[其他]高分辨率状态采集装置

说明书

本实用新型涉及一种以8位微处理器为核心的实时状态信息采集装置。

对实时状态信息的采集，国内外都习惯沿用程序顺序扫描装置，因扫描频率受到微型机CPU处理速度、系统容量等条件的限制，扫描周期较长，较短的也为五毫秒。随着自动化系统的发展，对实时状态信息变化的时间分辨率要求达到1～2毫秒。显然，一般的状态信息采集所用装置是无法满足要求的，为解决这个问题，特提出本实用新型。

本实用新型是利用可编程并行输入、输出接口芯片PIO所具有的位控功能，任何位状态发生变化时，立即发生中断请求，通过硬件中断程序处理的方式来实现状态信息的监视及状态变化的快速检出，以满足状态变化记录的高时间分辨率和实时性的要求。

本实用新型是这样实现的：装置由以8位微处理器（CPU）为核心的控制电路板（简称控制板）和采用并行可编程输入、输出接口芯片PIO为主要部件的信息采集电路板（简称状态输入板）构成，采用了中断链控制电路，使用“与”逻辑电路连接各个PIO的IEI和IEO。控制电路负责产生对PIO编程的命令以及状态信息处理程序，信息采集电路负责对外部状态进行监视，当外部状态变化时，及时向控制电路的CPU发出中断信息。采集电路采用PIO作为状态的输入接口，每个状态量通过反相器电路后分开两路接入PIO的相邻两位上，一路正相接入，一路反相接入。这样每个状态量接入PIO的两位中，一位是高电平，另一位是低电平。

PIO通过中断和微处理器交换信息。具体编程是：采用位控方式，PIO端口的每一位均作为输入，每一个外部状态量占用PIO的两位，CPU通过对PIO设置中断控制字和装入的屏蔽字，使该装置能把任何状态的变化及时地记录下来。中断高电平有效（也可选择低电平有效），“或”逻辑，设置中断屏蔽字是由设置的中断有效电平决定，当选中断高电平有效就屏蔽每个状态两位输入中高电平位，并设置中断失量。通过以上编程可使任一状态量发生变化时，都立即向CPU发出中断请求。CPU响应中断后，需修改有变化PIO的屏蔽字，把有变化状态量两位输入中，原被屏蔽的一位开放，并屏蔽原被开放的另一位，这可保证该状态量再次发生变化时立即产生中断申请。在状态发生变化后，程序采用优先记录所有发生变化的状态值、变化时间及变化状态位置，然后再处理变化数据的方法，使其时间分辨率为1毫秒，并可将变化状态按顺序快速检出。

附图说明：

图1.是本装置的结构图。1.为微总线        2.为控制板        3.为状态输入板。状态输入板通过CPU引出的微总线和控制板进行数据交换。每块状态输入板可接入32个状态量，状态输入板的数量根据系统容量决定，最多可扩展到八块。

图2.为控制板逻辑框图。其中1.为微总线，2.为总线驱动电路，。Z80A－CPU是本装置的核心，它执行写入EPROM中的程序，完成本装置预定的功能。RAM作为数据和参数的暂存区。CTC（可编程计数定时器）完成自恢复（Watch    dog）和实时时钟的功能，实时时钟分辨率可达100微秒。PIO用于和其它微机系统进行信息交换的并行接口。SIO（串行I／O控制器）的一路可用作调试控制板的CRT接口，另一路用于和其它微机或作为远方终端进行信息交换的串行接口。总线驱动电路对CPU的微总线（数据总线、地址总线和控制总线）进行驱动和隔离。

图3.为状态输入板逻辑框图。1.为微总线，2.为总线驱动电路，3.为状态量输入的光电隔离和滤波电路，4.为中断链控制电路。

图4.为一路状态量输入光电隔离和滤波电路示意图。状态输入板为外部实时状态提供输入接口，PIO的数椐和控制信息都接入微总线，通过地址译码对各个PIO进行片选。每个PIO可接入8个状态量，每个状态量通过滤波电路和光电隔离分两路（一路正相，一路反相）接入PIO相邻的两位。

图5.为中断链控制逻辑图。控制板输出一个IEO信号接入第一块状态输入板的IEI，第一块状态输入板中断链控制电路输出IEO接到下一块状态输入板的IEI，依此类推，此中断链控制电路提高了IEI和IEO的响应时间，使状态输入板可扩展到八块（32个PIO）时，也能保证中断请求被正确响应。

对于PIO芯片工作方式的具体编程及当状态量发生变化后程序优先记录变位状态值、时间及位置的处理，程序简要说明见图6、图7。图6.为PIO初始化程序，图7.为PIO输入状态变化中断服务程序。状态处理程序依据状态性质、类型分别进行处理。

本实用新型的优点：