专利名称:用于数字摄影测量的通用接口的制作方法
本实用新型涉及一种接口，特别是一种能够对本硬件电路不作任何变动，即可在机械仪器(或设备)的转动部件上，装上光电编码器与任意型号微型计算机连接的通用接口。
现有的接口是专用接口，无通用性，即以某一类型的仪器与特定型号微型计算机配不同的接口。如由总参谋部测绘研究所、西安一00一厂及南京军区测绘大队联合研制，于1985年10月31日在西安通过鉴定的“MOAM联机空中三角测量系统”系采用长城86／360微型计算机相连，则需增加微型计算机专用的ISBC534终端板。但没有通用性，工艺复杂，价格昂贵(约5万元)。在国外，据美国《摄影测量与遥感》杂志(1984年第1～12期)报导西德、以色列合作研制的泰克琼尼克斯(Tektnonix)4054系统；英国用PI－1A单向坐标仪和BBC微型计算机相连；罗马尼亚的福利菲姆(Folifim)联机系统，厂家需为不同的坐标仪和计算机配不同的接口；加拿大渥太华(Ottawa)也正在研制联机系统。但这些均不属通用型接口，其标价昂贵达2万～40万美元。
鉴于上述已有技术存在的问题，本实用新型的任务是设计一种通用性强，结构简单，体积小，成本低，能用于各种机械仪器与任意型号微型计算机相连的通用接口。
本实用新型的任务是以下述方式完成的电脑采用目前最为通用的Z－80CPU。在任意的机械设备上装上光电编码器，实现机械位移量和数字量的信息转换。然后通过判向、倍频，由CTC完成数据采集与处理。随之，把这些数据送到微型计算机中去，一般微型机都配有通讯接口——有并行口或串行口(RS－232)或者二者兼有。通过导线把通用接口和计算机的相应通讯器连接起来，配以接口软件，即可完成数据的传输。再根据不同的用途，在微型计算机上编程，即可达到机械设备的自动控制目的。
本通用接口完全是智能化的，它结构紧凑，易于安装，操作简便，且成本低(约1200元)，其最大特点是通用性强。
以下将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。
图1是本实用新型的通用接口系统结构框图。
图2是判向倍频电原理图。
图3是计数通讯板电原理图。
图4是电脑控制板电原理图。
图5是数码显示电原理图。
图6A－6F是接口程序逻辑图。
图1是通用接口的系统结构图。图中数字信号由(1)口输入，(2)进行判向和进行倍频选择。然后，送至计数通讯板(3)进行计数通讯。(4)为电脑控制板，Z－80CPU在其监控程序及接口程序的管理下，获得的数据进入(3)通过(5)(RS－232串行口)或(6)(并行口)传送至计算机。(7)为数码显示部分，可在不用计算机时，本机箱可自行显示数据。(11)为整机复位按扭，(10)为使用监控程序的自我检测显示。(8)为整机提供电源，(9)为监视电表，各挡由波段开关倒换。
为了达到其通用性目的，就必须将(8)(2)(3)(5)(6)(4)各功能部件进行适当组合自成一体。特别是同时具备串行通讯和并行通讯的硬件功能，而且在编程接口软件时，同时对串行口与并行口编程，在程序中确定其优先级，使其各功能部件全部在Z－80CPU电脑的统辖之下，这是实现其通用之关键。由于采用了以上措施，所以本通用接口可同时连接两台计算机或一台计算机及一台绘图桌，而不需再加任何其它硬件电路。
图2是判向倍频电原理图。任何机械转动装置，经光电编码器，即可将机械量变成两路相位相差90°的数字脉冲信号，将此两路信号经芯片7471(U1)送至通用接口进行判向，确定是正转还是反转。然后作1～4倍频选择，从芯片 7421(U5)得到两路加、减脉冲，以送到CTC完成数据采集计数(图中(U2)为芯片7408，(U3)(U4)为芯片7400)。
图3是计数通讯板电原理图。(U1)(U2)是为两片CTC芯片，各接收来自经判向倍频后的数字信息。SIO芯片作异步通讯用。芯片1488(U3)与芯片1489 (U4)各自完成由TTL电平与RS－232电平标准之间的转换。图中只画出了SIO的A口电路，其B口电路完全和A口一样。这样通过编程，即可完成数据的双向通讯，从而可以完成用户对各种数据的采集与处理。为了提高传送数据的准确性和可靠性，则在硬件电路和软件程序中均采取了抗干扰措施。即硬件(1)在一定数据传送口加装了RC滤波器。(2)低电平电流的数据传输线，全部采用屏蔽线。在软件上则采用了联络方式，数据头尾均有检测措施。因此，有效地避免传输线上的噪音干扰，从而达到可靠传送数据的目的。
图4是电脑控制板电原理图。它是以Z－80CPU为中心，配以4K×8RAM由两片6116芯片(U1)(U2)及4K×8ROM两片2716芯片(U3)(U4)组成。两片EPROM，一片装监控程序，另一片装接口程序。另外，加了一片CTC(U7)，其中一路Z／T。由软件编程，产生串行通讯波特率，一片Z－80PIO(U8)可提供2个八位并行口。存贮器译码由芯片74LS138(U5)八中取一电路译码器来完成。I／O译码由另一芯片74LS138(U6)八中取一电路来完成，I／O口每四个为一组，每次选中一组，PS2～PS7留待通讯板扩充其它芯片用。
开关K1是工作与自检选择开关。当开关拨至RUN时，整机运行(U4)接口程序。
图5是数码显示电原理图。该通用接口为了适合更广泛的用途，可加四路荧光数码管显示所采集的数据，使之更直观方便。数据显示器占用主机的I／O口地址译码线PS6，PS7，这里PS6是用来选择所显示的字形段，PS7是用来选择所显示的数字位。例如，当主机要显示数据时，首先向数据线D6～D7上送出字形段代码，并选中PS6，这时字形被锁存在锁存器芯片74LS273(U1)中，当数字位选信号，即由数据线D0～D4送出的数字位数经由芯片74LS154(U3)(U4)组成的，可选二十八译码器译成相应的位数，经PS7选中才使得某位数显示出来。这里考虑所选的四路显示值每路六位有效数字，加上各位数符号位，共28位显示位数，并由芯片74LS06(U5～U10)组成较为灵活的驱动电路。显示器采用七段字形发光管。
图1中的(10)自我检测显示电原理在机箱面板装有电压指示表，通过波段开关可选测任意一路工作电源(＋5V，＋12V，－12V，一路可调电压)，当指针位于红色区域时，表示电源工作正常，一旦偏离红色区域即表示某一路电源出现故障。
其自检功能(见图4)，它是由芯片PIO(U8)A口，一片74LS08芯片(U9)，两只发光二极管D1，D2和一倒换开关(K1)组成。该自检由Z－80执行监控程序来实现。当复位信号作用后，就从0000H单元开始执行程序，并且检查开关(K1)位置。从开关(K1)运行和自检二个位置，如果处于自检位置，则监控程序就检查存贮器、接口芯片、通讯片及一些关键部件，若各部件正常，两只发光二极管不停地闪烁。若其中一部件损坏，则发光二极管停止闪烁，表示机器出现故障。
接口软件一部分是用机器语言编写，并固化在通用接口的EPROM之中，当通用接口处于工作状态，接通电源或复位时，即从头开始执行该程序，包括各芯片初始化、数据采集与数据传输。另一部分为高级语言编写，在计算机中由主程序调用，完成数据获取任务。
1.数据采集传输程序该程序由一主程序与若干中断服务子程序组成，完成四路正负脉冲计数及向主计算机传送数据。
(1)初始化——图6A是在主程序中对CTC、PIO与SIO进行初始化，给出中断矢量，设定中断方式，开中断并给内存中一定数据单元赋初值。
(2)计数——图6B～6C是计数中断服务子程序分别处理两片CTC的八通道的中断。为了不丢数据，服务程序应尽可能简短省时。故这些程序处理每个中断只用了五条机器指令，占用20个机器周期71个T状态。通用接口的时钟频率为2MHZ。因此，每个T周期为0.5μs，每次中断处理时间为35.5μs。即使依次连续处理完八个计数中断，也只用284μs。假设码盘均为1000划分，以每秒20圈的速度旋转，则同一个通道两次中断之间的时间至少为12500μs，故绝对不会丢失数据。
(3)数据传输——图6D～6E是并行口与串行口各有服务程序与之对应。为了在传送数据期间，能够及时地处理计数中断，在进入该服务程序后，首先开中断。这样在数据传送过程中，可及时处理中断优先级高的计数中断。为保证数据传送的可靠性，采取了联络方式传送并在每组数据前后发送特殊标志让主机检验。
2.数据获取图6F是当主计算机需要数据时，调用数据获取子程序。本子程序测试到通用接口的就绪状态，发一讯号引起通用接口传送数据中断，进行数据传送，而此时主机则测试接口片数据接收寄存器，若收到的数据。则将其取至内存。在一组数据的开始与终止时，要分别判断，若标志不符，则要求重新传送，直至标志符合。将这一组数据进行装配后进一步作出正确性判断，若发现错误，则要求重新传送，直至正无误后将数据带回主程序。
权利要求
一种通用接口，其特征在于它由Z-80CPU电脑控制，并集电源、判向倍频、计数、通讯、CPU、自检功能部件有机组成一体，整个接口系统由软件控制。
专利摘要
本实用新型公开了一种通用接口，它解决了在硬件电路上不作任何变动，即可将任意机械仪器与任意型号微型计算机连接，从而达到自动数据采集与自动控制的目的。本实用新型集电源、判向倍频计数、CPU及各种芯片于一体。其软件系用机器语言编写并固化在接口的EPROM之中，其他以高级语言编写在主计算机中，由主程序调用，本实用新型不但适用于测绘部门的数字摄影测量，还可广泛用于工业机械联机控制。
文档编号G05B15/00GK86206845SQ86206845
公开日1987年6月10日 申请日期1986年9月12日
发明者代万权, 张剑清, 徐轩 申请人:武汉测绘科技大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan