某模拟器的虚拟信号产生方法研究

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摘要：介绍了研华PCI-1721的主要特点，它具有最大更新速率为10 MHz的波形输出功能、自动校准功能和板卡ID等，是要求高速连续模拟量输出或实时波形输出应用的理想选择。给出正确的信号连接方式，在某模拟器的应用中讨论了使用PCI-1721产生虚拟信号的具体的较简易的一种方法。使用PT_FAOWaveFormStart配置模拟量输出通道等信息，使用模拟量输出函数(DRV_FAOWaveFormStart)，通过DMA方式实现模拟量波形输出。
关键词：PCI-1721；虚拟信号；模拟器；波形输出

0 引言
    研华PCI-1721是一款高性能的PCI模拟量输出卡，每个模拟量输出通道都带有一个12位的双缓冲器DAC。此输出卡具有许多强大的独特功能，比如最大更新速率为10 MHz的波形输出功能、自动校准功能和板卡ID等。PCI-1721是要求高速连续模拟量输出或实时波形输出应用的理想选择。
    在某模拟器中大量使用到高速连续模拟量输出或实时波形输出，深入研究此板卡的模拟信号产生方法很有必要。

1 PCI-1721的主要特点
    PCI～1721具有以下特点：
    自动校准功能  通过使用校准程序可以提供自动校准功能。PCI-1721内建的校准电路对模拟量输出通道中的增益和偏移误差进行修正，无须调整外部设备和用户设置。
    PCI总线数据传输  研华PCI-1721支持PCI总线DMA(Direct Memory Access)功能用于高速数据传输和无间隔的模拟量输出。通过设置PC的内存，PCI-1721可执行总线数据传输，而不需要CPU的干预，可使CPU去执行其他更重要的工作，比如数据分析和图形操作。这种功能允许用户全速使用所有的I／O功能且不丢失数据。
    系统重启动后保持输出值  用户可以单独将4个通道的输出设为不同的范围：0～+5 V，0～+10 V，-5～+5 V，-10～+10 V，0～20 mA或4～20 mA，所有范围都可以通过软件进行选择。当系统热重启动(电源不关闭)时，根据跳线设置，PCI-1721能够保持上一次的模拟量输出设置或输出值，或者返回到默认配置。这种特有的功能能够避免在系统意外重启动过程中的误操作带来的危险。
    板卡ID  研华PCI-1721带有一个DIP拨码开关，当计算机机箱中安装了多块PCI-1721板卡时，可使用此开关来定义每个板卡的ID。当用户使用多块PCI-1721板卡构建自己的系统时ID设置功能将极为有用。如果板卡的ID设置正确，用户就可以很方便地在硬件配置和软件编程过程中区分和访问每块板卡。
    卡上FIFO(先入先出)存储器  研华PCI-1721卡上提供了FIFO(先入先出)存储器，可存储1K D／A转换值。
    可编程定时器／计数器  通过使用卡上的可编程计数器／定时器，PCI-1721提供了可编程的定时器和计数器，用于为D／A变换提供触发脉冲。定时器／计数器芯片为82C54，含有3个16位10 MHz时钟。其中有一个计数器作为事件计数器，用来对输入通道的事件进行计数。另外两个计数器级连在一起，用作脉冲触发的32位定时器。
    波形模拟量输出  研华PCI-1721提供4路模拟量输出通道。它们均可产生连续的波形输出，对一个模拟量输出通道可产生每秒10 ms的数据输出，用户也可以对波形数据存储在卡上的FIFO中，这样可以产生循环的波形输出。PCI-1721卡上的FIFO可以存储2～1 024个波形采样。

2 信号连接
    在数据采集应用中，为了达到准确测量并防止损坏应用系统，正确的信号连接是非常重要的。要正确连接模拟信号的输出连接，首先要了解它的管脚。PCI-1721有一个68芯I／O接口，管脚图如图1所示。




                          
                       
                          
                               
    PCI-1721提供4个模拟量输出通道，VOUT0～VOUT3，IOUT0～IOUT3，可以使用内部提供的-5 V／-10 V的基准电压产生0～+5 V／+10 V的模拟量输出，也可以使用外部基准电压REF_V0～REF_V3，外部基准电压范围是-10～+10 V，比如外部参考电压是-7 V则输出0～+7 V的输出电压。连接方法如图2所示。





3 应用中的虚拟信号产生
    在某模拟器中使用了PCI-1721，该模拟器系统主要由仿真机柜和计算机组成。其中，仿真机柜包括两个监测单元、两个收发单元、控制转换单元及天监单元6部分。其中监测单元主要实现：模拟机动16项技术指标的数码管循环显示及点亮相应指示灯；模拟“手动、自动、监测”3种工作状态的转换；“清零、步进、脉冲率／总数、报警控制、识别、波道号选择及电源”开关状态；模拟电源、报警、识别指示灯；模拟15／135 Hz方位调整等功能。在这里需要模拟产生移相器输出的正弦信号以及方波产生器产生的方波。具体的较简易的实现方法如下。
    使用PT_FAOWaveFormStart配置模拟量输出通道等信息，使用模拟量输出函数(DRV_FAOWave FormStart)，通过DMA方式实现模拟量波形输出。
    (1)单击Setting菜单弹出如下的设备选择对话框，从中选择板卡，如图3所示。




                          
                       
                          
                               
    (2)单击Select按钮，弹出如下的设置对话框，如图4所示。




    Pacer Rate：脉冲频率，默认值10 000 Hz；
    Conv．#：D／A转换的点数，默认值2 048；
    Wave Count：波形数，Pacer Rate=Wave Count*(Period)Point的整数；
    Triggering：触发方式，Internal指内部触发；External指外部触发；
    Event：事件，是否允许设置事件来编程(只是对中断和DMA方式来讲)。
    (3)设置完毕后，单击Waveform菜单弹出如图5所示的设置对话框。




    Waveform for CH0 Buf：CH0 Buf中的波形设定；
    Waveform：输出波形选择；
    Magnitude(V)：幅值，默认值2．00 V；
    Offset(V)：偏移量，默认值2．00 V；
    Period(points)：每周期输出的点数，默认值是2 048点。
    (4)波形设置完成之后，执行程序即可实现波形输出。

4 结语
    在具体的应用中可以发现，PCI-1721板卡可以较好地实现四通道的高速连续模拟量输出或实时波形输出，功能强大且使用比较简便。尤其在某模拟器的设计和实现中发挥了很好的作用，较好地实现了该模拟器中需要实现的局部功能。