測試，本公司提供免費(fèi)的測試軟件FrecordBasic 軟件，該軟件能夠測試北京瑞博華公司各種板卡，而且可以瀏覽波形，使用非常方便。當(dāng)用戶購買功能強(qiáng)大的收費(fèi)軟件Frecord軟件時(shí)，測試方法與此相同。典型的測試方式時(shí)，設(shè)置方法為：“系統(tǒng)參數(shù)P”->”通道屬性配置”－》模擬通道數(shù)＝16z“系統(tǒng)參數(shù)P”->”采集板參數(shù)配置A”－“基本配置”通道數(shù)＝16名義采樣頻率＝10000中斷緩沖區(qū)數(shù)＝10每通道采樣數(shù)＝300程控放大倍數(shù)＝0起始通道號(hào)＝0“系統(tǒng)參數(shù)P”->”采集板參數(shù)配置A”－“高級(jí)配置”不選擇“使能模擬量通道在線IIR濾波功能”不選擇“使能在線重采樣”不選擇“使能虛擬AD板”點(diǎn)擊示波器功能命令按鈕（正弦波標(biāo)志）就可以運(yùn)行采集功能，并可以瀏覽波形。2、 軟件編程的使用說明本板提供了很完善的WIN98/2000/NT/XP驅(qū)動(dòng)程序，采用動(dòng)態(tài)鏈接庫的方式，用戶使用方便、快捷，所提供的DEMO軟件，能滿足大量的實(shí)際需要，如實(shí)時(shí)控制、波形顯示、波形記錄等。在Windows下編程,有兩種編程方式,一種是采用查詢方式,可以實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前信號(hào)的幅值,以及開關(guān)量狀態(tài),這種方式特別適合于工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)控