专利名称：教学用多功能数据采集与输出控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数据釆集与数字通信技术领域中的多功能教学仪 器实验设备，具体地说是一种教学用多功能数据采集与输出控制装置。
背景技术：
教学仪器是教学中的一项重要环节，它能使学生将课堂上所学的理论 知识得到实践，但是由于常规的教学仪器是由专门的生产厂家开发的，出 于技术上的保密或其它方面的原因，整个教学仪器的开放性不是很强，只 能按照厂家规定好的步骤去操作，学生不能按照自己的想法去定制或实践 所需要的实验内容。学校由于资金方面的原因，也不可能购买多种实验装 置，只能做几种多年不变的实验。因此，学生在学习过程中对教学实验的 兴趣也不是很大，又由于学生在学习期间没有多余的资金自己去实现教学 实验，这使得教学和实验在时间和空间上造成脱节。
伴随教育向大众化发展，学生数量急剧增加，原有的教学设备无法满足现 有的使用要求，供需矛盾在逐渐加剧。同时随着电子技术、传感器技术、 通信技术的发展，实验设备也需要进一步更新换代，而教学设备要达到同 步的更新也是不现实的，无法满足当代的教学实验需求。另外，现在大学 毕业设计，由于经费上的原因，很多毕业设计都停留在纸面上，没有得到 实际检验，毕业生的实践能'力没有得到提高和锻炼，难于适应当今的就'业 要求。
实用新型内容
为了克服上述不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有多 种信号类型接口，并且具有多种通信接口的可由使用者自行配置所需功能 的教学用多功能数据釆集与输出控制装置。
为解决上述技术问题，本实用新型釆用的技术方案是 包括单片机，存有控制程序，为整个装置的控制核心，可釆集或输 出数字量、模拟量信号；数字量输入接口，由单片机通过i/o扩展模块连接 到数字量输入端子形成；数字量输出接口，由单片机通过锁存器接至数字 量输出端子形成；模拟量输入接口，由单片机通过模拟量采集模块接至模 拟量输入端子形成；模拟量输出接口，由单片机通过模拟量输出模块接至 模拟量输出端子形成；显示接口，由显示端子与单片机的l/0管脚相连形成。
本实用新型装置还具有CAN协议网络接口 ，由单片机通过CAN协议 模块、CAN驱动模块连接到CAN总线端子形成。
本实用新型装置还具有RS _ 232接口 ，由单片机的串行通信接口经RS-232协议模块接于232串口端子形成；RS - 485接口 ，由单片机的串行通 信接口经RS _ 485协议模块接于485串口端子形成；选择开关，对RS - 232 协议模块及RS- 485协议模块以择一方式选通接于单片机的串行通信接
ni 。
本实用新型具有如下优点
1. 功能多用，灵活性强，经济实用。本实用新型装置可根据教学或实验 的特点进行定制，不用更改本装置的硬件电路，在原来程序基础上可由用
户自己编写程序，通过本装置的接口 ISP进行下载，在不增加任何成本的
前提下，就可成为一种其它类型的独立的控制装置，非常适合学生的教学、 毕业设计以及课外实践使用，而且可以重复使用。
2. 接口丰富，应用广泛。本实用新型装置不但具有通用的数字量输入/ 输出、模拟量输入/输出接口、标准的RS-232接口、 RS-485接口，而且还 扩展了学生易于理解和掌握的CAN总线接口以及具有一定显示功能的液晶 显示接口，因此该装置既可作为教学和实验用，又可作为学生毕业设计时 使用，也可在工程项目中使用。
3. 扩展性好。-本装置可以单独使用，也可以将多个该装置適过RS-485 接口或CAN总线接口进行扩展，组成一个分布式控制网络。
'4.使用方便。由于本实用新型装置具有液晶显示接口，为该装置增添了 一个信息显示窗口，尤其是该装置作为远程釆集和输出控制中显得非常便 利。
图l为本实用新型装置的组成框图； 图2为本实用新型装置g气硬件原理图； 图3为本实用新型主程序流程图； 图4为本实用新型中断服务程序流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。 如图1、 2所示，本实用新型装置以AVR单片机为控制核心，具有数 字量输入接口、数字量输出接口、模拟量输入接口、模拟量输出接口、 CAN 协议网络接口、 RS-232接口或RS-485接口以及显示接口，其中数字量 输入接口 DI由单片机MCU1 (釆用MEGA64)通过I/O扩展模块连接到数 字量输入端子形成，即通过第1、21/0扩展模块UD1、UD2C釆用74HC245 ) 从第l、 2数字量端子JDI—1、 JDI—2釆集16路数字量输入DI信号；数字 量输出接口由单片机MCU1通过第1、 2锁存器U1、 U2(采用74HC573 ) 输出16路数字量输出信号到第1、 2数字量输出端子JDO—1、 JDO—2进行 DO信号的控制输出；模拟量输入接口由单片机MCU1 i过模拟量采集模 块AD1 (釆用TLC2543 )接至模拟量输入端子JAI一1形成，即从模拟量输 入端子JAI—1采集8路模拟量输入信号；模拟量输出接口由单片机MCU1通过模拟量输出模块UAOl (釆用AD5628 )接至模拟量输出端子JAO—1 形成，即通过模拟量输出芯片UAOl输出8路模拟量信号到端子JAO—1;
单片机MCU1通过CAN协议模块UT1(釆用MCP2510)和CAN驱动模 块UT2 (釆用82C250 )连接到CAN总线端子JCAN形成CAN协议网络接 日；
由单片机MCU1的串行通信接口 UART经RS - 232协议模块US1 (釆 用MAX232E)接于232串口端子J232形成标准的RS _ 232接口 ；由单片 机MCU1的串行通信接口 UART经RS - 485协议模块US2(釆用MAX483E ) 接于485串口端子J485形成标准的RS _ 485接口 ； RS - 232协议模块US1 及RS-485协议模块US2通过选择开关SI切换进行选择，..以择一方式选 通接于单片机MCU1的串行通信接口 UART;
单片机MCU1的1/0管脚连接到端子LCM1上，成为液晶显示端口； 另外接口 ISP用于单片机控制程序的下载。
单片机控制程序釆用C语言编制，釆用模块化程序设计，每个子程序 模块对应一个功能，程序汇编后储存在单片机的电可擦除存储器里，上电 后自动运行。所述模块化子程序中包括DI数据釆集模块、AI数据釆集模块、 CAN总线接收与发送模块、接收串口指令和回送串口数据模块、DO数据 输出模块、AO数据输出模块以及显示数据刷新模块。
单片机程序主要包括主程序和中断处理程序。如图3所示，主程序的 具体流程为
先执行初始化，然后处于循环状态；
在循环中判断是否有DI釆集标志，当有DI釆集标志时，调用DI数 据釆集模块进行DI数据釆集；'
DI数据釆集完成后，或者没有DI采集标志时，判断是否有AI釆集完 毕标志，如有则调用AI数据釆集模块进行AI数据采集；
AI数据釆集完成后，或者没有AI釆集完毕标志，判断是否有CAN中 断标志，如有则调用CAN总线接收与发送模块进行CAN指令接收与CAN 数据发送处理；
CAN指令接收与CAN数据发送处理完成后，或者没有CAN中断标志， 判断是否有串口通信模式，如有串口通信模式，则调用接收串口指令和回 送串口数据模块对串口通信数据进行处理；
接收串口指令和回送串口数据完成后，或者没有串口通信模式，则执 行用户应用程序；-
判断是否有DO输出标志，有则调用DO数据输出模块输出DO数据；
输出DO数据完成后，或者没有DO输出标志，则判断是否有AO输出 标志；如有AO输出标志，则调用AO数据输出模块输出AO数据；
输出AO数据完成后，或者没有AO输出标志，则判断是否有刷新显示 标志，如有则调用显示数据刷新模块对显示数据进行刷新；刷新显示数据完成后，或者没有刷新显示标志，则回到判断是否有DI 采集标志步骤，如此循环执行。这样做的好处是节省程序执行的时间。
上述用户应用程序包括对釆集的AI和DI数据以及通过串口或CAN 总线接收的命令，根据用户需求进行处理，即计算DO输出值、AO输出值 和显示数据，并置DO、 AO和刷新显示数据的输出标志，生成对外通信输 出数据，为对外的输出、显示和通信命令准备好数据。
如图4所示，中断服务处理程序主要执行5个中断服务程序，分别为 定时中断、AD中断、串口接收中断、串口发送中断以及CAN中断，进入 中断后，单片机根据中断类型转到相应的中断处理程序，每个中断处理程 序处理完相应的任务后，返回到中断时的主程序，主程序继续执行。其中 各中断处理包括定时中断，定时的时间间隔为200ms,定时中断后，置 DI釆集标志；AD中断，釆集AD数据后置AI釆集完毕标志；串口接收中 断，填充接收缓冲区；串口发送中断，将发送缓冲区中数据逐字节送出； CAN中断，置CAN中断标志。
权利要求1.一种教学用多功能数据采集与输出控制装置，其特征在于包括单片机(MCU1)，存有控制程序，为整个装置的控制核心，可采集或输出数字量、模拟量信号；数字量输入接口，由单片机(MCU1)通过I/O扩展模块连接到数字量输入端子形成；数字量输出接口，由单片机(MCU1)通过锁存器接至数字量输出端子形成；模拟量输入接口，由单片机(MCU1)通过模拟量采集模块(AD1)接至模拟量输入端子形成；模拟量输出接口，由单片机(MCU1)通过模拟量输出模块(UAO1)接至模拟量输出端子形成；显示接口，由显示端子(LCM1)与单片机(MCU1)的I/O管脚相连形成。
2. 按权利要求1所述的教学用多功能数据釆集与输出控制装置，其特征 在于还具有CAN协议网络接口，由单片机(MCU1)通过CAN协议模块(UT1)、 CAN驱动模块(UT2),连接到CAN总线端子(JCAN)形成。
3. 按按权利要求1所述的教学用多功能数据釆集与输出控制装置，其特 征在于还具有 .RS-232接口，由单片机(MCU1)的串行通信接口经RS-232协议 模块(US1)接于232串口端子(J232)形成；RS-485接口，由单片机(MCU1)的串行通信接口经RS-485协议 模块(US2)接于485串口端子(J485 )形成；选择开关(Sl ),对RS _ 232协议模块(US1 )及RS - 485协议模块(US2 ) 以择一方式选通接于单片机(MCU1)的串行通信接口。
专利摘要本实用新型涉及一种教学用多功能数据采集与输出控制装置，包括单片机，为整个装置的控制核心，可采集或输出数字量、模拟量信号；数字量输入接口，由单片机通过I/O扩展模块连接到数字量输入端子形成；数字量输出接口，由单片机通过锁存器接至数字量输出端子形成；模拟量输入接口，由单片机通过模拟量采集模块接至模拟量输入端子形成；模拟量输出接口，由单片机通过模拟量输出模块接至模拟量输出端子形成；显示接口，由显示端子与单片机的I/O管脚相连形成。所述控制程序包括主程序和中断服务处理程序。本实用新型功能多，灵活性强，非常适合学生的教学、毕业设计以及课外实践使用，可以重复使用，接口丰富，软件通用性好，扩展性好。
文档编号G05B19/04GK201159848SQ20082001146
公开日2008年12月3日 申请日期2008年3月7日 优先权日2008年3月7日
发明者悦 周, 李界家, 阚风龙, 宇 高 申请人:沈阳建筑大学