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1、 - 1 智能 ISA 板卡说明书 智能 ISA 板卡说明书 一、 产品用途与特点 一、 产品用途与特点 P51 和 S51 系列智能温度、电流和电压数字转换微机接口板将温度传感器（热电偶，热电阻等）的输出信号或电流、电压直接转换成数字量，通过系统总线（ISA 或 STD）将数据传送给主机。在接口板上有 89C51 单片机管理接口板自动工作。通道的转换，ADC 启动，采集数据，参比端补偿（热电偶） ，引线电阻补偿（热电阻） ，数字校零，线性化和数据处理等，均由接口板上单片机完成。主机仅在需要数据时，选中接口板，用约 1 毫秒时间就可能把 8 个通道 16 个字节数据按顺序读走。读取的数据是已经
2、线性化了的温度的数字量。技术人员不需要有关温度检测专门知识即可使用。大大节省开发时间，显著提高了人机效率。 本产品主要用于 PC 总线或 STD 总线计算机的数据采集和控制系统。主要特点有： 1 温度接口板，不用变送器和调理电路，传感器直接接到接口板输入端即可。 2 输入加有完善保护电路，输入开路甚至误加数拾伏电压，也不会损坏器件，可靠性很高。 3 采用双积分 A/D 转换器，用晶振产生时钟使采样周期是工频的整数倍，高抗共模数据放大器（共模抑制比可达 120dB）和软件滤波程序，抗干扰能力特别强。 4 采用数字校零技术， 从根本上消除了放大器和ADC 漂移产生的误差， 用计算法和连续式非线性A
3、/D 转换法对传感器进行非线性校正，稳定性好，精度高。 5 加有监视计数器（看门狗电路） ，在任何强干扰情况下，单片机均会自启动，保证不会死机。 6 热电阻板，加有引线电阻补偿电路，基本消除了引线电阻引起的误差。用比率法测量电阻，消除基准电源不稳定的影响，显著提高了稳定性和精度，在全温度范围内，精度达到 0.05%，出厂时校准精度可达到 0.02%。 7 热电偶板，板内加有参比端补偿电路，参比端补偿和数字校零共用一个电路，由软件进行处理，补偿精度高。参比端温度传感器可以安装在现场，用普通导线代替补偿导线，以节省经费开支。 8 光电隔离接口板，只需单一5 伏电源供电，隔离电源由板内自行产生，用户
4、不用外加电源。变换器频率很高，变压器绕组少，隔离完善，抗干扰能力强。接口板采用全 CMOS 器件，低功耗设计，仅消耗70mA 电流，此种板可方便用于用户开发的单片机系统中。 ? 请注意：本接口板采用我公司发明专利，请勿仿制！ 请注意：本接口板采用我公司发明专利，请勿仿制！ 二、主要技术指标 二、主要技术指标 - 2 - 1 输入和范围 1) 热电阻：PT100,Cu50,Cu100,热敏电阻（特殊定制） ，全温度范围 2) 热电偶：K,S,B,T,E,J,W,R,N，全温度范围 3) 电流：420mA,020mA 4) 电压：05V,15V,060mV 2 分辨率 1) 热电阻：0.0625/
5、字 2) 热电偶：0.125/字,S 和 B 也提供 0.25/字 3) 电流：512 码/mA 4) 电压：2048 码/V，256 码/mV 3 精度 优于0.05% 4 通道 8 个通道或 4 个通道，由跳线选择 5 转换时间 滤波方式：2.16S/8 通道，1.2S/4 通道 无滤波方式：720mS/8 通道，400mS/4 通道 6 使用端口 两个端口：一个状态口，一个数据口 7 输出数据 每个通道为 16 位二进制有符号数原码，8 个通道按顺序输出 8 外型尺寸 PC 总线：190mm100mm STD 总线：165mm114mm 9 电源与功耗 +5 伏电源，电流约 70mA。隔
6、离电源在板上变换。 三、接口板的工作原理 三、接口板的工作原理 1模拟电路及工作原理 智能温度数字转换微机接口板是将温度传感器（各种型号的热电阻、热电偶等）信号转换为对应的温度数字量，经过微机总线（ISA 或 STD）传送给主机。接口板电路原理图如图1 所示。 S21冷 端07放大和 基准ADC 7135光 电 隔 离TLP 521设置看门狗A2A9D0D7IOR AENY0Y1地址设置S1比较器 74HC688A1地址译码74HC374SW18 P10 P13 INT0P14 P17P20 P27P00P07Q2D2 R2S2D1S1Q1模拟 开关CD4052 （3片）89C51WRINT1
7、 TXDRXD+5V-5VGND+5V斩 波稳 压A2 A7RD IORQPC总线 STD总线 图1、PC总线（STD总线）接口板原理图每块接口板内部还有一个系统校零或参比端补偿通道，由模拟开关 CD4052 切换分别选中各通道。每个测量通道的输入都有完善的保护和滤波电路，误加几十伏电压不会造成接口板的损坏。放大电路采用双高阻差动输入数据放大器，共模抑制比能够达到 120dB，具有很好的抗共模干扰能力。用数字校零方式消除系统的时漂和温漂。 有 8 个测量通道，最多可接入 8 个热电偶或热电阻温度传感器，A/D转换器采用CMOS214ADCICL7135， 该ADC 可以给出 40000 个码，
8、 因此所有型号的传感器都可以在全温度范围内达到 0.1的分辨率。接口板的 ADC 和单片机之间使用光电隔离器使模拟电路和数字电路隔离，模拟电源由接口板上的 DCDC 变换器提供。为进一步降低模拟电路的功耗，减轻 DCDC 变换器的负担，隔离电路被设计成仅在 ADC 转换完的第一个输出周期瞬时光耦导通。热电偶接口板的参比端和校零电路共用，由跳线开关 S2 决定是否加入参比端补偿。如果为热电阻接口板，参比端被设计成校零电路。板上还有一组 8 位短路开关 SW1SW8，用于选择传感器类型和接口板工作方式。 2计算机总线接口电路及工作原理 接口板的计算机总线接口图1 所示，主机与接口板的接口使用两个输
9、入端口，由于A0 未参加译码，实际占用四个端口地址，接口板的地址可由板上的跳线开关 S1 设定。 （1）状态口，由状态触发器Q2通过三态门接到数据总线的D0 线上。 主机查询状态口， 同时置1 中断申请触发器， 由Q1- 3 向单片机申请中断。8 通道数据全部更新后单片机可以响应中断，送出数据到数据口，并置1 状态触发器，Q2为低电平数据口数据有效。 （2）数据口，由锁存器缓冲器 74HC374 组成，单片机锁存数据到74HC374，并置位状态触发器，主机查询状态有效后（D0=0） ，选中数据口，从数据口读取数据， 同时清除状态触发器。 单片机查询数据被主机取走后， 送出下一字节数据， 主机再
10、查询状态口，再读数据，直到读取8 个通道16 字节数据。每个通道数据以16 位二进制原码形式输出，低字节在前。8 个通道16 字节数据按顺序输出。每字节输出最短时间为50uS，最长20mS，超过20mS 单片机自动结束这次输出，主机将得不到后面的数据。 PC 总线的接口使用 10 根地址线，A9A2 通过比较器由 S1 设定接口板的有效地址。A1 连接译码器，当 A1=0 时，状态口有效，A1=1 时，数据口有效。AEN 译码器的片选端，低电平选种端口。接口板仅使用两个输入口，IOR直接连接到译码器的低电平片选端上。 STD 总线使用 8 位地址线， A7A2 和一 6 位跳线开关 S1 通过
11、比较器 74HC688 比较产生接口板有效地址。将 PC 总线IOR和 AEN 分别换成 STD 总线的信号RD和IORQ其他信号连接相同。 3接口板工作原理 单片机一上电，自动复位启动，初始化，采集零点（或参比端） ，0 路，1 路，7 路，进行校零运算，参比端补偿，线性化和数据处理，处理好的各路数据存放在单片机的 RAM（随机存储器）中。八路数据全部采集完，接口板开放中断，可以接受主机来读取数据。主机选中接口板（读状态口，同时向接口板的单片机申请中断） ，接口板响应中断，转到中断服务程序。接口板的中断服务程序的任务就是把已经采集好的数据传送给主机。如果接口板八路数据没有准备好主机来读取数据
12、，这时主机处于查询等待状态，直到数据全准备好，主机才能把数据读走，以保证主机所读取的是新数据。如果接口板数据准备好主机没有来读取，这时接口板继续采集数据，更新数据，中断是开放的，在这个期间主机来读取数据，立即就可取走数据，而且是这一时刻的最新数据。也就是说，对于温度接口板，每过 2.16 秒的时间以后（无滤波方式是 0.72秒） ，主机可以随时来读取数据，而不用等待，又保证是这一时刻的最新数据。 四、主机采集接口板数据方法 四、主机采集接口板数据方法 1 工作原理 主机以查询方式读取接口板的数据，而且每次必须连续读取 16 字节数据，参见图 2。主机先查询状态口，同时向接口板的单片机申请中断，
13、单片机响应中断后送出数据并置状态有效。主机读入状态口若最低位 D0 为 0，则数据有效，从数据口读取数据，存入数据缓冲区，修改缓冲区的地址指针和循环变量值，重复上述过程直到读完 16 个字节数据。每个通道数据以 16 位二进制原 - 4 - 码形式输出，低字节在前。8 个通道 16 字节数据按顺序输出。 建议用户编程时，用定时 3 秒来读取数据。读一组数据之后，主机去作自己的工作，过三秒钟，再来读另一组数据。 开 始置 循 环 变 量 和 地 址状 态 有 效 吗 ？从 数 据 口 读 取 数 据存 数 据 ， 修 改 地 址 指修 改 循 环 变 量读 状 态 口到 16 次 ？返 回NYN
14、Y图 2、读 取 接 口 板 数 据 程 序 框 图为避免由于接口板故障造成机器死锁，计算机的查询工作经常采用定时查询方式，即查询一定时间后状态还不具备，则认为外设故障。接口板有滤波工作方式下的转换时间为 2.16S。若超过2.16S状态还不具备，则可认为接口板故障。 2 读取接口板数据软件 随产品免费提供一张软盘，上面含有DOS 操作系统下使用BC3.1 和MASM 下的接口板的数据读取程序， WINDOW3.1 下使用C语言和VB读取接口板数据源程序以及WIN95下使用VC和VB采集数据源程序。同时还提供研华组态软件 GENIE 和组态王 2.0下接口板的驱动程序。在软盘上有这些程序的使用
15、说明。也可以访问我们的网页http:/ 下载这些程序。 3 8086 汇编程序读取接口板数据子程序 8086 汇编读取接口板子程序见程序 1，接口板的状态口地址为 164H，数据口地址为 166H，读取的 8 通道数据以 16 位二进制原码形式存于 BDDATA 开始的单元中。程序中使用 SI 和 DI 计数查询状态口的次数达到定时等待的目的，本程序是在 PENTIUM/133 下调试，大约等待 3S，若在不同的机器上，请修改初值，使等待时间大约 3S 即可。 程序 1、8086 汇编读取接口板数据子程序 STATEPORT equ 164h ;状态口地址值 DATAPORT equ 166h
16、 ;数据口地址值 OVERFLOW equ 7fffh ;接口板读取失败值 data segment ;定义数据缓冲区 bddata dw 8 dup(0) data ends rdboard proc ;读接口板子程序 mov cx,8 lea bx,bddata ;置接口板读取失败值 - 5 - 6 - rdboard1:mov word ptr bx,OVERFLOW add bx,2 loop rdboard1 lea bx,bddata mov cx,16 ;读 8 通道 16 个字节 ;如果 4 路将此值设为 8 mov si,200 rdboard2:mov di,10000 ;SI 和 DI 为查询次数 ;修改此置超过 2.16S 即可
