摘 要：为了满足基于CPCI总线抗恶劣环境计算机进行D/A输出的需求，提出了一种基于CPCI总线接口的D/A模块的设计方法，D/A模块通过ISA总线与主机通讯，在主模块的控制下，提供数字量到模拟量的转换通道。该方法包括了D/A模块的设计原理和实现过程，并重点对一些关键技术进行介绍。目前该方法已经投入使用，效果良好。
关键词：D/A ；CPCI；计算机；ISA总线
引言
抗恶劣环境计算机为了实现伺服控制功能，经常需要使用DA模块【1】。
主模块可以通过CPCI总线对该板进行操作，在主模块的控制下，提供八个数字量到模拟量的转换通道。每个DAC转换控制器具有12位的分辨率和0.03%的满量程精度。
本设计中AD/DA模块具备以下功能：
（1）数据输入格式：16位字方式输入；
（2）通道数：8个；
（3）分辨率：12位；
（4）输出阻抗：0.1欧；
（5）模拟量输出：0V～+10V、-5V～+5V、-10V～+10V电压，或4mA～20mA电流；
（6）非线性：最大值的±1/2最低有效位；
（7）失调或增益误差：用电位器每个通道分别调整；
（8）建立时间：小于0.5mS达到最后值的1/2最低有效位（10V）；
（9）电源要求：Vcc=+5V ±5%；
（10）接口连接：Compact PCI接口；
（11）总线控制方式：ISA总线
1．设计原理
该D/A转换模块具有八个数字量到模拟量的转换通道，每个通道具有12位的分辨率。在主CPU的控制下，通过ISA总线进行操作，该板以字输入方式工作，根据不同的应用场合每个通道可以分别选择0V～+10V、-5V～+5V、-10V～+10V电压，或4mA～20mA电流的四种输出范围。本板单+5V供电，一个隔离的DC/DC变换器为模拟电路提供±15V电源；两个隔离的DC/DC变换器为模拟量隔离芯片提供±15V电源，如果选择电流方式输出，这两个隔离电源模块同时给电压转电流芯片提供±15V电源(前5路和后3路分开隔离)；一个隔离的DC/DC变换器为光隔芯片提供+5V电源。
2．实现方法
基于CPCI总线接口的D/A模块具体实现如下。
2.1 D/A芯片的选择
D/A转换的精度主要由D/A芯片的位数来决定，所以，D/A芯片的选择是关键。0.025%的目标精度，D/A输出0-10V，则最大误差为：10×0.025%=2.5mV, 选用16位D/A芯片时，
1LSB=10÷216=0.154mV,则最大误差为
2.5÷0.154=16LSB，
所以，可以选用BB公司的DAC715PB，其最大误差±4LSB
2.2 DC/DC的选择
DC/DC电源的选择，DAC715PB的功耗为0.6W，±15V ，ISO122隔离前的功耗为0.21W，±15V，总功耗为： P总=8（0.6+0.21）=6.48
因此，可以选用BWR-15/275-D5A,功率为8.5W，输出±15V，输入5V；IS0122隔离后的功耗为0.21W，则P总=8×0.21=1.68W，因此，可以选用BWR-15/165-D24，功率为5W，输出±15V，输入24V。
2.3隔离及电流环的选择
该模块要具有隔离抗干扰要求，以及信号源要经过30米电缆传送的实际条件，在D/A转换模块中采用了模拟量隔离和光隔的方法，隔离芯片选用BB公司的ISO122隔离运算放大器，输入为0~10V，与DAC715接口方便；输出为0~10V。模拟电流输出部分选用芯片XTR110AG，此芯片的输入可选，若选择0~10V输入，则与ISO122接口很方便；此芯片的输出可选，选4~20mA输出，外部用24VDC供电，电流环的地与外部电源的地是共地的，与其他输出通道的地也是共地的，即电流环为三线制工作方式，可满足要求。
3．系统接口的时序
接口的时序见图1和表1。
图1 接口时序图
DATX
tDS tDH
ADRX
tAS tAH
MWTC tCMD
XACK tXACK tCK
INH1 INH2 tCI
表1：
参数最小值最大值说 明tAS50nS地址建立时间tDS50nS数据建立时间tAH50nS地址保持时间tDH50nS数据保持时间tCMD100nS命令脉冲宽度tXACK0.05mS1.5mSACK延迟tCK0100nSACK保持时间tCI100nS禁止延迟
４．结束语
基于CPCI总线接口的D/A模块的设计方法采用运放隔离设计，可有效的对计算机进行保护，并提高了模块的抗干扰能力。目前该设计方法已经投入应用，通过该设计方法设计的D/A模块已经投入应用，经长时间考核，模块运行稳定可靠。
参考文献：
[1] 刘书明.高性能模数和数模转换设计[M]， 西安电子科技大学，2000
[2] 尹勇，李宁.PCI总线设备开发宝典[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005
[3] 周群 李宇 张吉.基于CPCI总线的智能A/D、D/A模块设计[J].现代电子技术,2009
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