系统领域引起场技术革命。微控制器发展已经逐步走向成熟，逐步向性能更高功能更多的位位微控制器发展。从我国乃至目前世界应用范围来看，单片微型计算机应用的主流品种仍然是公司的系列及其兼容品种系列，公司的系列，以及公司的系列等。直走在世界前列的公司最初发展了位单二〇〇二年三月八日星期五片微型计算机，其中芯片在我国应用十分广泛公司推出的位微处理器系列已经发展到第四代产品系列。国内目前的应用大多集中在等品种的单片微型计算机上。更高性能的位单片微型计算机还少有应用，方面是由于目前高性能的位位单片微型计算机已能满足绝大多数应用场合需要另方面，这类单片机编程难度较大，没有提供优良的性价比，使这类单片机的潜能未能真正发挥。公司从年起推出的系列位单片机是种特别适合于高速控制场合的高性能的微控制器，在高技术工业控制领域得到了广泛的应用，具有许多位单片机所无法比拟的优点。由于它高性能的寄存器寄存器结构，可以很好地运用于实时控制应用场合。是公司九十年代初期性能较强的第二代芯片，它属于带有高速输入输出的系列。其数据地址总线均为位，使用家族共享指令系统，集成了时钟发生器端口转换输出串行口定时计数器监视定时器高速输入输出器等。特别的是在串行口功能上除了支持异步串行通讯之外，还增加了同步串行口，可以支持多种标准的同步串行传输协议。同时随着芯片制造技术的发展，该芯片的价格也较低。因此，本课题选用功能强速度快抗干扰性能好性价比高的单片机来设计这个系统，既能满足实时仿真控制系统的要求，又有很好的经济性。现场总线技术发展随着控制计算机通信网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制管理的各个层次，覆盖从工段车间工厂企业乃至世界各地的市场。要实现整个生产过程的信息集成，要实施综合自动化，就必须设计出种能在工业现场环境运行的性能可靠造价低廉的通信系统，以实现现场自动化智能设备之间的多点数字通信，形成工厂底层网络系统，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。现场总线就是在这种背景下发展起来的新技术。年，美国仪器仪表学会开始制定现场总线标准。年，国际电工委员会批准了物理层标准。年，由等公司成立组织，以德国为基础制定现场总线标准。年，成立基金会。同年由中国仪器仪表学会等组织牵头成立中国分会，成为成员之。其间还有些影响颇大的公司和机构牵头成立现场总线组织等。由于存在着技术和商业利二〇〇二年三月八日星期五益的多种问题，各大组织和公司集团各持己见互不相让，延误了现场总线的研究开发和总线标准的产生。在这种情况下，年和握手言和，联合成立了现场总线基金会。该基金会聚集了世界著名仪表，集散系统制造商，研究机构和大型用户，已有成员多家，以及几十家最终用户组成的顾问委员会。和在现场总线标准技术问题上取得致意见，大大促进了现场总线标准的制定工作。在现场总线物理层已获批准的情况下，于年季度完成了低速总线的最后工作，安装了示范系统，开始了运行考核阶段，并可提供标准化产品。高速总线也完成了部分测试试验和其它工作。现有的几个总线组织和大公司已经推出了些现场总线，如，但最终将统到个标准之下是必然的。按和现场总线基金会的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式，双向传输，多分支结构的通信网络。有通信就必须有协议，从这个意义上讲，现场总线就是个定义了硬件接口和通信协议的标准。进步说，现场总线不单单是种通信技术，关键是用新代的现场控制系统代替传统的集散系统，实现智能仪表，通信网络和控制系统的集成。现场总线是仪器仪表和自动化领域的次新的革命。具有信号传输全数字化，系统结构全分散式，现场设备有互操作性，通信网络全互连式，技术和标准全开放式的特点。同传统的集散系统相比，的优点与现场总线的原理密切关联，有如下优点经济性，对结构，对传输线，连接台仪表双向传输多个信号，节省电缆费用可观，且安装简单，维护容易可靠性，现代数字信号传输技术抗干扰能力强，精度高可控性，操作员在控制室既可了解现场仪表的工作状况，也能对其进行参数调整综合性，现场总线仪表简称现场仪表具备智能和综合能力，可检测，变换，补偿，又有控制和运算功能，实现表多用，既方便，又节省互换性和互操作性，打破了传统自成体系，互相封锁的局面现场总线允许选用各制造商性能价格比最高的产品集成在起，实现即接即用，即对不同品牌的仪表或设备互相连接，统组态。开放性，现场总线为开放互连网络，所有技术和标准全是公共的，既可与信号为低时，总线控制卡才可以进行对下位功能板卡的数据进行读写操作，否则等待。当总线控制卡不能操作下位功能板卡时，可以发出信号，强制复位。这可以避免因突发性干扰引起的系统超时或死机。接口机箱中总线控制卡工作正常与否非常重要，总线控制卡对系统各个主要参数跟踪判断动态刷新各下位功能板卡，防止因暂时性偶然性故障造成的数据遗失出错，并且保证在极短的时间片内对下位功能板卡进行次刷新，缩短系统响应时间。硬件设计并行接口总线控制卡是插在下位接口机箱的第号槽的接口机箱的主控制单元，采用总线控制的方式对接口机箱各总线槽中的功能板卡进行控制和数据交换。接口系统的机箱总线采用个金手指式总线，分电源线地线控制信号线地址总线和数据总线，总线定义参见附录。机箱总线定义电源线由于机箱总线和接口卡连接，因此总线为接口卡提供所需电源，包括和电源。接地线方面供应电源使用，方面也可用以消除或降低干扰。地址总线地址需通过总线送到接口机箱总线插槽上，总线控制卡插在总线槽后，地址信号经卡上译码电路进行解码，选择插卡上的具体端口。接口机箱总线设有根片选有效线连接槽，用以选择对应插槽上的接口卡。总线上还设有四根地址线，用以接口卡的相应通道选择。数据总线机箱数据总线是位总线，是最繁忙的条通道。采用并行方式传输数据信号，用以传送往来于主控制卡和各个插槽的下位功能板卡的数据信息状态信息和控制命令信息。控制信号线接口机箱设有根控制信号线，即和控制信号线。和是主控制卡用以从总线上读数据或写数据的控制线控二〇〇二年三月八日星期五制信号线用于总线控制卡和卡卡数据交换过程，或卡的应答通知总线控制卡数据接到或数据发出有效信号。总线控制卡对并行接口读写操作时，机箱总线上将维持有效信号控制信号线是机箱数据总线是否有效的反应，因为是从总线控制卡的并行接口的三态数据总线缓冲器的使能端导出的控制信号线。并行接口总线控制卡设计有并行接口和接口机箱总线连接，事实上是和多个下位功能板卡并行连接。并行接口和主控制卡系统总线连接的部件包括数据总线缓从器驱动器地址总线缓冲器及译码器联络控制逻辑与外设下位功能板卡相连的是数据总线与控制信号线实际上，在下位功能板卡上还设置了输入输出数据寄存器状态寄存器和控制寄存器，是用于各个通道的数据输入输出，跟踪板卡工作状况和存储控制命令。总线控制卡的并行接口设计原理如图。数据总线缓冲器数据总线缓冲器是连接系统数据总线的部分，它起到缓冲与驱动作用，以减轻系统总线负担，同时由于采用双向三态逻辑，因此可以由内部逻辑控制改变输入或输出的方向。发送到外设的控制信息数据信息以及从外设读入的状态信息和输入的数据信息都经过数据总线缓冲器。总线控制机箱数据总线数据交换读联络信号控制逻辑写应答信号使能控制数据总线数据总线缓冲器驱动器地址总线缓冲器及译码器地址总线下位功能板卡输出数据寄存器输入数据寄存器状态寄存器控制寄存器„„„控制逻辑信号机箱地址总线控制信号线图二〇〇二年三月八日星期五卡采用器件作为数据总线缓冲器，采用系统读控制信号控制数据总线缓冲器的数据流方向。联络控制逻辑联络控制逻辑接收总线控制卡发出的读写控制信号以及由外设送来的应答信号，并将的读写控制信号变为对内部的各个寄存器的读写信号和机箱总线的控制信号。总线控制卡的联络控制逻辑是由可编程逻辑器件编程实现的，系统信号，控制信号控制信号都参与了逻辑组合。地址缓冲及译码电路地址总线缓冲及译码电路接收系统地址总线并加以缓冲驱动，通过内部译码电路产生接口机箱各个槽中的功能板卡的端口地址和板卡各个输入输出寄存器的端口地址。总线控制卡采用译码器，输出到号槽的地址线，构成了接口机箱各个槽的端口地址采用经三态缓冲器输出的系统地址线组合，作为各个下位功能板卡输入输出寄存器的地址译码信号。复位电路每次上电时，都应复位，的复位电路可以有多种形式，只要在振荡器已达到稳定以后能够使脚保持至少个状态周期的低电平即可。采用复位电容和单稳电路都是可行的办法。主控制卡的复位电路具有手动按键复位功能和上电复位两种功能。复位电路采用带施密特触发器输入端的双单稳态多谐振荡器实现，具体电路参见附录。实际是在个片子上集成两个相同的高性能单稳态电路。每个多谐振荡器有个负跳变触发输入端和个正跳变触发输入端，两者均可做禁止输入端。脉冲触发出现在个特定的电压电平上，与输入脉冲的跳变时间无直接关系。旦触发，输出就与负跳变触发输入端和个正跳变触发输入端的输入以后的跳变无关。输出脉冲宽度仅是定时元件的函数，或者输出脉冲可以被直接清除脉冲所终止。输入脉冲相对于输出脉冲来说可以是任意宽度。通过选择适当的定时元件，输出脉冲宽度可以调节到所需的数值范围。主控制卡采用的晶振，的状态周期由振荡器分频获得状态周期复位至少需要个状态周期时间，即在脚上保持二〇〇二年三月八日星期五接端接端图的低电平。复位电路的定时元件是定时电阻和定时电容，它们的连接方法参见图。脉冲宽度的关系为输出主控制卡的定时电阻为,定时电容，则输出脉宽理论计算的输出脉宽足够满足主控制卡复位的定时要求，在仿真和调试过程也得已验证。主控制卡和通信卡的复位电路都选用了带施密特触发器输入端的双单稳态多谐振荡器实现参见附录，板卡的及晶振也都相