专利名称：现场总线逻辑输入输出装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工业逻辑IO控制装置，具体地说为一种在机器人系统和机器人生产线上使用的、用于协调机器人与外围设备工作的现场总线逻辑输入输出(IO)装置。
背景技术：
在现有的机器人系统中，普遍采用的是基于PC104总线的并行结构。这种结构使得机器人控制柜布线相对复杂，不易于扩展和在机器人生产线上应用。在一些有特殊要求的场合需要重新设计电控部分。
实用新型内容为了克服上述不足，本实用新型的目的是提供一种现场总线逻辑IO装置，它采用串行总线新结构，具有原有结构的全部功能，并具有布线简单，易于扩展，抗干扰能力强等特点，易于扩展和在机器人生产线上应用。
为了实现上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案包括一单片机，所述单片机通过数据、地址总线、控制信号与数据存储器，程序存储器，RS232串口控制器，RS485串口控制器，逻辑I/O译码器，控制信号转换器，第一～二总线驱动器，现场总线控制器，I/O输入、输出单元相连；一数据存储器，所述数据存储器通过数据、地址总线、控制信号与单片机相连，并分别至第一～二总线驱动器；一程序存储器，所述程序存储器通过数据、地址总线、控制信号与单片机相连，并分别至逻辑I/O译码器、控制信号转换器；一RS 232串口控制器，所述RS 232串口控制器直接与单片机的串行接口相连；一RS 485串口控制器，所述RS 485串口控制器直接与单片机的串行接口相连；一逻辑I/O译码器，所述逻辑I/O译码器通过控制信号、地址线直接与单片机相连，输入信号接至I/O输入单元，输出端接I/O输出单元，并通过第一～二数据总线驱动器连接数据存储器；一控制信号转换器，所述控制信号转换器通过控制信号、数据、地址总线与单片机相连，还通过程序存储器连接现场总线控制器；第一～二数据总线驱动器，所述第一～二总线驱动器一端通过数据总线与单片机相连，另一端与I/O输入、输出单元相连；一现场总线控制器，所述现场总线控制器通过控制信号转换器与单片机的控制信号及数据、地址总线相连；其中I/O输入单元为I/O输入隔离器和光电隔离输入器构成，所述I/O输入隔离器通过第一～二数据总线驱动器与单片机的数据总线相连，并直接与控制信号转换器相连，还与光电隔离输入器相连；I/O输出单元为I/O输出锁存器和光电隔离器构成，所述I/O输出锁存器通过第一～二数据总线驱动器与单片机的数据总线相连，并直接与控制信号转换器相连，还与光电隔离器相连。
本实用新型具有如下有益效果1.本实用新型通过串行的布线方式，简化了原来并行布线的复杂度，可作为机器人用户I/O的组成部分或其他外部设备的组成部分，特别是可适用于一些有特殊要求的场合的电控部分设计结构。
2.本实用新型采用串行布线，减少了布线数量，即减少了线间干扰，增强了系统的抗干扰能力。
3.由于本实用新型采用现场总线连接方式，在现场总线所允许节点数量的范围内可以实现方便配置，进行相应的软件调整，又不需要重新进行电器硬件的重新设置，减少了开发周期。
图1为现场总线I/O系统硬件总体结构图。
图2为现场总线I/O基本系统电路原理图。
图3为现场总线I/O输入输出电路原理图。
图4为现场总线I/O系统输入处理流程图。
图5为现场总线I/O系统输出处理流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1～3所示，本实用新型包括一单片机D1，所述单片机D1通过数据、地址总线、控制信号与数据存储器D2，程序存储器D3，RS232串口控制器D4，RS485串口控制器D5，逻辑I/O译码器D6，控制信号转换器D7，第一～二总线驱动器D8～D9，现场总线控制器D10，I/O输入隔离器D11，I/O输出锁存器D12以及光电隔离输入器D13和光电隔离输出器D14相连；单片机D1用于处理来自于其他现场总线网络节点的命令，并根据命令内容进行相应的操作；主要完成网络协议解析，I/O控制和滤波；一数据存储器D2，所述数据存储器D2通过数据、地址总线、控制信号与单片机D1相连，并分别至第一～二总线驱动器D8～D9；用于存储I/O操作的缓冲值及程序中所用到的各种变量值；一程序存储器D3，所述程序存储器通过数据、地址总线、控制信号与单片机D1相连，并分别至逻辑I/O译码器D6、控制信号转换器D7；用于存储单片机D1所执行的程序；一RS 232串口控制器D4，所述RS 232串口控制器D4直接与单片机D1的串行接口相连，使得本设备可以与其他具有RS 232串口的设备相连；一RS 485串口控制器D5，所述RS 485串口控制器D5直接与单片机D1的串行接口相连，使得本设备可以与其他具有RS 485接口的设备相连；一逻辑I/O译码器D6，所述逻辑I/O译码器D6通过控制信号、地址线直接与单片机D1相连，输入信号接至光电隔离I/O输入器D11，输出端接光电隔离I/O输出器D12，并通过第一～二数据总线驱动器D8～D9连接数据存储器D2；完成I/O地址译码。用于选通总线输入隔离器D11或总线输出锁存器D12；一控制信号转换器D7，所述控制信号转换器D7通过控制信号、数据、地址总线与单片机D1相连，还通过程序存储器D3连接现场总线控制器D10；将D1的控制时序转换成现场总线控制器D10可接受的时序，以完成现场总线控制器D10与单片机D1的连接，实现单片机D1对现场总线控制器的控制；第一～二数据总线驱动器D8～D9，所述第一～二总线驱动器D8～D9一端通过数据总线与单片机D1相连，另一端与光电隔离I/O输入器D11、光电隔离I/O输出器D12相连；一现场总线控制器D10，所述现场总线控制器D10通过控制信号转换器D7与单片机D1的控制信号及数据、地址总线相连，完成现场总线到本装置的连接；一I/O输入隔离器D11，所述I/O输入隔离器通过第一～二数据总线驱动器D8～D9与单片机的数据总线相连，并与控制信号转换器D6相连，实现单片机D1对输入的控制操作，I/O输入隔离器D11还通过光电隔离输入器D13的相连实现对物理输入的检测。
一I/O输出锁存器D12，所述I/O输出锁存器通过第一～二数据总线驱动器D8～D9与单片机D1的数据总线相连，并与控制信号转换器D6相连，实现单片机D1对输出的控制操作，I/O输入隔离器D11还通过光电隔离器D14完成物理输出操作。
其中I/O输入单元为I/O输入隔离器D11和光电隔离输入器D13构成；I/O输出单元为I/O输出锁存器D12和光电隔离器D14构成；本实用新型具体工作过程及原理为单片机D1通过程序存储器D3中的程序接收由现场总线控制器D10及控制信号转换器D7从现场总线获得的数据，并对获得的数据进行解析，根据解析后的内容进行相应的操作。如现场总线上的其他设备请求本实用新型返回输入，则单片机D1通过存储在程序存储器D3中的I/O输入处理程序，由逻辑I/O译码器D6选择I/O输入隔离器D11，并经由第一～二数据总线驱动器D8～D9将光电隔离输入器D13的输入状态读入到数据存储器D2中。在由单片机D1通过存储在程序存储器D3中的程序将所读入的输入数据经用控制信号转换器D7、现场总线控制器D10发送给所请求的设备。同样请求本实用新型输出的过程类似，只是操作对象为I/O输出锁存器D12和光电隔离器D14。
同时单片机D1通过存储在程序存储器D3中的程序可以完成对I/O输入进行处理，其I/O输入处理流程如图4所示，同样I/O输出处理流程如图5所示。
本实施例所述单片机D1可以采用AT9140800，数据存储器D2可以采用61LV25616，程序存储器D3可以采用49BV160、RS 232串口控制器D4可以采用MAX232、RS 485串口控制器D5可以采用MAX485、逻辑I/O译码器D6可以采用EPM7032、控制信号转换器D7可以采用EPM7064、第一～二总线驱动器D8～D9可以采用74HC245，现场总线控制器D10可以采用SJ1000T，I/O输入器D11由两片74HC245组成，光电隔离器D13由四片TLP280组成；I/O输出锁存器D12由两片74HC574组成，光电隔离器D14由四片TLP280组成。
权利要求1.一种现场总线逻辑输入输出装置，其特征在于包括一单片机(D1)，所述单片机(D1)通过数据、地址总线、控制信号与数据存储器(D2)，程序存储器(D3)，RS232串口控制器(D4)，RS485串口控制器(D5)，逻辑I/O译码器(D6)，控制信号转换器(D7)，第一～二总线驱动器(D8～D9)，现场总线控制器(D10)，I/O输入、输出单元相连；一数据存储器(D2)，所述数据存储器(D2)通过数据、地址总线、控制信号与单片机(D1)相连，并分别至第一～二总线驱动器(D8～D9)；一程序存储器(D3)，所述程序存储器通过数据、地址总线、控制信号与单片机(D1)相连，并分别至逻辑I/O译码器(D6)、控制信号转换器(D7)；一RS 232串口控制器(D4)，所述RS 232串口控制器(D4)直接与单片机(D1)的串行接口相连；一RS 485串口控制器(D5)，所述RS 485串口控制器(D5)直接与单片机(D1)的串行接口相连；一逻辑I/O译码器(D6)，所述逻辑I/O译码器(D6)通过控制信号、地址线直接与单片机(D1)相连，输入信号接至I/O输入单元，输出端接I/O输出单元，并通过第一～二数据总线驱动器(D8～D9)连接数据存储器(D2)；一控制信号转换器(D7)，所述控制信号转换器(D7)通过控制信号、数据、地址总线与单片机(D1)相连，还通过程序存储器(D3)连接现场总线控制器(D10)；第一～二数据总线驱动器(D8～D9)，所述第一～二总线驱动器(D8～D9)一端通过数据总线与单片机(D1)相连，另一端与I/O输入、输出单元相连；一现场总线控制器(D10)，所述现场总线控制器(D10)通过控制信号转换器(D7)与单片机(D1)的控制信号及数据、地址总线相连。
2.按权利要求1所述现场总线逻辑输入输出装置，其特征在于I/O输入单元为I/O输入隔离器(D11)和光电隔离输入器(D13)构成，所述I/O输入隔离器(D11)通过第一～二数据总线驱动器(D8～D9)与单片机(D1)的数据总线相连，并直接与控制信号转换器(D6)相连，还与光电隔离输入器(D13)相连。
3.按权利要求1所述现场总线逻辑输入输出装置，其特征在于I/O输出单元为I/O输出锁存器(D12)和光电隔离器(D14)构成，所述I/O输出锁存器(D12)通过第一～二数据总线驱动器(D8～D9)与单片机(D1)的数据总线相连，并直接与(D6)控制信号转换器相连，还与光电隔离器(D14)相连。
专利摘要本实用新型公开一种现场总线逻辑输入输出装置。该装置以单片机为核心，主要由数据、地址总线与数据存储器，程序存储器，总线驱动器，控制信号转换器、现场总线控制器，逻辑I/O译码器，光电隔离I/O输入器、光电隔离I/O输出器组成，所述单片机分别与数据存储器，程序存储器，总线驱动器，控制信号转换器、现场总线控制器，逻辑I/O译码器，光电隔离I/O输入器、光电隔离I/O输出器相连。本实用新型能完成通用的I/O操作，减少了布线的复杂程度，具有抗干扰能力强，实用、可靠、通用和便于扩展的特点。
文档编号G06F13/00GK2747629SQ20042003201
公开日2005年12月21日 申请日期2004年6月9日 优先权日2004年6月9日
发明者徐方, 杜鹏, 惠龙, 魏辉, 邹风山, 郭海冰 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司