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編碼器獨立光隔輸入通道光隔步進電機控制輸出1通道高速相機觸發輸出路繼電器輸出8路光隔開關量輸出工業現場采集與控制板RBH7073使用說明書北京瑞博華控制技術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編碼器獨立光隔輸入1通道光隔步進電機控制輸出通道高速相機觸發輸出2路繼電器輸出路光隔開關量輸出工業現場采集與控制板RBH7073使用說明書一、性能特點：本板是一塊適用于工業控制的綜合采集板，包括步進電機控制， PWM 控制，編碼器信號采集，繼電器控制，模擬量采集，開關量采集與控制等。本板通過采用高速高精度、高抗干擾 AD技術、高密度 CPLD芯片、精細地布線以及優良的制版工藝，實現了高速、高精度實時數據采集，具有以下性能特點：1、32通道的開關量光電隔離輸入,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,相對精度優于 0.001%。最高采集速率達到 50KSPS以上。優良的抗干擾性能，特別適合于干擾比較嚴重的工業控制現場。3、2路旋轉編碼器輸入,可以采集增量型旋轉編碼器信息,自動判斷正轉與反轉。 一方面采集旋轉編碼器的位置，同時采集旋轉編碼器的周期，實現對轉速的瞬時檢測，特別適合于動態控制。4、1通道PWM輸出功能，可以按照用戶要求設定周期與占空比。5、開關量，模擬量與旋轉編碼器信息同步采集，同步采集的速度達到 50ksps.6、全部采用CPLD技術實現，采用硬件定時技術。可以根據用戶需要進行定制。7、豐富的備用擴展資源：板上 CPLD資源非常豐富，可以為用戶的特殊需求進行定制，如旋轉編碼器接口、脈沖周期測量接口、 PWM輸出接口、外同步接口、觸發記錄接口、開關量控制接口等。二、功能與指標AD的性能指標：AD采樣精度：16位AD通道數：16通道。z AD系統數據采集實際貫通率： 50ksps。z 模擬采集的定時精度：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。當超過 AD輸入量程±5伏時，只要不超過安全電壓就不會損壞硬件，當超過＋5 伏時，AD結果輸出最大值，當低于－5 伏時，AD結果輸出0，當模擬量恢復到正常量程后， AD結果立即恢復正常。建議用戶盡可能使輸入信號在量程范圍內。z 抗靜電電壓： 2000伏模擬輸入有抗雷擊功能。采集方式：連續采集接口：總線方式：PCI總線開關量輸入指標:32路光電隔離數字量輸入，限流電阻為1K歐，要求信號源提供4毫安以上的電流才能使光耦導通。開關量采集與模擬量采集同步進行，16路開關量輸入合成一個16位的字，與模擬量采集一起送到PC機，并且占用0－1這2個通道的位置。進行通道設置時，本通道與模擬量通道一起設置。開關量輸入的電流，小于10mA開關量輸出指標:2路光電隔離繼電器輸出，采用3觸點方式，一個公共端，一個常開端和一個常閉端。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置，時間分辨率為1微秒，設定長度為16位。8路高速開關量供電隔離輸出。旋轉編碼器:通道數為2光電隔離，隔離電壓2500伏輸入信號為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 旋轉編碼器的信號頻率范圍：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。數碼相機觸發接口:輸出觸發信號TRIGOUT和地線GND,與數碼相機的信號線相連驅動電流達到100mA，特別適合于高速抓拍相機電源：本板采用PCI總線供電，不需要其它電源z 光電隔離的旋轉編碼器需要外接隔離電壓 +15V,本板產生電+5V源輸出，可以用于用戶接編碼器的電源線或其它用途。2z 光電隔離的開關量輸出需要外接隔離電源 +15V，本板產生電+5V源，可以用于外部邏輯。工作環境工作溫度：0－70℃環境濕度：95％以內三、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通道開關量信息、編碼器信息等，然后將信息通過 PCI橋送到CPU，從而實現高速采集和控制的目的。如圖1所示，J1是D型37芯，是主要的信號輸入與輸出端口， 包括4通道的模擬量、1通道的相機觸發、1通道的步進電機控制器、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量輸入。JP1:16通道的模擬量輸入。WA1:模擬量量程選擇，當 1、2短接時為-5V到+5V，當2、3短接時是0-10V輸入。為了提高系統的可靠性， 本采集卡采用了獨立光電隔離技術， 模擬量采集是獨立隔離，開關量輸入是獨立隔離、編碼器是獨立隔離、電機控制是獨立隔離。從圖可以看出，每個隔離部分通過光耦隔離開，從而保證安全的隔離電壓。31、開關量輸入原理圖2開關量輸入原理如圖2所示，開關量輸入共計32路，信號輸入從光藕的正端進入，光藕的負端通過一個1千歐的電阻接到隔離地上，32個信號的地線聯通。信號從J2輸入，對應的地線為GND3，要求用戶的信號能夠提供5毫安以上的電流。當有信號時，電流流過限流電阻，采集卡檢測到信號為0，當沒有電流流過限流電阻、或流過的電流小于 5毫安時，采集卡檢測到的信號為 1。也就是說，當不接外部信號時， 檢測到的全部為1。2.開關量輸出開關量輸出的原理如圖4所示。采集卡將控制信息通過光藕隔離后送出，再經過整形輸出。開關量輸出有三種情況：第一輸出是繼電器輸出，光隔輸出的信號驅動繼電器，使繼電器動作，從而使繼電器的三個觸點輸出信號。第二個是PWM輸出，CPLD的PWM控制信號通過高速光藕輸出，再經過外部驅動管驅動后再輸出。第三種是通用的TTL電平輸出，CPLD的控制信號通過通用的光藕隔離后輸出，再經過信號整形，從輸出接頭輸出。4圖4開關量光電隔離輸出開關量輸入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生開關量輸入信號，特別適合于繼電器等開關的輸入。圖5開關量輸入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．接線插座的信號定義圖7第一組開關量輸入接線圖7是第一組開關量輸入接線圖，信號的地線為 33，34針，信號從 1－32輸入，信號范圍為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8位，對應采集通道0的位0至位7;A10-A17為第二個8位，對應采集通道0的位8至位15;A20-A27為第三個 8位，對應采集通道 1的位0至位7;A30-A37為第四個 8位,對應采集通道 1的位8至位15.6圖8開關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，目前主要用于數碼相機的觸發輸出，特點是能夠提供100mA的驅動電流，并能根據需要在CPLD的作用下實現相機的觸發，也可以根據用戶需要進行相應功能擴展。針3(K1A)，22(K1C)，4(K1D)是第一個繼電器輸出，其中 22是繼電器的中心觸點，3是常閉觸點，4是常開觸點。針23（K2A），5(K2C)，24(K2D)是第俄日個繼電器輸出，其中 5是繼電器的中心觸點，23是常閉觸點，24是常開觸點。針6（DI0）,針25（DI1）是2路開關量輸入，原理如圖 5所示，對應的地線是針30（GND1）,當將DI0,DI1 與GND1短接時產生一個開關量輸入高， 當DI0,DI1 懸空時就產生一個0輸入，這個功能特別適合于無源觸點的檢測，而且外部接線只有地線 GND1和信號線DIO,DI1,所以非常安全和方便。V針7，26，8，27，9，28，10，29 為8個光電隔離輸出。根據不同需要有不同的使7用定義，一般作為步進電機的方向控制、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， 為開關量輸出 DRV0-DRV7,開關量輸入 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，該電源是板上穩壓電源將 VDD1進行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，內部有 1A的保險，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，這是兩個編碼器的輸入信號，CLKA接第一個編碼器的CLKA，CLKB接第一個編碼器的CLKB,CLKC接第二個編碼器的CLKA,CLKD接第二個編碼器的 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接頭就解決信號連接問題，方便使用。2、通道設置與結果處理本板的功能非常靈活，根據不同的需要可以進行硬件定義和通道定義，目前定義的規格是RBH7073-9型，其定義方式如下：RBH7073-9的定義：通道數固定為16通道。32通道的開關量輸入對應 2通道的采集量：通道0：第一組開關量輸入的 0－15這16個輸入，對應J2輸入的1－16。通道1：第一組開關量輸入的 16－31這16個輸入，對應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結果通道5：第二路模擬量輸入，16位AD結果通道6:0通道7：0脈沖信號：通道8：CLKAI的周期寬度，最小時間單位為微秒。如：周期寬度＝1000，則表示周期為1000us,表明信號的頻率為1000Hz。通道9：保留通道10:旋轉編碼器1的正向計數值通道11：旋轉編碼器1的反向計數值通道12：編碼器的總脈沖數通道13：08通道14：0通道15：0硬件定義為：DRV0為步進電機的方向DRV1為步進電機的脈沖五、軟件使用說明PCI總線有即插即用的特點，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動軟件，可以實現數據采集功能。1、 FrecordBasic軟件的設置方法為了方便用戶測試，本公司提供免費的測試軟件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。當用戶購買功能強大的收費軟件Frecord軟件時，測試方法與此相同。典型的測試方式時，設置方法為：“系統參數P”->”通道屬性配置”－》模擬通道數＝16z“系統參數P”->”采集板參數配置A”－“基本配置”通道數＝16名義采樣頻率＝10000中斷緩沖區數＝10每通道采樣數＝300程控放大倍數＝0起始通道號＝0“系統參數P”->”采集板參數配置A”－“高級配置”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”點擊示波器功能命令按鈕（正弦波標志）就可以運行采集功能，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驅動程序，采用動態鏈接庫的方式，用戶使用方便、快捷，所提供的DEMO軟件，能滿足大量的實際需要，如實時控制、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,可以實時讀取當前信號的幅值,以及開關量狀態,這種方式特別適合于工業現場的實時控