新计算机控制系统的硬件设计技术PPT课件

1 硬件设计 输入输出接口与过程通道设计接口是计算机与外部设备 部件与部件之间 交换信息的桥梁 它包括输入接口和输出接口 接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换信息的技术 过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道 它包括模拟量输入通道 模拟量输出通道 数字量 开关量 输入通道 数字量 开关量 输出通道 AI AO DI DO 第2章计算机控制系统的硬件设计技术 2 2 1工控机的总线技术 2 1 1总线的定义 层次结构及种类 1 总线 就是计算机各模块之间互联和传送信息 指令 地址和数据 的一组信号线 2 总线可以分为内部总线和外部总线 内部总线 分为片级总线和系统总线 片级总线包括数据总线 地址总线 控制总线 I2C总线 SPI总线 SCI总线等 系统总线包括ISA总线 EISA总线 VESA总线 PCI总线 PCI E总线等 外部总线 包括RS 232C RS 485 IEEE 488 USB等总线 另外 在工业控制中 还定义了其它总线 如 VME STD PC 104 CompactPCI等 3 PC ISA总线简介 1981年 PC XTPC总线62线 1984年 PC ATPC总线98 62 36 线 1987年 IEEEISA总线98 62 36 线 ISA信号线定义 IndustryStandardArchitecture ISA信号线 工业控制机的组成结构及特点 ISA 板卡 4 PCI总线简介 PCI PeripheralComponentInterconnect 是美国SIG集团推出的64位总线 该总线的最高总线频率为33MHz 数据传输率为80Mb s 峰值传输率为133Mb s 工业控制机的组成结构及特点 PCI 板卡 5 PCI总线信号定义 总引脚数120条 包含电源 地 保留引脚等 主控设备49条 目标设备47条 可选引脚51条 主要用于64位扩展 中断请求 高速缓存支持等 工业控制机的组成结构及特点 6 其它总线简介 1 PC 104总线2 PC 104plus总线3 STD总线 1 STD总线信号 2 STD32总线 1 3工业控制机的组成结构及特点 7 2 外部总线外部总线 就是计算机与计算机之间或计算机与其它智能设备之间进行通信的连线 主要包括 RS 232C USB等总线 1 3工业控制机的组成结构及特点 1 RS 232C串行通信总线通信距离不大于15米 传送信号的速率不大于20kbps 总线信号采用负逻辑 逻辑 1 电平为 15V 5V 逻辑 0 电平为 5V 15V 其中 5V 5V用作信号状态的变迁区 8 RS 232C电平转换及接口电路 2 USB串行通信总线a 具有热插拔功能b USB采用 级联 方式连接各个外部设备 可连127个外设 5m c 适用于低速外设连接 传送速度12Mb s 1 3工业控制机的组成结构及特点 9 2 1 2系统总线简介 1 PC ISA总线 10 2 PCI总线 PCI总线的主要性能其它性能 PCI PeripheralComponentInterconnect 是美国SIG SpecialInterestGroupofAssociationforComputerMachinery 集团推出的64位总线 该总线的最高总线频率为33MHz 数据传输率为80Mb s 峰值传输率为133Mb s 11 2 PCI总线主控设备49条 目标设备47条 可选引脚51条 主要用于64位扩展 中断请求 高速缓存支持等 总引脚数120条 包含电源 地 保留引脚等 12 3 PCI E总线 PCI E PCI Express 是第三代总线接口传输技术 PCI E保持与传统PCI的软件兼容性 但是将物理总线代替成为一个高速 2 5Gb s 的串行总线 因为这种体系结构发生了改变 所以插槽本身并不兼容 但是 在PCI向PCIExpress的过渡过程中 大部分计算机主板将既提供PCI插槽又提供PCIExpress插槽 具有较少信道插槽的设备可以 向上插入 至主板上具有较多信道的插槽 从而提高硬件的兼容性和灵活性 但是 向下插入 至较少信道的插槽是不支持的 13 PCI E总线与PCI总线相比具有的主要技术优势 是串行总线 进行点对点传输 每个传输通道独享带宽 PCI E总线支持双向传输模式和数据分通道传输模式 其中数据分通道传输模式即PCI E总线的x1 x2 x4 x8 x12 x16和x32多通道连接 x1单向传输带宽即可达到250MB s 双向传输带宽更能够达到500MB s 这已不是PCI总线所能相比的了 PCI E总线充分利用先进的点到点互连 基于交换的技术 基于包的协议来实现新的总线性能和特征 电源管理 服务质量 热插拔支持 数据完整性 错误处理机制等也是PCI E总线所支持的高级特征 与PCI总线良好的继承性 可以保持软件的继承和可靠性 PCI E总线关键的PCI特征 比如应用模型 存储结构 软件接口等与传统PCI总线保持一致 但是并行的PCI总线被一种具有高度扩展性的 完全串行的总线所替代 PCI E总线充分利用先进的点到点互连 降低了系统硬件平台设计的复杂性和难度 从而大大降低了系统的开发制造设计成本 极大地提高系统的性价比和健壮性 系统总线带宽提高同时 减少了硬件PIN的数量 硬件的成本直接下降 14 PCI E总线硬件协议 PCI E的连接是建立在一个双向的序列的 1 bit 点对点连接基础之上 这称之为 传输通道 PCI E是一个多层协议 由一个交换层 一个数据链接层和一个物理传输层构成 物理层又可进一步分为逻辑子层和电气子层 逻辑子层又可分为物理代码子层 PCS 和介质访问控制子层 MAC 15 4 其它总线简介 1 PC 104总线 2 PC 104plus总线 3 STD总线 16 2 1 3串行外部总线简介 1 RS 232 RS 232 C是美国电子工业协会EIA ElectronicIndustryAssociation 制定的一种串行物理接口标准 RS是英文 推荐标准 的缩写 232为标识号 C表示修改次数 目前RS 232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口 RS 232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准 RS 232采取不平衡传输方式 即所谓单端通讯 17 RS 232物理连接特性 RS 232 C接口连接器一般使用型号为DB 9插头座 通常插头在DCE端 孔插座在DTE端 PC机的RS 232为9芯针插座 一些设备与PC机连接的RS 232接口 因为不使用对方的传送控制信号 因而工业控制的RS 232口一般只使用三条接口线 即 发送数据TXD 接收数据RXD 和 信号地GND RS 232传输线采用屏蔽双绞线 18 19 RS 232电气标准 1 电气信号基准 20 RS 232电气标准 接口的电气特性 典型的RS 232信号在正负电平之间摆动 在发送数据时 发送端驱动器输出正电平在 5 15V 负电平在 5 15V电平 接收器典型的工作电平在 3 12V与 3 12V 由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右 所以其共模抑制能力差 再加上双绞线上的分布电容 其传送距离最大为约15米 最高速率为20kb s RS 232是为点对点 即只用一对收 发设备 通讯而设计的 其驱动器负载为3 7k 所以RS 232适合本地设备之间的通信 21 RS 232电气转换标准接口 RS 232 C电平与TTL CMOS电平不兼容 故两者连接时 必须进行电平转换 以MC1488 MC1489作为收 发转换 22 2 1 3串行外部总线简介 2 USB总线 1 具有热插拔功能 2 USB采用 级联 方式连接各个外部设备 3 适用于低速外设连接 23 2 2总线接口扩展技术 2 2 1系统总线接口扩展技术1 I O端口及I O操作 1 数据端口 2 状态端口 3 命令端口2 I O端口编址方式 1 统一编址 2 独立编址 24 3 I O端口地址译码技术 1 三种译码方式1 线选法2 全译码法3 部分译码 2 I O端口地址译码电路信号 使用A0 A9 IOW IOR等信号组合 利用AEN信号控制非DMA传送 25 3 I O端口地址译码技术 1 固定地址译码 AEN 26 2 开关选择译码 27 4 总线端口扩展 1 板选译码与板内译码2 总线驱动及逻辑控制3 端口及其读写控制 28 1 平衡和不平衡传输方式 2 2 2外部总线接口扩展技术 29 2 RS 422A RS 485 30 3 RS 485多点互连 31 2 3输入输出接口与过程通道设计原理 数字量输入输出接口技术1 数字量输入接口2 数字量输出接口 汇编 MOVDX 220HMOVAL 8FHINAL DXMOVDX 221HOUTDX ALC语言 a inportb 0 x220 outportb 0 x221 0 x8f 32 2 3 1数字量输入接口与过程通道 1 数字量输入通道的结构 2 输入调理电路 1 小功率输入调理电路 2 大功率输入调理电路 33 2 3 2数字量输出接口与过程通道 1 数字量输出通道的结构 2 输出驱动电路 1 小功率直流驱动电路 功率晶体管输出驱动继电器电路 达林顿阵列输出驱动继电器电路 MC1416 34 2 输出驱动电路 2 大功率交流驱动电路固态继电器 SSR 35 2 3 3模拟量输入接口与过程通道 1 模拟量输入通道的组成由五部分组成 36 2 信号调理电路信号调理电路 主要通过非电量的转换 信号的变换 放大 滤波 线性化 共模抑制及隔离等方法 将非电量和非标准的电信号转换成标准的电信号 1 非电信号的检测 不平衡电桥 热敏电阻三线制接线图 热敏电阻测量电桥电路 37 2 信号放大电路1 基于ILC7650的前置放大电路 ILC7650特点失调电压 Von 为0 7uV 失调电压平均温度系数 VOS T 为0 01uV 输入电流 I0 为35uA 输入电阻 Ri 为1012 输出电压摆幅为 4 85 4 95V 共模抑制比 CMRR 为130dB 单位增益带宽为2MHz 放大器增益可以设置为 1 500倍 输出电压精度 0 2 输出噪声 5mV 38 2 AD526可编程仪用放大器 AD526是可通过软件对增益进行编程的单端输入的仪用放大器 器件本身所提供的增益是xl x2 x4 x8 x16等五挡 AD526可以在透明与锁存两种模式下工作 表2 5提供状态表 透明模式是13脚CLK端接地 锁存模式是CLK内逻辑信号提供 39 2 I V变换 1 无源I V变换 2 有源I V变换 40 3 多路转换器 多路转换器又称多路开关 多路开关是用来切换模拟电压信号的关键元件 常用的多路开关有CD4051 或MC14051 AD7501 LF13508等 图2 27CD4051原理图 41 4 采样 量化及采样 保持器 1 信号的采样 42 2 量化所谓量化 就是采用一组数码 如二进制码 来逼近离散模拟信号的幅值 将其转换为数字信号 将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程 执行量化动作的装置是A D转换器 43 3 采样保持器1 孔径时间和孔径误差的消除孔径时间 孔径误差孔径误差的消除2 采样保持原理 44 3 常用的采样保持器常用的集成采样保持器有LF398 AD582等 LF398的采样控制电平为 1 保持电平为 0 AD582相反 引脚排列如下图所示 45 5 A D转换器及其接口技术 1 8位A D转换器ADC0809 1 8通道模拟开关及通道选择逻辑 2 8位A D转换器 3 三态输出锁存缓冲器 46 2 12位A D转换器AD574A 1 12位A D转换器 2 三态输出锁存缓冲器 3 控制逻辑 47 表2 5AD574A 1674逻辑真值表 R 12 48 3 AD574A 1674与PC总线工业控制机接口 49 A D转换的子程序段如下 1 启动子程序ADSTART MOVDX BASE 0OUTDX ALNOPRET 2 读数子程序ADREAD MOVDX BASE 2INAL DXMOVAH ALMOVDX BASE 3INAL DXRET 假设片选信号有效时 高位地址为BASE 则12位A D启动控制端口地址为BASE 0 A D数据输出高8位端口地址为BASE 2 低4位端口地址为BASE 3 50 2 3 4模拟量输出接口与过程通道 1模拟量输出通道的结构型式 1 一个通道设置一个数 模转换器的形式 2 多个通道共用一个数 模转换器的形式 51 2 D A转换器及其接口技术 1 8位D A转换器接口及编程 52 2 12位D A转换器接口及编程12位 高8位 低4位 53 3 单极性与双极性电压输出电路 54 4 V I变换 1 集成V I转换器ZF2B20 55 2 集成V I转换器AD694 56 2 4基于系统总线的计算机控制系统硬件设计 2 4 1基于系统总线的硬件设计方案 57 1 数字 开关 量输入 输出通道模板举例 研华PCL 730板卡组成框图 2 4 2系统总线板卡 58 程序设计举例 基地址设为220H PCL 730板卡的开关量输入 输出都只需要二条指令就可以完成 C语言程序如下 outportb 0 x220 Ox55 奇数通道输出低电平 低8位 outportb Ox221 0 x55 奇数通道输出低电平 高8位 inportb Ox220 输入通道0 7的电平状态 inportb Ox221 输入通道8 15的电平状态 汇编语言程序如下 MOVDX 220HMOVAL 55HOUTDX ALMOVDX 221HOUTDX ALMOVDX 220HINAL DXMOVAH ALMOVDX 221HINAL DX 59 2 模拟量输入通道模板举例 图2 48PCL 813B数据采集卡组成框图 60 PCL 813B的寄存器地址寄存器地址 基地址 偏移量寄存器格式 2 程序设计举例PCL 813BA D转换基于查询方式 由软件触发 A D转换器被触发后 利用程序检查A D状态寄存器的数据准备位 DRDY 如果检测到该位为 1 则A D转换正在进行 当A D转换完成后 该位变为低电平 此时转换数据可由程序读出 PCL 813B是台湾研华公司生产的数据采集卡 单端32通道 光电隔离 AD574 1674 61 3 模拟量输出通道模板举例 图2 49PCL 726板卡组成框图 62 寄存器格式寄存器的地址分配表 2 D A转换程序流程 3 程序设计举例 63 2 5基于外部总线的计算机控制系统硬件技术 本节主要介绍基于外部总线的计算机控制系统硬件技术 计算机控制系统硬件设计常用外部总线RS 232C USB或外部扩展总线RS 485 RS 422 在工业控制方面 RS 485总线由于平衡差分传输特性具有的干扰性好 传输距离远 互联方便等特点 非常适合于组成工业级的多机通信系统并得到了广泛的应用 64 2 5基于外部总线的计算机控制系统硬件技术 基于RS 485的分布式测控系统结构图 65 基于外部总线RS 485可构成主从分布式测控系统 IPC作为测控系统主站 并配有RS 232 485转换器 实现对系统的监控与管理 可编程控制器 PLC 智能调节器 智能远程I O模块等装置大都具有RS 485总线 可作为测控系统的从站 实现控制功能 1 基于IPC RS 232 RS 485转换模块的硬件设计方案 2 5 1基于外部总线的硬件设计方案 66 2 基于IPC ISA PCI PCI E总线RS 485卡的硬件设计方案 67 2 5 2远程I O模块 1 ADAM 4000系列模块ADAM4000系列模块的功能特点 1 远端可编程输入范围 2 内置看门狗 3 网络配置灵活 4 可选的独立控制策略 5 模块化的工业设计 6 满足工业环境的需要 68 2 ADAM 5000系列ADAM 5000系列具有以下功能特点 1 系统设计灵活 2 系统维护及故障处理 3 易于安装及组网 4 数据采集及控制 5 三端隔离 6 看门狗定时器 7 内置诊断器 8 远程配置 9 能独立于PC主机进行ON OFF控制 69 1 模块选择与组成研华4000系列模块组成 有8通道16位差分模拟量输入模块ADAM 4017 2通道32位计数器模块ADAM 4080D 7通道数字量输入与8通道数字量输出模块ADAM 4050 4通道模拟量输出模块ADAM 4024 通讯模块ADAM 4520 它是隔离的RS 232与RS 485转换的模块 完成RS 485总线的信号转到RS 232 由计算机通过RS 232口进行采集和控制 3 典型ADAM 4000系列I O模块举例 70 2 ADAM模块远程通信计算机与ADAM4000模块之间的数据交换有三个步骤 1 设备要求传送数据时 计算机会传送一个字符串过去 此字符串的第一个字符是前导符 在前导符之后的是地址 地址之后是要设备解读的命令或数据 2 当设备收到要求字符串 并经判读确定后 便会送出计算机所要求的数据 数据被送出时会在其之前加上前导符与地址 3 计算机收到设备传送回来的字符串后 进行检查 当检查完成后 回送一个确定的字符串给设备 以说明计算机已成功收到字符串 而若传送失败 计算机也在此回送的字符串中要求设备重发数据 3 典型ADAM 4000系列I O模块举例 71 计算机与ADAM4000模块之间的数据交换的三个步骤 3 典型ADAM 4000系列I O模块举例 72 3 通信协议两种通信协议 其一是通过使用特定的字符来执行通信控制功能 称之为面向字符的数据通信协议 其二是通过定义各字段长度 位置及作用来实现通信控制功能 所以称之为面向位流 比特 的数据通信协议 如高速数据链路控制协议HDLC HighLevelDataLinkControl 后者比前者的通信效率高 适用于通信数据量较大的工业控制网络或DCS系统 面向字符协议具有简单明了的特点 又有比较长的使用历史及广泛的应用范围 所以对于通信速率要求不高 采用主从结构的中小型工业控制网络 使用面向字符协议具有一定优势 目前 工业微机 调节仪表 中小型PLC和智能远程I O子系统等标准化的工业控制设备都支持或部分支持面向字符协议 3 典型ADAM 4000系列I O模块举例 73 4 通信实现方法计算机与具有串行通信接口的设备实现通信的方法有三种 第一种是直接端口访问 实时性强 但界面编写麻烦 需要了解底层硬件的详细信息 不支持windows2000及以上操作系统 实际工程中一般不采用 第二种是调用MSCOMM控件 编程方便 具有更完善的发送和接收功能 第三种是调用WINDOWSAPI函数 使用WINDOWS提供的通信函数编写应用程序 要求对WINDOWSAPI函数有深入了解 编程较难 但程序可移植性强 3 典型ADAM 4000系列I O模块举例 74 通过计算机读取两块ADAM 4017共16个通道的模拟量输入值 输入模拟量信号为1 5V 量程为0 200 模块返回值为工程量 电压值 使用COMl和ADAM 4017通讯 结果存放在数组通道l中 使用TC2 0编程语言 采用直接端口访问方式实现计算机与模块的数据通信 3 典型ADAM 4000系列I O模块举例 75 假设模块已经按题意要求配置好和接好现场输入信号 则其编程步骤如下 初始化COMl 8位数据 无校验 1位停止位 9600bps 以ASCII码形式发送命令 AAN cr 读返回结果的起始标志 读返回数据 直到收到结束标志 拼装数据 返回结果 3 典型ADAM 4000系列I O模块举例 76 77 78 2 5 3其他测控装置1 智能调节器 1 硬件构成 2 软件构成数字调节器的软件包括以下几部分 1 监控管理程序 2 应用程序 79 2 可编程序控制器 PLC 1 PLC的硬件结构 80 2 PLC的软件结构可编程控制器的软件可分为系统软件 编程软件和应用软件三部分 1 系统软件 2 编程软件 3 应用软件 81 3 运动控制器 1 运动控制器分类 1 基于计算机标准总线的运动控制器 2 Soft型开放式运动控制器 3 嵌入式结构的运动控制器2 变频器 82 2 6硬件抗干扰技术 2 6 1过程通道抗干扰技术2 6 2CPU抗干扰技术2 6 3系统供电与接地技术 83 干扰 就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素 克服干扰的措施 硬件措施 软件措施 软硬结合的措施干扰的来源 外部干扰和内部干扰 外部干扰 主要是空间电或磁的影响 环境温度 湿度等气象条件 内部干扰 主要是分布电容 分布电感引起的耦合感应 电磁场辐射感应 长线传输的波反射 多点接地造成的电位差引起的干扰 寄生振荡引起的干扰 甚至元器件产生的噪声 分布电容 除电容器外 由于电路的分布特点而具有的电容叫分布电容 分布电感 由于导线布线和元器件的分布而存在的电感叫分布电感 根据电感器的频率特性 由于分布电感的数值一般不大 在低频可以不考虑分布电感的影响 但对于高频交流电路 分布电感的影响就不能忽略 84 2 6 1过程通道抗干扰技术 1 串模干扰及其抑制方法 1 串模干扰所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声 也称为常态干扰 2 串模干扰的抑制方法 采用低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 85 一般情况下 串模干扰均比被测信号变化快 故常用二级阻容低通滤波网络作为模 数转换器的输入滤波器 当被测信号变化较快时 应相应改变网络参数 以适当减小时间常数 86 当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时 用双积分式A D转换器可以削弱串模干扰的影响 若干扰信号是周期性的而积分时间又为信号周期或信号周期的整数倍 则积分后干扰值为零 对测量结果不产生误差 对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下 对被测信号应尽可能早地进行前置放大 从而达到提高回路中的信号噪声比的目的 或者尽可能早地完成模 数转换或采取隔离和屏蔽等措施 从选择器件入手 利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰 采用双绞线减少电磁感应 并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消 选用带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线 且有良好接地 并对测量仪表进行电磁屏蔽 87 2 共模干扰及其抑制方法 1 共模干扰共模干扰是指模 数转换器两个输入端上公有的干扰电压 共模干扰也称为共态干扰 被测信号Us的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点之间往往存在着一定的电位差Ucm 共模干扰示意图 88 单端对地输入和双端不对地输入 对于存在共模干扰的场合 不能采用单端对地输入方式 因为此时的共模干扰电压将全部成为串模干扰电压 如左图所示 所以必须采用双端输入不对地方式 如右图所示 ZS ZS1 ZS2为信号源US的内阻抗 ZC ZC1 ZC2为输入电路的输入阻抗 共模干扰电压Ucm对两个输入端形成两个电流回路 每个输入端A和B的共模电压和两个输入端之间的共模电压分别为 89 为了衡量一个输入电路抑制共模干扰的能力 常用共模抑制比CMRR CommonModeRejectionRatio 来表示 即Ucm是共模干扰电压 Un是Ucm转化成的串模干扰电压 显然 对于单端对地输入方式 由于Un Ucm 所以CMRR 0 说明无共模抑制能力 对于双端不对地输入方式来说 由Ucm引入的串模干扰Un越小 CMRR就越大 所以抗共模干扰能力越强 90 2 共模干扰的抑制方法 变压器隔离利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来 也就是把模拟地与数字地断开 以使共模干扰电压 cm不成回路 从而抑制了共模干扰 另外 隔离前和隔离后应分别采用两组互相独立的电源 切断两部分的地线联系 91 光电隔离 92 浮地屏蔽采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰 这是利用屏蔽方法使输入信号的 模拟地 浮空 从而达到抑制共模干扰的目的 93 采用仪表放大器提高共模抑制比仪表放大器具有共模抑制能力强 输入阻抗高 漂移低 增益可调等优点 是一种专门用来分离共模干扰与有用信号的器件 仪表放大器将两个信号的差值放大 抑制共模分量是使用仪表放大器的唯一原因 AD620 低功耗 低成本 集成仪表放大器 还有AD623等等 94 3 长线传输干扰及其抑制方法 1 长线传输干扰 长线的 长 是相对的 信号在长线中传输遇到三个问题 一是长线传输易受到外界干扰 二是具有信号延时 三是高速度变化的信号在长线中传输时 还会出现波反射现象 波反射现象 阻抗不连续 信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有 信号在这个地方就会引起反射 这种信号反射的原理 与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的 消除这种反射的方法 就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻 使电缆的阻抗连续 95 2 长线传输干扰的抑制方法 采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配 可以消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度 双绞线与同轴电缆 双绞线的波阻抗一般在100至200 之间 绞花越密 波阻抗越低 终端匹配 始端匹配 96 2 6 2主机抗干扰技术 计算机控制系统的CPU抗干扰措施 Watchdog 俗称看门狗 电源监控 掉电检测及保护 复位 MAX1232微处理器监控电路给微处理器提供辅助功能以及电源供电监控功能 MAX1232通过监控微处理器系统电源供电及监控软件的执行 来增强电路的可靠性 它提供一个反弹的 无锁的 手动复位输入 另外常用的集成电路还有X5045 IMP813等 97 1 MAX1232的结构原理 MAX1232引脚图 MAX1232内部原理图 98 2 MAX1232的主要功能 1 电源监控 2 按钮复位输入 3 监控定时器 Watchdog 99 1 电源监控 电压检测器监控Vcc 每当Vcc低于所选择的容限时 5 容限时的电压典型时为4 62V 10 容限时的电压典型时为4 37V 就输出并保持复位信号 选择5 的容许极限时 TOL端接地 选择10 的容许极限时 TOL端接Vcc 当Vcc恢复到容许极限内 复位输出信号至少保持250ms的宽度 才允许电源供电并使微处理器稳定工作 100 2 按钮复位输入 MAX1232的PBRST端靠手动强制复位输出 该端保持tPBD是按钮复位延迟时间 当PBRST升高到大于一定的电压值后 复位输出保持至少250ms的宽度 一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动PBRST 无锁按钮输入至少忽略了1ms的输入抖动 并且被保证能识别出20ms或更大的脉冲宽度 该PBRST在芯片内部被上拉到大约100 A的Vcc上 因而不需要附加的上拉电阻 101 3 监控定时器 Watchdog 用于因干扰引起的系统 飞程序 等出错的检测和自动恢复 微处理器用一根I O线来驱动输入ST 微处理器必须在一定时间内触发ST端 其时间取决于TD 以便来检测正常的软件执行 如果一个硬件或软件的失误导致没被触发 在一个最小超时间间隔内 ST的触发只能被脉冲的下降沿作用 这时MAX1232的复位端输出至少保持250ms的宽度 102 监控电路MAX1232的典型应用 103 2 6 3系统供电与接地技术 1 供电技术2 接地技术 104 1 供电技术 1 供电系统的保护措施 2 电源异常的保护措施 计算机控制系统的供电不允许中断 一旦中断将会影响生产 为此 可采用不间断电源UPS 105 2 接地技术 1 地线系统分析什么是地线 地线有安全地和信号地两种 前者是为了保证人身安全 设备安全而设置的地线 后者是为了保证电路正确工作所设置的地线 造成电路干扰现象的主要是信号地 在进行电磁兼容问题分析时 对地线使用下面的定义 地线是信号电流流回信号源的地阻抗路径 106 在计算机控制系统中 一般有以下几种地线 模拟地 数字地 安全地 系统地 交流地 模拟地作为传感