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控制模塊范文1
關鍵詞：備用電源 過欠壓檢測 Mulitisim
中圖分類號：TL503.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（b）-0000-00
1.引言
為了防止控制模塊的直流27V供電電源輸出出現異常時，對控制模塊造成的數據丟失、電子設備及后級負載的損害等問題，考慮一路備用電源是十分必要的[1]。本文中選用一款蓄電池作為備用電源，當供電電源輸出出現中斷或異常時，蓄電池仍可以持續一定時間給控制模塊供電，既保證了控制模塊的數據不會丟失，同時減少了對電子設備及后級負載的影響。此外，備用電源要具有對蓄電池的充電功能，還要實現27V電源與蓄電池的切換功能，以及對蓄電池充放電的過欠壓檢測和對供電電源的異常檢測等保護功能。
2.工作原理
當27V直流電源正常時，直接給控制模塊供電，同時給蓄電池組充電；當27V直流電源異常時，切換電路將電路切換到蓄電池組供電。當蓄電池組作為控制模塊供電電源時，必須實時監測蓄電池組的放電電壓，當電壓降到設定閾值時切斷電路，以免電池損壞。
在檢測電路中，必須達到以下效果：27V直流電源給蓄電池組充電正常時，發光二極管D7燈亮，直至充滿D7燈滅；27V直流電源異常時，電路切換到蓄電池供電，發光二極管D6開始閃亮，待蓄電池組放電至欠壓D6燈滅，進行光報警，備用電路原理圖如圖1所示。
3.組成
本文設計中，備用電源主要由蓄電池組和監測控制電路模塊兩大部分組成。其中，蓄電池組主要由兩個12V蓄電池串聯而成，監測控制電路模塊主要由充電電路、欠壓檢測電路、過壓檢測電路以及切換電路等組成。備用電源原理框圖如圖2。
3.1蓄電池組
鉛酸蓄電池由于其制造成本低，容量大，價格低廉而得到廣泛的應用[2]。但是，若使用不當，其壽命將大大縮短。因此為有效延長蓄電池的使用壽命，在本電路中主要設計了對電池充放電時過欠壓的控制電路。
選取2塊免維護鉛酸蓄電池12V1.3AH/20HR串聯使用。蓄電池組放電時間按式（1）計算[3]。
Q ……………………………… （1）
式中：
Q――蓄電池容量（Ah）（取值1.3Ah）
K――安全系數（取值1.25）
I――負載電流（A）（取值0.4A）
T――放電小時數（h）
t――蓄電池最低環境溫度（℃）（取值15℃）
η――放電容量系數（取值0.76）
α――蓄電池放電溫度系數（取值0.008）
由式 （1）可得電池放電時間約為2h，滿足備用電源延時要求。
3.2監測控制電路模塊
a）充電電路
備用電源電路原理圖如圖1所示， 27V直流電源由MOS管控制給蓄電池充電，在27V直流電源正常時，給控制模塊供電，同時蓄電池處于充電狀態，此時發光二極管D7燈亮，直至充滿D7燈滅。
b）電池欠壓監測電路
在蓄電池正常工作一段時間后電池電壓下降，當下降到保護值（電壓
c）電池過壓監測電路
充電過壓監測是為了防止蓄電池過充，從而延長蓄電池壽命，同時也能防止過充造成不必要的危險。如圖1所示，充電過壓（電壓27.6V）終止由電壓比較器U1A控制，電阻R1、R2串聯采樣充電電壓接到比較器U1A的反相端，同向端由TL431提供2.5V的基準電壓，當電池電壓高于27.6V時，比較器U1A輸出低電平，Q2截止，Q3導通，MOS管Q4關斷，電池停止充電。
d）切換電路
當27V直流電源異常時，切換電路切換到蓄電池工作狀態，實現不間斷供電。由于需要通過功率器件――繼電器來切換，而功率器件的切換是需要動作時間的，因此在本電路設計中，如圖1所示，對控制模塊電源輸入端并聯大電容來彌補切換中斷時間時的電源供電，從而確?？刂颇K零中斷工作。
4.結束語
通過對控制模塊備用電源的合理設計，可完成備用蓄電池的充電、過欠壓監測與光報警及其切換等功能，實現了對控制模塊的不間斷供電，提高了工作效率。
參考文獻
[1] 殷小明.應急電源與備用電源的設計[J]，現代建筑電氣，2012年04期
控制模塊范文2
關鍵詞：CMC； 運動控制； 國產芯片
Research and Application of Motion Control Module Based on CMC
Abstract： In order to reduce the dependence of foreign chips， expand the scope of domestic chip， this paper takes the domestic CMC chip as the core， and develops the motion control system technology in ST language. It is the design idea of the system of the domestic CMC chip.
Keywords： CMC； Motion control； Domestic chip
1. 引言
全球半導體市場規模達3200億美元，全球54%的芯片都出口到中國，但國產芯片的市場份額只占10%。全球77%的手機是中國制造，但其中不到3%的手機芯片是國產的。我國芯片產業長期被國外廠商控制，不僅每年進口需要消耗2000多億美元外匯，超過了石油和大宗商品，是第一大進口商品。而且，受制于人的技術設備直接制約了我國產業的發展[1]。我國芯片產業一直發展緩慢，尤其在C PU方面幾乎一片空白，這意味著我國制造業處于國外的控制之下，很難打破已形成的壟斷，國內工業一旦用上“外國芯”將會形成長期依賴，要超越國外企業，必須使用國產芯片。
計算機數控（CNC）是本世紀 70 年展起來的控制新技術。它綜合了計算機、自動控制、測量技術、機械制造等領域的最新成就，數控技術的先進與否直接代表了一個國家的機械工業水平。
1.1 數控系統的發展及國內外現狀
目前一種新型的結構為運動控制器+PC，即采用以 PC 為硬件平臺的數控系統。其中最主要的部件是計算機和控制運動的控制器?？刂破鞅旧砭哂蠧PU，同時開放包括通信端口、結構在內的大部分地址空間，輔以通用的 DLL 同 PC 結合得最為緊密。這種系統的特點是靈活性好、功能穩定、可共享計算機的所有資料，目前已達到遠程控制等先進水平[2]。
1.2 國產芯片CMC介紹
CMC芯片是將組態處理、程序存儲、信號輸入輸出、控制算法、通訊接口等全部集成在一個芯片中的產品，實現的主要功能可以簡述為：片內邏輯控制和運動控制，程序處理及調度管理，數字量信號處理，多種數據接口通信。使用芯片的組態軟件進行邏輯控制程序和運動控制程序的編程，將編寫的程序下載到芯片的片內存儲器中。根據用戶的程序，對輸入的各種信號（包括從通信接口傳入的信號）進行處理運算， 并進行相應的信號輸出。邏輯控制主要包括對上層用戶編寫并經過編譯的邏輯控制程序進行執行處理。運動控制主要包括對上層用戶編寫并經過編譯的運動控制程序（如 G 代碼）進行執行處理。數字量處理主要包括開關信號、頻率信號處理，脈沖信號輸入輸出，PWM 輸出，正交編碼器輸入等。芯片集成了 Flash、SRAM、通用定時器、PLL、實時鐘，以及以太網 MAC、UART、CAN、SPI、I2C 等多種通信接口。
2 運動控制模塊概述
2.1 CMC芯片詳細參數介紹
主控芯片選用浙大中控研發的CMC運動控制芯片。CMC芯片包括基本GPIO、測試功能、以太網 MAC 、外部中斷功能、脈沖輸入輸出PIPO、運動控制、串口通信、I2C通信、SPI 通信、CAN 通信、實時鐘、電源等功能。芯片具有一個外部高速時鐘 （2～15MHz） 輸入接口、 一個外部 32.768KHz 時鐘輸入接口，分別作為系統輸入時鐘，RTC 輸入時鐘。外部輸入時鐘皆為有源晶振。通過芯片內 PLL 可將系統輸入時鐘進行倍頻，倍頻后的系統時鐘可達 24～100MHz。PLL上電后默認為 bypass 模式，即外部時鐘直接輸入，不經過 PLL 倍頻。上電后，PLL 復位時間至少需要 5us，穩定時間需要 100us。配置系統時鐘的步驟如下：1、配置 PLL；2、使系統進入停止模式；3、喚醒系統進入工作模式；4、完成配置。CMC芯片有 4 種工作模式，分別為運行模式、等待模式、休眠模式和停止模式。片內包含512KBytes FLASH，共有 4個完全相同的但是分別獨立編程的定時器。定時器在設定了預定值后，開始進行自減操作，直到減至 0，則停止減數操作并送出中斷信號。芯片包含脈沖輸入輸出/計數器，由 4 個 16 位自動裝載高級計數器構成，它適用于多種場合，包括測量輸入信號的脈沖長度、脈沖個數；或者產生輸出波形。GPIO共有64 個 GPIO 口通用輸入輸出端口，每個端口的默認狀態為懸空，用戶可以根據需求配置成輸入，輸出或者高阻。支持 5 種復位方式，分別為上電復位、軟件復位、看門狗復位、外部復位和 JTAG。其邏輯控制主要實現對基于 IEC61131-3 的邏輯控制任務的調度和邏輯控制程序的執行處理。芯片采用 LQFP（Low-profile Quad Flat Package）薄型四方扁平式封裝，本體尺寸為28×28×1.4mm，管腳間距為 0.5mm。
2.2 運動控制模塊簡介
運動控制模塊是基于10/100M以太網的通用型運動控制器，可支持多個控制器和PC組成控制網絡，應用于各種需要獨立運行的場合。此運動控制模塊基于CMC芯片的硬件結構，插補算法、脈沖信號的產生及加速和減速控制、I/O信號的檢測處理，均由硬件和固件實現，確保了運動控制高速、高精度及系統穩定。該系列控制器最多可控制4個步進或伺服電機，具有曲線速度控制、多軸直線插補、兩軸圓弧插補、連續曲線插補等高級功能。通過簡單的編程即可開發出穩定可靠的高性能連續軌跡運動控制系統。
CMC運動控制模塊除了電機控制端口外，還提供了豐富的I/O 接口和通訊接口，包括64路擴展I/O接口、4路16位高精度A/D、 D/A接口、MCP鍵盤、PWM輸出、編碼器接口、手搖脈沖發生器接口、網絡接口、串行口、CAN接口。用戶可通過網口與PC機通信；可以通過串口連接其它設備，如：HMI觸摸屏。
CMC運動控制模塊通過四路脈沖輸出接口控制伺服電機實現主機要求的運動。運動控制器是由主機發送的運動控制命令驅動其工作的。運動控制器提供 ST語言函數庫，實現主機與運動控制器的通訊。用戶通過主機程序調用相應的庫函數，將運動控制器相關參數和運動軌跡描述傳遞給運動控制器，也就是發出運動控制命令，運動控制器將根據主機的要求，自動完成軌跡規劃、安全檢測、采樣刷新等復雜運算和操作。計算結果轉換成脈沖控制電機運動。
運動控制器還提供四路伺服電機驅動器報警信號（每軸一路）輸入，四路伺服電機驅動器使能信號（每軸一路）輸出，四路伺服電機驅動器復位信號（每軸一路）輸出以及三十二路通用數字量輸出接口、三十二路通用數字量輸入接口。實現復雜靈活的運動控制[4]。
2.3 CMC運動控制模塊電源與時鐘拓撲結構
CMC通過一個10MHz的有源晶振提供時鐘信號，網絡PHY芯片由25MHz的有源晶振提供時鐘信號。IMP811芯片提供整體復位信號，低電平有效。
模塊電源由外部24V開關電源提供，通過TPS54383芯片轉換成3.3V和5.3V電源，5.3V電壓通過高抑制比的TPS7A8101芯片轉換為5.0V電壓，為AD、DA提供純凈電源。通過NCV1117DT18T5G將5V將為1.8VCMC內核電壓。通過NCP1403SNTxG將5V升壓、降壓為±15V電壓，提供偏置電壓。
3 CMC運動控制模塊測試
在組態軟件中通過調用單軸控制模塊，配置相應參數，可以控制電機轉速、方向等參數，觀察電機輸出狀態變化；
1. 使用功能塊控制電機運動經測試可以實現電機速度、加速度、方向、啟停等參數或狀態控制，可以用該功能塊配合手搖使用實現手搖運動控制模式或者配合鍵盤使用實現點動功能。
2. 使用G代碼進行電機控制，經測試能夠實現電機的運動控制，速度、方向、脈沖數都能按照G代碼的運動參數執行。
4 小結
因國產CMC芯片還是初級階段，功能還有所不足，芯片封裝大，之后會增加更多功能，采用GBA封裝，縮小芯片尺寸，降低功耗，附加自有知識產權，降低成本，增加產品競爭力。
參考文獻
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[2] 羅云山. PLC在制造業產品自動化檢驗中的應用[J].裝備應用與研究
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[4] 劉漢忠周伯榮李宏勝. 簡易單軸運動控制器的設計[J].制造業自動化
控制模塊范文3
關鍵詞：廣告燈條；STC89C52單片機；程序設計；控制
21世紀是一個各種高新技術快速更新的時代，尤其是在電子領域和自動化智能控制領域，而傳統的分立電子元件和以數字邏輯電路為主構成的控制系統，正在以前所未有的速度被各種單片機智能控制系統所取代。廣告燈條因其加工工藝更簡便，質量更容易控制，壽命更長，顏色和亮度更高而逐漸替代了較早的加工工藝，逐漸成位發展趨勢。所以用單片機來控制廣告燈條就成為了一種受人青睞的方式，不僅大大降低了設計成本而且具有良好的廣告宣傳效應，并且能很好的吸引廣大消費者的眼球，從而產生巨大的經濟效益。
1 設計原理
本設計在結合STC89C52單片機的基礎上設計出七彩廣告燈條控制模塊，它是結合單片機芯片的功能和一些基本原理，運用C語言程序來實現七彩廣告燈條燈的不同閃爍方式，在由慢到快，再由快到慢的循環往復變化中，給人帶來視覺的美感。燈條控制模塊由電源適配器提供12V直流電源通過7805穩壓到5V直流給單片機在經過開關電源變換，輸出直流工作電壓到STC89C52，利用STC89C52單片機輸出一定頻率的PWM來驅動場效應管的開斷，調節輸出電流的大小來調節燈的亮暗，最終調出七種不同的顏色。
2 主控芯片的選擇
主控制器芯片主要是負責控制LED七彩燈帶的不同變化速度快慢以及變化效果。主控制器作為整個系統的控制核心部分，要求其功耗低、數據轉換速率快。STC89C52單片機是一種低功耗、可編程、高性能8位微控制處理器，其內部包括微處理器、具有8K在系統可編程Flash存儲器、看門狗定時器、輸入/輸出口、中斷系統等，具有價格低廉、技術成熟、操作簡單等特點，滿足本設計的要求。
3 穩壓電源電路設計
LM7805穩壓三極管，可以支持5V到12V的電源輸入，經過降壓之后，穩定輸出5V的直流電壓。一般在輸入電源的正負極之間并上兩個22uF無極性陶瓷電容，起到對電源濾波的作用。單片機要求在穩定的電源下才能正常工作，本身單片機工作在晶振12M下，產生的干擾信號也是大的。所以需要提供一個穩定的直流電源給單片機，這樣才能保證單片機的穩定工作。
4 燈條設計
（1）電壓：這是指LED燈條的輸入電壓，一般常用的規格是直流12V，也有的是24V。工作電壓：DC12V，功率：每米14.3瓦/每米18.2瓦可選。
（2）色溫：是指將一標準黑體通過加熱，當溫度逐步升高到一定程度時顏色開始慢慢的由深紅-淺紅-橙黃-白-藍，發生改變，當某光源與標準黑體的顏色相同時，我們將黑體當此時的絕對溫度稱為該光源之色溫。一般來說色溫不作為考核LED燈條的一個指標，但是國外很多客戶因為對其使用環境的要求，會做出一個特別的要求。
（3）亮度：發光強度的最基本單位，坎德拉是國際單位制的基本單位之一。
一般LED燈條不同的顏色會有不同的發光強度，常用單位是mcd，即毫坎德拉。其數值越高，說明發光強度越大，也就是說燈條發出的光越亮。
（4）發光角度：這是指LED燈條上LED元件的發光角度，一般通用的貼片LED的發光角度都是120度。發光角度越大，其散光效果越好，但@都是相對的，其發光的亮度也就相應減小了。如果燈條的發光角度小，光的強度是上去了，但照射的范圍又會縮小。
5 系統程序流程
開始時，先檢測電源有沒有接好，如果接好了，就提供12V的電壓，通過7805穩壓到5V的直流電壓的開關，給單片機提供電源。如果沒好，就處于等待階段。如果有電源輸入，N溝道場效應管就會根據編號的程序，導通或者截止來控制燈條的亮滅，先產生彩燈模式1。再產生彩燈模式2。接著會產生彩燈模式3、彩燈模式4、彩燈模式5，最后會產生彩燈模式6。當按下復位鍵時，會回到彩燈模式1。當不去按復位鍵鍵時，彩燈會不斷地從模式1到模式6重復循環。
6 硬件調試
焊接好的電路板先目測進行檢查，看是否有漏焊，虛焊的地方。對照PCB圖，檢查元件的焊接是否無誤，正負極的接法有沒有錯誤等；用萬用表測量印刷電路板的導線是不是都很好的接通，靠得很近的導線是否有連在一起的現象等，有斷的就馬上用錫補上，太遠的或者是斷的太離譜的就只能用導線代替。檢查每一根導線都無誤后可進行下一步調試；插上電源，看電路板有什么反應，5V電源的指示燈是否點亮，電源輸出端電壓是否在4.8V～5V左右，以上都達到要求可將電源接到主板去，查看LED燈是否正常工作。
7 結束語
廣告燈條多用于廣告匾，樓宇裝飾和戶外裝潢的燈具，近年來隨著國家經濟的迅速發展，人民對物質文化生活水平的要求也不斷提高，對于裝飾的美化美觀的要求也越來越高，廣告燈越來越多的出現在個人們的視野中。本設計使用了STC89C52單片機與N溝道場效應管相結合的設計方案，充分利用N溝道場效應管的開斷來控制三種顏色的亮度最終調節出七種顏色，實現了5050RGB燈條的各種模式的點亮，降低了設計成本并且具有良好的廣告宣傳效應。
參考文獻
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控制模塊范文4
關鍵詞:實踐教學管理 權限控制 信息安全
1、權限設計概要
權限是指為了保證職責的有效履行,任職者必須具備的,對某事項進行決策的范圍和程度。權限控制,一般指根據系統設置的安全規則或者安全策略,用戶可以訪問而且只能訪問自己被授權的資源。權限控制幾乎出現在任何系統里面,只要有用戶和密碼的系統。從控制力度來看,可以將權限控制分為兩大類:(1)功能級權限控制;(2)數據級權限控制。權限可以說是一個非常復雜的問題,但也可簡單表述為:判斷“Who對What(Which)進行How的操作”的邏輯表達式是否為真。針對不同的應用,需要根據項目的實際情況和具體架構,在維護性、靈活性、完整性等多個方案之間比較權衡,選擇最佳的方案。
不管是什么系統,權限都是非常關鍵的一個部分,如果權限有問題,那么系統就會留下漏洞,給人留下可乘之機,嚴重威脅系統的安全性。高校實踐教學管理系統的目的是為了方便實踐教學管理工作的進行,而實踐教學管理工作中各項工作的責任人應該明確,責任人的明確靠的是權限的明確。因此,權限控制在實踐教學管理系統中十分重要。
2、實踐教學管理系統中權限控制容易出現的問題
權限邏輯和功能代碼混雜在一起,沒有獨立出來。在實踐教學管理系統中很容易出現權限邏輯與功能代碼混雜在一起,導致權限控制分散在系統的各個地方。這樣做會造成系統漏洞多且分散,對系統的安全性的危害極大。不良的權限控制系統,必然留下系統漏洞,給黑客可趁之機。很多軟件可以輕松通過URL侵入、SQL注入等模式,輕松越權獲得未授權數據。甚至對系統數據進行修改、刪除,造成巨大損失。
3、實踐教學管理系統權限控制模塊的正確構建
3.1 原則簡述
權限邏輯配合功能邏輯。即權限系統以為功能邏輯提供服務為目標。相當多細粒度的權限問題因其極其獨特而不具通用意義,它們也能被理解為是“功能邏輯”的一部分。有的問題既可以認為是一個細粒度的權限問題,也可以認為是一個功能邏輯問題。對于功能邏輯問題,在整個權限系統的架構設計之中不予過多考慮。當然,權限系統的架構也必須要能支持這樣的控制判斷?；蛘哒f,系統提供足夠多但不是完全的控制能力。即,設計原則歸結為:系統只提供粗粒度的權限,細粒度的權限被認為是功能邏輯的職責。
3.2 目標
3.2.1 直觀
因為系統最終會由最終用戶來維護,權限分配的直觀和容易理解,顯得非常重要,系統不辭辛勞的實現了組的繼承,除了功能的必須外,更加主要的原因就是因為它足夠直觀。
3.2.2 簡單
包括概念數量上的簡單和意義上的簡單還有功能上的簡單。想用一個權限系統解決所有的權限問題是不現實的。設計中將常常變化的“定制”特點比較強的部分判斷為功能邏輯,而將常常相同的“通用”特點比較強的部分判斷為權限邏輯就是基于這樣的思路。
3.2.3 獨立
將權限控制模塊單獨于其他功能模塊,功能模塊通過與權限模塊的交互獲得權限結果。好的系統,應該將權限邏輯集中起來,由專業的安全引擎進行設置、解析。功能邏輯調用安全引擎,獲得權限結果,不再使用非專業模式。
3.2.4 擴展
采用可繼承的方式解決了權限在擴展上的困難。引進“組”概念在支持權限以組方式定義的同時有效避免了權限的重復定義。權限控制系統應該是可以擴展的。它應該可以加入到任何帶有權限空能功能的系統中。就像是組件一樣可以不斷被重用,而不是每開發一套管理系統,就對其權限控制功能進行重新開發,以滿足業務系統中的功能權限控制。傳統業務系統中存在兩種權限管理,其一是功能權限的管理,而另一種則是數據權限的管理,在不同的系統之間,功能權限是可以重用的,而數據權限則不能。
3.3 權限控制的技術實現
3.3.1 功能級權限控制技術實現
功能權限控制技術,一般可以使用基于角色訪問控制技術RBAC（Role Based Access Control）。該技術被廣泛運用于各個系統,非常容易掌握。
權限設置。一般來說,一個系統需要提供以下功能:(1)角色管理,由用戶定義角色,給角色賦予權限;(2)用戶角色管理,由用戶給系統用戶賦予角色。(3)用戶定義權限,對于更加優秀的系統,還可以支持用戶定義權限,這樣新增功能的時候,可以將需要保護的功能添加到系統。
權限驗證。功能級的權限驗證邏輯非常簡單。查看該當前登錄用戶的角色是否包含該功能的權限。如果有,則表示有權訪問,否則表示無權訪問。對于WEB系統,一般定義一個Filter就可以完成權限驗證,無需在各個程序入口進行權限判斷。
3.3.2 數據級權限控制技術實現
目前,數據級權限控制領域,一直沒有統一的技術。總的概括來說,軟件開發人員采用以下幾項技術:(1)硬編碼,也就是將這種邏輯以if/else等形式與業務代碼耦合在一起,這種情況居多;(2)使用規則引擎,就是將這些權限邏輯以規則形式提出來,并使用規則引擎解析規則;(3)使用第三方專業軟件,比如有開源中間件Ralasafe;商業產品Oracle Entitlements Server,IBM Tivoli Access Manager;開源框架Spring Security等等。
上述提到的方法各有優劣,需根據實際需要選取最合適的方式。
4、結語
權限控制是高校實踐教學管理系統中至關重要的部分,優秀的權限控制是一個優秀的管理系統的標志。本文就實踐教學管理系統的構建過程中易出現的權限問題展開討論,總結了一般構建方案并給出了應該遵循的一般原則,為實踐教學管理系統的權限控制模塊提供了指導依據,有利于系統的完整構建,從而有助于高校實踐教學管理信息化建設,提高工作效率,進而推動高等教育的進一步發展。
參考文獻
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控制模塊范文5
近幾年來，隨著Internet規模的進一步擴大，對高性能、寬帶接入的IP路器的需求急劇增加。路由器的主要功能是數據包的轉發，該功能由交換芯片來實現。因此，需要有一個處理器來實現對交換芯片數據包轉發功能的控制，同時控制交換網板與主控機的通信，筆者采用DS80C320處理器。本系統的技術核心是如何利用EPLD產生的控制信號實現DS80C320與主控板間的通信和DS80C320對交換芯片的控制。
1 高速路由器的基本結構
高速器由器主要由主控板、交換網板和線路接口板等組成。主控板是路由器的控制核心，完成整個路由器的管理和控制，直接接收網管中心的指令。交換網板在路由器中完成高速數據交換，它由交換模塊和控制模塊組成。交換模塊包括兩片交換芯片，完成數據包轉發功能；控制模塊是交換網板的控制核心，實現對網板內各功能模塊的狀態檢測和控制，保證交換芯片轉發數據包的正常工作。控制模塊與路由器的主控板通過HSCX（串行通信控制器）進行通信，完成主控板對交換網板功能請求的應答處理，還可以通過RS232串口與PC機進行通信，完成交換網板的功能調試。
2 控制模塊的硬件結構
本系統的路由器交換網板控制模塊主要由DS80C320處理器和一些外圍器件組成，這些外圍器件包括EPLD、FLASH、外部RAM和HSCX通道?？刂颇K的硬件結構如圖1所中虛線框部分所示。
2.1 DS80C320的特點
DS80C320屬于Dallas公司的高速處理器系列。采用該芯片完成交換網板的控制功能，主要是DS80C320有以下幾個特點：（1）具有新型高速結構，最大晶振頻率33MHz，機器周期為4個時期周期（普通MCS-51系列單片機的機器周期為12個時鐘周期），從而使每條8051指令的執行速度在相同的晶振下快了3倍。（2）DS80C320與51系列單片機完全兼容，并要用標準的8051指令集，給設計與開發帶來了方便。（3）可以通過改變MOVX指針的執行時間來訪問速度不同的RAM和其他外部器件。
DS80C320提供16位地址線，可尋址64KB的數據空間和程序空間。由于DS80C320內不含片內ROM，所以程序代碼是存儲在FLASH中的。雖然目前系統的軟件不到60KB，但考慮到系統升級需要程序的擴展，選用了128KB的FLASH空間，需要17位地址線。這樣就產生處理器的尋址能力不足的問題，采用EPLD內部的20H寄存器來產生FLASH的第14、15、16位地址及片選信號和讀寫信號。128KB的FLASH空間分成了2頁，每頁有64KB，第16位地址線決定FLASH空間的頁號，DS80C320通過這種方式訪問FLASH的128KB空間。
2.2 EPLD功能描述
本系統的EPLD采用ALTERA公司的EPM7512，該芯片屬于MAX7000系列。除了2.1中的尋址擴展功能外，EPLD還用作處理器與其外圍電路控制信號的接口。由于本系統的控制信號比較多，若采用普通的邏輯門電路則整個系統的連線會非常復雜，功耗也會增加。所以采用EPLD來產生DS80C320與交換芯片、FLASH和HSCX之間的控制信號和地址信號。EPLD與處理器的接口主要實現了低位地址的鎖存和一些器件的片選信號。CP_DATA[0:7]是地址和數據復用的信號，鎖存后輸出低位地址LOW_CP_ADD[0:7]。EPLD對HSCX通道的控制信號包括使能信號ENABLE_HSCX、復位信號RESET_HSCX、數據發送控制信號TXD_ENABLE等。EPLD對交換芯片的控制信號包括讀信號READ_OCM、WRITE_OCM、OCM操作類型選擇信號EMB_MODE_OUT等。
2.3 DS80C320與HSCX間的通信
本系統的HSCX采SIEMENS公司的SAB82525，該芯片提供兩個全雙工的高級鏈路控制（HDLC）通道，它的最高傳輸速率可達到4M bit/s。它用于主控板與交換網板間的數據通信，包括主控板發送、交換網板接收的功能請求，交換網板發送、主控板接收的應答及上報。由EPLD提供HSCX的數據線、地址線、使有信號和讀寫信號線。DS80C320對SAB82525的控制是通過讀寫SAB82525的內部寄存器來實現的；與HSCX之間的數據傳送采用中斷方式。當SAB82525滿足產品中斷的條件（如接收到數據幀）時，它向處理器發出中斷請求，處理器讀取中斷寄存器ISTA、EXIR確定中斷發生的原因并做出相應的處理。
3 基于DS80C320的控制模塊對交換芯片的控制
采用的交換芯片PRS28G屬于IBM公司的第二代高性能包路由交換產品。其端口速率達到OC48（2.5Gbps）并具有很好的擴展性，可通過速率擴展或者端口擴展構造出更大容量的交換網絡，是數據幀和信元交換系統的理想解決方案。
交換芯片內部包含一個狀態寄存器、32個應用寄存器及一個OCM接口。OCM接口是串行接口，用于處理器編程應用寄存器或是讀取狀態寄存器內容。交換芯片與DS80C320之間的通信和控制是通過EPLD內的OCM控制接口完成的。處理器并行讀寫EPLD。而OCM與EPLD的接口是串行的，串行轉換是通過在EPLD內設置特定寄存器空間來完成的。處理器與交換芯片之間的數據傳輸過程是：處理器向EPLD特定寄存器寫數據，數據通過EPLD輸出EMB_DATA_IN串行信號，寫入OCM指令寄存器，再根據OCM的指令集定義，決定其操作，包括讀/寫應用寄存器、讀取狀態寄存器、交換芯片復位等。每次操作的結果存儲在響應寄存器中，在處理器控制下通過EMB_DATA_OUT信號移入EPLD特定地址空間，供處理器讀取。
4 系統的軟件構成
此系統的軟件是由主函數及其調用的子函數和三個中斷程序組成。
4.1 主函數（包括它調用的子函數）
主函數首先檢測交換網板上的各種設備，初始化整個系統，然后開始一個主循環，在系統上電狀態下程序總在這個循環中進行。在沒有中斷或復位請求的情況下，循環檢測各功能模塊的執行標志位，當標志位有效時，執行相應的功能模塊。
主函數的概要流程如圖2所示。
4.2 中斷處理程序
三個中斷處理程序分別是：
（1）定時器中斷處理程序，完成周期性功能模塊標志位的產生。
（2）外部中斷1，完成來自HSCX的數據接收、存儲及應答數據的發送功能。
（3）串口中斷，實現串口數據的接收、存儲及應答數據的發送功能。
控制模塊范文6
關鍵詞：以太網；燃機模塊；電子控制系統；軟件設計
引言
隨著燃氣輪機在工業現場的廣泛使用，對控制性能的要求越來越高，其控制系統也迅速從液壓機械式控制器發展為模擬式電子控制系統,進而發展成數字電子控制系統。到20世紀90年代,燃氣輪機開始全面配置數字電子控制系統。近年來，國外燃氣輪機的數字電子控制系統已經實現了標準化、系列化，實現了模塊化,并配置了菜單式的開發軟件。模塊化控制系統中通信總線是系統內部數據交換的橋梁，總線的可靠性是系統可靠性的保障，總線速度也直接影響到整個控制器的性能，因此必須選擇實時、可靠的通信總線。MIL-STD-1553B、ARINC-429等傳統的現場總線可靠性高、使用靈活，工程上已經得到了廣泛應用，但卻遭受速度瓶頸。工業實時以太網技術具有速度快、實時性好、可靠性高等特點，它的發展使工業控制在通用化、模塊化、數據交換等方面都面臨新的技術革命，特別適用于分布式控制系統設計。EtherCAT是由德國Beckhoff公司開發。采用以太網幀，以特定環狀拓撲發送數據的技術，擁有杰出的通訊性能，接線簡單，并對其它協議開放。
1.總體方案
1.1燃機模塊式電子控制系統方案
系統的控制對象是某型艦用中檔功率系列燃氣輪機，控制系統采用開放性的模塊結構。電子控制器采用標準化、系列化的模塊設計，各模塊間采用最新的工業實時以太網Ethercat連接，控制軟件設計成可選擇、可配置的標準模塊和接口，液壓執行機構設計成通用的模塊化的部件和組件。這就使整個控制系統的設計變為功能模塊的選擇、匹配和調整——根據燃機控制系統的信號數量和接口類型選擇合適的硬件模塊，根據特定控制規律和控制系統要求選擇、配置相應的軟件模塊，根據燃油和導葉的控制要求選擇合適液壓執行機構。采用的是成熟的模塊使各模塊功能、性能都有了保證，各部件僅需要進行部分調整就能滿足要求，既縮短研發周期，又提高系統的可靠性，同時也便于今后實現性能改進和功能擴展。
1.2燃機控制系統組成
燃機控制系統包括綜合電子控制柜、系統軟件、液壓執行機構、電氣系統等。液壓機械裝置采用模塊化設計方法，包括高壓燃油泵、燃油計量裝置、導葉調節裝置等。各模塊可根據具體燃機要求配合使用。電子硬件通用模塊包括：電子控制器模塊、獨立保護模塊。系統軟件包含控制軟件和應用軟件。控制系統接收來自控制室或監控臺的控制信號，對燃氣輪機的起動、加速、減速、穩態工況運行以及停車和重要參數限制實施全面的自動控制和安全保護，能實現對燃機輔助系統的監測和控制，能實現對燃機的故障診斷和重要參數的記錄、存貯和通訊。
2.控制軟件設計
2.1電子控制器方案介紹
電子控制器由主CPU模塊與AD模塊、DA模塊、FI模塊、IO模塊等低級模塊組成，各模塊自帶CPU處理器，模塊之間通過工業以太網連接，控制系統采用基于網絡通訊技術模塊化設計，控制器的各種功能模塊之間用實時以太網進行連接，完成數據交互。各模塊可以集中在一起也可以分散到燃機的各部分，通過工業總線實現實時信息交流和控制。
2.2控制軟件分層設計
控制軟件包含CPU模塊的控制應用軟件、其它通用模塊底層軟件組成。底層軟件與模塊一一對應。模塊的底層軟件主要是實現通用模塊采集、輸出或信息交互功能，并與其它模塊通訊，傳遞和接受信息，實現控制系統功能。CPU模塊的控制應用軟件通過與底層軟件，根據模塊的特點進行功能的初始選擇和配置。初步設計的控制軟件層次結構如圖1所示，該層次結構適用于主CPU模塊與所有低級功能模塊。由于低級功能模塊的任務都比較簡單，所以并無必要采用實時內核，主CPU模塊也需根據實際情況決定采用傳統的順序結構還是基于實時內核的并行結構。同一功能的器件在驅動程序層向頂層提供一致的接口，在這一層次中需要制定對器件讀、寫、模式設置、中斷、輪詢等操作的驅動程序函數模版。整理電子控制器硬件設計中常用的接口器件資料，針對這些器件編寫驅動程序并用數據庫進行驅動程序模塊的管理。
2.3控制軟件模塊化設計
控制軟件采用模塊設計，將燃機的主要控制過程、各種控制規律形成標準程序模塊。模塊劃分可層層分解，步步細化，當針對具體燃機時只要選用合適的模塊進行組合，并進行對參數設置連接就可形成控制程序。程序的框架設計要保證其可擴展性，根據燃機控制要求的變化，不斷的增加先進控制規律、控制算法模塊提高整個系統的性能。在對燃機控制系統的特點進行充分分析的基礎后，建立對燃機控制軟件的通用框架結構、模塊劃分準則與模塊配置策略，通過更改模塊配置信息、模塊整體更換等方式靈活構建可靠的燃機控制軟件。軟件模塊化按照由粗到細、由繁到簡的指導方針，按步驟逐級細化，最終生成最基本的模塊單元。根據燃機控制系統的功能，將控制軟件劃分為基本數值計算模塊庫、信號處理模塊庫、故障處理模塊庫、起動控制模塊庫、燃機運行控制模塊庫、停車控制模塊庫、輔助系統控制模塊庫、底層軟件模塊庫、通訊協議模塊庫。模塊一般采用標準C語言編寫，與CPU相關的代碼采用匯編語言編寫，考慮到不同CPU的字長、對齊方式等特性，模塊內部均采用自定數據類型，且可通過外部進行設置。
3.通訊軟件設計
EtherCAT通訊程序包括網絡收發模塊、EtherCAT接口模塊、EtherCAT設備模塊、主站模塊和從站模塊。網絡收發模塊完成底層網絡數據包的發送和接收功能。EtherCAT接口模塊實現EtherCAT通訊程序與功能軟件的接口功能。EtherCAT設備模塊實現EtherCAT設備掃描和軟件初始化工作。主站模塊實現主站初始化命令和循環命令的發送處理，實現和維護主站的狀態機。從站模塊實現從站設備的配置，同時維護從站設備的狀態機。
3.1Ethercat協議
EtherCAT是用于過程數據的優化協議，憑借特殊的以太網類型，它可以在以太網幀內直接傳送。EtherCAT幀可包括幾個EtherCAT報文，每個報文都服務于一塊邏輯過程映像區的特定內存區域，該區域最大可達4GB字節。數據順序不依賴于網絡中以太網端子的物理順序，可任意編址。從站之間的廣播、多播和通訊均得以實現。當需要實現最佳性能，且要求EtherCAT組件和控制器在同一子網操作時，則直接以太網幀傳輸就將派上用場。然而，EtherCAT不僅限于單個子網的應用。EtherCATUDP將EtherCAT協議封裝為UDP/IP數據報文，這就意味著，任何以太網協議堆棧的控制均可編址到EtherCAT系統之中，甚至通訊還可以通過路由器跨接到其它子網中。顯然，在這種變體結構中，系統性能取決于控制的實時特性和以太網協議的實現方式。因為UDP數據報文僅在第一個站才完成解包，所以EtherCAT網絡自身的響應時間基本不受影響。另外，根據主/從數據交換原理，EtherCAT也非常適合控制器之間（主/從）的通訊。自由編址的網絡變量可用于過程數據以及參數、診斷、編程和各種遠程控制服務，滿足廣泛的應用需求。主站/從站與主站/主站之間的數據通訊接口也相同。從站到從站的通訊則有兩種機制以供選擇。一種機制是，上游設備和下游設備可以在同一周期內實現通訊，速度非?？?。由于這種方法與拓撲結構相關，因此適用于由設備架構設計所決定的從站到從站的通訊，如打印或包裝應用等。而對于自由配置的從站到從站的通訊，則可以采用第二種機制—數據通過主站進行中繼。這種機制需要兩個周期才能完成，但由于EtherCAT的性能非常卓越，因此該過程耗時仍然快于采用其他方法所耗費的時間。EtherCAT僅使用標準的以太網幀，無任何壓縮。因此，EtherCAT以太網幀可以通過任何以太網MAC發送，并可以使用標準工具。
3.2主站軟件設計
EtherCAT可以在單個以太網幀中最多實現1486字節的分布式過程數據通訊。其它解決方案一般是，主站設備需要在每個網絡周期中為各個節點處理、發送和接收幀。而EtherCAT系統與此不同之處在于，每周期僅需要一個或兩個幀即可完成所有節點全部通訊，因此，EtherCAT主站不需要專用的通訊處理器。主站功能幾乎不會給主機CPU帶來任何負擔，處理任務的同時，還可處理應用程序，因此EtherCAT無需使用昂貴的專用有源插接卡，只需使用無源的NIC卡或主板集成的以太網MAC設備即可。EtherCAT主站容易實現，尤其適用于中小規模的控制系統和有明確規定的應用場合。EtherCAT映射不是在主站產生，而是在從站產生，此時過程映像已經完成排序。該特性進一步減輕了主機CPU的負擔?？梢钥吹剑珽therCAT主站完全在主機CPU中采用軟件方式實現，相比之下，傳統的慢速現場總線系統通過有源插接卡方可實現主站的方式則要占用更多的資源，甚至服務于DPRAM的有源卡本身也將占用可觀的主機資源。
3.3從站軟件設計
子站模塊劃分為A/D采樣模塊、頻率量模塊、LVDT及振動信號處理模塊、熱電阻信號處理模塊、熱電偶信號處理模塊、壓力信號處理模塊、電流電壓信號處理模塊、開關量輸入模塊、開關量輸入1模塊、開關量輸入2模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸出模塊1、模擬量輸出模塊2，備份槽。主程序通過不同的功能要求調用軟件塊。軟件模塊設計的基本原則是數據隱藏，即各模塊內部數據私有，并提供外部接口訪問這些私有數據，各模塊之間相互獨立，從而降低各模塊之間的耦合程度。整個框架提供諸多配置接口，具有一定的通用性。子站模塊實現的功能為DSP外設初始化；獲取通道信息；獲取開關量輸入、擬量輸入、頻率量輸入信號；輸出開關量、PWM信號；FLASH存儲器操作；定時器的啟停、看門作等。
4.結束語
在國內航空發動機電子控制系統研制的技術積累基礎上，開展基于網絡通訊技術的燃機模塊式電子器研究工作，研制具有自主知識產權的、具有國際先進水平的燃機模塊式電子控制系統，不僅可以創造經濟效益，而且能夠打破燃機電子控制系統被國外公司壟斷的局面，極大提高燃機市場的核心競爭力。
參考文獻
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