工业现场输入输出接口设计(附件)【字数：12782】
摘 要众所周知，当前工业生产自动化水平越来越高，而在很多工业现场应用的场合下，环境非常恶劣、非常危险，然而还有很多高精度要求的数据测量，人工直接操作设置仪表很不现实，况且现代工业不再需要工人从事危险和重体力劳动，这时就需要一种自动对所需的数据进行测量、采集的系统，让现代科技带给工人工作环境的提升。在实际测量中要求系统的稳定性和不超调性，要求快速性，因为要保证对数据测评、采集的平衡性和几个测量点，在过去通常采用几个单片机控制系统，这样定会造成控制复杂、操作不容易以及多个系统的分散控制影响控制精确度问题。在前人的基础上本课题提出一种对工业现场信号采集的输入输出接口硬件系统。本课题的主要目的是进行工业现场数据采集、判断和控制的研究，实现对工业现场的实时准确的控制。以实现目的为主，采用模块化思想进行设计，论文设计方案为以AT89C52单片微处理器为核心，利用AT89C52单片微处理器的运算能力、存储能力和逻辑能力同光电隔离技术相结合实现了16路开入量、24路开出量、2路光电编码器的实时采集、判断并执行相应操作。该系统具有总控输出、LED指示、通信功能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的研究目的和意义 1
1.2 输入输出接口概述 1
第二章 输入输出接口方案设计及论证 2
2.1总体设计思路 2
2.2输入输出接口的主要功能组成 2
2.3 各器件的选择 3
2.4 系统总体方案的确定 4
第三章 输入输出接口硬件功能设计 6
3.1 接口主控芯片电路 6
3.2 复位电路 6
3.3 系统电源电路 7
3.4 接口输入电路 8
3.5 接口输出电路 11
3.6 光电编码电路 15
3.7 存储电路 16
3.8 通信电路 17
3.9 指示电路 18
3.10 系统的插槽 18
第四章 输入输出接口软件功能实现 21
4.1 程序开发环境和流程 21
4.2 输入输出接口程序设计 21
4.3 光电编码程序设计 22
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/> 4.4 存储程序设计 23
4.5 通信程序设计 24
第五章 系统抗干扰设计 26
5.1 硬件抗干扰设计 26
5.2 软件抗干扰设计 26
第六章 系统功能调试 28
6.1 硬件系统调试 28
6.2软件功能调试 29
结束语 31
致 谢 32
参考文献 33
附 录 1 34
电路原理图 34
附 录 2 36
PCB版图 36
附 录 3 37
PCB 3D视图 37
附 录 4 38
程序代码 38
第一章 绪论
1.1 课题的研究目的和意义
课题的主要目的是进行工业现场数据采集、判断和控制的研究，实现对工业现场的实时准确的控制。设计以单片机作为中央处理器。扩展16路24伏输入接口；扩展24路24伏输出接口；扩展两路光电编码器输入接口；扩展输入/输出指示电路；设计输入/输出光电隔离电路；设计输出总控电路；软件编程采集16路24伏输入开关信号；经逻辑组合后，控制输出24路24伏开关信号；同时采集两路光电编码器的输入信号。绘制电路原理图和电路印制电路板；编制程序流程图；完成整体程序。
工业是国民经济的命脉，是重要的支柱产业。而且，随着国民经济的飞速发展，工业系统的规模也越来越大，结构越来越复杂。在整个工业生产过程中，开关量控制比较集中，而且工业现场有较强的干扰（工业现场环境的状况一般有1)恶劣的供电环境； 2)严重的噪声环境； 3)少数现场周围有发射机、中频炉、可控硅逆变电源等设备,它们会发出电干扰和磁干扰）
可编程逻辑控制器简称PLC。I/O接口基本功能：（1）进行端口地址译码设备选择。（2）向CPU提供I/O设备的状态信息和进行命令译码。（3）进行定时和相应时序控制。（4）对传送数据提供缓冲，以消除计算机与外设在“定时”或数据处理速度上的差异。（5）提供计算机与外设间有关信息格式的相容性变换。提供有关电气的适配。（6）还可以中断方式实现CPU与外设之间信息的交换。
1.2 输入输出接口概述
输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口把外部设备的各种状态或信息读入CPU，按照用户程序执行运算与操作，同时又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，驱动各种执行机构，实现工业生产过程的自动控制。
工业现场的输入和输出信号包括开关量和模拟量两类，因此I/O单元也有开关量输入/开关量输出和模拟量输入/模拟量输出两种，前者又称为DI/DO，后者又称为AI/AO。
第二章 输入输出接口方案设计及论证
2.1总体设计思路
本系统以单片机为控制核心，由于单片机构成的硬件结构简单、开发周期短、控制功能强、可靠性高，因此，在达到同样功能的条件下，用单片机开发的控制系统比用其它类型的微型计算机开发的控制系统价格更便宜。电源供电电路需要提供5V和24V为外围接口供电。系统原理结构图如下图2.1所示，
图2.1 总体设计框图
2.2输入输出接口的主要功能组成
本次设计的输入输出接口主要内容有：
1.开关量输入输出接口的功能实现
利用单片机作为主控芯片，通过采集多路开关输入信号和光电编码器脉冲输入信号，经单片机分析计算，输出对应的多路开关信号，工业现场有较强的干扰，输入输出经光电耦合和光电隔离，有效地防止干扰的入侵，并有输入输出指示电路。工业现场显示通讯方式可按照现场实际需要选择在传输距离和可靠性方面具有诸多优点的RS232接口。
2.开关量输入输出接口的抗干扰技术
开关量输入输出接口多用在工业现场开关比较集中的场所，所以如何利用光电隔离技术正确高效的实现开关量的采集、判断和控制，并将单片机干扰后的误动作的可能性降到最小，进而达到完全避免，是开关量输入输出接口中需要研究的一个方面。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的研究目的和意义 1
1.2 输入输出接口概述 1
第二章 输入输出接口方案设计及论证 2
2.1总体设计思路 2
2.2输入输出接口的主要功能组成 2
2.3 各器件的选择 3
2.4 系统总体方案的确定 4
第三章 输入输出接口硬件功能设计 6
3.1 接口主控芯片电路 6
3.2 复位电路 6
3.3 系统电源电路 7
3.4 接口输入电路 8
3.5 接口输出电路 11
3.6 光电编码电路 15
3.7 存储电路 16
3.8 通信电路 17
3.9 指示电路 18
3.10 系统的插槽 18
第四章 输入输出接口软件功能实现 21
4.1 程序开发环境和流程 21
4.2 输入输出接口程序设计 21
4.3 光电编码程序设计 22
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/> 4.4 存储程序设计 23
4.5 通信程序设计 24
第五章 系统抗干扰设计 26
5.1 硬件抗干扰设计 26
5.2 软件抗干扰设计 26
第六章 系统功能调试 28
6.1 硬件系统调试 28
6.2软件功能调试 29
结束语 31
致 谢 32
参考文献 33
附 录 1 34
电路原理图 34
附 录 2 36
PCB版图 36
附 录 3 37
PCB 3D视图 37
附 录 4 38
程序代码 38
第一章 绪论
1.1 课题的研究目的和意义
课题的主要目的是进行工业现场数据采集、判断和控制的研究，实现对工业现场的实时准确的控制。设计以单片机作为中央处理器。扩展16路24伏输入接口；扩展24路24伏输出接口；扩展两路光电编码器输入接口；扩展输入/输出指示电路；设计输入/输出光电隔离电路；设计输出总控电路；软件编程采集16路24伏输入开关信号；经逻辑组合后，控制输出24路24伏开关信号；同时采集两路光电编码器的输入信号。绘制电路原理图和电路印制电路板；编制程序流程图；完成整体程序。
工业是国民经济的命脉，是重要的支柱产业。而且，随着国民经济的飞速发展，工业系统的规模也越来越大，结构越来越复杂。在整个工业生产过程中，开关量控制比较集中，而且工业现场有较强的干扰（工业现场环境的状况一般有1)恶劣的供电环境； 2)严重的噪声环境； 3)少数现场周围有发射机、中频炉、可控硅逆变电源等设备,它们会发出电干扰和磁干扰）
可编程逻辑控制器简称PLC。I/O接口基本功能：（1）进行端口地址译码设备选择。（2）向CPU提供I/O设备的状态信息和进行命令译码。（3）进行定时和相应时序控制。（4）对传送数据提供缓冲，以消除计算机与外设在“定时”或数据处理速度上的差异。（5）提供计算机与外设间有关信息格式的相容性变换。提供有关电气的适配。（6）还可以中断方式实现CPU与外设之间信息的交换。
1.2 输入输出接口概述
输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口把外部设备的各种状态或信息读入CPU，按照用户程序执行运算与操作，同时又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，驱动各种执行机构，实现工业生产过程的自动控制。
工业现场的输入和输出信号包括开关量和模拟量两类，因此I/O单元也有开关量输入/开关量输出和模拟量输入/模拟量输出两种，前者又称为DI/DO，后者又称为AI/AO。
第二章 输入输出接口方案设计及论证
2.1总体设计思路
本系统以单片机为控制核心，由于单片机构成的硬件结构简单、开发周期短、控制功能强、可靠性高，因此，在达到同样功能的条件下，用单片机开发的控制系统比用其它类型的微型计算机开发的控制系统价格更便宜。电源供电电路需要提供5V和24V为外围接口供电。系统原理结构图如下图2.1所示，
图2.1 总体设计框图
2.2输入输出接口的主要功能组成
本次设计的输入输出接口主要内容有：
1.开关量输入输出接口的功能实现
利用单片机作为主控芯片，通过采集多路开关输入信号和光电编码器脉冲输入信号，经单片机分析计算，输出对应的多路开关信号，工业现场有较强的干扰，输入输出经光电耦合和光电隔离，有效地防止干扰的入侵，并有输入输出指示电路。工业现场显示通讯方式可按照现场实际需要选择在传输距离和可靠性方面具有诸多优点的RS232接口。
2.开关量输入输出接口的抗干扰技术
开关量输入输出接口多用在工业现场开关比较集中的场所，所以如何利用光电隔离技术正确高效的实现开关量的采集、判断和控制，并将单片机干扰后的误动作的可能性降到最小，进而达到完全避免，是开关量输入输出接口中需要研究的一个方面。
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