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            單片機測控系統(tǒng)的軟硬件平臺技術

            作者: 時間:2012-03-16 來源:網絡 收藏

            1. 前言

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/171859.htm

            目前,隨著芯片功能的不斷發(fā)展和成熟,已經在工業(yè)測控中得到了廣泛的應用。市場上出現了很多型號的和相應的外圍模塊化產品,尤以8051系列和PIC單片機最為流行。功能強大的各種單片機的確減輕了控制設計人員的工作量,但它存在兩個問題:其一,在選定單片機過程中沒有考慮的綜合設計,即只考慮了硬件的方便性,沒有考慮與之相應的軟件,所以在設計周期中,硬件與軟件的設計過程分離且相互獨立,在系統(tǒng)集成前沒有交互作用;其二,在硬件選擇過程中,沒有考慮系統(tǒng)開發(fā)周期及成本,往往需要購買專用的開發(fā)系統(tǒng)及編程器,開發(fā)人員還要花費一定的時間熟悉指令和仿真器,延長開發(fā)周期。顯然,這種依據項目功能選擇單片機的設計方法限制了平衡的能力,不能充分發(fā)揮各自的潛力。當最后軟件與硬件組合到一起時,很可能要對硬件或軟件進行修改,有時甚至要增加部分特制的硬件,從而導致開發(fā)周期延長、系統(tǒng)綜合性能下降及潛在開發(fā)費用的增加。為此,要在開發(fā)周期和費用的限制下設計完整的控制系統(tǒng),需要采用軟硬件綜合設計的方法。本文提出的軟硬件,正是在軟硬件綜合設計思想的基礎上,考慮到單片機測控系統(tǒng)的獨特性及其在大多數應用領域中的相似性,以一種通用的硬件和軟件來實現計算機測控系統(tǒng)快速有效的綜合設計。用戶只需依據項目要求編制相應程序,即可完成整個系統(tǒng)的設計。

            2. 平臺技術介紹  

            以往在單片機測控系統(tǒng)中總是孤立地對待每一個工程項目,因此每做一個項目時,都需要從頭做起,效率很低。事實上,雖然單片機測控系統(tǒng)沒有辦公或管理系統(tǒng)那樣規(guī)范,但還是有一定規(guī)律。因此可以將共同的部分抽象出來,組成基本框架——即平臺。通常的單片機測控系統(tǒng)的組成框圖如圖一所示?!?/p>

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            在生產過程的控制中,從信號檢測和輸出控制兩個方向來看,單片機測控系統(tǒng)通常要處理3種類型的信號:

            ① 表示生產過程運行情況的開關量信號,如各種被控設備的啟停狀態(tài)、接觸器的開閉狀態(tài)、操作面板上的開關狀態(tài)以及各種物理量的上下限報警信號等。

            ② 反映生產過程工況和驅動現場控制裝置的模擬量信號,如模擬量輸入的重量、流量、轉速、壓力、料位、成分等,模擬量輸出的連續(xù)調節(jié)的調節(jié)閥,電動執(zhí)行機構等,它們都是一些隨時間連續(xù)變化的模擬量。

            ③ 純數字設備要求的數字信號,如與上位機進行通訊的RS232、RS485串行口、微型打印機等常規(guī)外設,某些數字式執(zhí)行裝置(步進電機及數顯裝置)以及某些數字式檢測裝置(光電碼盤,數字流量計等)。此類純數字信號大都可直接與單片機的數據線或通訊接口相連,其標準性和通用性很強,應用十分方便。而前兩類信號則大多與工業(yè)現場打交道,情況要復雜得多,這也是在系統(tǒng)設計中最難標準化、最費時的一項工作。平臺技術綜合應用軟硬件技術,力圖綜合工業(yè)現場中的大多數測控系統(tǒng)的主要部分,將圖一中的數字信號輸入、模擬信號輸入、A/D多路轉換、開關量輸出、模擬量輸出、鍵盤、數碼管顯示、與上位機通訊、看門狗電路、 FLASH存儲等硬件部分綜合成一個硬件平臺;依據該硬件平臺開發(fā)相應的鍵盤輸入模塊、數碼管顯示模塊、A/D轉換模塊、數字量輸入/輸出模塊、數據存儲模塊、與上位機通訊模塊等,并由這些模塊綜合成一個通用軟件平臺。兩者互為補充,又互為支持。

            2. 1 硬件平臺

            設計的單片機測控系統(tǒng)主要實現的功能有:

            ①實現單片機與生產過程之間的信息變換,包括A/D轉換、D/A轉換、電平變換、數字量的輸入輸出等。

            ②實現單片機與生產過程之間的信息傳送,包括多路信息的分時采集、多路控制的分時操作等。所有的功能做在一塊含CPU的主線路板上(也可稱為CPU板),鍵盤和顯示部分根據系統(tǒng)具體的面板要求靈活配置,實現單片機測控系統(tǒng)的鍵盤輸入和數碼管顯示。

            ③單片機測控系統(tǒng)采集數據及設置參數的存儲及硬件看門狗。


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