專(zhuān)利名稱(chēng):用于數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的通用接口的制作方法
本實(shí)用新型涉及一種接口，特別是一種能夠?qū)Ρ居布娐凡蛔魅魏巫儎?dòng)，即可在機(jī)械儀器(或設(shè)備)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件上，裝上光電編碼器與任意型號(hào)微型計(jì)算機(jī)連接的通用接口。
現(xiàn)有的接口是專(zhuān)用接口，無(wú)通用性，即以某一類(lèi)型的儀器與特定型號(hào)微型計(jì)算機(jī)配不同的接口。如由總參謀部測(cè)繪研究所、西安一00一廠及南京軍區(qū)測(cè)繪大隊(duì)聯(lián)合研制，于1985年10月31日在西安通過(guò)鑒定的“MOAM聯(lián)機(jī)空中三角測(cè)量系統(tǒng)”系采用長(zhǎng)城86／360微型計(jì)算機(jī)相連，則需增加微型計(jì)算機(jī)專(zhuān)用的ISBC534終端板。但沒(méi)有通用性，工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴(約5萬(wàn)元)。在國(guó)外，據(jù)美國(guó)《攝影測(cè)量與遙感》雜志(1984年第1～12期)報(bào)導(dǎo)西德、以色列合作研制的泰克瓊尼克斯(Tektnonix)4054系統(tǒng)；英國(guó)用PI－1A單向坐標(biāo)儀和BBC微型計(jì)算機(jī)相連；羅馬尼亞的福利菲姆(Folifim)聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，廠家需為不同的坐標(biāo)儀和計(jì)算機(jī)配不同的接口；加拿大渥太華(Ottawa)也正在研制聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。但這些均不屬通用型接口，其標(biāo)價(jià)昂貴達(dá)2萬(wàn)～40萬(wàn)美元。
鑒于上述已有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的任務(wù)是設(shè)計(jì)一種通用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，成本低，能用于各種機(jī)械儀器與任意型號(hào)微型計(jì)算機(jī)相連的通用接口。
本實(shí)用新型的任務(wù)是以下述方式完成的電腦采用目前最為通用的Z－80CPU。在任意的機(jī)械設(shè)備上裝上光電編碼器，實(shí)現(xiàn)機(jī)械位移量和數(shù)字量的信息轉(zhuǎn)換。然后通過(guò)判向、倍頻，由CTC完成數(shù)據(jù)采集與處理。隨之，把這些數(shù)據(jù)送到微型計(jì)算機(jī)中去，一般微型機(jī)都配有通訊接口——有并行口或串行口(RS－232)或者二者兼有。通過(guò)導(dǎo)線把通用接口和計(jì)算機(jī)的相應(yīng)通訊器連接起來(lái)，配以接口軟件，即可完成數(shù)據(jù)的傳輸。再根據(jù)不同的用途，在微型計(jì)算機(jī)上編程，即可達(dá)到機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)控制目的。
本通用接口完全是智能化的，它結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝，操作簡(jiǎn)便，且成本低(約1200元)，其最大特點(diǎn)是通用性強(qiáng)。
以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1是本實(shí)用新型的通用接口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是判向倍頻電原理圖。
圖3是計(jì)數(shù)通訊板電原理圖。
圖4是電腦控制板電原理圖。
圖5是數(shù)碼顯示電原理圖。
圖6A－6F是接口程序邏輯圖。
圖1是通用接口的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖中數(shù)字信號(hào)由(1)口輸入，(2)進(jìn)行判向和進(jìn)行倍頻選擇。然后，送至計(jì)數(shù)通訊板(3)進(jìn)行計(jì)數(shù)通訊。(4)為電腦控制板，Z－80CPU在其監(jiān)控程序及接口程序的管理下，獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)入(3)通過(guò)(5)(RS－232串行口)或(6)(并行口)傳送至計(jì)算機(jī)。(7)為數(shù)碼顯示部分，可在不用計(jì)算機(jī)時(shí)，本機(jī)箱可自行顯示數(shù)據(jù)。(11)為整機(jī)復(fù)位按扭，(10)為使用監(jiān)控程序的自我檢測(cè)顯示。(8)為整機(jī)提供電源，(9)為監(jiān)視電表，各擋由波段開(kāi)關(guān)倒換。
為了達(dá)到其通用性目的，就必須將(8)(2)(3)(5)(6)(4)各功能部件進(jìn)行適當(dāng)組合自成一體。特別是同時(shí)具備串行通訊和并行通訊的硬件功能，而且在編程接口軟件時(shí)，同時(shí)對(duì)串行口與并行口編程，在程序中確定其優(yōu)先級(jí)，使其各功能部件全部在Z－80CPU電腦的統(tǒng)轄之下，這是實(shí)現(xiàn)其通用之關(guān)鍵。由于采用了以上措施，所以本通用接口可同時(shí)連接兩臺(tái)計(jì)算機(jī)或一臺(tái)計(jì)算機(jī)及一臺(tái)繪圖桌，而不需再加任何其它硬件電路。
圖2是判向倍頻電原理圖。任何機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，經(jīng)光電編碼器，即可將機(jī)械量變成兩路相位相差90°的數(shù)字脈沖信號(hào)，將此兩路信號(hào)經(jīng)芯片7471(U1)送至通用接口進(jìn)行判向，確定是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。然后作1～4倍頻選擇，從芯片 7421(U5)得到兩路加、減脈沖，以送到CTC完成數(shù)據(jù)采集計(jì)數(shù)(圖中(U2)為芯片7408，(U3)(U4)為芯片7400)。
圖3是計(jì)數(shù)通訊板電原理圖。(U1)(U2)是為兩片CTC芯片，各接收來(lái)自經(jīng)判向倍頻后的數(shù)字信息。SIO芯片作異步通訊用。芯片1488(U3)與芯片1489 (U4)各自完成由TTL電平與RS－232電平標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換。圖中只畫(huà)出了SIO的A口電路，其B口電路完全和A口一樣。這樣通過(guò)編程，即可完成數(shù)據(jù)的雙向通訊，從而可以完成用戶對(duì)各種數(shù)據(jù)的采集與處理。為了提高傳送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，則在硬件電路和軟件程序中均采取了抗干擾措施。即硬件(1)在一定數(shù)據(jù)傳送口加裝了RC濾波器。(2)低電平電流的數(shù)據(jù)傳輸線，全部采用屏蔽線。在軟件上則采用了聯(lián)絡(luò)方式，數(shù)據(jù)頭尾均有檢測(cè)措施。因此，有效地避免傳輸線上的噪音干擾，從而達(dá)到可靠傳送數(shù)據(jù)的目的。
圖4是電腦控制板電原理圖。它是以Z－80CPU為中心，配以4K×8RAM由兩片6116芯片(U1)(U2)及4K×8ROM兩片2716芯片(U3)(U4)組成。兩片EPROM，一片裝監(jiān)控程序，另一片裝接口程序。另外，加了一片CTC(U7)，其中一路Z／T。由軟件編程，產(chǎn)生串行通訊波特率，一片Z－80PIO(U8)可提供2個(gè)八位并行口。存貯器譯碼由芯片74LS138(U5)八中取一電路譯碼器來(lái)完成。I／O譯碼由另一芯片74LS138(U6)八中取一電路來(lái)完成，I／O口每四個(gè)為一組，每次選中一組，PS2～PS7留待通訊板擴(kuò)充其它芯片用。
開(kāi)關(guān)K1是工作與自檢選擇開(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)撥至RUN時(shí)，整機(jī)運(yùn)行(U4)接口程序。
圖5是數(shù)碼顯示電原理圖。該通用接口為了適合更廣泛的用途，可加四路熒光數(shù)碼管顯示所采集的數(shù)據(jù)，使之更直觀方便。數(shù)據(jù)顯示器占用主機(jī)的I／O口地址譯碼線PS6，PS7，這里PS6是用來(lái)選擇所顯示的字形段，PS7是用來(lái)選擇所顯示的數(shù)字位。例如，當(dāng)主機(jī)要顯示數(shù)據(jù)時(shí)，首先向數(shù)據(jù)線D6～D7上送出字形段代碼，并選中PS6，這時(shí)字形被鎖存在鎖存器芯片74LS273(U1)中，當(dāng)數(shù)字位選信號(hào)，即由數(shù)據(jù)線D0～D4送出的數(shù)字位數(shù)經(jīng)由芯片74LS154(U3)(U4)組成的，可選二十八譯碼器譯成相應(yīng)的位數(shù)，經(jīng)PS7選中才使得某位數(shù)顯示出來(lái)。這里考慮所選的四路顯示值每路六位有效數(shù)字，加上各位數(shù)符號(hào)位，共28位顯示位數(shù)，并由芯片74LS06(U5～U10)組成較為靈活的驅(qū)動(dòng)電路。顯示器采用七段字形發(fā)光管。
圖1中的(10)自我檢測(cè)顯示電原理在機(jī)箱面板裝有電壓指示表，通過(guò)波段開(kāi)關(guān)可選測(cè)任意一路工作電源(＋5V，＋12V，－12V，一路可調(diào)電壓)，當(dāng)指針位于紅色區(qū)域時(shí)，表示電源工作正常，一旦偏離紅色區(qū)域即表示某一路電源出現(xiàn)故障。
其自檢功能(見(jiàn)圖4)，它是由芯片PIO(U8)A口，一片74LS08芯片(U9)，兩只發(fā)光二極管D1，D2和一倒換開(kāi)關(guān)(K1)組成。該自檢由Z－80執(zhí)行監(jiān)控程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)復(fù)位信號(hào)作用后，就從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序，并且檢查開(kāi)關(guān)(K1)位置。從開(kāi)關(guān)(K1)運(yùn)行和自檢二個(gè)位置，如果處于自檢位置，則監(jiān)控程序就檢查存貯器、接口芯片、通訊片及一些關(guān)鍵部件，若各部件正常，兩只發(fā)光二極管不停地閃爍。若其中一部件損壞，則發(fā)光二極管停止閃爍，表示機(jī)器出現(xiàn)故障。
接口軟件一部分是用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)，并固化在通用接口的EPROM之中，當(dāng)通用接口處于工作狀態(tài)，接通電源或復(fù)位時(shí)，即從頭開(kāi)始執(zhí)行該程序，包括各芯片初始化、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸。另一部分為高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，在計(jì)算機(jī)中由主程序調(diào)用，完成數(shù)據(jù)獲取任務(wù)。
1.數(shù)據(jù)采集傳輸程序該程序由一主程序與若干中斷服務(wù)子程序組成，完成四路正負(fù)脈沖計(jì)數(shù)及向主計(jì)算機(jī)傳送數(shù)據(jù)。
(1)初始化——圖6A是在主程序中對(duì)CTC、PIO與SIO進(jìn)行初始化，給出中斷矢量，設(shè)定中斷方式，開(kāi)中斷并給內(nèi)存中一定數(shù)據(jù)單元賦初值。
(2)計(jì)數(shù)——圖6B～6C是計(jì)數(shù)中斷服務(wù)子程序分別處理兩片CTC的八通道的中斷。為了不丟數(shù)據(jù)，服務(wù)程序應(yīng)盡可能簡(jiǎn)短省時(shí)。故這些程序處理每個(gè)中斷只用了五條機(jī)器指令，占用20個(gè)機(jī)器周期71個(gè)T狀態(tài)。通用接口的時(shí)鐘頻率為2MHZ。因此，每個(gè)T周期為0.5μs，每次中斷處理時(shí)間為35.5μs。即使依次連續(xù)處理完八個(gè)計(jì)數(shù)中斷，也只用284μs。假設(shè)碼盤(pán)均為1000劃分，以每秒20圈的速度旋轉(zhuǎn)，則同一個(gè)通道兩次中斷之間的時(shí)間至少為12500μs，故絕對(duì)不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。
(3)數(shù)據(jù)傳輸——圖6D～6E是并行口與串行口各有服務(wù)程序與之對(duì)應(yīng)。為了在傳送數(shù)據(jù)期間，能夠及時(shí)地處理計(jì)數(shù)中斷，在進(jìn)入該服務(wù)程序后，首先開(kāi)中斷。這樣在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，可及時(shí)處理中斷優(yōu)先級(jí)高的計(jì)數(shù)中斷。為保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性，采取了聯(lián)絡(luò)方式傳送并在每組數(shù)據(jù)前后發(fā)送特殊標(biāo)志讓主機(jī)檢驗(yàn)。
2.數(shù)據(jù)獲取圖6F是當(dāng)主計(jì)算機(jī)需要數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用數(shù)據(jù)獲取子程序。本子程序測(cè)試到通用接口的就緒狀態(tài)，發(fā)一訊號(hào)引起通用接口傳送數(shù)據(jù)中斷，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，而此時(shí)主機(jī)則測(cè)試接口片數(shù)據(jù)接收寄存器，若收到的數(shù)據(jù)。則將其取至內(nèi)存。在一組數(shù)據(jù)的開(kāi)始與終止時(shí)，要分別判斷，若標(biāo)志不符，則要求重新傳送，直至標(biāo)志符合。將這一組數(shù)據(jù)進(jìn)行裝配后進(jìn)一步作出正確性判斷，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則要求重新傳送，直至正無(wú)誤后將數(shù)據(jù)帶回主程序。
權(quán)利要求
一種通用接口，其特征在于它由Z-80CPU電腦控制，并集電源、判向倍頻、計(jì)數(shù)、通訊、CPU、自檢功能部件有機(jī)組成一體，整個(gè)接口系統(tǒng)由軟件控制。
專(zhuān)利摘要
本實(shí)用新型公開(kāi)了一種通用接口，它解決了在硬件電路上不作任何變動(dòng)，即可將任意機(jī)械儀器與任意型號(hào)微型計(jì)算機(jī)連接，從而達(dá)到自動(dòng)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制的目的。本實(shí)用新型集電源、判向倍頻計(jì)數(shù)、CPU及各種芯片于一體。其軟件系用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)并固化在接口的EPROM之中，其他以高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)在主計(jì)算機(jī)中，由主程序調(diào)用，本實(shí)用新型不但適用于測(cè)繪部門(mén)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量，還可廣泛用于工業(yè)機(jī)械聯(lián)機(jī)控制。
文檔編號(hào)G05B15/00GK86206845SQ86206845
公開(kāi)日1987年6月10日 申請(qǐng)日期1986年9月12日
發(fā)明者代萬(wàn)權(quán), 張劍清, 徐軒 申請(qǐng)人:武漢測(cè)繪科技大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan