基于PC104总线的嵌入式温度控制系统.docVIP

基于PC104总线的嵌入式温度控制系统温度在工业控制中是个很重要的参量，一个温控系统可以纯粹是个小型的控制温度的系统，也可以是整个大系统中的一个部分，但都需要用相应的硬件装置、机械设备和控制这些设备运行的软件来实现，而影响温度参量控制的主要因素也是来自这3个方面。但在具体设计时，这3个方面是相互约束又相互补充的，尤其是需要对温度瞬间的变化作出相应控制的系统，比如在某个温度区间里需要有什么样的控制精度、温度斜坡时间和温度均匀性等要求，在机械设备已经限制的情况下，可以通过对硬件电路和软件的设计来弥补。??? 很多温度控制系统中，一般选用单片机来实现，由于每种单片机一般都有各自的一套开发?工具，需要花费一定时间和精力去学习研究才能掌握，并且相关的硬件接口设计也比较复杂，而采用PC104作为核心中央处理器，则可将主要精力放在软件和接口的设计上,而且PC104的开发、维护和扩展都非常方便。PC104与通用的PC和PC/AT标准(IEEEP996）完全兼容，可以很快掌握其软、硬件的使用，而且他具备嵌入式控制的特殊要求:体积小、成本低、可靠性高、寿命长、编程调试方便，配以不同功能的板卡，为嵌入式应用提供了标准的系统平台。本文主要介绍了当前工控产品中比较广泛的PC104总线的硬件接口电路的设计以及软件设计，并把他作为一个嵌入式平台，运用到温度控制系统中，实现对温度参量的控制。???? 一、2PC104总线简介??? 由于普通PC机在工业现场控制中存在着体积庞大、功耗高、可靠性差等缺点，美国Ampro公司、德国Jeptec公司、瑞士的DigitalLogic公司等在1987年推出了PC104嵌入式模块，而严格意义的规范说明在1992年才公布，IEEE协会将IEEEP996作为PC和PC/A?T工业总线规范，而把PC104定义为IEEEP9961，所以实质上PC104就是一种紧凑型的IEEEP996。??? PC104总线是专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，其信号定义和ISA总线一致，但电?气规范和机械规范却完全不同，是一种优化的小型、堆栈式结构的嵌入式总线标准。PC104与ISA相比具有的一些独特的功能主要有：??? 1．小尺寸结构标准PC104模块的机械尺寸是3.6英寸×3.8英寸，即96?ｍｍ×90?ｍｍ。??? 2．堆栈式连接去掉总线底板和插板滑道，总线以“针”和“孔”形式层叠连接，即PC104总线模块之间总线的连接是通过上层的针和下层的孔相互咬合相连，这种层叠封装有极好的抗震性。3．降低总线驱动电流减少元件数量和电源消耗，4?ｍＡ总线驱动即可使模块正常工作，每个模块的功耗大约1～2?Ｗ。???? 二、系统总体设计 系统总体结构设计如图1所示? ??? （一）硬件电路设计部分??? 此部分包括PC104CPU模块，该模块上主要有CPU芯片、DRAM内存、并口、串口、在板支持?可读写的固态盘、看门狗和实时时钟等,另外还有I/O模块、A/D模块、液晶显示模块、键盘输入模块和打印输出模块等。系统设计了一块基板,在其上面布上PC104总线,然后把PC104CP?U模块、I/O模块、Ａ/Ｄ模块等模块通过堆栈式连接方法构成一个完整的硬件系统。此方法的特点：他是在特定的I/O中插入嵌入式计算机而代替以往将I/O扩展板插入到计算机中的办法，他体现了嵌入式系统的设计方法。 ??? 在进行PC104接口模板设计时,为了实现与系统总线的连接,模块应具备地址译码功能和数据总线缓冲功能。??? 1．地址译码电路设计??? 由于在此系统总线上插入了多块功能电路板,因此必须对每一块功能电路板设定不同的地?址，为了方便系统的灵活配置，采用拨码开关的方式。如图2所示。其中A0～A9为PC104总线的10?b外部端口地址线；IOR，IOW分别为系统总线的读、写选择信号线；数据比较器的输出用来控制数据总线缓冲器和译码电路的片选信号；译码电路的输出用来控制具体电路板中的不同功能操作。根据每种功能电路板的设计特点，译码电路选择了不同的器件,在A/D板中用的是74LS138译码器,在I/O板中用的是可编程逻辑器件。 ?? 2．数据总线缓冲器设计??? 为实现各个功能电路板与PC104数据总线的接口，需要进行数据总线的缓冲器设计。在设?计中，采用PC104的D0～D7作为系统的8?b数据总线，采用带三态输出的74LS245作为数据总线缓冲器。每个功能电路板上只用1片74LS245作为数据接口，对于多路开关量输出的I/O板,采用74LS244并接在74LS245上,通过译码电路的输出控制信号来对74LS244进行片选;而对于具有多路模拟量输入的A/D板,采用了74LS273与74LS245并接在数据总线上,通过译码电路的控制信号控制