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PC6313

PC-6313多功能模入模出接口卡技术说明书

1.概述：

PC-6313多功能模入模出接口卡适用于具有ISA总线的PC系列微机,具有很好的兼容性,CPU从目前广泛使用的64位处理器直到早期的16位处理器均可适用,操作系统可选用经典的MS-DOS,目前流行的Windows系列，高稳定性的Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统LabVIEW等软件环境。

在硬件的安装上也非常简单,使用时只需将接口卡插入机内任何一个ISA总线插槽中,其模入模出及I／O信号均可通过信号电缆从机箱外部直接接入。

也可插入我所研制的PC扩展箱内使用。

PC-6313多功能模入模出接口卡安装使用方便，程序编制简单。

对于模入部分，用户可根据实际需要选择单端或双端输入方式。

对于模出部分，用户可根据控制对象的需要选择电压或电流输出方式以及不同的量程。

本卡上的A／D、D／A转换均为12位字长，同时还备有24路TTL可编程输入输出接口，三路16位字长的计数／定时器，以及1MHz的基准时钟。

本卡的A／D转换启动方式可以选用程序触发、定时器自动触发、外同步触发等方式，转换状态可以用程序查询，也可以用中断方式通知CPU读取转换结果。

2.主要技术参数：

2.1模入部分：

2.1.1输入通道数：

（标*为出厂标准状态，下同）

单端32路；*∕双端16路

2.1.2输入信号范围：

0V～10V*；－5V～＋5V

2.1.3输入阻抗：

≥10MΩ

2.1.4放大倍率设定：

×1*、×10

2.1.5A／D转换分辨率：

12位

2.1.6A／D转换速度：

10μS

2.1.7A／D启动方式：

程序启动／定时触发启动／外触发启动

2.1.8A／D转换结束识别：

程序查询／中断方式

2.1.9A／D转换非线性误差：

±1LSB

2.1.10A／D转换输出码制：

单极性原码*／双极性偏移码

2.1.11系统综合误差：

≤0.1％F.S

2.2模出部分：

2.2.1输出通道数：

2路（互相独立，可同时或分别输出）

2.2.2输出范围：

电压方式：

0～5V；0～10V*；－5V～＋5V；－2.5V～＋2.5V

电流方式：

0～10mA；4～20mA

2.2.3输出阻抗：

≤2Ω（电压方式）

2.2.4D／A转换器件：

DAC1210

2.2.5D／A转换分辨率：

12位

2.2.6D／A转换输入码制：

二进制原码（单极性输出方式时）*

二进制偏移码（双极性电压输出方式时）

2.2.7D／A转换综合建立时间：

≤2μS

2.2.8D／A转换综合误差：

电压方式：

≤0.1％F.S

电流方式：

≤0.5％F.S

2.2.9电压输出方式负载电流：

≤5mA／每路

2.2.10电流输出方式负载电阻范围：

使用机内＋12V电源时：

0～250Ω

外加＋24V电源时：

0～750Ω

2.3数字量输入输出部分：

2.3.1可编程DI／DO共24路，一片8255

2.3.216位字长计数／定时器，3路，一片8253

2.3.3基准时钟：

1MHz，占空比50％

2.4电源功耗：

＋5V（±10％）≤500mA

＋12V（±10％）≤100mA

－5V（±10％）≤10mA

－12V（±10％）≤50mA

2.5使用环境要求：

工作温度：

10℃～40℃

相对湿度：

40％～80％

存贮温度：

－55℃～＋85℃

2.6外型尺寸：

（不含档板）

长×高＝210mm×106.7mm（8.2英寸×4.2英寸）

3.工作原理：

PC-6313模入模出接口卡主要由模数转换电路、数模转换电路、数字量输入输出电路，接口控制逻辑电路构成。

3.1工作原理框图：

PC-6313模入模出接口卡工作原理框图见图1。

图1工作原理框图

3.2模入部分：

外部模拟信号经多路转换开关选择后送入高速放大器处理。

放大器前后设有单／双端输入选择跨接器KJ1、KJ2和放大器增益选择跨接器KJ3以及转换码制选择跨接器KJ4。

处理后的信号送入模数转换器进行转换。

模数转换器的启动可以使用程序启动方式或者定时器定时触发启动方式，也可用外部触发方式启动。

其转换状态和结果可用程序查询和读出。

转换结束信号也可用中断方式通知CPU进行处理。

3.3模出部分：

模拟量输出部分由DAC1210D／A转换器件和有关的基准源、运放、阻

容件和跨接选择器组成。

依靠改变跨接套的连接方式，可分别选择电压或电流输出方式以及不同的输出量程。

当采用电流输出方式时，本卡可直接外接Ⅱ、Ⅲ型执行器。

D／A部分的各个通道由用户自行选择可分别按不同的输出方式和范围输出，并具有加电自动清零功能。

3.4数字量输入输出部分：

数字量输入输出电路由一片可编程并行接口芯片8255组成。

为用户提供24路TTL电平的DI／DO信号。

用户可以通过对8255进行编程，使其按需要设置成不同的工作模式及输入输出状态。

3.5计数／定时器部分：

计数／定时器电路由一片可编程定时／计数器8253芯片和基准时钟电路以及有关的跨接选择器组成。

可为用户提供3个16位字长的计数／定时通道和1MHz、占空比为50％的基准时钟。

3.68253可编程计数／定时器应用简介：

3.6.18253芯片管脚图如图2。

图28253芯片管脚图

3.6.28253功能及框图：

8253是INTEL公司微型计算机系统中的一个部件，可以将8253作为一个具有四个输入／输出接口的器件处理，其中三个是计数器，一个是可编程序工作方式的控制寄存器。

其内部结构图如图3所示。

图38253内部结构图

3.6.38253可编程计数／定时器编程要点：

8253的全部功能是由CPU编程设定的。

CPU通过输出指令给8253装入控制字，从而设定其功能。

8253控制字格式如下：

D7D6D5D4D3D2D1D0

SC1

SC0

RL1

RL0

BCD

各位的功能见表1～表4：

表1SC1、SC0－计数器选择

SC1SC0

选择计数器

选择0#

选择1#

选择2#

非法

表2RL1、RL0－CPU读／写操作

RL1RL0

操作类型

计数器封锁操作

读／写计数器低8位

读／写计数器高8位

先读／写低8位，后读／写高8位

表3M2、M1、M0－工作方式选择

M3M2M1

计数工作方式

000

方式0

001

方式1

010

方式2

011

方式3

100

方式4

101

方式5

表4BCD－计数方式选择

BCD

数码形式

十六位二进制计数

四位十进制（BCD）码计数

8253-5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，其功能如表5所示。

表5选通信号GATE的功能

低电平或进入低电平

上升边沿

高电平

方式0

禁止计数

----

允许计数

方式1

----

1.初始化和计数

2.下一个时钟后清除输出

----

方式2

1.禁止计数

2.使输出立即变为高电平

1.重新装入计数器

2.启动计数

允许计数

方式3

1.禁止计数

2.使输出立即变为高电平

初始化和计数

允许计数

方式4

禁止计数

计数未结束时初始化和计数

允许计数

方式5

----

初始化和计数

----

8253-5的三个计数器按照各工作方式寄存器中控制字的设置进行工作。

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：

比率发生器。

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；输出为低电平时第一个时钟输入脉冲使计数器减3，随后每个输入脉冲使计数器减2，到达计数终点时输出电平改变，计数器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。

在工作方式控制字中，如果设置计数器锁存操作，则该控制字中工作方式选择位M1、M0和计数方式选择位BCD无效。

即设置锁存操作时不影响计数器的工作方式，计数器锁存操作，是在计数器计数过程中，在不影响正在进行的计数操作的条件下，把当前的计数值锁存到寄存器，供CPU读取，这时在工作方式控制字中，SC1、SC0指定要锁存的计数器，RL1、RL0＝00表示锁存操作，其余4位无效，计数器按原来设定的方式工作。

当本卡A／D转换选择定时器定时触发启动工作方式时，一般将8253的工作方式设置为方式2（即比率发生器），以保证符合A／D转换启动信号的要求。

3.78255可编程I／O接口器件简介：

由于本说明书篇幅所限，且介绍8255器件使用及编程要点的资料较多，这里就不再赘述，请用户在使用时，自行查阅有关资料。

4.安装及使用注意：

本卡的安装十分简便，只要将主机机壳打开，在关电情况下，将本卡插入主机的任何一个空余扩展槽中，再将档板固定螺丝压紧即可。

扁平带缆可从主机后面引出并与外设连接。

本卡采用的模拟开关是COMS电路，容易因静电击穿或过流造成损坏，所以在安装或用手触摸本卡时，应事先将人体所带静电荷对地放掉，同时应避免直接用手接触器件管脚，以免损坏器件。

禁止带电插拔本接口卡。

本卡跨接选择器较多，使用中应严格按照说明书进行设置操作。

设置接口卡开关、跨接套和安装接口带缆均应在关电状态下进行。

当模入通道不全部使用时，应将不使用的通道就近对地短接，不要使其悬空，以避免造成通道间串扰和损坏通道。

电压方式模拟输出时，应避免输出端对地短路。

为保证安全及采集精度，应确保系统地线（计算机及外接仪器机壳）接地良好。

特别是使用双端输入方式时，为防止外界较大的共模干扰，应注意对信号线进行屏蔽处理。

5.使用与操作：

5.1主要可调整元件位置见图4。

图4主要可调整元件位置图

5.2输入输出插座接口定义：

输入输出插座接口定义（括号内表示双端输入时通道组成）见图5。

图5输入输出插座接口定义图

5.3I／O基地址选择：

I／O基地址的选择是通过开关K1进行的,开关拨至“ON”处为0,反之为1。

初始地址的选择范围一般为0100H～0378H之间。

用户应根据主机硬件手册给出的可用范围以及是否插入其它功能卡来决定本卡的I／O基地址。

出厂时本卡的基地址设为0300H，并从基地址开始占用连续16个地址。

现举例说明见图6。

a.0100Hb.0280Hc.0310H

图6I／O基地址选择举例

5.4跨接插座的用法：

5.4.1输入单／双端方式选择：

KJ1、KJ2为单／双端输入方式选择，其使用方法见图7。

KJ1KJ2KJ1KJ2

a.单端输入方式b.双端输入方式

图7单／双端输入方式选择

5.4.2放大器增益选择：

KJ3为放大器增益选择插座，其使用方法见图8。

1212

a.×1b.×10

图8放大器增益选择

5.4.3A／D转换码制选择：

KJ4为转换码制选择插座。

码制的定义参见5.6节。

用户应根据输入信号的极性进行选择，选择方法见图9。

SDSD

a.单极性原码b.双极性偏移码

图9A／D转换码制选择

5.4.4D／A输出量程选择：

KJ5、KJ6为D／A输出量程选择插座，其中KJ5对应D／A1，KJ6对应D／A2，使用时应配合KJ7、KJ8输出方式选择插座共同使用。

2路D／A可以选择相同或不同的输出方式和范围，互不影响。

各组插座的使用方法图10。

a.0～10Vb.0～5Vc.±5V

d.±2.5Ve.0～10mAf.4～20mA

图10　D／A输出方式及范围选择

5.4.5D／A输出方式选择：

KJ7、KJ8为D／A输出方式选择插座，其中KJ7对应D／A1，KJ8对应D／A2，使用中应与输出量程选择插座配合使用，否则会造成错误的结果。

KJ7、KJ8的使用方法见图11。

123123

a.电压输出方式b.电流输出方式

图11　D／A输出方式选择

5.4.6定时／计数器通道2使用选择：

本卡上的8253定时／计数器中，通道0和通道1已连成级连方式，即通道0的CLK0端接至1MHz时钟上，OUT0端接至通道1的CLK1端，通道0和通道1上的GATE并联接程控信号。

通道2留给用户选用，用户可通过KJ9选择通道2的连接方式，其信号定义及连接举例见图12。

a.信号定义b.通道2接内时钟c.通道2通过CZ2

程控接外信号

图12定时／计数器通道2使用选择

5.4.7定时触发启动选择：

KJ10用于在定时触发启动方式时，选择8253的定时／计数器输出通道，其定义及连接方法见图13，用户可根据需要选择。

KJ10KJ10KJ10KJ10

a.CTC0定时启动b.CTC1定时启动c.CTC2定时启动d.非定时触发方式

图13定时触发启动选择

5.4.8中断方式及中断源选择：

KJ11为中断有效及中断选择插座。

该插座全部开路时为非中断方式，中断源的选择见图14。

KJ11KJ11KJ11

a.IRQ7中断b.IRQ3中断c.非中断方式

图14中断源的选择

5.5控制端口地址与有关数据格式：

5.5.1各个控制端的操作地址与功能见表6。

表6端口地址与功能

端口操作地址

操作命令

功能

基地址＋0

写

写通道代码，写8253程控代码

基地址＋0

读

启动D／A转换

基地址＋1

写

启动A／D转换

基地址＋2

读

查询A／D转换状态，读高4位转换结果

基地址＋3

读

读A／D低8位转换结果，清除中断标志

基地址＋4

写

写D／A1高8位数据

基地址＋5

写

写D／A1低4位数据

基地址＋6

写

写D／A2高8位数据

基地址＋7

写

写D／A2低4位数据

基地址＋8

读/写

读／写8253计数器0通道数据

基地址＋9

读/写

读／写8253计数器1通道数据

基地址＋A

读/写

读／写8253计数器2通道数据

基地址＋B

写

写入8253控制寄存器控制字

基地址＋C

读/写

读／写8255A口数据

基地址＋D

读/写

读／写8255B口数据

基地址＋E

读/写

读／写8255C口数据

基地址＋F

写

写入8255控制寄存器控制字

5.5.2通道代码数据格式见表7。

表7通道代码数据格式

通道号

十进制代码

十六进制代码

输入方式

通道号

十进制代码

十六进制代码

输入方式

00H

单／双

10H

单

01H

单／双

11H

单

02H

单／双

12H

单

03H

单／双

13H

单

04H

单／双

14H

单

05H

单／双

15H

单

06H

单／双

16H

单

07H

单／双

17H

单

08H

单／双

18H

单

09H

单／双

19H

单

0AH

单／双

1AH

单

0BH

单／双

1BH

单

0CH

单／双

1CH

单

0DH

单／双

1DH

单

0EH

单／双

1EH

单

0FH

单／双

1FH

单

5.5.38253程控信号及中断申请允许信号的定义及数据格式：

8253程控信号及中断申请允许信号的定义及数据格式见表8。

　表88253程控信号及中断申请允许信号的定义及数据格式

端口地址

操作命令

D7D6D5D4

D3D2D1D0

操作结果

基地址＋0

写

1XXX

0XXX

通道代码

8253GATE允许

8253GATE禁止

5.5.4查询A／D转换状态数据格式：

查询A／D转换状态时的数据格式及意义见表9（端口地址为基地址+2）：

表9A／D转换状态数据格式（X表示任意）

操作命令

A／D转换状态

读

没有或正在转换

读

转换结束

5.5.5A／D转换结果数据格式：

A／D转换结果数据格式见表10：

表10A／D转换结果数据格式

端口地址

操作命令

意义

基地址+2

读

DB11

DB10

DB9

DB8

高4位数据

基地址+3

读

DB7

DB6

DB5

DB4

DB3

DB2

DB1

DB0

低8位数据

注：

读取低8位数据的另一附加作用是清除A／D转换标志及中断标志，在每一个A／D转换程序段开始时，应通过空读低8位数据初始化A／D转换标志及中断申请标志。

5.5.6D／A转换数据格式：

D／A1转换数据格式见表11，D／A2转换数据格式类同。

表11D／A1转换数据格式（X表示任意）

端口地址

操作命令

意义

基地址+4

写

DB11

DB10

DB9

DB8

DB7

DB6

DB5

DB4

高8位数据

基地址+5

写

DB3

DB2

DB1

DB0

低4位数据

5.6模入模出码制以及数据与模拟量的对应关系：

5.6.1本接口卡在单极性方式工作时，即模入模出的模拟量为0～10V时，转换后和写出的12位数码为二进制原码。

此12位数码表示一个正数码，其数码与模拟电压值的对应关系为：

模拟电压值＝数码（12位）×10（V）／4096（V）

即：

1LSB＝2.44mV

5.6.2本接口卡在双极性方式工作时，转换后和写出的12位数码为二进制偏移码。

此时12位数码的最高位（DB11）为符号位，“0”表示负，“1”表示正。

偏移码与补码仅在符号位上定义不同，可以先求出补码再将符号位

取反就可得到偏移码。

此时数码与模拟电压值的对应关系为：

模入模出信号为－5～＋5V时：

模拟电压值＝数码×10（V）／4096－5（V）

即：

1LSB＝2.44mV

5.7定时器定时触发信号的要求及使用说明：

本卡的A／D转换可以由本卡上的8253定时计数器自动定时触发进行，其定时触发脉冲波形及参数要求见图15。

其中：

100nS＜T1＜10uST2＞10uS

图15定时器脉冲或外触发信号波形图

由于A／D转换时定时触发启动信号的要求，我们推荐8253定时通道选用原则如下：

①当定时间隔小于65.535mS时，应选用一级定时通道来完成。

②当定时间隔大于65.535mS时，可选用两级定时通道串联使用，本卡在设计上已将8253定时／计数器的通道0和通道1接成级连方式，用户只需将KJ10选为CTC2定时启动，并对通道0、通道1进行编程操作即可。

另外，在选用定时触发方式前，应根据定时间隔的要求根据上述通道选用原则选择8253的定时／计数通道，并将KJ10设置好，然后参见8253编程要求（说明书3.6.3节），对8253进行编程及装入分频系数，同时在适当的时间对8253程控端置位，8253定时通道即会产生启动A／D转换所需的定时负脉冲，A／D转换的状态可以通过查询测知。

5.8外触发信号E.T的要求：

本卡的模入部分可以在外触发方式下工作。

每当E.T有一个低电平时，A／D就启动转换一次。

使用该方式时，应注意外信号源E.T信号必须符合TTL电平标准，其波形也可参见图15。

5.9中断工作方式：

本卡的A／D转换结束信号可以采用中断方式通知CPU进行处理。

改变KJ11的位置可以选用IRQ3中断或IRQ7中断。

用户在使用中断方式时，应对

主机系统的8259中断管理器进行初始化并编制中断处理程序。

并在8259中断允许之前，先清除本卡的中断标志。

当A／D转换结束时，本卡会向8259中断管理器发出一个高电平的中断申请，CPU接到中断请求后转向中断处

理程序运行读数操作。

当读取低8位转换结果时，会自动清除中断标志。

5.10电流输出方式的使用与扩展：

本卡模出部分可选择0～10mA或4

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