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PC-6311D 模入模出接口卡技术说明书

1. 概述：
PC-6311D 模入模出接口卡适适用于含有ISA 总线PC系列微机，含有很好兼容性，CPU从现在广泛使用64位处理器直到早期16位处理器均可适用，操作系统可选择经典MS-DOS，现在流行Windows系列 ，高稳定性Unix等多个操作系统和专业数据采集分析系统 LabVIEW 等软件环境。在硬件安装上也很简单,使用时只需将接口卡插入机内任何一个ISA总线插槽中,信号电缆从机箱外部直接接入。也可插入我所研制PC扩展箱内使用。
PC-6311D模入模出接口卡安装使用方便，程序编制简单。其模入模出及I／O信号均由卡上37芯D型插头及另配转换插头和外部信号源和设备连接。对于模入部分，用户可依据实际需要选择单端或双端输入方法。对于模出部分，用户可依据控制对象需要选择电压或电流输出方法和不一样量程。

2. 关键技术参数：
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
2.1.3 输入阻抗：≥10MΩ
2.1.4 A／D转换分辨率：12位
2.1.5 A／D转换速度：10μS
2.1.6 A／D开启方法：
程序开启／外触发开启
2.1.7 A／D转换结束识别：
程序查询／中止方法
2.1.8 A／D转换非线性误差：±1LSB
2.1.9 A／D转换输出码制：
单极性原码*／双极性偏移码
2.2.10系统综合误差：≤0.2％ FSR
2.2 模出部分：
2.2.1 输出通道数：
2路 (相互独立，可同时或分别输出，含有上电自动清零功效。)
2.2.2 输出范围：
电压方法：0～5V；0～10V*；±5V；±2.5V
电流方法：0～10mA；4～20mA
2.2.3 输出阻抗：≤2Ω (电压方法)
2.2.4 D／A转换器件：DAC1210
2.2.5 D／A转换分辨率：12位
2.2.6 D／A转换输入码制：
二进制原码(单极性输出方法时)*;
二进制偏移码(双极性电压输出方法时)
2.2.7 D／A转换综合建立时间：≤2μS
2.2.8 D／A转换综合误差：
电压方法：≤0.2％ FSR
电流方法：≤ 1％ FSR
2.2.9 电流输出方法负载电阻范围：
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 DI：8路；TTL标准电平
2.3.2 DO：8路；TTL标准电平；有输出锁存功效
2.4 电源功耗：
＋5V(±10％)≤400mA;
＋12V(±10％)≤100mA;
－5V(±10％)≤10mA
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＝182.6mm×106.7 mm (7.2英寸×4.2英寸)

3. 工作原理：
PC-6311D模入模出接口卡关键由模数转换电路、数模转换电路、数字量输入输出电路、接口控制逻辑电路组成。
3.1 工作原理框图：PC-6311D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 和转换码制选择跨接器KJ3。处理后信号送入模数转换器进行转换，其转换状态和结果可用程序查询和读出。模数转换器开启也可用外部触发方法开启。转换结束信号也可用中止方法通知CPU进行处理。
3.3 模出部分：
模拟量输出部分由DAC1210 D／A转换器件和相关基准源、运放、阻容件和跨接选择器组成。依靠改变跨接套连接方法，可分别选择电压或电流输出方法。当采取电流输出方法时，本卡可直接外接Ⅱ、Ⅲ型实施器。D／A 部分各个通道可分别按不一样输出方法和范围由用户自行选择，并含有加电自动清零功效。
3.4 数字量输入输出部分：
数字量输入输出电路由输入缓冲器和输出锁存器及相关电路组成，可分别输入输出8位TTL电平信号。

4. 安装及使用注意：
本卡安装十分简便，只要将主机机壳打开，在关电情况下，将本卡插入主机任何一个空余扩展槽中，同时CZ2也需要占用一个空余扩展槽，再将档板固定螺丝压紧即可。
本卡采取模拟开关是COMS 电路，轻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。
严禁带电插拔本接口卡。本卡跨接选择器较多，使用中应严格根据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时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。
为确保安全及采集精度，应确保系统地线（计算机及外接仪器机壳）接地良好。尤其是使用双端输入方法时，为预防外界较大共模干扰，应注意对信号线进行屏蔽处理。

5. 使用和操作：
5.1 关键可调整元件位置见图2。

图2 关键可调整元件位置图
5.2 I／O基地址选择：
I／O 基地址选择是经过开关K 进行，开关拨至“ON”处为0，反之为1。初始地址选择范围通常为100H～1EFH；210H～2EFH和300H～36FH之间。用户应依据主机硬件手册给出可用范围和是否插入其它功效卡来决定本卡I／O基地址。出厂时本卡基地址设为100H，并从基地址开始占用连续8个地址。现举例说明见图3。
ON 1 2 3 4 5 6 7 ON 1 2 3 4 5 6 7

A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9
(a) 100H (b) 318H
图3 I／O基地址选择举例
5.3 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方法时通道组成)CZ1见表1，CZ2见表2。( 注：CZ2需要占用一个PC插槽位。)
表1 输入插座CZ1接口定义
插座引脚号
信 号 定 义
插座引脚号
信 号 定 义
1
模拟地
20
模拟地
2
CH1 (CH1+)
21
CH17(CH1-)
3
CH2 (CH2+)
22
CH18(CH2-)
4
CH3 (CH3+)
23
CH19(CH3-)
5
CH4 (CH4+)
24
CH20(CH4-)
6
CH5 (CH5+)
25
CH21(CH5-)
7
CH6 (CH6+)
26
CH22(CH6-)
8
CH7 (CH7+)
27
CH23(CH7-)
9
CH8 (CH8+)
28
CH24(CH8-)
10
CH9 (CH9+)
29
CH25(CH9-)
11
CH10(CH10+)
30
CH26(CH10-)
12
CH11(CH11+)
31
CH27(CH11-)
13
CH12(CH12+)
32
CH28(CH12-)
14
CH13(CH13+)
33
CH29(CH13－)
15
CH14(CH14+)
34
CH30(CH14－)
16
CH15(CH15+)
35
CH31(CH15－)
17
CH16(CH16+)
36
CH32(CH16－)
18
＋5V输出
37
外触发 E.T
19
模拟地

表2 输入输出插座CZ2接口定义(NC为空脚)
插座引脚号
信 号 定 义
插座引脚号
信 号 定 义
1
D／A1电压端
20
模拟地
2
D／A2电压端
21
模拟地
3
NC
22
NC
4
D／A1电流端
23
＋12V输出
5
D／A2电流端
24
＋12V输出
6
NC
25
NC
7
＋5V输出
26
＋5V输出
8
DI0
27
DI1
9
DI2
28
DI3
10
DI4
29
DI5
11
DI6
30
DI7
12
NC
31
NC
13
DO0
32
DO1
14
DO2
33
DO3
15
DO4
34
DO5
16
DO6
35
DO7
17
数字地
36
数字地
18
NC
37
NC
19
NC

5.4 跨接插座使用方法：
5.4.1 输入单／双端方法选择：
KJ1、KJ2为单／双端输入方法选择，其使用方法见图4

KJ1 KJ2 KJ1 KJ2
a. 单端输入方法 b. 双端输入方法
图4 单／双端输入方法选择
5.4.2 转换码制选择：
KJ3为转换码制选择插座。码制订义参见5.6节。用户应依据输入信号极性进行选择，选择方法见图5。
S D S D

a. 单极性原码 b. 双极性偏移码
图5 转换码制选择
5.4.3 D/A输出方法及范围选择：
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。2路D／A 能够选择相同或不一样输出方法和范围，互不影响。各组插座使用方法见图6。

图6 D／A输出方法及范围选择
5.4.4 中止方法及中止源选择：
KJ4为中止有效及中止源选择插座。该插座全部开路时为非中止方法，中止源选择见图7。

KJ4 KJ4 KJ4
a. IRQ3中止 b. IRQ7中止 c. 非中止方法
图7 中止源选择
5.5 控制端口地址和相关数据格式：
5.5.1 各个控制端操作地址和功效见表3：
表3 端口地址和功效
端口操作地址
操作命令
功 能
基地址+0
写
写通道代码, 选通道
基地址+0
读
开启D／A转换
基地址+1
写
开启A／D转换
基地址+1
读
查询A／D转换状态，读高4位转换结果
基地址+2
读
读低8位转换结果，清除转换状态及中止标志
基地址+3
写
写I／O 输出数据
基地址+3
读
读I／O 输入数据
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
5.5.2 通道代码数据格式见表4：
表4 通道代码数据格式
通道号
十进制代码
十六进制代码
输入方法
通道号
十进制代码
十六进制代码
输入方法
1
0
00H
单／双
17
16
10H
单
2
1
01H
单／双
18
17
11H
单
3
2
02H
单／双
19
18
12H
单
4
3
03H
单／双
20
19
13H
单
5
4
04H
单／双
21
20
14H
单
6
5
05H
单／双
22
21
15H
单
7
6
06H
单／双
23
22
16H
单
8
7
07H
单／双
24
23
17H
单
9
8
08H
单／双
25
24
18H
单
10
9
09H
单／双
26
25
19H
单
11
10
0AH
单／双
27
26
1AH
单
12
11
0BH
单／双
28
27
1BH
单
13
12
OCH
单／双
29
28
1CH
单
14
13
ODH
单／双
30
29
1DH
单
15
14
0EH
单／双
31
30
1EH
单
16
15
0FH
单／双
32
31
1FH
单
5.5.3 查询A／D转换状态数据格式：
查询A／D转换状态时数据格式及意义见表5(端口地址为基地址+1)：
表5 A／D转换状态数据格式(X表示任意)
操作命令
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
A／D转换状态
读
1
x
x
x
x
x
x
x
正在转换中
读
0
x
x
x
x
x
x
x
转换结束
5.5.4 A／D转换结果数据格式：
A／D转换结果数据格式见表6：
表6 A／D转换结果数据格式
端口地址
操作命令
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
意 义
基地址+1
读
0
0
0
0
DB11
DB10
DB9
DB8
高4位数据
基地址+2
读
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
低8位数据
5.5.5 D／A转换数据格式：
D／A1转换数据格式见表7，D／A2转换数据格式类同。
表7 D／A1转换数据格式 (X表示任意)
端口地址
操作命令
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
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
x
x
x
x
低4位数据

5.6 模入模出码制和数据和模拟量对应关系：
5.6.1 本接口卡在单极性方法工作时，即模入模出模拟量为0～10V时，转换后和写出12位数码为二进制原码。此12 位数码表示一个正数码，其数码和模拟电压值对应关系为：
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法工作时，转换后和写出12 位数码为二进制偏移码。此时12位数码最高位(DB11)为符号位，“0”表示负，“1”表
示正。偏移码和补码仅在符号位上定义不一样，能够先求出补码再将符号位取反就可得到偏移码。此时数码和模拟电压值对应关系为：
模入模出信号为－5～＋5V时：
模拟电压值＝数码(12位)×10(V)／4096－5 (V)
即：1LSB＝2.44mV
5.7 外触发信号E.T要求：
本卡模入部分能够在外触发方法下工作。每当E.T有一个低电平时，A／D就开启转换一次。使用该方法时，应注意E.T信号必需符合TTL电平标准，其波形参见图8。

其中： T1 ＞ 100nS T2 ＞ 10uS
图8 E.T信号波形图
5.8 中止工作方法：
本卡A／D 转换结束信号能够采取中止方法通知CPU 进行处理。改变KJ4位置能够选择IRQ3中止或IRQ7中止。用户在使用中止方法时，应对主机系统 8259 中止管理器进行初始化并编制中止处理程序。并在8259中止许可之前，先清除本卡中止标志。当A／D转换结束时，本卡会向8259 中止管理器发出一个高电平中止申请，CPU 接到中止请求后转向中止处理程序运行读数操作。当读取低8位转换结果时，会自动清除中止标志。
5.9 电流输出方法使用和扩展：
本卡模出部分可选择0～10mA或4～20mA电流输出方法以直接驱动Ⅱ、Ⅲ型实施仪表。采取电流输出方法时，供电电源能够使用本卡提供＋12V。也可扩展使用机外＋24V 电源。其连接使用方法见图9。
CZ2 CZ2

a. 使用机内＋12V电源 b. 扩展机外＋24V电源
图9 电流输出方法使用方法
5.10 调整和校准：
5.10.1 产品出厂前，本卡模入模出部分均已根据单极性0～10V调整好，通常情况下用户不需进行调整，假如用户改变了工作模式及范围，可按本节所述方法进行调整。调整时应开机预热20 分钟以上后进行，并准备一块4位半以上数字万用表。
5.10.2 各电位器功效说明：
W1为输入放大器零点调整。
W2为A／D转换器满度调整。
W3为A／D转换器双极性偏移调整。
W4为D／A1零点调整。
W5为D／A1满度调整。
W6为D／A2零点调整。
W7为D／A2满度调整。
5.10.3 模入部分调整：
凡改变模入工作方法，假如采样结果偏差大于20mV以上，需要对模入部分进行调整。
①零点调整：使任一通道和模拟地短接，并按实际需要设置好通道代码运行程序对该通道采样。用电压表测量 OP-37 运放第6 脚，调整W1使电压表读数小于100μV。
② A／D转换满度调整：在任一通道接入一靠近正满度电压信号，运行程序对该通道采样。调整W2使A／D转换读数值等于或靠近外信号电压。
③ A／D转换双极性偏移调整：在单极性方法时，W3 可用于零点辅助调整。在双极性方法时，假如误差较大，可在外端口分别加上正负电压信号，调整W3使其对称。
5.10.4 模出部分调整：
凡改变模出部分方法和量程后，假如输出结果误差较大，需要对模出部分进行调整。
①零点调整：在单极性方法时调整W4(D／A1)或W6(D／A2)使其偏差最小。
②满度调整：在零点调整正常情况下，假如满度偏差较大，可经过调整W5(D／A1)或W7(D／A2)使满度符合要求。

6. 驱动程序介绍∶
PC-6000 系列演示程序及驱动程序是为PC-6000 系列多功效工控采集板配制工作在中西文Windows 95/ 98/ NT环境下一组驱动程序和使用该驱动程序组建一个演示程序，能够方便地使用户在中西文 Windows 环境下检测硬件工作状态和帮助软件开发人员在常见 C\C++, Visual Basic, Delphi, Borland C++ Builder, Borland Pascal for windows 等开发环境中使用 PC-6000 系列工控采集板进行数据采集和过程控制等工作.驱动程序是一个标准动态链接库 (DLL文件)。它输出函数能够被其它应用程序在运行时直接调用。用户应用程序能够用任何一个能够使用 DLL 链接库编程工具来编写。 每种板卡依据其本身功效不一样含有不一样输出函数和参数定义。

驱动程序输出函数定义∶
所列函数说明格式为 VC++6.0环境下PC6000.Dll库函数原函数格式，不管使用哪一个开发工具，务必请注意数据格式匹配及函数返回类型，本说明中所使用数据类型定义以下：
short ～ 16位带符号数
unsigned char ～ 8位无符号数

模拟量输入部分:
* 函数: short APIENTRY AI6311Single(short nAdd,short nCha,short AIMode)
功效: 进行某一通道模拟量数据采集。
参数: nAdd 基地址
nCha 通道号： 0 – 31(单端), 0 – 15(双端)
AIMode 输入方法： 0 -- 原码值
1 -- 0,10v
2 -- -5v,+5v

* 函数: void APIENTRY AI6311AllSingle(short nAdd,short AIMode,short *p)
功效: 单端输入方法下，全部32通道模拟量数据采集。
参数: nAdd 基地址
AIMode 输入方法： 0 -- 原码值
1 -- 0,10v
2 -- -5v,+5v
p 指向32个通道采集结果起始地址

* 函数: void APIENTRY AI6311AllDouble(short nAdd,short AIMode,short *p)
功效: 双端输入方法下，全部16通道模拟量数据采集。
参数: nAdd 基地址
AIMode 输入方法： 0 -- 原码值
1 -- 0,10v
2 -- -5v,+5v
p 指向16个通道采集结果起始地址

模拟量输出部分:
* 函数: void APIENTRY AO6311Single(short nAdd,short nCha,short nValue,short DAMode)
功效: 进行某一通道模拟量数据输出操作。
参数: nAdd 基地址
nCha 通道号: 0 – 1
nValue 输出数据∶ 单位为毫伏(电压方法) 或微安(电流方法)。
DAMode 输出方法: 0 -- 原码值
1 -- 0,10v
2 -- 0,5v
3 -- -5,5v
4 -- -2.5,2.5v
5 -- 0,10mA
6 -- 4,20mA
返回: 无返回值。

数字量输入/输出部分∶
* 函数: unsigned char APIENTRY DI6311Bit(short nAdd,short nBit)
功效: 采集某一位数字量输入信号状态。
参数: nAdd 基地址
nBit 通道号：0-7

* 函数: unsigned char APIENTRY DI6311All(short nAdd)
功效: 采集全部通道(8路) 数字量输入信号状态。
参数: nAdd 基地址
返回: 返回值为8个输入信号状态

* 函数: void APIENTRY DO6311Bit(short nAdd,short nBit,unsigned char nState)
功效: 进行某一个通道数字量数据输出操作。
参数: nAdd 基地址
nBit 通道号： 0-7
nState 1表示将输出高电平，0表示将输出低电平。
返回: 无返回值

* 函数: void APIENTRY DO6311All(short nAdd,unsigned char nState)
功效: 同时进行全部8个通道数字量数据输出操作。
参数: nAdd 基地址
nState 各位输出状态, nStateD0代表Bit0, D3代表Bit3。
返回: 无返回值

如有需要使用 Windows 系列及 LabVIEW 驱动程序用户可向本企业索取, 请注明所使用操作系统和开发软件。

7. 编程举例：
7.1 对通道1连续采样100次，程序开启和查询。本程序可用于A／D部分调校。
7.1.1 BASIC语言：

　 10 CLS 　；清屏
　　 20 ADD=&H300 ；板基地址设为0300H
30 A=INP(ADD+2) ；清转换及中止标志
　　 40 CH=0 ；对通道1采样
　　 50 OUT（ADD+0），CH ；送通道代码
　　 60 FOR T=0 TO 99 ；设采样次数
　 70 OUT （ADD+1），0 ；开启A／D，所送数值无关
　 80 IF INP(ADD+1)>=128 THEN 80 ；查询A／D转换状态
　 90 H=INP(ADD+1) ；转换结束，读高4位结果
　 100 L=INP(ADD+2) ；读低8位结果
110 V=(H×256+L)×10000/4096 ；将结果转换为十进制数据
120 PRINT V；“mV” ；显示结果，用“mV”表示
130 NEXT T ；循环100次
140 END
注：假如是双极性信号，则110句改为：V=(H×256+L)×10000/4096-5000

7.1.2 C语言：

#include "stdio.h"
#include "dos.h"
#include "conio.h"

main()
{
int ch; /* 定义通道变量 */
float value[100]; /* 定义数组变量 */
int dl,dh,i,j,base; /* 定义过程变量 */
clrscr(); /* 清屏 */
base=0x300; /* 设板基地址＝300H */
dl=inportb(base+2) /* 清转换及中止标志 */
printf("Input channle number:"); /* 输入通道号 */
scanf("%d",&ch);
outportb(base,ch); /* 送通道代码 */
for(j=0;j<100;j++){ /* 设采样次数 */
for(i=0;i<100;i++); /* 延时，常数由机型决定 */
outportb(base+1,0); /*开启A／D,所送数值无关*/
do{ /* 查询A／D转换状态 */
;
}while(inportb(base+1)>=128);
dh=inportb(base+1); /*转换结束,读高4位结果 */
dl=inportb(base+2); /* 读低8位结果 */
value[j]=(dh*256+dl)*10.0/4096.0-5.0; /* 将结果转换为电压值*/
}
for(j=0;j<100;j++) /* 显示结果 */
printf("%f ",value[j]);
}

7.2 循环采集A／D 32通道，程序开启和查询。
C语言程序：

#include "stdio.h"
#include "dos.h"
#include "conio.h"

main()
{
int ch; /* 定义通道变量 */
float value[32]; /* 定义数组变量 */
int dl,dh,i,base; /* 定义过程变量 */
clrscr(); /* 清屏 */
for(ch=0;ch<=31;ch++){ /* 定义循环通道数 */
base=0x300; /* 设板基地址＝300H */
dl=inportb(base+2) /* 清转换及中止标志 */
outportb(base,ch); /* 送通道代码 */
for(i=0;i<100;i++); /* 延时,常数由机型决定*/
outportb(base+1,0); /* 开启A／D,所送数值无关*/
do{ /* 查询A／D转换状态 */
;
}while(inportb(base+1)>=128);
dh=inportb(base+1); /* 转换结束,读高4位结果 */
dl=inportb(base+2); /* 读低8位结果 */
value[ch]=(dh*256+dl)*10.0/4096.0-5.0; /* 转换结果*/
} /* 下一个通道 */
for(ch=0;ch<=31;ch++) /* 显示结果 */
printf("%f ",value[ch]);
}

7.3 对通道1外触发开启，程序查询取数，采样100组。

　 10 CLS ；清屏
　 20 ADD=&H280 ；设板基地址为0280H
30 A=INP(ADD+2) ；清转换及中止标志
　 40 CH=0 ；对通道1采样，
　 50 DIM A1(100) ；定义数组长度
　 60 FOR T=0 TO 99 ；定义循环次数
　 70 OUT （ADD+0），CH ；送通道代码
80 IF INP(ADD+1)<128 THEN 80 ；等候外触发信号
90 IF INP(ADD+1)>=128 THEN 90 ；等候转换结束
100 H=INP(ADD+1) ；取高4位结果
110 L=INP(ADD+2) ；取低8位结果
120 A1(T)=(H×256+L)×10000/4096 ；处理后存入数组
130 NEXT T ；循环

7.4 读写数字量：
10 ADD=&H300 ；板基地址设为0300H
　 20 DO=XX ；设数据输出为XX
　 30 OUT(ADD+3）,DO ；写出并锁存
　 40 DI=INP(ADD+3) ；读入数字量状态
　 50 PRINT DI ；显示
　 60 END

7.5 使D／A1、D／A2分别输出0V；10V；3.333V；6.666V；2.000V；8.000V。D／A工作方法为单极性0～10V。本程序可用于D／A部分调校。

　 10 CLS ；清屏
　 20 ADD=&H110 ；板基地址设为0110H
　 30 DAH=（ADD+4） ；设D／A1高、低字节
　35 DAL=（ADD+5） ；端口地址
40 FOR DA=1 TO 2