前言：中文期刊网精心挑选了控制模块范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
控制模块范文1
关键词：备用电源 过欠压检测 Mulitisim
中图分类号：TL503.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（b）-0000-00
1.引言
为了防止控制模块的直流27V供电电源输出出现异常时，对控制模块造成的数据丢失、电子设备及后级负载的损害等问题，考虑一路备用电源是十分必要的[1]。本文中选用一款蓄电池作为备用电源，当供电电源输出出现中断或异常时，蓄电池仍可以持续一定时间给控制模块供电，既保证了控制模块的数据不会丢失，同时减少了对电子设备及后级负载的影响。此外，备用电源要具有对蓄电池的充电功能，还要实现27V电源与蓄电池的切换功能，以及对蓄电池充放电的过欠压检测和对供电电源的异常检测等保护功能。
2.工作原理
当27V直流电源正常时，直接给控制模块供电，同时给蓄电池组充电；当27V直流电源异常时，切换电路将电路切换到蓄电池组供电。当蓄电池组作为控制模块供电电源时，必须实时监测蓄电池组的放电电压，当电压降到设定阈值时切断电路，以免电池损坏。
在检测电路中，必须达到以下效果：27V直流电源给蓄电池组充电正常时，发光二极管D7灯亮，直至充满D7灯灭；27V直流电源异常时，电路切换到蓄电池供电，发光二极管D6开始闪亮，待蓄电池组放电至欠压D6灯灭，进行光报警，备用电路原理图如图1所示。
3.组成
本文设计中，备用电源主要由蓄电池组和监测控制电路模块两大部分组成。其中，蓄电池组主要由两个12V蓄电池串联而成，监测控制电路模块主要由充电电路、欠压检测电路、过压检测电路以及切换电路等组成。备用电源原理框图如图2。
3.1蓄电池组
铅酸蓄电池由于其制造成本低，容量大，价格低廉而得到广泛的应用[2]。但是，若使用不当，其寿命将大大缩短。因此为有效延长蓄电池的使用寿命，在本电路中主要设计了对电池充放电时过欠压的控制电路。
选取2块免维护铅酸蓄电池12V1.3AH/20HR串联使用。蓄电池组放电时间按式（1）计算[3]。
Q ……………………………… （1）
式中：
Q――蓄电池容量（Ah）（取值1.3Ah）
K――安全系数（取值1.25）
I――负载电流（A）（取值0.4A）
T――放电小时数（h）
t――蓄电池最低环境温度（℃）（取值15℃）
η――放电容量系数（取值0.76）
α――蓄电池放电温度系数（取值0.008）
由式 （1）可得电池放电时间约为2h，满足备用电源延时要求。
3.2监测控制电路模块
a）充电电路
备用电源电路原理图如图1所示， 27V直流电源由MOS管控制给蓄电池充电，在27V直流电源正常时，给控制模块供电，同时蓄电池处于充电状态，此时发光二极管D7灯亮，直至充满D7灯灭。
b）电池欠压监测电路
在蓄电池正常工作一段时间后电池电压下降，当下降到保护值（电压
c）电池过压监测电路
充电过压监测是为了防止蓄电池过充，从而延长蓄电池寿命，同时也能防止过充造成不必要的危险。如图1所示，充电过压（电压27.6V）终止由电压比较器U1A控制，电阻R1、R2串联采样充电电压接到比较器U1A的反相端，同向端由TL431提供2.5V的基准电压，当电池电压高于27.6V时，比较器U1A输出低电平，Q2截止，Q3导通，MOS管Q4关断，电池停止充电。
d）切换电路
当27V直流电源异常时，切换电路切换到蓄电池工作状态，实现不间断供电。由于需要通过功率器件――继电器来切换，而功率器件的切换是需要动作时间的，因此在本电路设计中，如图1所示，对控制模块电源输入端并联大电容来弥补切换中断时间时的电源供电，从而确保控制模块零中断工作。
4.结束语
通过对控制模块备用电源的合理设计，可完成备用蓄电池的充电、过欠压监测与光报警及其切换等功能，实现了对控制模块的不间断供电，提高了工作效率。
参考文献
[1] 殷小明.应急电源与备用电源的设计[J]，现代建筑电气，2012年04期
控制模块范文2
关键词：CMC； 运动控制； 国产芯片
Research and Application of Motion Control Module Based on CMC
Abstract： In order to reduce the dependence of foreign chips， expand the scope of domestic chip， this paper takes the domestic CMC chip as the core， and develops the motion control system technology in ST language. It is the design idea of the system of the domestic CMC chip.
Keywords： CMC； Motion control； Domestic chip
1. 引言
全球半导体市场规模达3200亿美元，全球54%的芯片都出口到中国，但国产芯片的市场份额只占10%。全球77%的手机是中国制造，但其中不到3%的手机芯片是国产的。我国芯片产业长期被国外厂商控制，不仅每年进口需要消耗2000多亿美元外汇，超过了石油和大宗商品，是第一大进口商品。而且，受制于人的技术设备直接制约了我国产业的发展[1]。我国芯片产业一直发展缓慢，尤其在C PU方面几乎一片空白，这意味着我国制造业处于国外的控制之下，很难打破已形成的垄断，国内工业一旦用上“外国芯”将会形成长期依赖，要超越国外企业，必须使用国产芯片。
计算机数控（CNC）是本世纪 70 年展起来的控制新技术。它综合了计算机、自动控制、测量技术、机械制造等领域的最新成就，数控技术的先进与否直接代表了一个国家的机械工业水平。
1.1 数控系统的发展及国内外现状
目前一种新型的结构为运动控制器+PC，即采用以 PC 为硬件平台的数控系统。其中最主要的部件是计算机和控制运动的控制器。控制器本身具有CPU，同时开放包括通信端口、结构在内的大部分地址空间，辅以通用的 DLL 同 PC 结合得最为紧密。这种系统的特点是灵活性好、功能稳定、可共享计算机的所有资料，目前已达到远程控制等先进水平[2]。
1.2 国产芯片CMC介绍
CMC芯片是将组态处理、程序存储、信号输入输出、控制算法、通讯接口等全部集成在一个芯片中的产品，实现的主要功能可以简述为：片内逻辑控制和运动控制，程序处理及调度管理，数字量信号处理，多种数据接口通信。使用芯片的组态软件进行逻辑控制程序和运动控制程序的编程，将编写的程序下载到芯片的片内存储器中。根据用户的程序，对输入的各种信号（包括从通信接口传入的信号）进行处理运算， 并进行相应的信号输出。逻辑控制主要包括对上层用户编写并经过编译的逻辑控制程序进行执行处理。运动控制主要包括对上层用户编写并经过编译的运动控制程序（如 G 代码）进行执行处理。数字量处理主要包括开关信号、频率信号处理，脉冲信号输入输出，PWM 输出，正交编码器输入等。芯片集成了 Flash、SRAM、通用定时器、PLL、实时钟，以及以太网 MAC、UART、CAN、SPI、I2C 等多种通信接口。
2 运动控制模块概述
2.1 CMC芯片详细参数介绍
主控芯片选用浙大中控研发的CMC运动控制芯片。CMC芯片包括基本GPIO、测试功能、以太网 MAC 、外部中断功能、脉冲输入输出PIPO、运动控制、串口通信、I2C通信、SPI 通信、CAN 通信、实时钟、电源等功能。芯片具有一个外部高速时钟 （2～15MHz） 输入接口、 一个外部 32.768KHz 时钟输入接口，分别作为系统输入时钟，RTC 输入时钟。外部输入时钟皆为有源晶振。通过芯片内 PLL 可将系统输入时钟进行倍频，倍频后的系统时钟可达 24～100MHz。PLL上电后默认为 bypass 模式，即外部时钟直接输入，不经过 PLL 倍频。上电后，PLL 复位时间至少需要 5us，稳定时间需要 100us。配置系统时钟的步骤如下：1、配置 PLL；2、使系统进入停止模式；3、唤醒系统进入工作模式；4、完成配置。CMC芯片有 4 种工作模式，分别为运行模式、等待模式、休眠模式和停止模式。片内包含512KBytes FLASH，共有 4个完全相同的但是分别独立编程的定时器。定时器在设定了预定值后，开始进行自减操作，直到减至 0，则停止减数操作并送出中断信号。芯片包含脉冲输入输出/计数器，由 4 个 16 位自动装载高级计数器构成，它适用于多种场合，包括测量输入信号的脉冲长度、脉冲个数；或者产生输出波形。GPIO共有64 个 GPIO 口通用输入输出端口，每个端口的默认状态为悬空，用户可以根据需求配置成输入，输出或者高阻。支持 5 种复位方式，分别为上电复位、软件复位、看门狗复位、外部复位和 JTAG。其逻辑控制主要实现对基于 IEC61131-3 的逻辑控制任务的调度和逻辑控制程序的执行处理。芯片采用 LQFP（Low-profile Quad Flat Package）薄型四方扁平式封装，本体尺寸为28×28×1.4mm，管脚间距为 0.5mm。
2.2 运动控制模块简介
运动控制模块是基于10/100M以太网的通用型运动控制器，可支持多个控制器和PC组成控制网络，应用于各种需要独立运行的场合。此运动控制模块基于CMC芯片的硬件结构，插补算法、脉冲信号的产生及加速和减速控制、I/O信号的检测处理，均由硬件和固件实现，确保了运动控制高速、高精度及系统稳定。该系列控制器最多可控制4个步进或伺服电机，具有曲线速度控制、多轴直线插补、两轴圆弧插补、连续曲线插补等高级功能。通过简单的编程即可开发出稳定可靠的高性能连续轨迹运动控制系统。
CMC运动控制模块除了电机控制端口外，还提供了丰富的I/O 接口和通讯接口，包括64路扩展I/O接口、4路16位高精度A/D、 D/A接口、MCP键盘、PWM输出、编码器接口、手摇脉冲发生器接口、网络接口、串行口、CAN接口。用户可通过网口与PC机通信；可以通过串口连接其它设备，如：HMI触摸屏。
CMC运动控制模块通过四路脉冲输出接口控制伺服电机实现主机要求的运动。运动控制器是由主机发送的运动控制命令驱动其工作的。运动控制器提供 ST语言函数库，实现主机与运动控制器的通讯。用户通过主机程序调用相应的库函数，将运动控制器相关参数和运动轨迹描述传递给运动控制器，也就是发出运动控制命令，运动控制器将根据主机的要求，自动完成轨迹规划、安全检测、采样刷新等复杂运算和操作。计算结果转换成脉冲控制电机运动。
运动控制器还提供四路伺服电机驱动器报警信号（每轴一路）输入，四路伺服电机驱动器使能信号（每轴一路）输出，四路伺服电机驱动器复位信号（每轴一路）输出以及三十二路通用数字量输出接口、三十二路通用数字量输入接口。实现复杂灵活的运动控制[4]。
2.3 CMC运动控制模块电源与时钟拓扑结构
CMC通过一个10MHz的有源晶振提供时钟信号，网络PHY芯片由25MHz的有源晶振提供时钟信号。IMP811芯片提供整体复位信号，低电平有效。
模块电源由外部24V开关电源提供，通过TPS54383芯片转换成3.3V和5.3V电源，5.3V电压通过高抑制比的TPS7A8101芯片转换为5.0V电压，为AD、DA提供纯净电源。通过NCV1117DT18T5G将5V将为1.8VCMC内核电压。通过NCP1403SNTxG将5V升压、降压为±15V电压，提供偏置电压。
3 CMC运动控制模块测试
在组态软件中通过调用单轴控制模块，配置相应参数，可以控制电机转速、方向等参数，观察电机输出状态变化；
1. 使用功能块控制电机运动经测试可以实现电机速度、加速度、方向、启停等参数或状态控制，可以用该功能块配合手摇使用实现手摇运动控制模式或者配合键盘使用实现点动功能。
2. 使用G代码进行电机控制，经测试能够实现电机的运动控制，速度、方向、脉冲数都能按照G代码的运动参数执行。
4 小结
因国产CMC芯片还是初级阶段，功能还有所不足，芯片封装大，之后会增加更多功能，采用GBA封装，缩小芯片尺寸，降低功耗，附加自有知识产权，降低成本，增加产品竞争力。
参考文献
[1] 刘国政芯片超石油成我国第一大进口商品[N]. 经济参考报
[2] 罗云山. PLC在制造业产品自动化检验中的应用[J].装备应用与研究
[3] 张红岩. 基于运动控制卡的开放式数控系统的开发[D]. 长安大学
[4] 刘汉忠周伯荣李宏胜. 简易单轴运动控制器的设计[J].制造业自动化
控制模块范文3
关键词：广告灯条；STC89C52单片机；程序设计；控制
21世纪是一个各种高新技术快速更新的时代，尤其是在电子领域和自动化智能控制领域，而传统的分立电子元件和以数字逻辑电路为主构成的控制系统，正在以前所未有的速度被各种单片机智能控制系统所取代。广告灯条因其加工工艺更简便，质量更容易控制，寿命更长，颜色和亮度更高而逐渐替代了较早的加工工艺，逐渐成位发展趋势。所以用单片机来控制广告灯条就成为了一种受人青睐的方式，不仅大大降低了设计成本而且具有良好的广告宣传效应，并且能很好的吸引广大消费者的眼球，从而产生巨大的经济效益。
1 设计原理
本设计在结合STC89C52单片机的基础上设计出七彩广告灯条控制模块，它是结合单片机芯片的功能和一些基本原理，运用C语言程序来实现七彩广告灯条灯的不同闪烁方式，在由慢到快，再由快到慢的循环往复变化中，给人带来视觉的美感。灯条控制模块由电源适配器提供12V直流电源通过7805稳压到5V直流给单片机在经过开关电源变换，输出直流工作电压到STC89C52，利用STC89C52单片机输出一定频率的PWM来驱动场效应管的开断，调节输出电流的大小来调节灯的亮暗，最终调出七种不同的颜色。
2 主控芯片的选择
主控制器芯片主要是负责控制LED七彩灯带的不同变化速度快慢以及变化效果。主控制器作为整个系统的控制核心部分，要求其功耗低、数据转换速率快。STC89C52单片机是一种低功耗、可编程、高性能8位微控制处理器，其内部包括微处理器、具有8K在系统可编程Flash存储器、看门狗定时器、输入/输出口、中断系统等，具有价格低廉、技术成熟、操作简单等特点，满足本设计的要求。
3 稳压电源电路设计
LM7805稳压三极管，可以支持5V到12V的电源输入，经过降压之后，稳定输出5V的直流电压。一般在输入电源的正负极之间并上两个22uF无极性陶瓷电容，起到对电源滤波的作用。单片机要求在稳定的电源下才能正常工作，本身单片机工作在晶振12M下，产生的干扰信号也是大的。所以需要提供一个稳定的直流电源给单片机，这样才能保证单片机的稳定工作。
4 灯条设计
（1）电压：这是指LED灯条的输入电压，一般常用的规格是直流12V，也有的是24V。工作电压：DC12V，功率：每米14.3瓦/每米18.2瓦可选。
（2）色温：是指将一标准黑体通过加热，当温度逐步升高到一定程度时颜色开始慢慢的由深红-浅红-橙黄-白-蓝，发生改变，当某光源与标准黑体的颜色相同时，我们将黑体当此时的绝对温度称为该光源之色温。一般来说色温不作为考核LED灯条的一个指标，但是国外很多客户因为对其使用环境的要求，会做出一个特别的要求。
（3）亮度：发光强度的最基本单位，坎德拉是国际单位制的基本单位之一。
一般LED灯条不同的颜色会有不同的发光强度，常用单位是mcd，即毫坎德拉。其数值越高，说明发光强度越大，也就是说灯条发出的光越亮。
（4）发光角度：这是指LED灯条上LED元件的发光角度，一般通用的贴片LED的发光角度都是120度。发光角度越大，其散光效果越好，但@都是相对的，其发光的亮度也就相应减小了。如果灯条的发光角度小，光的强度是上去了，但照射的范围又会缩小。
5 系统程序流程
开始时，先检测电源有没有接好，如果接好了，就提供12V的电压，通过7805稳压到5V的直流电压的开关，给单片机提供电源。如果没好，就处于等待阶段。如果有电源输入，N沟道场效应管就会根据编号的程序，导通或者截止来控制灯条的亮灭，先产生彩灯模式1。再产生彩灯模式2。接着会产生彩灯模式3、彩灯模式4、彩灯模式5，最后会产生彩灯模式6。当按下复位键时，会回到彩灯模式1。当不去按复位键键时，彩灯会不断地从模式1到模式6重复循环。
6 硬件调试
焊接好的电路板先目测进行检查，看是否有漏焊，虚焊的地方。对照PCB图，检查元件的焊接是否无误，正负极的接法有没有错误等；用万用表测量印刷电路板的导线是不是都很好的接通，靠得很近的导线是否有连在一起的现象等，有断的就马上用锡补上，太远的或者是断的太离谱的就只能用导线代替。检查每一根导线都无误后可进行下一步调试；插上电源，看电路板有什么反应，5V电源的指示灯是否点亮，电源输出端电压是否在4.8V～5V左右，以上都达到要求可将电源接到主板去，查看LED灯是否正常工作。
7 结束语
广告灯条多用于广告匾，楼宇装饰和户外装潢的灯具，近年来随着国家经济的迅速发展，人民对物质文化生活水平的要求也不断提高，对于装饰的美化美观的要求也越来越高，广告灯越来越多的出现在个人们的视野中。本设计使用了STC89C52单片机与N沟道场效应管相结合的设计方案，充分利用N沟道场效应管的开断来控制三种颜色的亮度最终调节出七种颜色，实现了5050RGB灯条的各种模式的点亮，降低了设计成本并且具有良好的广告宣传效应。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础数字部分（第五版）[M].北京.高等教育出版社，2005.
[2]张灿.单片机在舞台灯光控制系统中的应用[J].电子测量技术.2003.
控制模块范文4
关键词:实践教学管理 权限控制 信息安全
1、权限设计概要
权限是指为了保证职责的有效履行,任职者必须具备的,对某事项进行决策的范围和程度。权限控制,一般指根据系统设置的安全规则或者安全策略,用户可以访问而且只能访问自己被授权的资源。权限控制几乎出现在任何系统里面,只要有用户和密码的系统。从控制力度来看,可以将权限控制分为两大类:(1)功能级权限控制;(2)数据级权限控制。权限可以说是一个非常复杂的问题,但也可简单表述为:判断“Who对What(Which)进行How的操作”的逻辑表达式是否为真。针对不同的应用,需要根据项目的实际情况和具体架构,在维护性、灵活性、完整性等多个方案之间比较权衡,选择最佳的方案。
不管是什么系统,权限都是非常关键的一个部分,如果权限有问题,那么系统就会留下漏洞,给人留下可乘之机,严重威胁系统的安全性。高校实践教学管理系统的目的是为了方便实践教学管理工作的进行,而实践教学管理工作中各项工作的责任人应该明确,责任人的明确靠的是权限的明确。因此,权限控制在实践教学管理系统中十分重要。
2、实践教学管理系统中权限控制容易出现的问题
权限逻辑和功能代码混杂在一起,没有独立出来。在实践教学管理系统中很容易出现权限逻辑与功能代码混杂在一起,导致权限控制分散在系统的各个地方。这样做会造成系统漏洞多且分散,对系统的安全性的危害极大。不良的权限控制系统,必然留下系统漏洞,给黑客可趁之机。很多软件可以轻松通过URL侵入、SQL注入等模式,轻松越权获得未授权数据。甚至对系统数据进行修改、删除,造成巨大损失。
3、实践教学管理系统权限控制模块的正确构建
3.1 原则简述
权限逻辑配合功能逻辑。即权限系统以为功能逻辑提供服务为目标。相当多细粒度的权限问题因其极其独特而不具通用意义,它们也能被理解为是“功能逻辑”的一部分。有的问题既可以认为是一个细粒度的权限问题,也可以认为是一个功能逻辑问题。对于功能逻辑问题,在整个权限系统的架构设计之中不予过多考虑。当然,权限系统的架构也必须要能支持这样的控制判断。或者说,系统提供足够多但不是完全的控制能力。即,设计原则归结为:系统只提供粗粒度的权限,细粒度的权限被认为是功能逻辑的职责。
3.2 目标
3.2.1 直观
因为系统最终会由最终用户来维护,权限分配的直观和容易理解,显得非常重要,系统不辞辛劳的实现了组的继承,除了功能的必须外,更加主要的原因就是因为它足够直观。
3.2.2 简单
包括概念数量上的简单和意义上的简单还有功能上的简单。想用一个权限系统解决所有的权限问题是不现实的。设计中将常常变化的“定制”特点比较强的部分判断为功能逻辑,而将常常相同的“通用”特点比较强的部分判断为权限逻辑就是基于这样的思路。
3.2.3 独立
将权限控制模块单独于其他功能模块,功能模块通过与权限模块的交互获得权限结果。好的系统,应该将权限逻辑集中起来,由专业的安全引擎进行设置、解析。功能逻辑调用安全引擎,获得权限结果,不再使用非专业模式。
3.2.4 扩展
采用可继承的方式解决了权限在扩展上的困难。引进“组”概念在支持权限以组方式定义的同时有效避免了权限的重复定义。权限控制系统应该是可以扩展的。它应该可以加入到任何带有权限空能功能的系统中。就像是组件一样可以不断被重用,而不是每开发一套管理系统,就对其权限控制功能进行重新开发,以满足业务系统中的功能权限控制。传统业务系统中存在两种权限管理,其一是功能权限的管理,而另一种则是数据权限的管理,在不同的系统之间,功能权限是可以重用的,而数据权限则不能。
3.3 权限控制的技术实现
3.3.1 功能级权限控制技术实现
功能权限控制技术,一般可以使用基于角色访问控制技术RBAC（Role Based Access Control）。该技术被广泛运用于各个系统,非常容易掌握。
权限设置。一般来说,一个系统需要提供以下功能:(1)角色管理,由用户定义角色,给角色赋予权限;(2)用户角色管理,由用户给系统用户赋予角色。(3)用户定义权限,对于更加优秀的系统,还可以支持用户定义权限,这样新增功能的时候,可以将需要保护的功能添加到系统。
权限验证。功能级的权限验证逻辑非常简单。查看该当前登录用户的角色是否包含该功能的权限。如果有,则表示有权访问,否则表示无权访问。对于WEB系统,一般定义一个Filter就可以完成权限验证,无需在各个程序入口进行权限判断。
3.3.2 数据级权限控制技术实现
目前,数据级权限控制领域,一直没有统一的技术。总的概括来说,软件开发人员采用以下几项技术:(1)硬编码,也就是将这种逻辑以if/else等形式与业务代码耦合在一起,这种情况居多;(2)使用规则引擎,就是将这些权限逻辑以规则形式提出来,并使用规则引擎解析规则;(3)使用第三方专业软件,比如有开源中间件Ralasafe;商业产品Oracle Entitlements Server,IBM Tivoli Access Manager;开源框架Spring Security等等。
上述提到的方法各有优劣,需根据实际需要选取最合适的方式。
4、结语
权限控制是高校实践教学管理系统中至关重要的部分,优秀的权限控制是一个优秀的管理系统的标志。本文就实践教学管理系统的构建过程中易出现的权限问题展开讨论,总结了一般构建方案并给出了应该遵循的一般原则,为实践教学管理系统的权限控制模块提供了指导依据,有利于系统的完整构建,从而有助于高校实践教学管理信息化建设,提高工作效率,进而推动高等教育的进一步发展。
参考文献
[1]代文龙.权限系统概要[EB/Ol].,2003.06.
[2]段云所.信息安全概论[M].高等教育出版社,2003.
控制模块范文5
近几年来，随着Internet规模的进一步扩大，对高性能、宽带接入的IP路器的需求急剧增加。路由器的主要功能是数据包的转发，该功能由交换芯片来实现。因此，需要有一个处理器来实现对交换芯片数据包转发功能的控制，同时控制交换网板与主控机的通信，笔者采用DS80C320处理器。本系统的技术核心是如何利用EPLD产生的控制信号实现DS80C320与主控板间的通信和DS80C320对交换芯片的控制。
1 高速路由器的基本结构
高速器由器主要由主控板、交换网板和线路接口板等组成。主控板是路由器的控制核心，完成整个路由器的管理和控制，直接接收网管中心的指令。交换网板在路由器中完成高速数据交换，它由交换模块和控制模块组成。交换模块包括两片交换芯片，完成数据包转发功能；控制模块是交换网板的控制核心，实现对网板内各功能模块的状态检测和控制，保证交换芯片转发数据包的正常工作。控制模块与路由器的主控板通过HSCX（串行通信控制器）进行通信，完成主控板对交换网板功能请求的应答处理，还可以通过RS232串口与PC机进行通信，完成交换网板的功能调试。
2 控制模块的硬件结构
本系统的路由器交换网板控制模块主要由DS80C320处理器和一些外围器件组成，这些外围器件包括EPLD、FLASH、外部RAM和HSCX通道。控制模块的硬件结构如图1所中虚线框部分所示。
2.1 DS80C320的特点
DS80C320属于Dallas公司的高速处理器系列。采用该芯片完成交换网板的控制功能，主要是DS80C320有以下几个特点：（1）具有新型高速结构，最大晶振频率33MHz，机器周期为4个时期周期（普通MCS-51系列单片机的机器周期为12个时钟周期），从而使每条8051指令的执行速度在相同的晶振下快了3倍。（2）DS80C320与51系列单片机完全兼容，并要用标准的8051指令集，给设计与开发带来了方便。（3）可以通过改变MOVX指针的执行时间来访问速度不同的RAM和其他外部器件。
DS80C320提供16位地址线，可寻址64KB的数据空间和程序空间。由于DS80C320内不含片内ROM，所以程序代码是存储在FLASH中的。虽然目前系统的软件不到60KB，但考虑到系统升级需要程序的扩展，选用了128KB的FLASH空间，需要17位地址线。这样就产生处理器的寻址能力不足的问题，采用EPLD内部的20H寄存器来产生FLASH的第14、15、16位地址及片选信号和读写信号。128KB的FLASH空间分成了2页，每页有64KB，第16位地址线决定FLASH空间的页号，DS80C320通过这种方式访问FLASH的128KB空间。
2.2 EPLD功能描述
本系统的EPLD采用ALTERA公司的EPM7512，该芯片属于MAX7000系列。除了2.1中的寻址扩展功能外，EPLD还用作处理器与其外围电路控制信号的接口。由于本系统的控制信号比较多，若采用普通的逻辑门电路则整个系统的连线会非常复杂，功耗也会增加。所以采用EPLD来产生DS80C320与交换芯片、FLASH和HSCX之间的控制信号和地址信号。EPLD与处理器的接口主要实现了低位地址的锁存和一些器件的片选信号。CP_DATA[0:7]是地址和数据复用的信号，锁存后输出低位地址LOW_CP_ADD[0:7]。EPLD对HSCX通道的控制信号包括使能信号ENABLE_HSCX、复位信号RESET_HSCX、数据发送控制信号TXD_ENABLE等。EPLD对交换芯片的控制信号包括读信号READ_OCM、WRITE_OCM、OCM操作类型选择信号EMB_MODE_OUT等。
2.3 DS80C320与HSCX间的通信
本系统的HSCX采SIEMENS公司的SAB82525，该芯片提供两个全双工的高级链路控制（HDLC）通道，它的最高传输速率可达到4M bit/s。它用于主控板与交换网板间的数据通信，包括主控板发送、交换网板接收的功能请求，交换网板发送、主控板接收的应答及上报。由EPLD提供HSCX的数据线、地址线、使有信号和读写信号线。DS80C320对SAB82525的控制是通过读写SAB82525的内部寄存器来实现的；与HSCX之间的数据传送采用中断方式。当SAB82525满足产品中断的条件（如接收到数据帧）时，它向处理器发出中断请求，处理器读取中断寄存器ISTA、EXIR确定中断发生的原因并做出相应的处理。
3 基于DS80C320的控制模块对交换芯片的控制
采用的交换芯片PRS28G属于IBM公司的第二代高性能包路由交换产品。其端口速率达到OC48（2.5Gbps）并具有很好的扩展性，可通过速率扩展或者端口扩展构造出更大容量的交换网络，是数据帧和信元交换系统的理想解决方案。
交换芯片内部包含一个状态寄存器、32个应用寄存器及一个OCM接口。OCM接口是串行接口，用于处理器编程应用寄存器或是读取状态寄存器内容。交换芯片与DS80C320之间的通信和控制是通过EPLD内的OCM控制接口完成的。处理器并行读写EPLD。而OCM与EPLD的接口是串行的，串行转换是通过在EPLD内设置特定寄存器空间来完成的。处理器与交换芯片之间的数据传输过程是：处理器向EPLD特定寄存器写数据，数据通过EPLD输出EMB_DATA_IN串行信号，写入OCM指令寄存器，再根据OCM的指令集定义，决定其操作，包括读/写应用寄存器、读取状态寄存器、交换芯片复位等。每次操作的结果存储在响应寄存器中，在处理器控制下通过EMB_DATA_OUT信号移入EPLD特定地址空间，供处理器读取。
4 系统的软件构成
此系统的软件是由主函数及其调用的子函数和三个中断程序组成。
4.1 主函数（包括它调用的子函数）
主函数首先检测交换网板上的各种设备，初始化整个系统，然后开始一个主循环，在系统上电状态下程序总在这个循环中进行。在没有中断或复位请求的情况下，循环检测各功能模块的执行标志位，当标志位有效时，执行相应的功能模块。
主函数的概要流程如图2所示。
4.2 中断处理程序
三个中断处理程序分别是：
（1）定时器中断处理程序，完成周期性功能模块标志位的产生。
（2）外部中断1，完成来自HSCX的数据接收、存储及应答数据的发送功能。
（3）串口中断，实现串口数据的接收、存储及应答数据的发送功能。
控制模块范文6
关键词：以太网；燃机模块；电子控制系统；软件设计
引言
随着燃气轮机在工业现场的广泛使用，对控制性能的要求越来越高，其控制系统也迅速从液压机械式控制器发展为模拟式电子控制系统,进而发展成数字电子控制系统。到20世纪90年代,燃气轮机开始全面配置数字电子控制系统。近年来，国外燃气轮机的数字电子控制系统已经实现了标准化、系列化，实现了模块化,并配置了菜单式的开发软件。模块化控制系统中通信总线是系统内部数据交换的桥梁，总线的可靠性是系统可靠性的保障，总线速度也直接影响到整个控制器的性能，因此必须选择实时、可靠的通信总线。MIL-STD-1553B、ARINC-429等传统的现场总线可靠性高、使用灵活，工程上已经得到了广泛应用，但却遭受速度瓶颈。工业实时以太网技术具有速度快、实时性好、可靠性高等特点，它的发展使工业控制在通用化、模块化、数据交换等方面都面临新的技术革命，特别适用于分布式控制系统设计。EtherCAT是由德国Beckhoff公司开发。采用以太网帧，以特定环状拓扑发送数据的技术，拥有杰出的通讯性能，接线简单，并对其它协议开放。
1.总体方案
1.1燃机模块式电子控制系统方案
系统的控制对象是某型舰用中档功率系列燃气轮机，控制系统采用开放性的模块结构。电子控制器采用标准化、系列化的模块设计，各模块间采用最新的工业实时以太网Ethercat连接，控制软件设计成可选择、可配置的标准模块和接口，液压执行机构设计成通用的模块化的部件和组件。这就使整个控制系统的设计变为功能模块的选择、匹配和调整——根据燃机控制系统的信号数量和接口类型选择合适的硬件模块，根据特定控制规律和控制系统要求选择、配置相应的软件模块，根据燃油和导叶的控制要求选择合适液压执行机构。采用的是成熟的模块使各模块功能、性能都有了保证，各部件仅需要进行部分调整就能满足要求，既缩短研发周期，又提高系统的可靠性，同时也便于今后实现性能改进和功能扩展。
1.2燃机控制系统组成
燃机控制系统包括综合电子控制柜、系统软件、液压执行机构、电气系统等。液压机械装置采用模块化设计方法，包括高压燃油泵、燃油计量装置、导叶调节装置等。各模块可根据具体燃机要求配合使用。电子硬件通用模块包括：电子控制器模块、独立保护模块。系统软件包含控制软件和应用软件。控制系统接收来自控制室或监控台的控制信号，对燃气轮机的起动、加速、减速、稳态工况运行以及停车和重要参数限制实施全面的自动控制和安全保护，能实现对燃机辅助系统的监测和控制，能实现对燃机的故障诊断和重要参数的记录、存贮和通讯。
2.控制软件设计
2.1电子控制器方案介绍
电子控制器由主CPU模块与AD模块、DA模块、FI模块、IO模块等低级模块组成，各模块自带CPU处理器，模块之间通过工业以太网连接，控制系统采用基于网络通讯技术模块化设计，控制器的各种功能模块之间用实时以太网进行连接，完成数据交互。各模块可以集中在一起也可以分散到燃机的各部分，通过工业总线实现实时信息交流和控制。
2.2控制软件分层设计
控制软件包含CPU模块的控制应用软件、其它通用模块底层软件组成。底层软件与模块一一对应。模块的底层软件主要是实现通用模块采集、输出或信息交互功能，并与其它模块通讯，传递和接受信息，实现控制系统功能。CPU模块的控制应用软件通过与底层软件，根据模块的特点进行功能的初始选择和配置。初步设计的控制软件层次结构如图1所示，该层次结构适用于主CPU模块与所有低级功能模块。由于低级功能模块的任务都比较简单，所以并无必要采用实时内核，主CPU模块也需根据实际情况决定采用传统的顺序结构还是基于实时内核的并行结构。同一功能的器件在驱动程序层向顶层提供一致的接口，在这一层次中需要制定对器件读、写、模式设置、中断、轮询等操作的驱动程序函数模版。整理电子控制器硬件设计中常用的接口器件资料，针对这些器件编写驱动程序并用数据库进行驱动程序模块的管理。
2.3控制软件模块化设计
控制软件采用模块设计，将燃机的主要控制过程、各种控制规律形成标准程序模块。模块划分可层层分解，步步细化，当针对具体燃机时只要选用合适的模块进行组合，并进行对参数设置连接就可形成控制程序。程序的框架设计要保证其可扩展性，根据燃机控制要求的变化，不断的增加先进控制规律、控制算法模块提高整个系统的性能。在对燃机控制系统的特点进行充分分析的基础后，建立对燃机控制软件的通用框架结构、模块划分准则与模块配置策略，通过更改模块配置信息、模块整体更换等方式灵活构建可靠的燃机控制软件。软件模块化按照由粗到细、由繁到简的指导方针，按步骤逐级细化，最终生成最基本的模块单元。根据燃机控制系统的功能，将控制软件划分为基本数值计算模块库、信号处理模块库、故障处理模块库、起动控制模块库、燃机运行控制模块库、停车控制模块库、辅助系统控制模块库、底层软件模块库、通讯协议模块库。模块一般采用标准C语言编写，与CPU相关的代码采用汇编语言编写，考虑到不同CPU的字长、对齐方式等特性，模块内部均采用自定数据类型，且可通过外部进行设置。
3.通讯软件设计
EtherCAT通讯程序包括网络收发模块、EtherCAT接口模块、EtherCAT设备模块、主站模块和从站模块。网络收发模块完成底层网络数据包的发送和接收功能。EtherCAT接口模块实现EtherCAT通讯程序与功能软件的接口功能。EtherCAT设备模块实现EtherCAT设备扫描和软件初始化工作。主站模块实现主站初始化命令和循环命令的发送处理，实现和维护主站的状态机。从站模块实现从站设备的配置，同时维护从站设备的状态机。
3.1Ethercat协议
EtherCAT是用于过程数据的优化协议，凭借特殊的以太网类型，它可以在以太网帧内直接传送。EtherCAT帧可包括几个EtherCAT报文，每个报文都服务于一块逻辑过程映像区的特定内存区域，该区域最大可达4GB字节。数据顺序不依赖于网络中以太网端子的物理顺序，可任意编址。从站之间的广播、多播和通讯均得以实现。当需要实现最佳性能，且要求EtherCAT组件和控制器在同一子网操作时，则直接以太网帧传输就将派上用场。然而，EtherCAT不仅限于单个子网的应用。EtherCATUDP将EtherCAT协议封装为UDP/IP数据报文，这就意味着，任何以太网协议堆栈的控制均可编址到EtherCAT系统之中，甚至通讯还可以通过路由器跨接到其它子网中。显然，在这种变体结构中，系统性能取决于控制的实时特性和以太网协议的实现方式。因为UDP数据报文仅在第一个站才完成解包，所以EtherCAT网络自身的响应时间基本不受影响。另外，根据主/从数据交换原理，EtherCAT也非常适合控制器之间（主/从）的通讯。自由编址的网络变量可用于过程数据以及参数、诊断、编程和各种远程控制服务，满足广泛的应用需求。主站/从站与主站/主站之间的数据通讯接口也相同。从站到从站的通讯则有两种机制以供选择。一种机制是，上游设备和下游设备可以在同一周期内实现通讯，速度非常快。由于这种方法与拓扑结构相关，因此适用于由设备架构设计所决定的从站到从站的通讯，如打印或包装应用等。而对于自由配置的从站到从站的通讯，则可以采用第二种机制—数据通过主站进行中继。这种机制需要两个周期才能完成，但由于EtherCAT的性能非常卓越，因此该过程耗时仍然快于采用其他方法所耗费的时间。EtherCAT仅使用标准的以太网帧，无任何压缩。因此，EtherCAT以太网帧可以通过任何以太网MAC发送，并可以使用标准工具。
3.2主站软件设计
EtherCAT可以在单个以太网帧中最多实现1486字节的分布式过程数据通讯。其它解决方案一般是，主站设备需要在每个网络周期中为各个节点处理、发送和接收帧。而EtherCAT系统与此不同之处在于，每周期仅需要一个或两个帧即可完成所有节点全部通讯，因此，EtherCAT主站不需要专用的通讯处理器。主站功能几乎不会给主机CPU带来任何负担，处理任务的同时，还可处理应用程序，因此EtherCAT无需使用昂贵的专用有源插接卡，只需使用无源的NIC卡或主板集成的以太网MAC设备即可。EtherCAT主站容易实现，尤其适用于中小规模的控制系统和有明确规定的应用场合。EtherCAT映射不是在主站产生，而是在从站产生，此时过程映像已经完成排序。该特性进一步减轻了主机CPU的负担。可以看到，EtherCAT主站完全在主机CPU中采用软件方式实现，相比之下，传统的慢速现场总线系统通过有源插接卡方可实现主站的方式则要占用更多的资源，甚至服务于DPRAM的有源卡本身也将占用可观的主机资源。
3.3从站软件设计
子站模块划分为A/D采样模块、频率量模块、LVDT及振动信号处理模块、热电阻信号处理模块、热电偶信号处理模块、压力信号处理模块、电流电压信号处理模块、开关量输入模块、开关量输入1模块、开关量输入2模块、开关量输出模块、模拟量输出模块1、模拟量输出模块2，备份槽。主程序通过不同的功能要求调用软件块。软件模块设计的基本原则是数据隐藏，即各模块内部数据私有，并提供外部接口访问这些私有数据，各模块之间相互独立，从而降低各模块之间的耦合程度。整个框架提供诸多配置接口，具有一定的通用性。子站模块实现的功能为DSP外设初始化；获取通道信息；获取开关量输入、拟量输入、频率量输入信号；输出开关量、PWM信号；FLASH存储器操作；定时器的启停、看门作等。
4.结束语
在国内航空发动机电子控制系统研制的技术积累基础上，开展基于网络通讯技术的燃机模块式电子器研究工作，研制具有自主知识产权的、具有国际先进水平的燃机模块式电子控制系统，不仅可以创造经济效益，而且能够打破燃机电子控制系统被国外公司垄断的局面，极大提高燃机市场的核心竞争力。
参考文献
[1]周向阳.模块式燃机电子控制系统软件设计技术研究.南京航空航天大学硕士论文.2010-03-01
[2]EtherCAT——技术介绍及发展概貌.国内外机电一体化技术.2006-11-30
[3]周千翔.基于实时以太网的分布式电子控制器设计.南京航空航天大学硕士论文.2008-12-01
