一種力學儀器用同步控制采集卡制造技術

一種力學儀器用同步控制采集卡包括中央處理單元，該中央處理單元包括有一個數字信號處理器芯片DSP，該數字信號處理器芯片DSP的內部還包括內置EQEP模塊單元和內置MCBSP模塊單元；位置信號經該正交編碼器信號接收單元轉換為DSP可接收電平后，連接至DSP內置EQEP模塊單元，由數字信號處理器芯片DSP直接接收編碼器信號，模擬信號經模擬前端處理后接入模數轉換單元ADC，模數轉換單元ADC與數字信號處理器芯片DSP接口為該內置MCBSP模塊單元，數字信號處理器芯片DSP通過該內置MCBSP模塊單元在其DMA中斷中同時采集一次模擬信號和編碼器信號，即達到兩種信號的同步采集。本發明專利技術將運動控制卡功能與模擬信號采集卡功能集成在一起，可實現模擬信號采集功能和位置信號采集功能的同步。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種采集卡，尤其是涉及一種將運動控制卡功能與模擬信號采集卡功能集成在一起的同步控制采集卡，主要應用在力學儀器中。
技術介紹
現有的信號采集卡，對于傳統力學儀器，既要控制電機，又要采集力與編碼器信號，至少需要2張卡。現有的信號采集卡，必須置于PC主板上，并嚴重占用PCI總線帶寬及PC的CPU資源，才能實現上述2種信號的采集。現有的信號采集卡，進行上述2種信號的采集，由于PC操作系統的影響，并不能達到同步的采集。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題在于：克服現有技術的缺陷，提出將運動控制卡功能與模擬信號采集卡功能集成在一起的同步控制采集卡，通過一張卡，可實現模擬信號采集功能和位置信號采集功能的同步，同時，該卡通過網絡與PC機之間傳輸數據，不占用過多的PC資源。為了解決上述問題，本專利技術提出了如下技術方案：一種力學儀器用同步控制采集卡，其包括中央處理單元、四路編碼器信號輸入接口、四軸運動控制輸出接口、GPIO外部輸入輸出接口、DA控制信號輸出接口、AD信號采集輸入接口、正交編碼器信號接收單元、模數轉換單元ADC；該中央處理單元包括有一個數字信號處理器芯片DSP，還包括有外擴靜態隨機存儲器和閃存，該數字信號處理器芯片DSP的內部還包括內置EQEP模塊單元和內置MCBSP模塊單元；該中央處理單元與該四路編碼器信號輸入接口、四軸運動控制輸出接口、GPIO外部輸入輸出接口之間分別連接有光電隔離電路或隔離器件；該中央處理單元與該DA控制信號輸出接口、AD信號采集輸入接口分別連接有數字信號隔離電路或隔離器件；???位置信號經該正交編碼器信號接收單元轉換為DSP可接收電平后，連接至DSP內置EQEP模塊單元，由數字信號處理器芯片DSP直接接收編碼器信號即數字信號，模擬信號經模擬前端處理后接入模數轉換單元ADC，模數轉換單元ADC與數字信號處理器芯片DSP接口為該內置MCBSP模塊單元，數字信號處理器芯片DSP通過該內置MCBSP模塊單元在該內置MCBSP模塊單元的DMA中斷中同時采集一次模擬信號和編碼器信號，即達到兩種信號的同步采集。上述技術方案的進一步限定在于，該中央處理單元與該四路編碼器信號輸入接口、四軸運動控制輸出接口、GPIO外部輸入輸出接口之間分別連接有光電耦合器。上述技術方案的進一步限定在于，該中央處理單元與該DA控制信號輸出接口、AD信號采集輸入接口分別連接有數字信號隔離器。上述技術方案的進一步限定在于，該力學儀器用同步控制采集卡還包括LAN接口。上述技術方案的進一步限定在于，該力學儀器用同步控制采集卡還包括預留接口。上述技術方案的進一步限定在于，該力學儀器用同步控制采集卡還包括預留LCD/鍵盤接口。????與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果：1、兩卡合一，集成度高：?將運動控制卡功能與模擬信號采集卡功能集成在一起，且通過一張卡，可實現模擬信號采集功能和位置信號采集功能的同步。2、網絡傳輸，配置靈活：該同步控制采集卡內置高速數字信號處理器芯片DSP，在系統中使用時占用PC資源小，可脫離PC工作，通過高速工業以太網與PC相連，該網絡傳輸方式更能適應工業場合的應用，靈活性高。3、同步采集，實時性好：該同步控制采集卡能實現電機的四軸運動控制，其最高脈沖頻率超過1MHz；同時實現對位置信號（編碼器或其它位置傳感器）與力量傳感器信號的完全同步采集，最高采樣率可達10M；將采集信號數據包實時發送至PC，延時可小于1ms，采集數據傳輸帶寬可達10MB/s。4、隔離電源，抗干擾性強：該同步控制采集卡采用隔離電源供電與分開鋪地的方式，將內部控制電路與外部接口完全隔離開來，有效的抑制來自電機、電源及其他外部電氣元件對采集信號的干擾。附圖說明圖1是同步控制采集卡在工業系統中的一種應用示意圖。圖2是同步控制采集卡原理框圖。圖3是同步控制采集卡實現同步采集功能的硬件接口圖。圖4是同步控制采集卡的數據采集、存儲及傳輸過程示意圖。圖5是本專利技術力學儀器用同步控制采集卡與電腦（PC）采用LAN接口連接的原理圖。圖6是本專利技術的一個實施例的實物外觀圖。圖7是本專利技術的一個實施例的PCB元件布局圖。圖8是本專利技術的一個實施例的PCB覆銅布局圖。具體實施方式如圖1至圖8所示，本專利技術提出一種力學儀器用同步控制采集卡，其包括：中央處理單元1、四路編碼器信號輸入接口2、四軸運動控制輸出接口3、GPIO外部輸入輸出接口4、DA控制信號輸出接口5、AD信號采集輸入接口6、LAN接口7、預留接口8、預留LCD/鍵盤接口9、正交編碼器信號接收單元、模數轉換單元ADC。該中央處理單元1包括有一個數字信號處理器芯片DSP，還包括有外擴靜態隨機存儲器（SRAM）和閃存（Flash）等。該數字信號處理器芯片DSP的內部還包括內置EQEP模塊單元和內置MCBSP模塊單元。該內置EQEP模塊是指增強型正交編碼器脈沖模塊單元。該內置MCBSP模塊單元是TI公司生產的數字信號處理芯片的多通道緩沖串行口。該中央處理單元1與四路編碼器信號輸入接口2、四軸運動控制輸出接口3、GPIO外部輸入輸出接口4、DA控制信號輸出接口5、AD信號采集輸入接口6之間分別連接有隔離電路或隔離器件。其中，該中央處理單元1與該四路編碼器信號輸入接口2、四軸運動控制輸出接口3、GPIO外部輸入輸出接口4之間分別連接有光電隔離電路或隔離器件，本實施例中是分別連接有光電耦合器。其中，該中央處理單元1與該DA控制信號輸出接口5、AD信號采集輸入接口6分別連接有數字信號隔離電路或隔離器件，本實施例中是分別連接有數字信號隔離器。該LAN接口7、預留接口8、預留LCD/鍵盤接口9分別采用本
現有的通用的專用電路實現的。該力學儀器用同步控制采集卡采用隔離電源供電與分開鋪地的方式，將內部控制電路即中央處理單元1與外部的部分接口完全隔離開來。該力學儀器用同步控制采集卡可實現四軸運動控制功能：通過中央處理單元1、隔離電路或隔離器件、GPIO外部輸入輸出接口4、DA控制信號輸出接口5、四路編碼器信號輸入接口2以及四軸運動控制輸出接口3的功能電路能實現四個電機的運動控制，其中中央處理單元1是數據的運算、處理和控制的核心。????該力學儀器用同步控制采集卡的實施方案按如下方式實現四軸運動控制，硬件上包含有4路脈沖+方向的脈沖IO控制和4路位置反饋IO信號（一般為編碼器、光柵尺等，反饋為脈沖+方向信號或正交編碼AB相信號）及相關原點、限位信號，本專利技術采用DSP的IO端口+內部動態定時器的方式（軟件處理）實現4軸控制，使用DSP內部捕捉模塊接收反饋信號，普通IO端口的中斷實現控制相關的原點、限位信號的處理。該力學儀器用同步控制采集卡可實現模擬信號采集功能：通過中央處理單元1、隔離電路或隔離器件、以及AD信號采集輸入接口6的功能電路實現模擬信號采集本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種力學儀器用同步控制采集卡，其特征在于，其包括中央處理單元、四路編碼器信號輸入接口、四軸運動控制輸出接口、GPIO外部輸入輸出接口、DA控制信號輸出接口、AD信號采集輸入接口、正交編碼器信號接收單元、模數轉換單元ADC；該中央處理單元包括有一個數字信號處理器芯片DSP、外擴靜態隨機存儲器和閃存，該數字信號處理器芯片DSP的內部還包括內置EQEP模塊單元和內置MCBSP模塊單元；該中央處理單元與該四路編碼器信號輸入接口、四軸運動控制輸出接口、GPIO外部輸入輸出接口之間分別連接有光電隔離電路或隔離器件；該中央處理單元與該DA控制信號輸出接口、AD信號采集輸入接口分別連接有數字信號隔離電路或隔離器件；位置信號經該正交編碼器信號接收單元轉換為DSP可接收電平后，連接至DSP內置EQEP模塊單元，由數字信號處理器芯片DSP直接接收編碼器信號即數字信號，模擬信號經模擬前端處理后接入模數轉換單元ADC，模數轉換單元ADC與數字信號處理器芯片DSP接口為該內置MCBSP模塊單元，數字信號處理器芯片DSP通過該內置MCBSP模塊單元在該內置MCBSP模塊單元的DMA中斷中同時采集一次模擬信號和編碼器信號，即達到兩種信號的同步采集。...

【技術特征摘要】
1.一種力學儀器用同步控制采集卡，其特征在于，其包括中央處理單元、四路編碼器信號輸入接口、四軸運動控制輸出接口、GPIO外部輸入輸出接口、DA控制信號輸出接口、AD信號采集輸入接口、正交編碼器信號接收單元、模數轉換單元ADC；
該中央處理單元包括有一個數字信號處理器芯片DSP、外擴靜態隨機存儲器和閃存，該數字信號處理器芯片DSP的內部還包括內置EQEP模塊單元和內置MCBSP模塊單元；
該中央處理單元與該四路編碼器信號輸入接口、四軸運動控制輸出接口、GPIO外部輸入輸出接口之間分別連接有光電隔離電路或隔離器件；
該中央處理單元與該DA控制信號輸出接口、AD信號采集輸入接口分別連接有數字信號隔離電路或隔離器件；
位置信號經該正交編碼器信號接收單元轉換為DSP可接收電平后，連接至DSP內置EQEP模塊單元，由數字信號處理器芯片DSP直接接收編碼器信號即數字信號，模擬信號經模擬前端處理后接入模數轉換單元ADC，模數轉換單元ADC與數字信號處理器芯片DSP...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉健，劉俊峰，鄧巨高，
申請(專利權)人：東莞市毫克檢測儀器有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44