??? 通道控制器采用Altera公司的CPLD器件FLEX10K50QC240來實現(xiàn)。PC104主機首先初始化通道控制器，通過板卡命令對板卡進(jìn)行操作，如啟動、停止、設(shè)置工作參數(shù)（如中斷選擇、每分鐘采樣次數(shù)、輸出因子等）。然后通道控制器對各個AD7711通道進(jìn)行操作，如寫AD7711的控制寄存器" title="控制寄存器">控制寄存器、讀寫其校準(zhǔn)寄存器里的校正因子、讀取每個通道的采樣數(shù)據(jù)。通道控制器的另一個功能是根據(jù)PC104主機的指示對串口E²PROM進(jìn)行讀寫操作，并提供結(jié)果。
??? 采樣頻率有1Hz、2Hz、4Hz、8Hz、16Hz、32Hz、64Hz等，指定每個通道每分鐘等間隔采樣次數(shù)。板卡的控制器提供數(shù)據(jù)緩沖能力，每個采樣周期都將12個通道的數(shù)據(jù)保存在緩沖器里。在存儲了若干個采樣周期的數(shù)據(jù)后，向主機發(fā)出中斷，讓PC104總線讀走數(shù)據(jù)，輸出因子則指定每次中斷間采樣周期的個數(shù)。板卡提供八個ISA中斷，主機可以選擇其中一個。
??? AD7711每次采樣16位數(shù)據(jù)，所以主機PC104總線從通道控制器讀取數(shù)據(jù)時，使用16位I/O訪問，因此/IOCS16和SBHE信號應(yīng)當(dāng)被驅(qū)動，而IOCHRDY則被用來插入等待周期。由于通道控制器和AD7711都采用10MHz時鐘，所以對于CPU主頻比較快的PC104總線，其ALE、/IOW、/IOR、AEN等信號的有效電平脈寬是與時鐘周期有關(guān)系的，此時它們的脈寬可能比板卡的時鐘周期100ns要小，故不能用它們直接作為時鐘使能，而應(yīng)當(dāng)利用它們的沿來鎖存" title="鎖存">鎖存地址，并觸發(fā)得到寬脈沖信號完成使能，鎖存數(shù)據(jù)。
??? AD7711采用自時鐘方式。SCLK提供串行時鐘輸出；SDATA是串行數(shù)據(jù)位；/DRDY的下降沿表明數(shù)據(jù)字準(zhǔn)備好，當(dāng)傳送完畢時恢復(fù)到高電平；/TFS、/RFS是發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀同步信號；A0是地址輸入，表明是對AD7711控制寄存器操作，還是對AD7711數(shù)據(jù)或校準(zhǔn)寄存器操作。
2 通道控制器的設(shè)計
2.1 邏輯框圖
??? 這里采用CPLD器件FLEX10K50QC240來實現(xiàn)通道控制器的所有邏輯。其內(nèi)部邏輯原理框圖如圖2所示。主要的功能有：①包含有若干個控制或狀態(tài)寄存器，主要用來設(shè)置工作參數(shù)和對AD7711通道進(jìn)行控制；②對AD7711的數(shù)字界面提供接口；③提供足夠的數(shù)據(jù)緩沖能力；④具有可編程的采樣時鐘發(fā)生器；⑤具有內(nèi)部RAM和控制讀取片外串口E2PROM的能力。

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??? 當(dāng)主機的PC104總線地址被驅(qū)動時，則在ALE的下降沿鎖存地址。當(dāng)選中板卡地址時（這里以0x280～0x28f為例），則利用/IOW的上升沿鎖存數(shù)據(jù)，并根據(jù)地址譯碼的不同，鎖存到不同的寄存器里。這里有四個控制寄存器，即通道操作寄存器(CtlReg,0x282)、板卡命令寄存器(CmdReg,0x286)、用于串口E2PROM和內(nèi)部RAM的存儲器操作控制寄存器(EepReg，其中包括用于控制的16位寄存器0x288和數(shù)據(jù)寄存器0x289)及參數(shù)寄存器（ParaReg,ox280）。由于通道操作寄存器是32位，主機對同一個口地址（如0x282）連續(xù)進(jìn)行兩個16位寫操作，因此利用兩個連續(xù)的/IOW寫數(shù)據(jù)。通道操作寄存器低24位是寫入AD7711的數(shù)據(jù)，即24位控制字或校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。高8位的含義如下：

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??? R/W：0表示寫，1表示讀。
??? F1,F0：00表示對AD7711控制寄存器操作，11表示對AD7711校準(zhǔn)寄存器操作，01則是讀取數(shù)據(jù)。
??? CHCH3CH2CH1CH0：1xxxx表示全通道操作，0xxxx表示某單通道操作。
??? 因為分配給每塊采集卡的I/O地址空間有限，所以利用板卡命令寄存器的低8位作為參數(shù)數(shù)據(jù)，高8位作為命令/參數(shù)類型。為了穩(wěn)定可靠地鎖存數(shù)據(jù)，參數(shù)寄存器的使能信號由板卡命令寄存器寫選中信號延時兩個時鐘周期得到。參數(shù)類型是指采樣速率、輸出因子、中斷號。板卡命令寄存器高8位提供的命令有啟動（START）、停止、同步（驅(qū)動AD7711的/sync線）、復(fù)位、FIFO清零等命令。
??? 圖2中的粗線表示數(shù)據(jù)的流向。通道主控器（ChnMaster）與AD7711數(shù)字界面接口，負(fù)責(zé)產(chǎn)生AD7711的所有讀寫時序。一共有12個通道主控器，可以并行地工作，由通道觸發(fā)電路（ChnTrigger）觸發(fā)和指定串/并工作方式。它將通道操作寄存器給出的并行24位控制字或校準(zhǔn)數(shù)據(jù)（由CtlReg.F1F0決定）轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù),由SDATA發(fā)送出去，或者讀取AD7711的數(shù)據(jù)寄存器和控制/校準(zhǔn)寄存器，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成24位和16位的并行數(shù)據(jù)。當(dāng)通道主控器產(chǎn)生Rdy信號時表示接收完畢，新的數(shù)據(jù)已經(jīng)獲得。
??? 根據(jù)通道操作寄存器的24～28位，有全通道和單通道工作方式。
??? 當(dāng)CH=1時，為全通道的數(shù)據(jù)采集并行工作方式。如果板卡命令START有效，可編程時鐘發(fā)生器（ProgClkGen）則根據(jù)采樣速率輸出采樣時鐘。采樣時鐘直接或經(jīng)定時器（Timer）延時后產(chǎn)生Tpt信號輸入到通道觸發(fā)電路，產(chǎn)生通道使能信號Ena，從而觸發(fā)通道主控器開始工作。每個通道的通道主控器讀取AD7711的數(shù)據(jù)，當(dāng)16位數(shù)據(jù)讀完時，輸出Rdy信號。控制分配器（Director）接收采樣時鐘和Rdy信號。當(dāng)所有通道的Rdy信號都收到時，輸出通道選擇信號到4～16多路選擇器,依次選通各個通道的數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生FIFO寫控制信號，將每個通道的數(shù)據(jù)寫入FIFO里。當(dāng)采樣次數(shù)達(dá)到輸出因子大小時，就通過中斷產(chǎn)生模塊（IntrGen）輸出一個指定的中斷脈沖。PC104主機接收到中斷后,讀取參數(shù)寄存器（0x280）的值，其大小即為輸出數(shù)據(jù)的個數(shù)。控制分配器還對主機連續(xù)讀取數(shù)據(jù)的/IOR信號進(jìn)行計數(shù)，若該次中斷讀取的數(shù)據(jù)完畢，產(chǎn)生中斷處理結(jié)束信號，允許下次對FIFO進(jìn)行寫操作。
??? 當(dāng)CH=0時，由CH3CH2CH1CH0決定對哪個通道操作，一般對AD7711讀寫控制字和校準(zhǔn)字時使用單通道的操作。當(dāng)PC104主機寫控制寄存器時，內(nèi)部產(chǎn)生一個表示寫新控制字完畢的脈沖信號，觸發(fā)通道觸發(fā)電路使之產(chǎn)生一個通道使能信號Ena，使相應(yīng)的通道主控器開始工作。如果寫AD7711控制/校準(zhǔn)寄存器，則通道主控器將24位數(shù)據(jù)鎖存，進(jìn)行并-串轉(zhuǎn)換發(fā)送出去。如果讀AD7711控制/校準(zhǔn)寄存器，則通道主控器接收串行數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成24位并行數(shù)據(jù)。通道操作寄存器的通道號決定多路選擇器的輸出，將數(shù)據(jù)鎖存到通道寄存器數(shù)據(jù)鎖存器(0x284)里。操作完成后，狀態(tài)寄存器的busy位為0，主機就可以從地址0x284讀取到相應(yīng)AD7711控制/校準(zhǔn)寄存器里的數(shù)據(jù)。
??? 圖2里還包括了內(nèi)部RAM和對外部串口E2PROM。可以初始化RAM，使CPLD在上電時就保存有各通道校準(zhǔn)參數(shù)，但是若修改固化參數(shù)，必須重新編譯和對外部配置器件編程，用戶主機不能修改。若將參數(shù)保存在片外的串口E2PROM，則可以對其讀和寫，以方便用戶主機根據(jù)實際情況校準(zhǔn)各個通道，并保存新的校準(zhǔn)參數(shù)。
2.2? 通道主控器的設(shè)計
??? 通道主控器的主要結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括左移移位寄存器、/RFS和/TFS生成模塊、SCLK計數(shù)器。發(fā)送時，內(nèi)部輸入數(shù)據(jù)通過LodSht鎖存，通過移位從Sdata_o輸出；接收時，串行數(shù)據(jù)從Sdata_i輸入，通過移位得到并行數(shù)據(jù)（24位）輸出到內(nèi)部。ClrSht和EnaSht分別是清零和使能信號。

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