CN108873732A - 用于微控制器的接口模块和接口方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种用于微控制器的接口模块和接口方法，属于自动控制领域，能够对微控制器系统的实验调试提供多种有效的技术途径，增加了微控制器系统开发与实验调试的手段和方便性，可以大大缩短微控制器系统的开发周期。该接口模块包括控制接口、对象接口、通信接口和主模块，其中，主模块分别与控制接口、对象接口和通信接口连接并实现控制接口与对象接口之间的信号传递和控制接口与通信接口之间的信号转换和从对象接口到通信接口的信号转换，所述控制接口用于连接发送控制信号的微控制器系统，所述对象接口用于连接受所述控制信号控制的实物控制对象系统，所述通信接口用于连接模拟和监控所述实物控制对象系统的功能的计算机。
Description
技术领域
本公开涉及自动控制领域，具体地，涉及一种用于微控制器的接口模块和接口方法。
背景技术
微控制器系统的开发在日常电子产品及智能产品的研发中发挥着越来越重要的作用，特别是在高校学生的实训实验与创新开发的情况中更是发挥着重要的作用。
微控制器系统的开发也要经历设计、实验调试和产品化三个阶段。其中，实验调试需要有一定的条件，即开发平台。一般来说，实验调试可以有软件仿真、半实物仿真和实物调试三种途径。
软件仿真虽然能对微控制器系统的设计提供一定的验证作用，但它不能代替实物调试。
半实物仿真主要用于实物控制对象不易备齐和学生实习等情况，它虽然能对微控制器系统的开发提供原理验证和模拟实验的作用，但终究不能完全取代实物调试，比如对于一些产品化的开发就离不开实物验证。
实物调试是最直接且最通用的一种途径，也是产品化开发的必经之路。针对微控制器的实物调试，目前只有使用示波器等仪器简单地测试信号波形的传统方法，该方法只能测试信号的波形和某一时刻的时序，并不具备在线监控和自动分析等高级调试功能，无法有效地提供系统级和功能性的实验调试。所以说，目前尚没有针对微控制器系统的有效的实物调试方法。
以上三种技术途径中，软件仿真并不实用。半实物仿真和实物调试各有利弊，两者之一都不能完全解决微控制器系统的实验调试问题，而且针对微控制器系统的实物调试目前尚没有有效的方法。如果能将实物调试的在线监控与分析功能和半实物仿真相结合，即可对微控制器系统的开发提供较为全面、有效的实验调试，但是目前这种技术尚未出现。
发明内容
本公开的目的是提供一种用于微控制器的接口模块和接口方法，其能够对微控制器系统的实验调试提供多种有效的技术途径，增加了微控制器系统开发与实验调试的手段和方便性，可以大大缩短微控制器系统的开发周期。
为了实现上述目的，本公开提供一种用于微控制器的接口模块，该接口模块包括控制接口、对象接口、通信接口和主模块，其中，所述主模块分别与所述控制接口、所述对象接口和所述通信接口连接并实现所述控制接口与所述对象接口之间的信号传递和所述控制接口与所述通信接口之间的信号转换和从所述对象接口到所述通信接口的信号转换，所述控制接口用于连接发送控制信号的微控制器系统，所述对象接口用于连接受所述控制信号控制的实物控制对象系统，所述通信接口用于连接模拟和监控所述实物控制对象系统的功能的计算机。
可选地，所述主模块包括可编程逻辑器件和微处理器中的至少一者，用于对所述信号传递和所述信号转换进行控制和处理。
可选地，所述主模块包括控制子模块和通道子模块，其中：所述控制子模块控制所述通道子模块对所述控制接口与所述对象接口之间的信号的传递、对所述通道子模块接收自所述控制接口的信号和接收自所述对象接口的信号进行转换后传输给所述通信接口，以及对接收自所述通信接口的信号进行转换并控制所述通道子模块将转换后的信号传输给所述控制接口。
可选地，所述对象接口与所述控制接口具有相同的接口定义和相同的逻辑功能。
可选地，所述控制接口包括控制端输入输出接口和控制端转换电路；所述控制端输入输出接口，用于在所述微控制器系统与所述控制端转换电路之间传递信号；所述控制端转换电路，用于实现所述控制端输入输出接口与所述主模块之间的信号转换。
可选地，所述对象接口包括对象端输入输出接口和对象端转换电路；所述对象端输入输出接口，用于在所述实物控制对象系统与所述对象端转换电路之间传递信号；所述对象端转换电路，用于实现所述对象端输入输出接口与所述主模块之间的信号转换。
可选地，所述通信接口包括相互连接的通信芯片和通信插口，所述通信插口用于连接所述计算机，所述通信芯片用于实现所述主模块与所述计算机之间的物理层通信。
本公开实施例还提供一种用于微控制器的接口方法，其特征在于，该方法应用于上面所述的用于微控制器的接口模块，该方法包括：
由所述控制接口从所述微控制器系统接收第一控制信号并发送给所述主模块；
由所述主模块将接收自所述控制接口的第一控制信号分别转发给所述对象接口和通信接口；
由所述对象接口将转发自所述主模块的第一控制信号发送给所述实物控制对象系统，同时由所述通信接口将转发自所述主模块的第一控制信号发送给所述计算机；
由所述对象接口从所述实物控制对象系统接收所述实物控制对象系统对转发自所述主模块的第一控制信号的反馈信号，并将所述反馈信号发送给所述主模块；
由所述主模块将所述实物控制对象系统的反馈信号分别转发给所述控制接口和所述通信接口；
由所述控制接口将转发自所述主模块的反馈信号发送给所述微控制器系统，并由所述通信接口将转发自所述主模块的所述反馈信号发送给所述计算机；
由所述计算机对接收自所述通信接口的反馈信号和所述第一控制信号进行处理和分析。
可选地，该方法还包括：
由所述控制接口从所述微控制器系统接收第二控制信号并发送给所述主模块；
由所述主模块将接收自所述控制接口的第二控制信号转发给所述通信接口；
由所述通信接口将转发自所述主模块的第二控制信号发送给所述计算机；
由所述通信接口从所述计算机接收所述计算机对转发自所述主模块的第一控制信号的反馈信号，并将所述反馈信号发送给所述主模块；
由所述主模块将所述计算机的反馈信号转发给所述控制接口；
由所述控制接口将转发自所述主模块的反馈信号发送给所述微控制器系统。
通过采用上述技术方案，能够将根据本公开实施例的接口模块用作一种电子实验装置，并在对微控制器系统进行实验调试时，利用根据本公开实施例的接口模块实现微控制器系统的半实物仿真和实物在线监控与分析，这是因为计算机能够模拟和监控实物控制对象系统的功能，而由控制接口、主模块和通信接口形成的通道则能够在微控制器系统与计算机之间传递并转换信号，并且由对象接口、主模块和通信接口形成的通道能够从实物控制对象系统到计算机传递并转换信号。因此，根据本公开实施例的接口模块和方法增加了微控制器系统的开发与实验调试的手段和方便性，可以大大缩短微控制器系统的开发周期。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据本公开一种实施例的用于微控制器的接口模块的示意框图。
图2是根据本公开一种实施例的用于微控制器的接口模块中的控制接口、通信接口和对象接口的示意框图。
图3示出了主模块中的外围电路的示例性实现方式。
图4示出了主模块的一种示例性实现方式。
图5示出了控制接口和对象接口的示例性实现方式。
图6示出了循迹机器人控制系统的应用实例图。
图7是根据本公开一种实施例的用于微控制器的接口方法的流程图。
图8是根据本公开又一实施例的用于微控制器的接口方法的流程图。
附图标记说明
1主模块 2控制接口 3对象接口
4通信接口 11可编程逻辑器件 12外围电路
21控制端IO接口 22控制端转换电路 31对象端IO接口
32对象端转换电路 41通信插口 42通信芯片
111控制子模块 114通道子模块 121晶振
122电源芯片 123电源接口 124配置芯片
125加载接口 126存储器 211控制端模拟输入口
212控制端模拟输出口 213控制端数字输入口 214控制端数字输出口
221控制端数模转换电路 222控制端模数转换电路
223控制端电平转换电路 311对象端模拟输入口
312对象端模拟输出口 313对象端数字输入口
314对象端数字输出口 321对象端模数转换电路
322对象端数模转换电路 323对象端电平转换电路
5微控制器系统 6实物控制对象系统 7计算机
51微控制器 52PWM接口 53GPIO接口
54外围电路与其它接口 61循迹传感模块 62测速传感模块
63陀机控制模块 64电机驱动模块 65控制对象
1000用于微控制器的接口模块
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在详细描述本公开的实施例之前，首先对本公开中使用的一些术语进行定义或解释。需要说明的是，这些术语的使用仅仅是为了描述和理解的方便，并不意欲构成对本公开的限制。
微控制器通常是指具有一定计算性能的单片控制芯片，是自动控制系统中控制器的核心部分。微控制器可分为通用和专用(针对特定用途的专门定制的)微控制器两大类。本公开中提到的微控制器侧重于通用微控制器，其主要包括单片机、高级精简指令集计算机(Advanced RISC Machines，ARM)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)等类型。微控制器系统是指由微控制器及相应的支持电路、接口等组成的控制模块，它可以是微控制器的开发系统或基于微控制器的控制器等。也就是说，从实验的层面上看，微控制器系统可用作开发平台；从产品的层面上看，微控制器系统也可直接或优化后用作自控产品的控制器，确切地说是开发中的基于微控制器的控制器。本公开实施例中提到的微控制器系统侧重于通用微控制器开发系统，例如单片机开发板、ARM开发板等。
自动控制系统(简称“自控系统”)是对控制器、控制对象和关联环节的总称。其中，控制对象是指被控制的设备或过程。一般来说，自动控制系统应包括控制器、执行器、传感器和控制对象等。控制器、执行器和传感器统一被称为控制系统，而执行器、传感器和控制对象的组合在本公开实施例中被描述为控制对象系统(即自动控制系统中除控制器以外的其它部分)。所谓的“执行器”是指将控制信号转化为控制动作的部件，例如驱动器等。所谓的“传感器”是指将受控状态反馈给控制器的部件，例如通常的传感器或其它反馈途径等。
另外，本公开实施例中使用的术语，例如“主模块”、“控制接口”、“对象接口”、“通信接口”、“微控制器”、“微控制器系统”、“控制对象”、“实物控制对象系统”、“可编程逻辑器件”、“外围电路”、“控制端输入输出(Input/Output，IO)接口”、“对象端IO接口”、“控制端转换电路”、“对象端转换电路”、“通信插口”、“通信芯片”、“电源接口”、“电源芯片”、“加载接口”、“配置芯片”、“存储器”、“控制端模拟输入口”、“控制端模拟输出口”、“控制端数字输入口”、“控制端数字输出口”、“对象端模拟输入口”、“对象端模拟输出口”、“对象端数字输入口”、“对象端数字输出口”、“控制端电平转换电路”、“对象端电平转换电路”、“控制端模数转换电路”、“控制端数模转换电路”、“对象端模数转换电路”、“对象端数模转换电路”、“脉宽调制(Pulse-Width Modulation，PWM)接口”、“通用输入输出(General Purpose Input/Output，GPIO)接口”、“执行器”、“传感器”、“循迹传感模块”、“测速传感模块”、“陀机控制模块”、“电机驱动模块”、“半实物仿真”、“实物在线监控与分析”、“信号”、“信号传递”、“信号转换”、“信号交互”等，这些术语的使用仅仅是为了描述的方便，并不构成对本公开的限制。
根据本公开的一种实施例，提供一种用于微控制器的接口模块1000，如图1所示，该接口模块1000可以包括控制接口2、对象接口3、通信接口4和主模块1，其中，所述主模块1分别与所述控制接口2、所述对象接口3和所述通信接口4连接并实现所述控制接口2与所述对象接口3之间的信号传递和所述控制接口2与所述通信接口4之间的信号转换和从所述对象接口3到所述通信接口4的信号转换，所述控制接口2用于连接发送控制信号的微控制器系统5，所述对象接口3用于连接受所述控制信号控制的实物控制对象系统6，所述通信接口4用于连接模拟和监控所述实物控制对象系统6的功能的计算机7。
其中，这里提到的“信号转换”指的是，主模块1需要对来自控制接口2和对象接口3的信号进行转换以便转换后的信号通过通信接口4传递给计算机7之后，计算机7能够识别出接收到的信号，以及主模块1也需要对通信接口4接收自计算机7的信号进行转换以便转换后的信号通过控制接口2传递给微控制器系统5之后，微控制器系统5能够识别接收到的信号。
通过采用上述技术方案，能够将根据本公开实施例的接口模块1000用作一种电子实验装置，并在对微控制器系统5进行实验调试时，利用根据本公开实施例的接口模块1000实现微控制器系统5的半实物仿真和实物在线监控与分析，这是因为计算机7能够模拟和监控实物控制对象系统6的功能，而由控制接口2、主模块1和通信接口4形成的通道则能够在微控制器系统5与计算机7之间传递并转换信号，并且由对象接口3、主模块1和通信接口4形成的通道能够从实物控制对象系统6到计算机7传递并转换信号。因此，根据本公开实施例的接口模块1000增加了微控制器系统5的开发与实验调试的手段和方便性，可以大大缩短微控制器系统5的开发周期。
图1所示的接口模块1000，不仅能够实现微控制器系统5的半实物仿真功能，还能够实现微控制器系统5的实物在线监控与分析功能。也即，图1所示的接口模块1000具有两种可选择的工作方式：实物在线监控与分析工作方式以及半实物仿真工作方式。以下对这两种工作方式进行详细描述。
当图1所示的接口模块1000工作在半实物仿真工作方式下时，对象接口3不连接实物控制对象系统6或处于高阻状态，通信接口4连接到用于模拟实物控制对象系统6的功能的计算机7上，控制接口2连接到微控制器系统5上，而且微控制器系统5、控制接口2、主模块1、通信接口4和计算机7之间形成了一条信号通道，使得能够实现微控制器系统5与计算机7之间的信号交互，也即：微控制器系统5的控制信号能够经过控制接口2传输给主模块1，然后经主模块1的转换后被传输给通信接口4，然后由通信接口将转换后的控制信号发送给计算机7，这样计算机7就能够接收到来自微控制器系统5的控制信号并模拟在该控制信号的控制下实物控制对象的功能；然后，模拟实物控制对象的功能的计算机7会对接收到的控制信号进行反馈，该反馈信号由通信接口4传输给主模块1并由主模块1转换后传输给控制接口2、然后由控制接口传输给微控制器系统5，这样微控制器系统5就接收到了来自计算机7的反馈信号。这样，就实现了微控制器系统5的半实物仿真功能。
当图1所示的接口模块1000工作在实物在线监控与分析工作方式下时，对象接口3连接实物控制对象系统6并与控制接口2呈现相同的信号或功能，通信接口4连接计算机7，控制接口2连接微控制器系统5。这样，就通过控制接口2、主模块1和对象接口3在微控制器系统5与实物控制对象系统6之间形成了一条信号通道，使得微控制器系统5的控制信号能够传递到实物控制对象系统6中以实现对实物控制对象6的控制、实物控制对象系统6的反馈信号能够传递到微控制器系统5中以便微控制器系统5根据反馈信号进行更好的控制，也即，接口模块1000能够在微控制器系统5和实物控制对象系统6之间提供信号快速转换与还原功能，使得信号在通过接口模块1000时保持不变或不失真，即对象接口3与控制接口2呈现相同的信号或功能。另外，还能够通过控制接口2、主模块1和通信接口4在微控制器系统5与计算机7之间形成一条信号通道，使得微控制器系统5给实物控制对象系统6的控制信号能够被传递给计算机7。然后，还能够通过对象接口3、主模块1和通信接口4在实物控制对象系统6与计算机7之间形成一条信号通道，使得实物控制对象系统6对控制信号的反馈信号也能够被传递给计算机7。这样，计算机7既能够接收到来自微控制器系统5的控制信号，又能够接收到来自实物控制对象系统6的反馈信号，从而计算机7能够基于接收到的控制信号和反馈信号进行在线监控与分析。通过在线监控与分析，能够实现宏观性的功能和控制过程的分析，而通过目前的实物调试途径是不能实现这种有效监控与分析的，因为实物调试通常会采用示波器或逻辑分析仪来测试信号波形或时序逻辑，而这仅仅是对于信号一级的分析有用。
因此，通过图1所示的接口模块1000，能够在不影响微控制器系统5原有的功能(比如开发板功能)的情况下，通过结合计算机7上的仿真软件来实现微控制器系统5的实物在线监控与分析功能和半实物仿真功能，很好地克服现有的微控制器系统在无实物接入时缺乏半实物仿真功能和在有实物接入时缺乏在线监控与分析功能的普遍存在的不足。
需要说明的是，根据本公开实施例的接口模块1000能够为微控制器系统5、实物控制对象系统6和计算机7之间的连接提供硬件接口，但若要实现实物在线监控与分析以及半实物仿真的功能，还需在计算机7上配套相应的软件，该软件应该具有管理、监控和仿真三部分功能。其中，管理功能应该包括对接口模块1000的接口初始化和工作方式设置等，监控功能应该包括对控制信号、反馈信号等的接收、存储、处理和自动分析等，仿真功能应该包括对控制信号的接收、存储、处理和通过理论模型生成反馈信号等。所谓的“自动分析”是指将实际的控制信号、反馈信号等经由理论模型的验证、分析从而得出验证结果并给出提示信息的过程。此处需要特别说明的是，计算机软件的监控和仿真两种功能其实是基于相同理论模型的两种求解过程，因此两者的软件实现可以是统一的。
另外，需要说明的是，本公开涉及的范围并不包含计算机的软件，以上所有的有关软件实施的解释仅仅是为了说明和理解本公开，并不用于限制本公开。
另外，还需要说明的是，主模块1是接口模块1000中处于核心地位的控制模块，其本身也是一种微控制器系统。主模块1主要提供控制和通道两大部分功能。所述的控制功能包含通信控制、信号转换和通道控制等功能，具体实现可由一片微控制器完成，其中，所述的微控制器包括微处理器和可编程逻辑器件两大类型。所谓的“微处理器”是指单片机、ARM、DSP等单片微型计算机电路。所述的通道功能包含信号传递等功能，具体实现可由组合逻辑电路完成，优选地，可由一片可编程逻辑器件完成。因此，所述主模块1包括可编程逻辑器件和微处理器中的至少一者，用于对信号传递和信号转换进行控制和处理。
如果按照功能划分主模块1中的子模块，如图4所示，所述主模块1可以包括控制子模块111和通道子模块114。所述控制子模块111控制所述通道子模块114对所述控制接口2与所述对象接口3之间的信号的传递、对所述通道子模块114接收自所述控制接口2的信号和接收自所述对象接口3的信号进行转换后传输给所述通信接口4，以及对接收自所述通信接口4的信号进行转换并控制所述通道子模块114将转换后的信号传输给所述控制接口2。
需要说明的是，上述对主模块1的子模块的划分和图4的结构仅是示例，其仅仅为了解释和说明本公开，并不用于限制本公开。
作为优选的方案，所述主模块1可以采用一片可编程逻辑器件作为主芯片完成。返回参考图2，如图2所示，主模块1可以包括可编程逻辑器件11和外围电路12，其中外围电路12是支持可编程逻辑器件11正常运行的辅助电路。可编程逻辑器件11则可以包括FPGA、CPLD等类型。由于FPGA的集成度更高、功能更强，所以可编程逻辑器件11优选为FPGA芯片。FPGA芯片的内部模块设计对于主模块1的实现是至关重要的。从功能上讲，FPGA芯片应该具有时钟生成、内部控制、交互转换、通道切换和通信控制等功能。从结构上讲，FPGA芯片可以有软核和硬核两种实现方式。所谓的“软核”方式是指利用FPGA片上提供的运算器、存储器、IO等宏单元设计出片上微处理器，并通过软件指令的方式实现控制和交互转换等功能。所谓的“硬核”方式是指利用FPGA片上的门阵列设计出所需电路，并以纯电路的方式实现控制和交互转换等功能。
本领域技术人员应当理解的是，以上列举的主模块1的实现方式仅是示例，其仅仅是为了解释和说明本公开，并不用于限制本公开。
图3示出了主模块1中的外围电路12的示例性实现方式。需要说明的是，图3所示的框图只是外围电路12的一种实现方式，该实现方式也仅仅为了解释和说明本公开，并不用于限制本公开。
如图3所示，外围电路12包括晶振121、电源芯片122、电源接口123、配置芯片124、加载接口125和存储器126。其中，晶振121用于向可编程逻辑器件11提供时钟信号；电源接口123用于连接外部电源，电源芯片122则将外部电源的电压转换成合适的电压提供给可编程逻辑器件11、控制接口2、对象接口3以及通信接口4，例如，向可编程逻辑器件11提供3.3V电压，向控制接口2、对象接口3以及通信接口4提供5V电压，本领域技术人员应当理解的是，这里的3.3V和5V仅是示例。加载接口125用于加载配置数据，配置芯片124则用于利用加载接口125加载的配置数据来对可编程逻辑器件11进行配置。存储器126用于存储可编程逻辑器件11接收到的各种控制信号、反馈信号等。
接下来再返回参考图2，如图2所示，控制接口2可以包括控制端IO接口21和控制端转换电路22。所述控制端IO接口21，用于在所述微控制器系统5与所述控制端转换电路22之间传递信号；所述控制端转换电路22，用于实现所述控制端输入输出接口21与所述主模块1之间的信号转换，例如对接收自所述控制端IO接口21的信号进行转换后发送给所述主模块1以及对接收自所述主模块1的信号进行转换后发送给所述控制端IO接口21。
进一步地，如图2所示，对象接口3可以包括对象端IO接口31和对象端转换电路32。所述对象端IO接口31，用于在所述实物控制对象系统6与所述对象端转换电路32之间传递信号；所述对象端转换电路32，用于实现所述对象端输入输出接口31与所述主模块1之间的信号转换，例如对接收自所述对象端IO接口31的信号进行转换后发送给所述主模块1以及对接收自所述主模块1的信号进行转换后发送给所述对象端IO接口31。
从图2能够看出，由控制端IO接口21、控制端转换电路22、主模块1、对象端转换电路32和对象端IO接口31串联构成的信号通道能够将微控制器系统5与实物控制对象系统6无缝连接。另外，控制端IO接口21与对象端IO接口31优选具有相同的接口定义，控制端转换电路22和对象端转换电路32优选具有逻辑互逆性。
需要说明的是，在上述的优选实施方式中，对象接口3是控制接口2经过主模块1转接的相同接口，因此对象接口3和控制接口2具有相同的接口定义。进一步地讲，对象接口3和控制接口2上的信号应该是相同的或至少是功能上相同的，为此，控制端IO接口21与对象端IO接口31之间的信号在经过主模块1时需要经过模拟与数字之间和电平与电平之间的变换与逆变，因此控制端转换电路22和对象端转换电路32具有逻辑互逆性。
图5示出了控制接口2和对象接口3的示例性实现方式。需要说明的是，控制接口2和对象接口3可以有多种实现方式，图5的示例只是为了描述本公开的更多特征，并不用于限制本公开。
如图5所示，控制端IO接口21由控制端模拟输入口211、控制端模拟输出口212、控制端数字输入口213和控制端数字输出口214组成，对象端IO接口31由对象端模拟输入口311、对象端模拟输出口312、对象端数字输入口313和对象端数字输出口314组成，控制端转换电路22包括控制端数模转换电路221、控制端模数转换电路222和控制端电平转换电路223，对象端转换电路32包括对象端模数转换电路321、对象端数模转换电路322和对象端电平转换电路323。由于这些模块的功能是本领域技术人员熟知的，此处不再赘述。
再次返回图2。如图2所示，通信接口4可以包括通信芯片42和通信插口41，其中：通信芯片42和通信插口41相互连接，所述通信插口41用于连接所述计算机7，所述通信芯片42用于实现所述主模块1与所述计算机7之间的物理层通信。
优选地，由于通信接口4用于连接计算机7，因此其应该与计算机7的标准接口一致，例如，通信插口41可以为通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)插口，通信芯片42可以为USB接口芯片。
上面对本公开的具体实施方式作了详细的描述。为了更好地说明和理解本公开，下面结合图6所示的循迹机器人控制系统的具体应用实例来描述本公开。
如图6所示，循迹机器人控制系统包括微控制器系统5、循迹传感模块61、测速传感模块62、陀机控制模块63和电机驱动模块64，其中微控制器系统5为循迹机器人的控制器。微控制器系统5有两路输入和两路输出，两路输入分别是来自循迹传感模块61和测速传感模块62的数字反馈信号，两路输出分别是提供给陀机控制模块63和电机驱动模块64的PWM数字控制信号。电机驱动模块64驱动直流电机产生运动，陀机控制模块63控制陀机改变方向。该应用实例对于本领域普通技术人员是不难理解的，故无需多述。
根据本公开的又一实施例，提供一种用于微控制器的接口方法，如图7所示，该方法应用于上面描述的用于微控制器的接口模块1000，该方法可以包括以下步骤S701-S707。
在步骤S701中，由所述控制接口2从所述微控制器系统5接收第一控制信号并发送给所述主模块1；
在步骤S702中，由所述主模块1将接收自所述控制接口2的第一控制信号分别转发给所述对象接口3和通信接口4；
在步骤S703中，由所述对象接口3将转发自所述主模块1的第一控制信号发送给所述实物控制对象系统6，同时由所述通信接口4将转发自所述主模块1的第一控制信号发送给所述计算机7；
在步骤S704中，由所述对象接口3从所述实物控制对象系统6接收所述实物控制对象系统6对转发自所述主模块1的第一控制信号的反馈信号，并将所述反馈信号发送给所述主模块1；
在步骤S705中，由所述主模块1将所述实物控制对象系统6的反馈信号分别转发给所述控制接口2和所述通信接口4；
在步骤S706中，由所述控制接口2将转发自所述主模块1的反馈信号发送给所述微控制器系统5，并由所述通信接口4将转发自所述主模块1的所述反馈信号发送给所述计算机7；
在步骤S707中，由所述计算机7对接收自所述通信接口4的反馈信号和所述第一控制信号进行处理和分析。
通过采用上述技术方案，能够通过控制接口2、主模块1和对象接口3在微控制器系统5与实物控制对象系统6之间形成了一条信号通道，使得微控制器系统5的控制信号能够传递到实物控制对象系统6中以实现对实物控制对象6的控制、实物控制对象系统6的反馈信号能够传递到微控制器系统5中以便微控制器系统5根据反馈信号进行更好的控制，也即，接口模块1000能够在微控制器系统5和实物控制对象系统6之间提供信号快速转换与还原功能，使得信号在通过接口模块1000时保持不变或不失真，即对象接口3与控制接口2呈现相同的信号或功能。另外，还能够通过控制接口2、主模块1和通信接口4在微控制器系统5与计算机7之间形成一条信号通道，使得微控制器系统5给实物控制对象系统6的控制信号能够被传递给计算机7。然后，还能够通过对象接口3、主模块1和通信接口4在实物控制对象系统6与计算机7之间形成一条信号通道，使得实物控制对象系统6对控制信号的反馈信号也能够被传递给计算机7。这样，计算机7既能够接收到来自微控制器系统5的控制信号，又能够接收到来自实物控制对象系统6的反馈信号，从而计算机7能够基于接收到的控制信号和反馈信号进行在线监控与分析。通过在线监控与分析，能够实现宏观性的功能和控制过程的分析，而通过目前的实物调试途径是不能实现这种有效监控与分析的，因为实物调试通常会采用示波器或逻辑分析仪来测试信号波形或时序逻辑，而这仅仅是对于信号一级的分析有用。
在一种可能的实施方式中，如图8所示，根据该实施例的方法还可以包括步骤S801至S806：
在步骤S801中，由所述控制接口2从所述微控制器系统5接收第二控制信号并发送给所述主模块1；
在步骤S802中，由所述主模块1将接收自所述控制接口2的第二控制信号转发给所述通信接口4；
在步骤S803中，由所述通信接口4将转发自所述主模块1的第二控制信号发送给所述计算机7；
在步骤S804中，由所述通信接口4从所述计算机7接收所述计算机7对转发自所述主模块1的第一控制信号的反馈信号，并将所述反馈信号发送给所述主模块1；
在步骤S805中，由所述主模块1将所述计算机的反馈信号转发给所述控制接口2；
在步骤S806中，由所述控制接口2将转发自所述主模块1的反馈信号发送给所述微控制器系统5。
通过步骤S801至S806，能够在微控制器系统5、控制接口2、主模块1、通信接口4和计算机7之间形成一条信号通道，使得能够实现微控制器系统5与计算机7之间的信号交互，也即：微控制器系统5的控制信号能够经过控制接口2传输给主模块1，然后经主模块1的转换后被传输给通信接口4，然后由通信接口将转换后的控制信号发送给计算机7，这样计算机7就能够接收到来自微控制器系统5的控制信号并模拟在该控制信号的控制下实物控制对象的功能；然后，模拟实物控制对象的功能的计算机7会对接收到的控制信号进行反馈，该反馈信号由通信接口4传输给主模块1并由主模块1转换后传输给控制接口2、然后由控制接口传输给微控制器系统5，这样微控制器系统5就接收到了来自计算机7的反馈信号。这样，就实现了微控制器系统5的半实物仿真功能。
另外，根据本公开实施例的接口方法中所涉及的操作的具体实施方式已经在根据本公开实施例的接口模块中进行了详细描述，此处不再赘述。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (9)
1.一种用于微控制器的接口模块(1000)，其特征在于，该接口模块(1000)包括控制接口(2)、对象接口(3)、通信接口(4)和主模块(1)，其中，所述主模块(1)分别与所述控制接口(2)、所述对象接口(3)和所述通信接口(4)连接并实现所述控制接口(2)与所述对象接口(3)之间的信号传递和所述控制接口(2)与所述通信接口(4)之间的信号转换和从所述对象接口(3)到所述通信接口(4)的信号转换，所述控制接口(2)用于连接发送控制信号的微控制器系统(5)，所述对象接口(3)用于连接受所述控制信号控制的实物控制对象系统(6)，所述通信接口(4)用于连接模拟和监控所述实物控制对象系统(6)的功能的计算机(7)。
2.根据权利要求1所述的接口模块(1000)，其特征在于，所述主模块(1)包括可编程逻辑器件和微处理器中的至少一者，用于对所述信号传递和所述信号转换进行控制和处理。
3.根据权利要求1所述的接口模块(1000)，其特征在于，所述主模块(1)包括控制子模块(111)和通道子模块(114)，其中：
所述控制子模块(111)控制所述通道子模块(114)对所述控制接口(2)与所述对象接口(3)之间的信号的传递、对所述通道子模块(114)接收自所述控制接口(2)的信号和接收自所述对象接口(3)的信号进行转换后传输给所述通信接口(4)，以及对接收自所述通信接口(4)的信号进行转换并控制所述通道子模块(114)将转换后的信号传输给所述控制接口(2)。
4.根据权利要求1所述的接口模块(1000)，其特征在于，所述对象接口(3)与所述控制接口(2)具有相同的接口定义和相同的逻辑功能。
5.根据权利要求4所述的接口模块(1000)，其特征在于，所述控制接口(2)包括控制端输入输出接口(21)和控制端转换电路(22)；
所述控制端输入输出接口(21)，用于在所述微控制器系统(5)与所述控制端转换电路(22)之间传递信号；
所述控制端转换电路(22)，用于实现所述控制端输入输出接口(21)与所述主模块(1)之间的信号转换。
6.根据权利要求4所述的接口模块(1000)，其特征在于，所述对象接口(3)包括对象端输入输出接口(31)和对象端转换电路(32)；
所述对象端输入输出接口(31)，用于在所述实物控制对象系统(6)与所述对象端转换电路(32)之间传递信号；
所述对象端转换电路(32)，用于实现所述对象端输入输出接口(31)与所述主模块(1)之间的信号转换。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的接口模块(1000)，其特征在于，所述通信接口(4)包括相互连接的通信芯片(42)和通信插口(41)，所述通信插口(41)用于连接所述计算机(7)，所述通信芯片(42)用于实现所述主模块(1)与所述计算机(7)之间的物理层通信。
8.一种用于微控制器的接口方法，其特征在于，该方法应用于权利要求1至7中任一权利要求所述的用于微控制器的接口模块(1000)，该方法包括：
由所述控制接口(2)从所述微控制器系统(5)接收第一控制信号并发送给所述主模块(1)；
由所述主模块(1)将接收自所述控制接口(2)的第一控制信号分别转发给所述对象接口(3)和通信接口(4)；
由所述对象接口(3)将转发自所述主模块(1)的第一控制信号发送给所述实物控制对象系统(6)，同时由所述通信接口(4)将转发自所述主模块(1)的第一控制信号发送给所述计算机(7)；
由所述对象接口(3)从所述实物控制对象系统(6)接收所述实物控制对象系统(6)对转发自所述主模块(1)的第一控制信号的反馈信号，并将所述反馈信号发送给所述主模块(1)；
由所述主模块(1)将所述实物控制对象系统(6)的反馈信号分别转发给所述控制接口(2)和所述通信接口(4)；
由所述控制接口(2)将转发自所述主模块(1)的反馈信号发送给所述微控制器系统(5)，并由所述通信接口(4)将转发自所述主模块(1)的所述反馈信号发送给所述计算机(7)；
由所述计算机(7)对接收自所述通信接口(4)的反馈信号和所述第一控制信号进行处理和分析。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
由所述控制接口(2)从所述微控制器系统(5)接收第二控制信号并发送给所述主模块(1)；
由所述主模块(1)将接收自所述控制接口(2)的第二控制信号转发给所述通信接口(4)；
由所述通信接口(4)将转发自所述主模块(1)的第二控制信号发送给所述计算机(7)；
由所述通信接口(4)从所述计算机(7)接收所述计算机(7)对转发自所述主模块(1)的第一控制信号的反馈信号，并将所述反馈信号发送给所述主模块(1)；
由所述主模块(1)将所述计算机(7)的反馈信号转发给所述控制接口(2)；
由所述控制接口(2)将转发自所述主模块(1)的反馈信号发送给所述微控制器系统(5)。
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