基于PC104在消弧线圈控制器的应用

基于PC104在消弧线圈控制器的应用

余祺

余祺

（江西省送变电建设公司江西南昌330200）

摘要：本文所设计的软件程序需采用型号为PM511P的多功能采集板，PM511P是一块PC104总线的数据采集板，适用于工业现场、实验室、嵌入式设备等多种场合，具有16路A/D转换通道、4路D/A通道、24路可编程开关量输入输出、3路计数通道，也可根据需要选配功能，节约工程成本。

关键词：开关量；寄存器；计数器；内部时钟

1、工作原理概述

PM511P是PM511板的升级板，由A/D部分，D/A部分，I/O部分和计数部分等四个功能部分构成。

1.1A/D部分

A/D采用BB公司的ADC774芯片或AD公司的AD1674芯片，实现12BIT，﹤100KHz的数据采集，有调零调满电路和单、双极性以及单、双端选择跳线，ADG508实现16通道单端/8通道双端信号切换，并配有滤波电路，信号由双排插针接口J1引出。

1.2D/A部分

D/A采用BB公司的DAC7625芯片，可以实现12BIT4通道模拟量输出，通过调整跳线JP1实现各档电压输出，信号由双排插针接口J1引出。

1.3开关量输入输出部分

24路可编程开关量输入输出，由一片8255实现，信号由双排插针J3引出。

1.4脉冲计数部分

3路计数通道，由一片82C54实现，信号由双排插针J3引出。

2、操作说明

跳线功能如下所示：

（1）JP1(D/A输出方式选择)在此采用0～+5V输出。

（2）JP2(A/D单/双端选择)在此采用单端输入。

（3）JP3（单双极性选择）、JP4（10V/20V选择）

本卡由这两个跳线组合实现A/D量程及单双极性的变化。在此采用-5～+5V。

（4）JP5（外触发信号输入使能）当此跳线短接后外触发信号可以引入，触发A/D转换。注意外触发信号必须为TTL电平，否则可能损坏板卡。

（5）JP6（内部时钟输出使能）当此跳线短接后内部时钟输出使能。注意：当AD分频系数(1-32)不为0时，内部时钟才会输出。JP5、JP6采用短接。

（6）JP7(基地址选择)基地址由跳线JP7控制，在此地址分配采用100H。

（7）JP8(中断选择)本卡提供中断5，7，12，可以通过JP4来选择。在此采用IRQ7中断。

3.1A/D操作

1、相关寄存器

（1）控制/状态寄存器

此寄存器为一个字节，当进行读操作时可以得到当前A/D转换和步进电机的状态；当进行写操作时可以控制A/D转换方式。注意：当定时启动有效时，外触发启动无效。

（2）AD通道选择/启动AD寄存器（基地址＋0H）

此寄存器为一个字节，当进行写操作时选择通道；当进行读操作时启动A/D转换。

（3）AD结果/分频系数寄存器（基地址＋2H）

当对此寄存器进行读操作时以字方式，低12位有效，返回A/D转换结果，同时清中断标志位，使下一次中断可以产生。当对此寄存器进行写操作时以字节方式，低5位有效，设定定时启动A/D转换时的分频系数。

BIT0为分频系数的低位，BIT4位分频系数的高位，因此分频系数范围是1～31。

2、软件启动A/D

3、定时启动A/D转换

本卡为A/D转换提供一个频率为200KHz的时钟，用户可以对其进行分频，用以定时启动AD转换。分频系数与定时启动频率有如下关系：

定时启动频率＝200KHz&pide;（分频系数＋1）分频系数范围是1-31

4、外触发启动A/D转换

当用户需要外触发启动AD转换时需要将JP8短接，引入外触发信号。注意外触发信号必须为TTL电平，否则可能损坏板卡。外触发信号的高低电平时间均要大于100nS。

5、关于单端、双端

单端采样时，采样信号使用同一个地，双端采样时，高八路通道作为低八路通道的负端，采样信号不共地，分别接到相应通道地正端和负端，因此双端通道数是单端通道数的一倍。

6、关于中断

本卡提供两个中断源，AD转换结束中断和外触发中断，这两个中断不可以同时使用，当外触发中断有效时，AD转换结束后不再申请中断。外触发中断信号的高低电平时间均要大于100ns。

3.3D/A操作

1、相关寄存器

（1）D/A通道选择寄存器

参见表4，此寄存器为一个字节，只能进行写操作以选择通道

（2）D/A输出寄存器

参见表5，此寄存器为一个字，只能进行写操作。码值与实际电压值关系请参考A/D结果寄存器部分。

其中BIT0为D/A输出的低位，BIT11为D/A输出的高位。因此D/A输出的码值范围为0～4095

单极性时码值与实际电压关系遵照下面公式：

实际值=码值&pide;40955（V）

双极性时码值与实际电压关系遵照下面公式：

实际值=码值&pide;409510-5（V）

2、操作步骤

先选择输出通道，然后输出电压。注意输出电压操作为字操作。

3.4开关量操作

82C55内部寄存器映射到本卡上对应空间如表8所示。

82C55有3种工作方式：

方式0——基本输入输出方式

方式1——选通输入输出方式

方式2——双向传送方式

这3种工作方式由控制字决定。其中以方式0最常用，当工作在方式0下时，控制字的D7=1，D6=0，D5=0，D2=0，由D4、D3、D1、D0四位决定A口、B口、C口的输入输出方式。

3.5计数器部分

计数器由一片82C54完成，可以完成对最高频率为10M的脉冲进行计数，82C54内部寄存器映射到本卡上对应空间如表10所示。

82C54的全部功能是由CPU编程设定的。CPU通过输出指令给82C54装入控制字，从而设定其功能。

82C54的三个计数器是独立的16位减法计数器。计数器的工作方式由工作方式寄存器确定。计数器在编程写入初始值后，在某些方式下计数到0后自动预置，计数器连续工作。CPU访问计数器时，必须先设定工作方式控制字中的RL1、RL0位。计数器对CLK计数输入端的输入信号进行递减计数。选通信号GATE控制计数工作的进行。

可以选择的工作方式有六种。这六种方式是：

方式0：计数结束时中断。编程后自动启动，计数器减1计数，计数到终点(减至0)后输出高电平，可用于中断请求信号，GATE为低电平时停止计数，回到高电平后继续往下计数。再次启动要重新装入计数值或重新编程。

方式1：可编程单脉冲输出。GATE上升沿进行初始化并开始计数。输出低电平的宽度等于计数时间。单脉冲输出可用GATE上升沿多次触发。

方式2：编程后重复地循环计数。计数到终点时输出一个时钟周期宽度的低电平脉冲，自动初始化后继续计数。用GATE的上升沿初始化，并开始计数。GATE为低电平时停止计数。

方式3：方波发生器。这种方式是在编程后重复地循环计数，输出波形为方波。如果初始计数值为偶数，每个时钟输入脉冲使计数器减2，达到计数终点时输出电平改变。如果初始计数值为奇数，则输出高电平时第一个时钟输入脉冲使计数器减1，随后每个输入脉冲使计数器减2。用GATE的上升沿初始化并开始计数，GATE为低电平时停止计数。

方式4：软件启动选通脉冲输出。编程后自动启动，计数到终点后输出一个时钟周期的低电平脉冲。用GATE的上升沿初始化并开始计数，GATE为低电平时停止计数。

方式5：硬件启动选通脉冲输出。编程后，等待GATE上升沿进行初始化并开始计数，计数到终点后输出一个时钟周期的低电平脉冲，计数器开始计数后不受GATE信号电平的影响，这种选通脉冲的输出可用GATE的上升沿多次触发。

3.6关于OCLK的操作说明

内部时钟输出端位于J3的第40脚OKLC，只需将JP5短接便可使能，最大输出频率为100KHz。通过对基地址+2寄存器的写操作可以设定OCLK的分频系数，范围是1~31。输出频率=200K/(分频系数+1)。

参考文献

[1]胡朝晖，张秀彬，曾国辉，林峰．基于PC104总线的嵌入式消弧系统．微型电脑应用，2003．19(5)

[2]徐玉琴，陈志业，李鹏．晶闸管投切电容器式消弧线圈的设计与应用研究[J]．电力系统自动化，2001．

[3]李敬伟．消弧线圈的作用及国内应用现状比较.轻金属，2006.5