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过程通道

在计算机控制系统中,为了实现计算机对生产过程的控制,必须在计算机和生产过程之间设置信息传递和变换的连接通道。这个通道称之为过程通道。 [1]

过程通道(Channel),包括前向通道(输入通道)和后向通道(输出通道),是计算机与生产过程之间信息传递和变换的途径。
  过程通道具有完善性(具有专用性、方向性,即有用信号顺利通过、无用信号被阻隔)和完整性(覆盖从工艺现场到计算机的信息、能量全过程,较一般微机接口所涉及的内容更为全面)等特点。

根据信号相对于计算机的流向,可将过程通道分为前向通道和后向通道。


  根据现场输入信号类型(如模拟电压大信号/小信号、数字信号等)的不同,具体可能包括传感器(信息源头)、信号放大电路、采样保持器、信号调理电路、ADC,或开关量输入、频率测量接口等。


  根据现场被控对象的具体要求,通常有DAC、开关量输出、功率驱动接口等。

从现场(生产过程)信号特点,以及对应的过程通道技术的角度分析,可进一步将过程通道信号(包括前向、后向通道)的信号分为模拟量、开关量、脉冲量和SOE(Sequence of Event,事件顺序),其中后两种分别是前两种的特例。

计算机能经某一通道与过程对象交互,而不与其它通道发生冲突,主要依赖于过程通道的编址和地址译码技术。

为了区别外设所包含的各种有关寄存器,系统为它们分别赋予端口地址,简称口地址。所有可能的端口地址集合构成系统I/O地址空间。
  计算机通过适当译码方式,象访问存储单元一样按端口地址访问相应寄存器,从而实现对各种外部设备、I/O操作的控制。

1.数据处理能力强。
  2. 输入输出部分可以和存储器部分共用译码和控制电路。
  3. CPU不需区分访内操作及访问输入输出操作的控制信号,可以相应减少引脚。
  4. I/O端口数目不受限制。

1.每个I/O操作需全字长地址译码,整个指令执行时间较长。
  2.程序中较难区分I/O操作。
  3. I/O端口占用了存储空间地址。

1. 地址线直接选取法
  2. 门电路译码法
  3. 译码器译码法
  4. 比较器译码法
  5. GAL译码法等

GAL能够完成一些简单的逻辑转换、简单的计数器、锁存器等功能
  应用GAL完成译码等功能,可以使整个电路简洁、PCB实现容易,且可以在线改变功能。
  CYPRESS公司出品的Flash可擦除CMOS型可编程PALCE16V8,具有10个输入引脚,8个输出引脚(也可以编程作为输入引脚使用)。图为PALCE16V8与MCU的14根地址线构成的地址译码器,显然所用连线非常少。

多个电路的开、关控制信号的一致性,例如都是电平触发或都是沿触发。

多个电路的开、关控制信号的顺序性,主要包括控制信号发生的时间顺序和相互之间的时间差,以及与系统时钟的关系。

正确合理的器件选择能够保证电路的可靠运行,并使通道电路设计周期缩短。其中尤其注意正确的控制逻辑(这是电路正常工作的前提),以及芯片的性能指标与参数要留有适当裕量以便为系统扩展做准备。

为防止通道前、后级之间以及通道之间的干扰,必要时应采取隔离措施。最常用的隔离器件是光电耦合器。总之,通道设计时要注意综合应用软、硬件技术,实现电路的安全可靠、性能与价格的统一。另外注意器件和通信标准的通用性,并为用户的使用和二次开发提供方便。


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