面向高速貼片機的雙總線控制模式的多io控制裝置制造方法
【專利摘要】面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置，涉及一種控制裝置。為了解決目前控制器不利于多控制口的整合的問題。它包括CPLD控制模塊、單片機模塊、CAN總線通信模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊和ISA二級總線；CPLD控制模塊通過電平轉(zhuǎn)換模塊和ISA二級總線與ISA二級總線其他設(shè)備通信；單片機模塊通過CAN總線通信模塊與CAN總線其他設(shè)備通信；單片機模塊外中斷/地址復(fù)用端口與CPLD控制模塊負責(zé)中斷IO端口連接；單片機模塊第一通用IO端口通過7位專用地址并行總線與CPLD控制模塊負責(zé)地址IO端口連接；單片機模塊第二通用IO端口通過16位專用數(shù)據(jù)并行總線與CPLD控制模塊的負責(zé)數(shù)據(jù)IO端口連接。它用于工業(yè)通用控制器。
【專利說明】面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制裝置，特別涉及一種面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以PLC為代表的工業(yè)通用控制器，雖然已經(jīng)具有較成熟的設(shè)計方案但該類產(chǎn)品具有體積大，價格高，控制器功能單一，不利于多控制口的整合，在SMT領(lǐng)域的應(yīng)用具有一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決目前的控制器不利于多控制口的整合的問題，本發(fā)明提供一種面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置。
[0004]本發(fā)明的面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置，它包括CPLD控制模塊、單片機模塊、CAN總線通信模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊和ISA 二級總線；
[0005]CPLD控制模塊通過電平轉(zhuǎn)換模塊和ISA 二級總線與ISA 二級總線其他設(shè)備通信；
[0006]單片機模塊通過CAN總線通信模塊與CAN總線其他設(shè)備通信；
[0007]單片機模塊的外中斷/地址復(fù)用端口與CPLD控制模塊的負責(zé)中斷IO端口連接；
[0008]單片機模塊的第一通用IO端口通過7位專用地址并行總線與CPLD控制模塊的負責(zé)地址IO端口連接；
[0009]單片機模塊的第二通用IO端口通過16位專用數(shù)據(jù)并行總線與CPLD控制模塊的負責(zé)數(shù)據(jù)IO端口連接。
[0010]它還包括32位數(shù)字輸入模塊、第一信號隔離電路、32位數(shù)字功率輸出模塊、第二信號隔離電路和8位數(shù)字信號輸出模塊；
[0011]32位數(shù)字輸入模塊的數(shù)字信號輸出端與第一信號隔離電路的數(shù)字信號輸入端連接，第一信號隔離電路的24V數(shù)字信號輸出端與CPLD控制模塊的24V數(shù)字信號輸入端連接；
[0012]CPLD控制模塊的數(shù)字信號輸出端與第二信號隔離電路的數(shù)字信號輸入端連接；
[0013]第二信號隔離電路的24V數(shù)字信號輸出端與32位數(shù)字功率輸出模塊的24V數(shù)字信號輸入端連接；
[0014]單片機模塊的8位數(shù)字信號輸出端與8位數(shù)字信號輸出模塊的8位數(shù)字信號輸入端連接。
[0015]它還包括FLASH存儲及斷電保護模塊；
[0016]所述FLASH存儲及斷電保護模塊，用于定時寫入單片機模塊的工作狀態(tài)，還用于在突發(fā)的斷電情況下為單片機模塊供電，直到電源恢復(fù)正常供電。
[0017]它還包括邏輯電源輸入模塊和驅(qū)動電源輸入模塊；
[0018]邏輯電源輸入模塊為CPLD控制模塊、單片機模塊、CAN總線通信模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、ISA 二級總線、第一信號隔離電路和第二信號隔離電路提供工作電源；
[0019]驅(qū)動電源輸入模塊為32位數(shù)字輸入模塊、32位數(shù)字功率輸出模塊和8位數(shù)字信號輸出模塊提供工作電源。
[0020]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明以32位寬范圍24V數(shù)字輸入模塊為邏輯輸入，通過以單片機模塊2和CPLD控制模塊I為主控制模塊，通過邏輯運算CPLD控制模塊I和時序運算單片機模塊2實現(xiàn)共40位的24V數(shù)字邏輯信號輸出和功率輸出。同時具有ISA 二級總線5和CAN總線通信模塊3，可以實現(xiàn)ISA 二級總線5對預(yù)定地址的數(shù)據(jù)輸出和讀入，同時也具備CAN總線的讀入和輸出能力，同時總線數(shù)據(jù)可以參與控制數(shù)字輸出和輸入，實現(xiàn)雙總線控制模式的SMT專用多IO控制系統(tǒng)，利于多控制口的整合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明所述的面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0022]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置，它包括CPLD控制模塊1、單片機模塊2、CAN總線通信模塊3、電平轉(zhuǎn)換模塊4和ISA 二級總線5 ；
[0023]CPLD控制模塊I通過電平轉(zhuǎn)換模塊4和ISA 二級總線5與ISA 二級總線5其他設(shè)備通信；
[0024]單片機模塊2通過CAN總線通信模塊3與CAN總線其他設(shè)備通信；
[0025]單片機模塊2的外中斷/地址復(fù)用端口與CPLD控制模塊I的負責(zé)中斷IO端口連接;
[0026]單片機模塊2的第一通用IO端口通過7位專用地址并行總線與CPLD控制模塊I的負責(zé)地址IO端口連接；
[0027]單片機模塊2的第二通用IO端口通過16位專用數(shù)據(jù)并行總線與CPLD控制模塊I的負責(zé)數(shù)據(jù)IO端口連接。
[0028]本實施方式由CPLD控制模塊I和單片機模塊2構(gòu)成總控制模塊，CPLD控制模塊I在處理復(fù)雜邏輯功能時擁有非常靈活高效和高適應(yīng)性的特點，面對不同的邏輯需要只需更改CPLD控制模塊I內(nèi)部程序而不需要改變電路板的硬件電路組成，本實施方式的這個特點使其能夠完成所有的數(shù)字輸入和輸出邏輯控制功能，而不是單一的硬件邏輯控制，同時，通過CAN總線通信模塊3和ISA 二級總線5的連接本實施方式可以和具有相同接口的控制板或者驅(qū)動板進行拓展，完成更加復(fù)雜的邏輯功能。除此之外，CPLD控制模塊I和單片機模塊2都有對應(yīng)的IOM有源晶振和4M無源晶振，因此亦可以為本實施方式提供良好的時序控制功能，通過芯片選型可以使其達到很高的穩(wěn)定性，能夠充分完成目前市場上PLC控制器型IO控制系統(tǒng)的基本功能,完成向下兼各的能力。
[0029]本實施方式的CPLD控制模塊I和單片機模塊2互相通過八位地址線和16位數(shù)據(jù)線并行接口通信，其中地址并行總線連接單片機模塊2外部中斷口，可以通過中斷完成實時響應(yīng)，通過8位地址線可以管理多達256個地址或者特殊命令，并且通過外部中斷進行，不占用單片機模塊2自身進程。
[0030]為配合SMT系統(tǒng)實時控制功能，本實施方式加入了雙總線的控制，其中ISA 二級總線5能夠在短距離里實現(xiàn)快速并行數(shù)據(jù)通信，也可以通過設(shè)置命令地址執(zhí)行上位系統(tǒng)輸出的對應(yīng)自身系統(tǒng)的命令。而CAN總線通信模塊3則可以在較長距離和其他設(shè)備進行通信，也可以輸出和輸入設(shè)定的命令，ISA 二級總線5和CAN總線通信模塊3都能對本實施方式進行讀取和操作，使本實施方式能獲得大量外部數(shù)據(jù)，也能將自己的數(shù)據(jù)輸出給其他有需要的系統(tǒng)。大大提高了整個工作系統(tǒng)的靈活性、智能性和實時性。同時，本實施方式通過編寫程序就能將ISA 二級總線5和CAN總線通信模塊3上的數(shù)據(jù)進行交互，使得其他只有一個總線的系統(tǒng)可以借助本實施方式對無法控制和通信的總線進行數(shù)據(jù)的讀入寫出和命令控制。
[0031]本實施中，利用ISA總線擴展ISA 二級總線5的方法:
[0032]所述步驟一、將PC104嵌入式系統(tǒng)與CPLD控制模塊I通過ISA總線連接，并采用有源晶振作為CPLD控制模塊I的時鐘信號，
[0033]步驟二、將PC104嵌入式系統(tǒng)與CPLD控制模塊I通過ISA總線連接，CPLD控制模塊I實現(xiàn)對ISA總線的解析擴展出二級總線。
[0034]步驟二所述的CPLD控制模塊I實現(xiàn)對ISA總線的解析擴展出二級總線的過程包括寫數(shù)據(jù)過程，所述寫數(shù)據(jù)過程包括以下步驟:
[0035]步驟二一、采用譯碼器對ISA總線的地址總線和控制總線進行譯碼，并輸出讀信號線、寫信號線、選擇二級地址總線信號線和選擇二級數(shù)據(jù)總線信號線，
[0036]步驟二二、在選擇二級地址總線信號線上寫數(shù)據(jù)，將ISA總線的數(shù)據(jù)總線中的低八位作為二級總線地址信號，
[0037]步驟二三、采用鎖存器對選擇二級地址總線信號線上的數(shù)據(jù)進行鎖存，采用有源晶振作為鎖存器數(shù)據(jù)鎖存的觸發(fā)信號，選通外圍設(shè)備，
[0038]步驟二四、在選擇二級數(shù)據(jù)總線信號線上寫數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)，同時PC104嵌入式系統(tǒng)打開ISA總線中的寫信號線，采用鎖存器對選擇二級數(shù)據(jù)總線信號線上的數(shù)據(jù)進行鎖存，然后PC104嵌入式系統(tǒng)關(guān)閉ISA總線中的寫信號線。
[0039]步驟二所述的CPLD控制模塊I實現(xiàn)對ISA總線的解析擴展出二級總線的過程包括讀數(shù)據(jù)過程，所述讀數(shù)據(jù)過程包括以下步驟:
[0040]步驟二 A、采用譯碼器對ISA總線的地址總線和控制總線進行譯碼，并輸出讀信號線、寫信號線、選擇二級地址總線信號線和選擇二級數(shù)據(jù)總線信號線，
[0041]步驟二 B、在選擇二級地址總線信號線上寫數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)中的低八位數(shù)據(jù)作為二級總線地址信號，
[0042]步驟二 C、采用鎖存器對選擇二級地址總線信號線上的數(shù)據(jù)進行鎖存，采用有源晶振作為鎖存器數(shù)據(jù)鎖存的觸發(fā)信號，選通外圍設(shè)備，
[0043]步驟二 D、選通的外圍設(shè)備將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上，然后PC104嵌入式系統(tǒng)打開ISA讀信號線，將外圍設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)通過總線驅(qū)動器和ISA總線傳入PC104嵌入式系統(tǒng)中進行讀取，然后PC104嵌入式系統(tǒng)關(guān)閉ISA讀信號線。【具體實施方式】二:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置的進一步限定，
[0044]它還包括32位數(shù)字輸入模塊6、第一信號隔離電路7、32位數(shù)字功率輸出模塊8、第二信號隔離電路9和8位數(shù)字信號輸出模塊10 ；[0045]32位數(shù)字輸入模塊6的數(shù)字信號輸出端與第一信號隔離電路7的數(shù)字信號輸入端連接，第一信號隔離電路7的24V數(shù)字信號輸出端與CPLD控制模塊I的24V數(shù)字信號輸入端連接；
[0046]CPLD控制模塊I的數(shù)字信號輸出端與第二信號隔離電路9的數(shù)字信號輸入端連接;
[0047]第二信號隔離電路9的24V數(shù)字信號輸出端與32位數(shù)字功率輸出模塊8的24V數(shù)字信號輸入端連接；
[0048]單片機模塊2的8位數(shù)字信號輸出端與8位數(shù)字信號輸出模塊10的8位數(shù)字信號輸入端連接。
[0049]本實施方式設(shè)置多達32位的寬范圍24V數(shù)字信號輸入作為主要輸入，在輸入端擁有自帶可選的上拉和下拉電阻，因此NPN和PNP型的傳感器信號都能直接接入本實施方式的輸入端而無需通過其他接線端子等中轉(zhuǎn)點處理上拉或下拉。數(shù)字信號輸入和控制芯片接口電壓不同，因此本實施方式采用信號隔離電路對其進行信號隔離，使外部電源和控制板邏輯芯片電源完全隔離，保證了良好的安全性和信號的穩(wěn)定性。
[0050]本實施方式采用了專為解決復(fù)雜邏輯的CPLD控制模塊1，因此數(shù)字輸入和輸出也集中在CPLD控制模塊I的引腳上，這使工程實踐時面對不同的邏輯要求可以直接通過改變CPLD控制模塊I的程序即可直接將輸入信號進行邏輯控制后實時輸出，由于CPLD可以做到和實際邏輯電路相同，相比于PLC和單片機控制芯片CPLD時延小，擁有較高的穩(wěn)定性，編程簡單。
[0051]本實施方式擁有32位數(shù)字功率輸出的能力，CPLD控制模塊I低壓數(shù)字輸出信號經(jīng)過第二信號隔離后成為24V數(shù)字信號，再由達林頓管放大輸出，可以做到0.5A的引腳電流輸出，完全具備功率驅(qū)動的能力。
[0052]除此之外，單片機模塊2部分擁有8位定時器與IO復(fù)用引腳通過信號隔離放大模塊可對外輸出信號，除了可以由單片機模塊2控制8位數(shù)字信號輸出外，單片機模塊2可以通過定時器對外輸出準確的時序信號，以驅(qū)動步進電機等外部設(shè)備，實現(xiàn)精確傳送等功能。
[0053]【具體實施方式】三:本實施方式是對【具體實施方式】一或二所述的面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置的進一步限定，
[0054]它還包括FLASH存儲及斷電保護模塊11 ;
[0055]所述FLASH存儲及斷電保護模塊11，用于定時寫入單片機模塊2的工作狀態(tài)，還用于在突發(fā)的斷電情況下為單片機模塊2供電，直到電源恢復(fù)正常供電。
[0056]本實施方式所述的FLASH存儲及斷電保護模塊11為一塊128KB的flash芯片，通過SPI協(xié)議，定時對芯片進行狀態(tài)寫入，可以保證在需要的時候本實施方式所述的控制裝置和總線上的其他設(shè)備可以查詢到flash芯片中儲存的信息，同時，此芯片有專用的電容保護，能夠在突發(fā)的斷電情況下任為芯片短期供電，以待電源恢復(fù)后總控制芯片從中讀出斷電時丟失的工作狀態(tài)信息，重新正常工作。
[0057]【具體實施方式】四:本實施方式是對【具體實施方式】二所述的面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置的進一步限定，
[0058]它還包括邏輯電源輸入模塊12和驅(qū)動電源輸入模塊13 ；
[0059]邏輯電源輸入模塊12為CPLD控制模塊1、單片機模塊2、CAN總線通信模塊3、電平轉(zhuǎn)換模塊4、ISA 二級總線5、第一信號隔離電路7和第二信號隔離電路9提供工作電源；
[0060]驅(qū)動電源輸入模塊13為32位數(shù)字輸入模塊6、32位數(shù)字功率輸出模塊8和8位數(shù)字信號輸出模塊10提供工作電源。
[0061]本實施方式對外界信號的輸入輸出默認采用24V信號，CPLD控制模塊1、單片機模塊2、CAN總線通信模塊3、電平轉(zhuǎn)換模塊4、第一信號隔離電路7和第二信號隔離電路9采用3.3V電壓供電，ISA 二級總線5則按照規(guī)定采用5V供電，邏輯電源輸入模塊12和驅(qū)動電源輸入模塊13均帶有電源輸入?yún)^(qū)域有電源指示燈，反接保護和濾波的功能。對外部提供了 24V和5V的彎角插座，本實施方式所述的控制裝置自帶5V-3.3V電平轉(zhuǎn)換芯片，最大支持3A的電流，保證本實施方式所述的控制裝置的正常工作。
[0062]在實際應(yīng)用中，本發(fā)明為一塊大小約為IOcmX20cm的電路板，由專用插針座和插針扣進行信號與電源的輸入和輸出，連接到工作平臺上。且內(nèi)部帶有自動電平轉(zhuǎn)換和電源保護顯示模塊，外接5V邏輯電源和24V驅(qū)動電源即可工作，控制部分有程序燒入插座，方便實時調(diào)試，燒入程序。電路板的四角有固定過孔，同時ISA 二級總線5插針允許多板疊加工作，并通過ISA 二級總線5互相通信。
[0063]本發(fā)明擁有多達32位數(shù)字信號輸入和40位的數(shù)字功率/信號輸出，并可以通過定時器實現(xiàn)時序輸出。
[0064]本發(fā)明可以通過雙總線與其他設(shè)備通信和遠程控制，在總線中能夠作為主機發(fā)送命令也可作為從機接收命令執(zhí)行相對的邏輯運算。
[0065]本發(fā)明擁有斷電數(shù)據(jù)保護能力，擁有128K的數(shù)據(jù)存儲能力。
[0066]本發(fā)明邏輯電源輸入模塊12和驅(qū)動電源輸入模塊13的電源信號分離，不共地，擁有較高的安全性，單獨供電工作，方便測試調(diào)試。
[0067]本發(fā)明可以自帶大電流電平轉(zhuǎn)換芯片和電源保護，只需外界24V和5V電源即可工作。
【權(quán)利要求】
1.面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置，其特征是在于，它包括CPLD控制模塊(I)、單片機模塊(2 )、CAN總線通信模塊(3 )、電平轉(zhuǎn)換模塊(4)和ISA 二級總線(5 ); CPLD控制模塊(I)通過電平轉(zhuǎn)換模塊(4)和ISA 二級總線(5)與ISA 二級總線(5)其他設(shè)備通信； 單片機模塊(2)通過CAN總線通信模塊(3)與CAN總線其他設(shè)備通信； 單片機模塊(2)的外中斷/地址復(fù)用端口與CPLD控制模塊(I)的負責(zé)中斷IO端口連接; 單片機模塊(2)的第一通用IO端口通過7位專用地址并行總線與CPLD控制模塊(I)的負責(zé)地址IO端口連接； 單片機模塊(2)的第二通用IO端口通過16位專用數(shù)據(jù)并行總線與CPLD控制模塊(I)的負責(zé)數(shù)據(jù)IO端口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置，其特征在于，它還包括32位數(shù)字輸入模塊(6)、第一信號隔離電路(7)、32位數(shù)字功率輸出模塊(8)、第二信號隔離電路(9)和8位數(shù)字信號輸出模塊(10)； 32位數(shù)字輸入模塊(6)的數(shù)字信號輸出端與第一信號隔離電路(7)的數(shù)字信號輸入端連接，第一信號隔離電路(7)的24V數(shù)字信號輸出端與CPLD控制模塊(I)的24V數(shù)字信號輸入端連接； CPLD控制模塊(I)的數(shù)字信號輸出端與第二信號隔離電路(9)的數(shù)字信號輸入端連接; 第二信號隔離電路(9)的24V數(shù)字信號輸出端與32位數(shù)字功率輸出模塊(8)的24V數(shù)字信號輸入端連接； 單片機模塊(2)的8位數(shù)字信號輸出端與8位數(shù)字信號輸出模塊(10)的8位數(shù)字信號輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置，其特征在于，它還包括FLASH存儲及斷電保護模塊(11); 所述FLASH存儲及斷電保護模塊(11 )，用于定時寫入單片機模塊(2 )的工作狀態(tài)，還用于在突發(fā)的斷電情況下為單片機模塊(2)供電，直到電源恢復(fù)正常供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向高速貼片機的雙總線控制模式的多IO控制裝置，其特征在于，它還包括邏輯電源輸入模塊(12)和驅(qū)動電源輸入模塊(13); 邏輯電源輸入模塊(12 )為CPLD控制模塊(I)、單片機模塊(2 )、CAN總線通信模塊(3 )、電平轉(zhuǎn)換模塊(4)、ISA 二級總線(5)、第一信號隔離電路(7)和第二信號隔離電路(9)提供工作電源； 驅(qū)動電源輸入模塊(13)為32位數(shù)字輸入模塊(6)、32位數(shù)字功率輸出模塊(8)和8位數(shù)字信號輸出模塊(10)提供工作電源。
【文檔編號】G05B19/042GK103728909SQ201410027255
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】高會軍, 彭鵬, 孫光輝, 張增杰, 孫一勇 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)