面向高速贴片机的双总线控制模式的多io控制装置制造方法
【专利摘要】面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置，涉及一种控制装置。为了解决目前控制器不利于多控制口的整合的问题。它包括CPLD控制模块、单片机模块、CAN总线通信模块、电平转换模块和ISA二级总线；CPLD控制模块通过电平转换模块和ISA二级总线与ISA二级总线其他设备通信；单片机模块通过CAN总线通信模块与CAN总线其他设备通信；单片机模块外中断/地址复用端口与CPLD控制模块负责中断IO端口连接；单片机模块第一通用IO端口通过7位专用地址并行总线与CPLD控制模块负责地址IO端口连接；单片机模块第二通用IO端口通过16位专用数据并行总线与CPLD控制模块的负责数据IO端口连接。它用于工业通用控制器。
【专利说明】面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制装置，特别涉及一种面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置。
【背景技术】
[0002]以PLC为代表的工业通用控制器，虽然已经具有较成熟的设计方案但该类产品具有体积大，价格高，控制器功能单一，不利于多控制口的整合，在SMT领域的应用具有一定的局限性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决目前的控制器不利于多控制口的整合的问题，本发明提供一种面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置。
[0004]本发明的面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置，它包括CPLD控制模块、单片机模块、CAN总线通信模块、电平转换模块和ISA 二级总线；
[0005]CPLD控制模块通过电平转换模块和ISA 二级总线与ISA 二级总线其他设备通信；
[0006]单片机模块通过CAN总线通信模块与CAN总线其他设备通信；
[0007]单片机模块的外中断/地址复用端口与CPLD控制模块的负责中断IO端口连接；
[0008]单片机模块的第一通用IO端口通过7位专用地址并行总线与CPLD控制模块的负责地址IO端口连接；
[0009]单片机模块的第二通用IO端口通过16位专用数据并行总线与CPLD控制模块的负责数据IO端口连接。
[0010]它还包括32位数字输入模块、第一信号隔离电路、32位数字功率输出模块、第二信号隔离电路和8位数字信号输出模块；
[0011]32位数字输入模块的数字信号输出端与第一信号隔离电路的数字信号输入端连接，第一信号隔离电路的24V数字信号输出端与CPLD控制模块的24V数字信号输入端连接；
[0012]CPLD控制模块的数字信号输出端与第二信号隔离电路的数字信号输入端连接；
[0013]第二信号隔离电路的24V数字信号输出端与32位数字功率输出模块的24V数字信号输入端连接；
[0014]单片机模块的8位数字信号输出端与8位数字信号输出模块的8位数字信号输入端连接。
[0015]它还包括FLASH存储及断电保护模块；
[0016]所述FLASH存储及断电保护模块，用于定时写入单片机模块的工作状态，还用于在突发的断电情况下为单片机模块供电，直到电源恢复正常供电。
[0017]它还包括逻辑电源输入模块和驱动电源输入模块；
[0018]逻辑电源输入模块为CPLD控制模块、单片机模块、CAN总线通信模块、电平转换模块、ISA 二级总线、第一信号隔离电路和第二信号隔离电路提供工作电源；
[0019]驱动电源输入模块为32位数字输入模块、32位数字功率输出模块和8位数字信号输出模块提供工作电源。
[0020]本发明的有益效果:本发明以32位宽范围24V数字输入模块为逻辑输入，通过以单片机模块2和CPLD控制模块I为主控制模块，通过逻辑运算CPLD控制模块I和时序运算单片机模块2实现共40位的24V数字逻辑信号输出和功率输出。同时具有ISA 二级总线5和CAN总线通信模块3，可以实现ISA 二级总线5对预定地址的数据输出和读入，同时也具备CAN总线的读入和输出能力，同时总线数据可以参与控制数字输出和输入，实现双总线控制模式的SMT专用多IO控制系统，利于多控制口的整合。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明所述的面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置的原理示意图。
【具体实施方式】
[0022]【具体实施方式】一:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置，它包括CPLD控制模块1、单片机模块2、CAN总线通信模块3、电平转换模块4和ISA 二级总线5 ；
[0023]CPLD控制模块I通过电平转换模块4和ISA 二级总线5与ISA 二级总线5其他设备通信；
[0024]单片机模块2通过CAN总线通信模块3与CAN总线其他设备通信；
[0025]单片机模块2的外中断/地址复用端口与CPLD控制模块I的负责中断IO端口连接;
[0026]单片机模块2的第一通用IO端口通过7位专用地址并行总线与CPLD控制模块I的负责地址IO端口连接；
[0027]单片机模块2的第二通用IO端口通过16位专用数据并行总线与CPLD控制模块I的负责数据IO端口连接。
[0028]本实施方式由CPLD控制模块I和单片机模块2构成总控制模块，CPLD控制模块I在处理复杂逻辑功能时拥有非常灵活高效和高适应性的特点，面对不同的逻辑需要只需更改CPLD控制模块I内部程序而不需要改变电路板的硬件电路组成，本实施方式的这个特点使其能够完成所有的数字输入和输出逻辑控制功能，而不是单一的硬件逻辑控制，同时，通过CAN总线通信模块3和ISA 二级总线5的连接本实施方式可以和具有相同接口的控制板或者驱动板进行拓展，完成更加复杂的逻辑功能。除此之外，CPLD控制模块I和单片机模块2都有对应的IOM有源晶振和4M无源晶振，因此亦可以为本实施方式提供良好的时序控制功能，通过芯片选型可以使其达到很高的稳定性，能够充分完成目前市场上PLC控制器型IO控制系统的基本功能,完成向下兼各的能力。
[0029]本实施方式的CPLD控制模块I和单片机模块2互相通过八位地址线和16位数据线并行接口通信，其中地址并行总线连接单片机模块2外部中断口，可以通过中断完成实时响应，通过8位地址线可以管理多达256个地址或者特殊命令，并且通过外部中断进行，不占用单片机模块2自身进程。
[0030]为配合SMT系统实时控制功能，本实施方式加入了双总线的控制，其中ISA 二级总线5能够在短距离里实现快速并行数据通信，也可以通过设置命令地址执行上位系统输出的对应自身系统的命令。而CAN总线通信模块3则可以在较长距离和其他设备进行通信，也可以输出和输入设定的命令，ISA 二级总线5和CAN总线通信模块3都能对本实施方式进行读取和操作，使本实施方式能获得大量外部数据，也能将自己的数据输出给其他有需要的系统。大大提高了整个工作系统的灵活性、智能性和实时性。同时，本实施方式通过编写程序就能将ISA 二级总线5和CAN总线通信模块3上的数据进行交互，使得其他只有一个总线的系统可以借助本实施方式对无法控制和通信的总线进行数据的读入写出和命令控制。
[0031]本实施中，利用ISA总线扩展ISA 二级总线5的方法:
[0032]所述步骤一、将PC104嵌入式系统与CPLD控制模块I通过ISA总线连接，并采用有源晶振作为CPLD控制模块I的时钟信号，
[0033]步骤二、将PC104嵌入式系统与CPLD控制模块I通过ISA总线连接，CPLD控制模块I实现对ISA总线的解析扩展出二级总线。
[0034]步骤二所述的CPLD控制模块I实现对ISA总线的解析扩展出二级总线的过程包括写数据过程，所述写数据过程包括以下步骤:
[0035]步骤二一、采用译码器对ISA总线的地址总线和控制总线进行译码，并输出读信号线、写信号线、选择二级地址总线信号线和选择二级数据总线信号线，
[0036]步骤二二、在选择二级地址总线信号线上写数据，将ISA总线的数据总线中的低八位作为二级总线地址信号，
[0037]步骤二三、采用锁存器对选择二级地址总线信号线上的数据进行锁存，采用有源晶振作为锁存器数据锁存的触发信号，选通外围设备，
[0038]步骤二四、在选择二级数据总线信号线上写数据总线数据，同时PC104嵌入式系统打开ISA总线中的写信号线，采用锁存器对选择二级数据总线信号线上的数据进行锁存，然后PC104嵌入式系统关闭ISA总线中的写信号线。
[0039]步骤二所述的CPLD控制模块I实现对ISA总线的解析扩展出二级总线的过程包括读数据过程，所述读数据过程包括以下步骤:
[0040]步骤二 A、采用译码器对ISA总线的地址总线和控制总线进行译码，并输出读信号线、写信号线、选择二级地址总线信号线和选择二级数据总线信号线，
[0041]步骤二 B、在选择二级地址总线信号线上写数据，将数据中的低八位数据作为二级总线地址信号，
[0042]步骤二 C、采用锁存器对选择二级地址总线信号线上的数据进行锁存，采用有源晶振作为锁存器数据锁存的触发信号，选通外围设备，
[0043]步骤二 D、选通的外围设备将数据放到数据总线上，然后PC104嵌入式系统打开ISA读信号线，将外围设备传送的数据通过总线驱动器和ISA总线传入PC104嵌入式系统中进行读取，然后PC104嵌入式系统关闭ISA读信号线。【具体实施方式】二:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置的进一步限定，
[0044]它还包括32位数字输入模块6、第一信号隔离电路7、32位数字功率输出模块8、第二信号隔离电路9和8位数字信号输出模块10 ；[0045]32位数字输入模块6的数字信号输出端与第一信号隔离电路7的数字信号输入端连接，第一信号隔离电路7的24V数字信号输出端与CPLD控制模块I的24V数字信号输入端连接；
[0046]CPLD控制模块I的数字信号输出端与第二信号隔离电路9的数字信号输入端连接;
[0047]第二信号隔离电路9的24V数字信号输出端与32位数字功率输出模块8的24V数字信号输入端连接；
[0048]单片机模块2的8位数字信号输出端与8位数字信号输出模块10的8位数字信号输入端连接。
[0049]本实施方式设置多达32位的宽范围24V数字信号输入作为主要输入，在输入端拥有自带可选的上拉和下拉电阻，因此NPN和PNP型的传感器信号都能直接接入本实施方式的输入端而无需通过其他接线端子等中转点处理上拉或下拉。数字信号输入和控制芯片接口电压不同，因此本实施方式采用信号隔离电路对其进行信号隔离，使外部电源和控制板逻辑芯片电源完全隔离，保证了良好的安全性和信号的稳定性。
[0050]本实施方式采用了专为解决复杂逻辑的CPLD控制模块1，因此数字输入和输出也集中在CPLD控制模块I的引脚上，这使工程实践时面对不同的逻辑要求可以直接通过改变CPLD控制模块I的程序即可直接将输入信号进行逻辑控制后实时输出，由于CPLD可以做到和实际逻辑电路相同，相比于PLC和单片机控制芯片CPLD时延小，拥有较高的稳定性，编程简单。
[0051]本实施方式拥有32位数字功率输出的能力，CPLD控制模块I低压数字输出信号经过第二信号隔离后成为24V数字信号，再由达林顿管放大输出，可以做到0.5A的引脚电流输出，完全具备功率驱动的能力。
[0052]除此之外，单片机模块2部分拥有8位定时器与IO复用引脚通过信号隔离放大模块可对外输出信号，除了可以由单片机模块2控制8位数字信号输出外，单片机模块2可以通过定时器对外输出准确的时序信号，以驱动步进电机等外部设备，实现精确传送等功能。
[0053]【具体实施方式】三:本实施方式是对【具体实施方式】一或二所述的面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置的进一步限定，
[0054]它还包括FLASH存储及断电保护模块11 ;
[0055]所述FLASH存储及断电保护模块11，用于定时写入单片机模块2的工作状态，还用于在突发的断电情况下为单片机模块2供电，直到电源恢复正常供电。
[0056]本实施方式所述的FLASH存储及断电保护模块11为一块128KB的flash芯片，通过SPI协议，定时对芯片进行状态写入，可以保证在需要的时候本实施方式所述的控制装置和总线上的其他设备可以查询到flash芯片中储存的信息，同时，此芯片有专用的电容保护，能够在突发的断电情况下任为芯片短期供电，以待电源恢复后总控制芯片从中读出断电时丢失的工作状态信息，重新正常工作。
[0057]【具体实施方式】四:本实施方式是对【具体实施方式】二所述的面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置的进一步限定，
[0058]它还包括逻辑电源输入模块12和驱动电源输入模块13 ；
[0059]逻辑电源输入模块12为CPLD控制模块1、单片机模块2、CAN总线通信模块3、电平转换模块4、ISA 二级总线5、第一信号隔离电路7和第二信号隔离电路9提供工作电源；
[0060]驱动电源输入模块13为32位数字输入模块6、32位数字功率输出模块8和8位数字信号输出模块10提供工作电源。
[0061]本实施方式对外界信号的输入输出默认采用24V信号，CPLD控制模块1、单片机模块2、CAN总线通信模块3、电平转换模块4、第一信号隔离电路7和第二信号隔离电路9采用3.3V电压供电，ISA 二级总线5则按照规定采用5V供电，逻辑电源输入模块12和驱动电源输入模块13均带有电源输入区域有电源指示灯，反接保护和滤波的功能。对外部提供了 24V和5V的弯角插座，本实施方式所述的控制装置自带5V-3.3V电平转换芯片，最大支持3A的电流，保证本实施方式所述的控制装置的正常工作。
[0062]在实际应用中，本发明为一块大小约为IOcmX20cm的电路板，由专用插针座和插针扣进行信号与电源的输入和输出，连接到工作平台上。且内部带有自动电平转换和电源保护显示模块，外接5V逻辑电源和24V驱动电源即可工作，控制部分有程序烧入插座，方便实时调试，烧入程序。电路板的四角有固定过孔，同时ISA 二级总线5插针允许多板叠加工作，并通过ISA 二级总线5互相通信。
[0063]本发明拥有多达32位数字信号输入和40位的数字功率/信号输出，并可以通过定时器实现时序输出。
[0064]本发明可以通过双总线与其他设备通信和远程控制，在总线中能够作为主机发送命令也可作为从机接收命令执行相对的逻辑运算。
[0065]本发明拥有断电数据保护能力，拥有128K的数据存储能力。
[0066]本发明逻辑电源输入模块12和驱动电源输入模块13的电源信号分离，不共地，拥有较高的安全性，单独供电工作，方便测试调试。
[0067]本发明可以自带大电流电平转换芯片和电源保护，只需外界24V和5V电源即可工作。
【权利要求】
1.面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置，其特征是在于，它包括CPLD控制模块(I)、单片机模块(2 )、CAN总线通信模块(3 )、电平转换模块(4)和ISA 二级总线(5 ); CPLD控制模块(I)通过电平转换模块(4)和ISA 二级总线(5)与ISA 二级总线(5)其他设备通信； 单片机模块(2)通过CAN总线通信模块(3)与CAN总线其他设备通信； 单片机模块(2)的外中断/地址复用端口与CPLD控制模块(I)的负责中断IO端口连接; 单片机模块(2)的第一通用IO端口通过7位专用地址并行总线与CPLD控制模块(I)的负责地址IO端口连接； 单片机模块(2)的第二通用IO端口通过16位专用数据并行总线与CPLD控制模块(I)的负责数据IO端口连接。
2.根据权利要求1所述的面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置，其特征在于，它还包括32位数字输入模块(6)、第一信号隔离电路(7)、32位数字功率输出模块(8)、第二信号隔离电路(9)和8位数字信号输出模块(10)； 32位数字输入模块(6)的数字信号输出端与第一信号隔离电路(7)的数字信号输入端连接，第一信号隔离电路(7)的24V数字信号输出端与CPLD控制模块(I)的24V数字信号输入端连接； CPLD控制模块(I)的数字信号输出端与第二信号隔离电路(9)的数字信号输入端连接; 第二信号隔离电路(9)的24V数字信号输出端与32位数字功率输出模块(8)的24V数字信号输入端连接； 单片机模块(2)的8位数字信号输出端与8位数字信号输出模块(10)的8位数字信号输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置，其特征在于，它还包括FLASH存储及断电保护模块(11); 所述FLASH存储及断电保护模块(11 )，用于定时写入单片机模块(2 )的工作状态，还用于在突发的断电情况下为单片机模块(2)供电，直到电源恢复正常供电。
4.根据权利要求2所述的面向高速贴片机的双总线控制模式的多IO控制装置，其特征在于，它还包括逻辑电源输入模块(12)和驱动电源输入模块(13); 逻辑电源输入模块(12 )为CPLD控制模块(I)、单片机模块(2 )、CAN总线通信模块(3 )、电平转换模块(4)、ISA 二级总线(5)、第一信号隔离电路(7)和第二信号隔离电路(9)提供工作电源； 驱动电源输入模块(13)为32位数字输入模块(6)、32位数字功率输出模块(8)和8位数字信号输出模块(10)提供工作电源。
【文档编号】G05B19/042GK103728909SQ201410027255
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】高会军, 彭鹏, 孙光辉, 张增杰, 孙一勇 申请人:哈尔滨工业大学