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過程通道

鎖定
計算機控制系統中,為了實現計算機對生產過程的控制,必須在計算機和生產過程之間設置信息傳遞和變換的連接通道。這個通道稱之為過程通道。 [1] 
中文名
過程通道
外文名
Channel
方    式
輸入通道和輸出通道

過程通道基本概念

計算機控制中的過程通道 計算機控制中的過程通道
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。

過程通道分類

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。

過程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、數字信號等)的不同,具體可能包括傳感器(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。

過程通道後向通道輸出通道

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。

過程通道過程通道的編址方式

過程通道背景

計算機能經某一通道與過程對象交互,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譯碼技術。

過程通道方法

為了區別外設所包含的各種有關寄存器,系統為它們分別賦予端口地址,簡稱口地址。所有可能的端口地址集合構成系統I/O地址空間。
計算機通過適當譯碼方式,象訪問存儲單元一樣按端口地址訪問相應寄存器,從而實現對各種外部設備、I/O操作的控制。

過程通道兩種編址方式

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
地址空間分開設置,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端口看作是存儲單元;在電路設計時要合理規劃地址資源的分配
與內存訪問相同
80C51:訪問指令都為MOVX

過程通道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譯碼和控制電路。
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端口數目不受限制。

過程通道統一編址方式的缺點

1.每個I/O操作需全字長地址譯碼,整個指令執行時間較長。
2.程序中較難區分I/O操作。
3. I/O端口占用了存儲空間地址。

過程通道過程通道的地址譯碼技術

過程通道過程通道地址譯碼方法

1. 地址線直接選取法
2. 門電路譯碼法
3. 譯碼器譯碼法
4. 比較器譯碼法
5. GAL譯碼法等

過程通道例GAL譯碼法

過程通道 過程通道
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
應用GAL完成譯碼等功能,可以使整個電路簡潔、PCB實現容易,且可以在線改變功能。
CYPRESS公司出品的Flash可擦除CMOS型可編程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譯碼器,顯然所用連線非常少。

過程通道過程通道電路設計應考慮的典型問題

過程通道觸發方式

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。

過程通道時序

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。

過程通道器件的選擇

正確合理的器件選擇能夠保證電路的可靠運行,並使通道電路設計週期縮短。其中尤其注意正確的控制邏輯(這是電路正常工作的前提),以及芯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。

過程通道通道的隔離

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應用軟、硬件技術,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,併為用户的使用和二次開發提供方便。
參考資料
  • 1.    邴志剛.計算機控制:北京交通大學出版社,2005-8