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1、多通道10装置的设计与实现【摘要】由于目前市场上普遍使用的多I/O装置端口数量有限，且端口模式固定，这与功能越来越强大的工业控制系统相矛盾。本文主要针对工业控制领域低成本、高可靠性、高稳定性的要求，设计了一套基于STC12C5A60S2单片机的主从式多通道I/O装置。该装置由主板和分板组成，主板负责把分板传来的信息送给上位机，同时将上位机发来的指令传给分板。分板只负责接收I/O端口信息，并将这些信息传给主板，上位机不直接与分板通信。I/O端口的数量可以根据实际需要进行扩展，I/O端口模式通过程序可以任意设
2、定。【关键词】多通道1/◦端口主板分板随着现代化工业的发展进步，工业控制系统的功能越来越强大，连接的外设也越来越多。这些外设通过I/O装置与计算机之间连接，计算机通过发送指令给I/O装置来完成对其他设备的控制，I/O装置起到桥梁的作用。因此要求I/O装置的端口数量应尽量多、输入输出端口能灵活配置、有较强的抗干扰能力、有标准的通信接口、性价比高。1多I/O装置的现状目前市场上普遍采用多I/O卡或多I/O模块。它们具有体积小巧、携带方便、工作温度范围宽、功耗低等优点，但也有不容忽视的缺点：（1）端口数量不多，
3、大部分产品为8、16、32个端口。若工业控制现场需要更多的I/O口，则只能通过组网来控制，这将使控制系统的结构复杂，同时也会使系统的不稳定性增加。（2）I/O端口模式固定，不能灵活配置。（3）价格昂贵，性价比不高。为了解决上述问题，设计了一款端口数量能扩展、且输入输出端口能灵活配置的多通道I/O装置。它包括主板和分板，通过程序进行控制。2多通道I/O装置的硬件设计考虑到STC12C5A60S2单片机自身的众多优点，该装置采用它作为主控芯片。但由于它只有40个1/0,如果端口数量成百上千的话，一片单片机显而
4、易见满足不了。若采用多个单片机分开单独控制，则每个单片机都要与上位机通信，这样通信效率太低，而且结构复杂，基于以上原因我们选择了一种主从式的结构设计方案，如图1所示（以176个端口数量为例进行说明）。1多通道I/O装置结构图该结构由1块主板和11块分板构成，主板负责与上位机、分板通信，分板负责接收I/O端口信息，再将信息发送给主板。由于上位机只需与主板单独通信，而无需理会分板，通信效率得到很大提升。2.1主板主板主要包括RS485通信电路、E2PR0M扩展电路和地址选择电路，主板主要起到一个通信的作用。2
5、.2分板分板主要包括I/O模块电路、DA输出电路、分板地址选择电路、通信隔离保护电路。每一个多路I/O装置包括11个分板，每一个分板电路都是一样的，通过分板地址选择电路来设定分板的地址。3多通道I/O装置的软件设计多通道I/O装置的软件设计以KeilC51为软件开发平台，分为主板程序和分板程序。主板程序主要完成和上位机、分板的通信。分板程序完成I/O口的输入和输出模式选择以及和主板的通信。3.1主板程序设计主板程序主要完成和上位机、分板的通信以及对分板的每个I/O口功能进行配置。主要包括主板主程序设计、I
6、/O口配置程序设计、主板串口初始化程序、主板串口发送数据程序、主板接受分板数据程序等。3.1.1主板主程序设计多通道I/O装置的主板主程序主要是完成通信功能，包括和上位机、分板通信。主板上电后初始化串口1和串口2,然后清空接受数据缓冲区，接着发送分板I/O口模式配置信息，最后接受和解析上位机发送来的指令。3.1.2I/O口配置程序设计通过主板程序可以配置每个I/O口为输入或输出端口，当作为输入端口时可以作为开关按键和计数按键。配置表信息以一个二维数组的形式在主程序中建立。具体代码如下：ucharcodeT
7、ab[ll][33]={{0x01，0x03，0x04，0x01，0x02，0x03，0x04，0x01，0x02，0x01，0x02，0x01，0x02，0x01，0x02,0x01，0x02，//板1端口模式选择0x00，0x00,0x01，0x01,0x02，0x02，0x03，0x03，0x04，0x04，0x05，0x05，0x06，0x06，0x07，0x07}，//板1关联通道选择{0x02，0x01，0x02，0x01，0x02,0x01，0x02，0x01，0x02，0x03，0x04，
8、0x03，0x04，0x01，0x02，0x01，0x02，//板2端口模式选择0x00，0x00，0x01，0x01，0x02，0x02，0x03，0x03，0x04，0x04，0x05，0x05,0x06，0x06，0x07，0x07}//板2关联通道选择{0x0b,0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00,0x00,0x00,0x00,0x00，0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00
