某模擬器的虛擬信號產(chǎn)生方法研究

摘要：介紹了研華PCI-1721的主要特點(diǎn)，它具有最大更新速率為10 MHz的波形輸出功能、自動校準(zhǔn)功能和板卡ID等，是要求高速連續(xù)模擬量輸出或?qū)崟r波形輸出應(yīng)用的理想選擇。給出正確的信號連接方式，在某模擬器的應(yīng)用中討論了使用PCI-1721產(chǎn)生虛擬信號的具體的較簡易的一種方法。使用PT_FAOWaveFormStart配置模擬量輸出通道等信息，使用模擬量輸出函數(shù)(DRV_FAOWaveFormStart)，通過DMA方式實(shí)現(xiàn)模擬量波形輸出。
關(guān)鍵詞：PCI-1721；虛擬信號；模擬器；波形輸出

0 引言
    研華PCI-1721是一款高性能的PCI模擬量輸出卡，每個模擬量輸出通道都帶有一個12位的雙緩沖器DAC。此輸出卡具有許多強(qiáng)大的獨(dú)特功能，比如最大更新速率為10 MHz的波形輸出功能、自動校準(zhǔn)功能和板卡ID等。PCI-1721是要求高速連續(xù)模擬量輸出或?qū)崟r波形輸出應(yīng)用的理想選擇。
    在某模擬器中大量使用到高速連續(xù)模擬量輸出或?qū)崟r波形輸出，深入研究此板卡的模擬信號產(chǎn)生方法很有必要。

1 PCI-1721的主要特點(diǎn)
    PCI～1721具有以下特點(diǎn)：
    自動校準(zhǔn)功能  通過使用校準(zhǔn)程序可以提供自動校準(zhǔn)功能。PCI-1721內(nèi)建的校準(zhǔn)電路對模擬量輸出通道中的增益和偏移誤差進(jìn)行修正，無須調(diào)整外部設(shè)備和用戶設(shè)置。
    PCI總線數(shù)據(jù)傳輸  研華PCI-1721支持PCI總線DMA(Direct Memory Access)功能用于高速數(shù)據(jù)傳輸和無間隔的模擬量輸出。通過設(shè)置PC的內(nèi)存，PCI-1721可執(zhí)行總線數(shù)據(jù)傳輸，而不需要CPU的干預(yù)，可使CPU去執(zhí)行其他更重要的工作，比如數(shù)據(jù)分析和圖形操作。這種功能允許用戶全速使用所有的I／O功能且不丟失數(shù)據(jù)。
    系統(tǒng)重啟動后保持輸出值  用戶可以單獨(dú)將4個通道的輸出設(shè)為不同的范圍：0～+5 V，0～+10 V，-5～+5 V，-10～+10 V，0～20 mA或4～20 mA，所有范圍都可以通過軟件進(jìn)行選擇。當(dāng)系統(tǒng)熱重啟動(電源不關(guān)閉)時，根據(jù)跳線設(shè)置，PCI-1721能夠保持上一次的模擬量輸出設(shè)置或輸出值，或者返回到默認(rèn)配置。這種特有的功能能夠避免在系統(tǒng)意外重啟動過程中的誤操作帶來的危險。
    板卡ID  研華PCI-1721帶有一個DIP撥碼開關(guān)，當(dāng)計算機(jī)機(jī)箱中安裝了多塊PCI-1721板卡時，可使用此開關(guān)來定義每個板卡的ID。當(dāng)用戶使用多塊PCI-1721板卡構(gòu)建自己的系統(tǒng)時ID設(shè)置功能將極為有用。如果板卡的ID設(shè)置正確，用戶就可以很方便地在硬件配置和軟件編程過程中區(qū)分和訪問每塊板卡。
    卡上FIFO(先入先出)存儲器  研華PCI-1721卡上提供了FIFO(先入先出)存儲器，可存儲1K D／A轉(zhuǎn)換值。
    可編程定時器／計數(shù)器  通過使用卡上的可編程計數(shù)器／定時器，PCI-1721提供了可編程的定時器和計數(shù)器，用于為D／A變換提供觸發(fā)脈沖。定時器／計數(shù)器芯片為82C54，含有3個16位10 MHz時鐘。其中有一個計數(shù)器作為事件計數(shù)器，用來對輸入通道的事件進(jìn)行計數(shù)。另外兩個計數(shù)器級連在一起，用作脈沖觸發(fā)的32位定時器。
    波形模擬量輸出  研華PCI-1721提供4路模擬量輸出通道。它們均可產(chǎn)生連續(xù)的波形輸出，對一個模擬量輸出通道可產(chǎn)生每秒10 ms的數(shù)據(jù)輸出，用戶也可以對波形數(shù)據(jù)存儲在卡上的FIFO中，這樣可以產(chǎn)生循環(huán)的波形輸出。PCI-1721卡上的FIFO可以存儲2～1 024個波形采樣。

2 信號連接
    在數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中，為了達(dá)到準(zhǔn)確測量并防止損壞應(yīng)用系統(tǒng)，正確的信號連接是非常重要的。要正確連接模擬信號的輸出連接，首先要了解它的管腳。PCI-1721有一個68芯I／O接口，管腳圖如圖1所示。

    PCI-1721提供4個模擬量輸出通道，VOUT0～VOUT3，IOUT0～I(xiàn)OUT3，可以使用內(nèi)部提供的-5 V／-10 V的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生0～+5 V／+10 V的模擬量輸出，也可以使用外部基準(zhǔn)電壓REF_V0～REF_V3，外部基準(zhǔn)電壓范圍是-10～+10 V，比如外部參考電壓是-7 V則輸出0～+7 V的輸出電壓。連接方法如圖2所示。

3 應(yīng)用中的虛擬信號產(chǎn)生
    在某模擬器中使用了PCI-1721，該模擬器系統(tǒng)主要由仿真機(jī)柜和計算機(jī)組成。其中，仿真機(jī)柜包括兩個監(jiān)測單元、兩個收發(fā)單元、控制轉(zhuǎn)換單元及天監(jiān)單元6部分。其中監(jiān)測單元主要實(shí)現(xiàn)：模擬機(jī)動16項技術(shù)指標(biāo)的數(shù)碼管循環(huán)顯示及點(diǎn)亮相應(yīng)指示燈；模擬“手動、自動、監(jiān)測”3種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；“清零、步進(jìn)、脈沖率／總數(shù)、報警控制、識別、波道號選擇及電源”開關(guān)狀態(tài)；模擬電源、報警、識別指示燈；模擬15／135 Hz方位調(diào)整等功能。在這里需要模擬產(chǎn)生移相器輸出的正弦信號以及方波產(chǎn)生器產(chǎn)生的方波。具體的較簡易的實(shí)現(xiàn)方法如下。
    使用PT_FAOWaveFormStart配置模擬量輸出通道等信息，使用模擬量輸出函數(shù)(DRV_FAOWave FormStart)，通過DMA方式實(shí)現(xiàn)模擬量波形輸出。
    (1)單擊Setting菜單彈出如下的設(shè)備選擇對話框，從中選擇板卡，如圖3所示。

    (2)單擊Select按鈕，彈出如下的設(shè)置對話框，如圖4所示。

    Pacer Rate：脈沖頻率，默認(rèn)值10 000 Hz；
    Conv．#：D／A轉(zhuǎn)換的點(diǎn)數(shù)，默認(rèn)值2 048；
    Wave Count：波形數(shù)，Pacer Rate=Wave Count*(Period)Point的整數(shù)；
    Triggering：觸發(fā)方式，Internal指內(nèi)部觸發(fā)；External指外部觸發(fā)；
    Event：事件，是否允許設(shè)置事件來編程(只是對中斷和DMA方式來講)。
    (3)設(shè)置完畢后，單擊Waveform菜單彈出如圖5所示的設(shè)置對話框。

    Waveform for CH0 Buf：CH0 Buf中的波形設(shè)定；
    Waveform：輸出波形選擇；
    Magnitude(V)：幅值，默認(rèn)值2．00 V；
    Offset(V)：偏移量，默認(rèn)值2．00 V；
    Period(points)：每周期輸出的點(diǎn)數(shù)，默認(rèn)值是2 048點(diǎn)。
    (4)波形設(shè)置完成之后，執(zhí)行程序即可實(shí)現(xiàn)波形輸出。

4 結(jié)語
    在具體的應(yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)，PCI-1721板卡可以較好地實(shí)現(xiàn)四通道的高速連續(xù)模擬量輸出或?qū)崟r波形輸出，功能強(qiáng)大且使用比較簡便。尤其在某模擬器的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)中發(fā)揮了很好的作用，較好地實(shí)現(xiàn)了該模擬器中需要實(shí)現(xiàn)的局部功能。