馬小軍　師艷俠

摘 要：針對(duì)脈沖量的測試問題給出了一種新穎、簡單的信號(hào)采集方法，即采用通用的可編程器件8253制成了電路板，并采用了ISA總線，其能與IBM系列計(jì)算機(jī)連接，創(chuàng)新點(diǎn)在于電路的實(shí)現(xiàn)方法和可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路脈沖量信號(hào)的采集。

關(guān)鍵詞：脈沖量；采集卡；光電耦合器；智能儀表

中圖分類號(hào)：TP274.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.124

在實(shí)時(shí)控制、智能儀表、數(shù)據(jù)采集等計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)需要隨時(shí)與外部世界頻繁交換信息，這些信息都必須通過一定的接口與計(jì)算機(jī)通信。

通過對(duì)脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)即可完成數(shù)據(jù)采集。本文介紹了一種不帶微處理器的脈沖量采集卡的設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用方式。該電路的特點(diǎn)是軟、硬件接口電路簡單，成本低，可靠性高，最高計(jì)數(shù)頻率可達(dá)1 MHz。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

脈沖量采集卡的電路包括光耦去抖電路、定時(shí)/計(jì)數(shù)電路、地址譯碼電路、總線驅(qū)動(dòng)緩沖電路四部分，其原理如圖1所示。

1.1 光耦去抖電路

設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)考慮使用隔離器件抑制各種干擾的影響，使電路具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較高的可靠性。在本設(shè)計(jì)中，采用了4N25光電隔離器。圖1中的U15-U25為隔離器，通過J1和J2輸入信號(hào)至光敏二極管，并經(jīng)內(nèi)部高增益線性放大器將信號(hào)放大后，由集電極開路門輸出信號(hào)。其輸出從0至1幾乎是躍變的。由于其輸入電阻較低、分布電容較小，絕緣電阻可達(dá)1 010 Ω。在此情況下，內(nèi)阻較大的干擾信號(hào)進(jìn)入光電耦合器輸入端時(shí)已經(jīng)被抑制，加之發(fā)光二極管、光敏三極管的耦合作用，經(jīng)過削減的干擾信號(hào)基本消失。此外，采用了PC系統(tǒng)的電源供電，消除了由于電源內(nèi)阻壓降而造成的相互干擾。如果能實(shí)現(xiàn)場地與儀器的相互隔離，則會(huì)使主機(jī)的運(yùn)行更加可靠。

1.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)電路

在圖1中，U1～U4為可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253，每臺(tái)8253配有3個(gè)相同的16位減法計(jì)數(shù)器，共有12個(gè)計(jì)數(shù)器。當(dāng)微機(jī)將控制值和計(jì)數(shù)值寫入8253后，開始對(duì)來自4069的脈沖計(jì)數(shù)。定時(shí)停止采集和讀數(shù)有2種方式：①軟件定時(shí)。由PC機(jī)發(fā)出命令對(duì)計(jì)數(shù)器中的內(nèi)容鎖存和讀數(shù)。②硬件中斷定時(shí)。利用U4向ISA總線第B30腳IRQ7發(fā)出中斷命令，進(jìn)而在中斷處理程序中從計(jì)數(shù)器中采集數(shù)據(jù)。

1.3 地址譯碼電路

由地址線的A5～A8經(jīng)過編碼開關(guān)U18，并由74LS138譯碼器U12完成譯碼任務(wù)。在具體應(yīng)用中，需要根據(jù)PC的I/O端口配置采集卡的地址，以免發(fā)生微機(jī)故障。

1.4 驅(qū)動(dòng)緩沖電路

驅(qū)動(dòng)緩沖電路采用74LS245雙向總線驅(qū)動(dòng)芯片，可增強(qiáng)總線的驅(qū)動(dòng)能力。

2 軟件設(shè)計(jì)

采集卡插在微機(jī)擴(kuò)展槽中，會(huì)占用一個(gè)端口地址，可通過調(diào)用輸入、輸出函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫。將U4定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1和T2作為定時(shí)器，T1的計(jì)數(shù)頻率為14，318 MHz，T2的計(jì)數(shù)頻率為65，536 kHz，精度較高。其他的8253可以對(duì)10路脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，最高計(jì)數(shù)頻率可達(dá)1 MHz。計(jì)數(shù)時(shí)間可由定時(shí)器控制，一定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)能反映信號(hào)的大小。計(jì)數(shù)時(shí)間可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場合具體選定。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要選擇通道數(shù)，最多可選擇10個(gè)通道的脈沖信號(hào)。

3 脈沖采集卡的實(shí)際應(yīng)用

對(duì)于脈沖采集卡在行走式液壓支架實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的應(yīng)用，會(huì)在支架行走、停止、升降時(shí)測試液壓流量，并使用了渦輪流量傳感器，流量信號(hào)經(jīng)過霍爾元件輸出脈沖數(shù)字量，輸出的脈沖數(shù)與體積流量成正比。此外，還采用了單線連接進(jìn)入采集卡的方式，可測量到主路的每秒流量和累加流量。部分例程如下：

…

#define AdressBase 0×300

void main（）

{

for（i=0；i<5；i++）

{

gettime（&curttime）； /*定時(shí)器開始 */

secstart=curtimie.ti_sec；

outportb（AdressBase+3，0×10）；/* 8253初始化 */

outportb（AdressBase，20）；

……

loop1： gettime（&surtime）； /*采集一秒鐘的脈沖量 */

second=curtime.ti_sec；

If（（second-secstart）>=1）

{

outportb（AdressBase+3，0）； /*采集結(jié)束 */

temp1=inportb（AdressBase）；

count[i]=255-temp1； /*采集到的脈沖數(shù)量 */

…… /*數(shù)據(jù)處理 */

}

4 結(jié)束語

目前，脈沖采集卡已通過調(diào)試，測試效果良好，且已安裝在工控機(jī)中；可以代替昂貴的商業(yè)板卡，已應(yīng)用于脈沖量數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)現(xiàn)場，比如應(yīng)用于脈沖量的測量、開關(guān)量的輸入/輸出和定時(shí)中斷等計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)中。

〔編輯：張思楠〕