基本概念
過程通道(Channel),包括前向通道(輸入通道)和後向通道
(輸出通道),是計算機與生產過程之間信息傳遞和變換的途徑。過程通道具有完善性(具有專用性、方向性,即有用信號順利通過、無用信號被阻隔)和完整性(覆蓋從工藝現場到計算機的信息、能量全過程,較一般微機接口所涉及的內容更為全面)等特點。
分類
根據信號相對於計算機的流向,可將過程通道分為前向通道和後向通道。
前向通道(輸入通道)
根據現場輸入信號類型(如模擬電壓大信號/小信號、數位訊號等)的不同,具體可能包括感測器(信息源頭)、信號放大電路、採樣保持器、信號調理電路、ADC,或開關量輸入、頻率測量接口等。
後向通道(輸出通道)
根據現場被控對象的具體要求,通常有DAC、開關量輸出、功率驅動接口等。
過程通道信號種類
從現場(生產過程)信號特點,以及對應的過程通道技術的角度分析,可進一步將過程通道信號(包括前向、後向通道)的信號分為模擬量、開關量、脈衝量和SOE(Sequence of Event,事件順序),其中後兩種分別是前兩種的特例。
過程通道的編址方式
背景
計算機能經某一通道與過程對象互動,而不與其它通道發生衝突,主要依賴於過程通道的編址和地址解碼技術。
方法
為了區別外設所包含的各種有關暫存器,系統為它們分別賦予連線埠地址,簡稱口地址。所有可能的連線埠地址集合構成系統I/O地址空間。
計算機通過適當解碼方式,象訪問存儲單元一樣按連線埠地址訪問相應暫存器,從而實現對各種外部設備、I/O操作的控制。
兩種編址方式
方式 | 過程通道與存儲器 | 計算機訪問通道的方法 | 實例 |
獨立編址 | 地址空間分開設定,互不影響 | 互不影響特定的訪問指令及相應的控制信號 | 80×86:訪問通道的指令為IN(輸入)、OUT(輸出),訪問存儲器的指令為MOV |
統一編址/存儲器映像 | I/O連線埠看作是存儲單元;在電路設計時要合理規劃地址資源的分配 | 與記憶體訪問相同 | 80C51:訪問指令都為MOVX |
統一編址方式的優點
1.數據處理能力強。
2. 輸入輸出部分可以和存儲器部分共用解碼和控制電路。
3. CPU不需區分訪內操作及訪問輸入輸出操作的控制信號,可以相應減少引腳。
4. I/O連線埠數目不受限制。
統一編址方式的缺點
1.每個I/O操作需全字長地址解碼,整個指令執行時間較長。
2.程式中較難區分I/O操作。
3. I/O連線埠占用了存儲空間地址。
過程通道的地址解碼技術
過程通道地址解碼方法
1. 地址線直接選取法
2. 門電路解碼法
3. 解碼器解碼法
4. 比較器解碼法
5. GAL解碼法等
例GAL解碼法
GAL能夠完成一些簡單的邏輯轉換、簡單的計數器、鎖存器等功能
套用GAL完成解碼等功能,可以使整個電路簡潔、PCB實現容易,且可以線上改變功能。
CYPRESS公司出品的Flash可擦除CMOS型可程式PALCE16V8,具有10個輸入引腳,8個輸出引腳(也可以編程作為輸入引腳使用)。圖為PALCE16V8與MCU的14根地址線構成的地址解碼器,顯然所用連線非常少。
過程通道電路設計應考慮的典型問題
觸發方式
多個電路的開、關控制信號的一致性,例如都是電平觸發或都是沿觸發。
時序
多個電路的開、關控制信號的順序性,主要包括控制信號發生的時間順序和相互之間的時間差,以及與系統時鐘的關係。
器件的選擇
正確合理的器件選擇能夠保證電路的可靠運行,並使通道電路設計周期縮短。其中尤其注意正確的控制邏輯(這是電路正常工作的前提),以及晶片的性能指標與參數要留有適當裕量以便為系統擴展做準備。
通道的隔離
為防止通道前、後級之間以及通道之間的干擾,必要時應採取隔離措施。最常用的隔離器件是光電耦合器。總之,通道設計時要注意綜合套用軟、硬體技術,實現電路的安全可靠、性能與價格的統一。另外注意器件和通信標準的通用性,並為用戶的使用和二次開發提供方便。