CN110658808B - 分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路及方法，将每个插槽的诊断识别脚位互不连接，而是通过缓存电路组合成一个数据，利用电阻分压网络综合成一个模拟信号，该模拟信号输出至对应主控制器模板读取的插槽脚位，主控制器通过AD转换成数据后计算判断得到相关插槽已插入了功能模块，再逐一发出对应底板插槽位置的片选信号，总线发出查询模块功能信息，多个模块以此类推进行多次查询。本发明的识别电路减少底板连接器插槽的脚位及走线，减小底板及模板尺寸。

Description

分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路及方法
技术领域
本发明涉及分立板卡技术领域，尤其涉及分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路及方法。
背景技术
基于底板安装多个功能板卡的这种结构，在分布式控制系统、PLC控制器有着广泛的应用。该结构方式涉及系统底板、电源模板、主控制器模板及其他功能模板；系统底板提供各功能模板安装的空间及相互之间的连接走线；电源模板提供整个系统的电源，通过与底板插槽位的连接传输至底板及其上其他插槽位；主控制器模板起到整个系统协调和主控作用；其他一些功能模板完成各自特点功能，如I/O输入输出、通讯等等。
所有模板都可以按实际情况任意安装在底板上的各位插槽位，主控制器模板在工作时需要知道底板上安装了哪些模板及这些模板安装插槽的位置，这通过诊断电路来完成，通常采用方式如下：
底板每个插槽上有特定一个脚位与其他插槽同一个脚位相连接，有多少个插槽位就有多少个这样的特定引脚，这些脚位在底板上通过一个电阻接电源，当没有模板插入时，这些脚位是高电平，有模板插入时，模板对应的脚位接地，此时对应脚位的电平被下拉至低电平，主控制器模板通过读取这些插槽上的脚位来判断模块的插槽位置，然后通过数据总线交互信息。每个底板上的插槽都需留出不同脚位并与所有插槽对应的脚位相连接，供主控制器读取电平判断，所需的插槽脚位很多，底板走线也很多。
发明内容
本发明的目的在于提供分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路及方法。
本发明采用的技术方案是：
分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路，包括主控制器模板和底板，底板上设有至少两个插槽，主控制器模板通过插入插槽后，与其他插入插槽的功能模板电连接，每个插槽均设有片选编码脚位，片选编码脚位分别对应连接一译码器电路的输入端，译码器电路的每个输出口分别连接至一个插槽的片选信号端口，主控制器通过片选编码脚位输出编码地址以片选对应的插槽，
插槽的诊断识别的脚位通过电平同步电路与该插槽对应的片选信号的端口连接，通过该电平同步电路使诊断识别脚位的电平与片选信号的电平同步变化；底板每个插槽均的诊断识别的脚位分别连接至一电阻分压网络的不同电位点，电阻分压网络将每个插槽的诊断识别的脚位的输出电平合成为一模拟信号，合成的模拟信号分别连接至各个插槽的对应插入模块的读取脚位，主控制器通过读取脚位获取合成模拟信号，并对模拟信号进行AD转换。
进一步的，电平同步电路包括PNP晶体管Q1和NPN晶体管Q2，片选信号端口通过电阻R1连接电源VDD，片选信号端口通过电阻R2连接PNP晶体管Q1的基极，PNP晶体管Q1的发射极连接电源VDD，PNP晶体管Q1的集电极通过电阻R3分别连接NPN晶体管Q2的基极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接NPN晶体管Q2的发射极，NPN晶体管Q2的发射极接地GND，NPN晶体管Q2的集电极分别连接插槽的诊断识别脚位和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接电源VDD。
进一步的，每个插槽的诊断识别的脚位通过一缓冲电路连接至电阻分压网络，底板每个插槽的诊断识别的脚位分别连接至缓冲电路的一个输入口，缓冲电路的每个输出口分别连接至电阻分压网络的不同电压位以合成一个模拟信号，
进一步的，缓冲电路包括两个以上缓冲器，每个缓冲器具有8个输入口和8个输出口。
进一步的，合成的模拟信号通过一运算放大器再连接至各个插槽的对应插入模块的读取脚位。
进一步的，缓冲器的型号为74HC244。
进一步地，每个插槽上分别设有总线脚位，每个插槽通过总线脚位连接数据总线，控制器模板可插入任意一个插槽，通过插槽接入数据总线。
进一步的，译码器的型号为74HC154。
本发明还公开了分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路及方法，其包括以下步骤：
步骤1，将每个插槽的片选编码脚位分别对应连接译码器电路的输入端，同时将译码器电路的每个输出口分别连接至一个插槽的片选信号端口，
步骤2，将底板每个插槽的诊断识别的脚位和同一插槽的片选信号端口连接，使得两者脚位上的电平同步变化；
步骤3，通过一个电阻分压网络将每个插槽的诊断识别的脚位的电平合成为一模拟信号并分别反馈至所有插槽的读取脚位，不同的插槽的模拟信号具有不同的峰值；
步骤4，主控制器对读取脚位获取的模拟信号进行AD采样转换，根据转换后数据每个bit位的数值确定有功能模块插入的插槽；
步骤5，主控制器分别对有功能模板插入的插槽进行模块功能查询并完成功能模块注册。
进一步的，步骤2中诊断识别的脚位通过一电平同步电路与同一插槽的片选信号端口连接。
进一步的，步骤4中主控制器通过判断转换后数据每个bit位的数值是否为与片选信号的低电平对应的为低来判断是否该插槽有插入功能模块；当该插槽的片选信号端口为低电位且主控制器获取的转换数据对应的bit为低时，则判定该插槽有功能模块插入。
进一步的，步骤5中主控制器查询模块功能的具体步骤为：
步骤5-1，主控制器通过片选编码脚逐一发出片选信号至有功能模板插入的插槽所对应的片选位，并通过连接至各个插槽的数据总线发出查询该片选的模块功能信息；
步骤5-2，片选的插槽的功能模板针返回应答信息至主控制器，应答信息包括该功能模块的功能码；
步骤5-3，主控制器保存该插槽的物理地址及其上功能模块功能码的对应关系，完成功能模块注册后释放该插槽片选，
步骤5-4，重复步骤5-1至步骤5-3，直至有功能模板插入的插槽全部查询完成。
本发明采用以上技术方案，将每个插槽的诊断识别脚位互不连接，而是通过缓存电路组合成一个数据，利用电阻分压网络综合成一个模拟信号，该模拟信号输出至对应主控制器模板读取的插槽脚位，主控制器通过AD转换成数据后计算判断得到相关插槽已插入了功能模块，再逐一发出对应底板插槽位置的片选信号，总线发出查询模块功能信息；这一过程完成一个模块位的查询诊断，多个模块以此类推进行多次查询。通过这种方法，大大减少插槽脚位，减少布线数量。本发明的识别电路减少底板连接器插槽的脚位及走线，减小底板及模板尺寸。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路的原理示意图；
图2为本发明的电平同步电路的接线示意图；
图3为本发明的的主控制器的接线示意图。
具体实施方式
如图1-3之一所示，本发明公开了分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路，其包括主控制器和底板，底板上设有至少两个插槽，主控制器模板通过插入插槽后，与其他插入插槽的功能模板电连接，每个插槽均设有片选编码脚位，片选编码脚位分别对应连接一译码器电路的输入端，译码器电路的每个输出口分别连接至一个插槽的片选信号端口，主控制器通过片选编码脚位输出编码地址以片选对应的插槽，
插槽的诊断识别的脚位通过电平同步电路与该插槽对应的片选信号的端口连接，通过该电平同步电路使诊断识别脚位的电平与片选信号的电平同步变化；底板每个插槽均的诊断识别的脚位分别连接至一电阻分压网络的不同电位点，电阻分压网络包括如果依次串联的等阻值的分压电阻，分压电阻在电阻分压网络形成不同电位点。电阻分压网络将每个插槽的诊断识别的脚位的输出电平合成为一模拟信号，合成的模拟信号分别连接至各个插槽的对应插入模块的读取脚位，主控制器通过读取脚位获取合成模拟信号，并对模拟信号进行AD转换。
进一步的，如图2所示，电平同步电路包括PNP晶体管Q1和NPN晶体管Q2，片选信号端口通过电阻R1连接电源VDD，片选信号端口通过电阻R2连接PNP晶体管Q1的基极，PNP晶体管Q1的发射极连接电源VDD，PNP晶体管Q1的集电极通过电阻R3分别连接NPN晶体管Q2的基极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接NPN晶体管Q2的发射极，NPN晶体管Q2的发射极接地GND，NPN晶体管Q2的集电极分别连接插槽的诊断识别脚位和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接电源VDD。
进一步的，每个插槽的诊断识别的脚位通过一缓冲电路连接至电阻分压网络，底板每个插槽的诊断识别的脚位分别连接至缓冲电路的一个输入口，缓冲电路的每个输出口分别连接至电阻分压网络的不同电压位以合成一个模拟信号，
进一步的，缓冲电路包括两个以上缓冲器，每个缓冲器具有8个输入口和8个输出口。
进一步的，合成的模拟信号通过一运算放大器再连接至各个插槽的对应插入模块的读取脚位。
进一步的，缓冲器的型号为74HC244。
进一步地，每个插槽上分别设有总线脚位，每个插槽通过总线脚位连接数据总线。
进一步的，译码器的型号为74HC154。
本发明还公开了分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路及方法，其包括以下步骤：
步骤1，将每个插槽的片选编码脚位分别对应连接译码器电路的输入端，同时将译码器电路的每个输出口分别连接至一个插槽的片选信号端口，
步骤2，将底板每个插槽的诊断识别的脚位和同一插槽的片选信号端口连接，使得两者脚位上的电平同步变化；
步骤3，通过一个电阻分压网络将每个插槽的诊断识别的脚位的电平合成为一模拟信号并分别反馈至所有插槽的读取脚位，不同的插槽的模拟信号具有不同的峰值；
步骤4，主控制器对读取脚位获取的模拟信号进行AD采样转换，根据转换后数据每个bit位的数值确定有功能模块插入的插槽；
步骤5，主控制器分别对有功能模板插入的插槽进行模块功能查询并完成功能模块注册。
进一步的，步骤2中诊断识别的脚位通过一电平同步电路与同一插槽的片选信号端口连接。
进一步的，步骤4中主控制器通过判断转换后数据每个bit位的数值是否为与片选信号的低电平对应的为低来判断是否该插槽有插入功能模块；当该插槽的片选信号端口为低电位且主控制器获取的转换数据对应的bit为低时，则判定该插槽有功能模块插入。
进一步的，步骤5中主控制器查询模块功能的具体步骤为：
步骤5-1，主控制器通过片选编码脚逐一发出片选信号至有功能模板插入的插槽所对应的片选位，并通过连接至各个插槽的数据总线发出查询该片选的模块功能信息；
步骤5-2，片选的插槽的功能模板针返回应答信息至主控制器，应答信息包括该功能模块的功能码；
步骤5-3，主控制器保存该插槽的物理地址及其上功能模块功能码的对应关系，完成功能模块注册后释放该插槽片选，
步骤5-4，重复步骤5-1至步骤5-3，直至有功能模板插入的插槽全部查询完成。
下面就本发明的具体原理做详细说明：
板上供功能模板连接的插槽，每个插槽的对应的诊断和识别功能脚位都通过一个电阻连接电源，同时也连接到一个缓冲电路的不同输入口，某个底板插槽没有功能模板插入时，对应缓冲电路输入口为低电平，否则就为高电平，缓冲电路每个输出口通过电阻分压网络综合成一个模拟信号，再通过运放缓冲输出至对应的控制器模块的输入插槽脚位，这样处理大大减少了插槽的脚位数；主控制器对该插槽脚位的端口持续进行AD转换，并周期性对转换的数据进行处理滤波，根据数据的每个bit位值判断得到哪些插槽已插入了功能模块，主控制器再逐一发出片选信号至有功能模板插入底板的插槽所对应的片选位，接着通过总线发出查询该片选的模块功能信息；等待该功能模板应答后保存该底板插槽物理地址及其上的功能模块功能码的对应关系，完成功能模块注册，释放该插槽片选，这样就完成一个功能模块的诊断及位置识别；有多个功能模板时以此类推，直至全部完成。
每个功能模板上对应插槽位置的诊断和识别功能脚位，通过一个电阻连接至电源；由于在诊断期间，片选信号CS都是无效状态（高电平），所以PNP三极管未开启，使其无法驱动后级NPN三极管，所以此时诊断和识别功能脚位电平仅由上拉电阻决定为高电平，此电平通过对插插头进入底板的缓冲电路处理。
在主控制器发出片选信号进入一个功能模板时，由于片选CS信号有效，此时驱动PNP管开通，继而驱动后级NPN管开通，从而使诊断和识别功能脚位为低电平，即主控制器通过发出的片选位，接着接收到输入合成的模拟信号AD值对应的BIT位为低，就可以确认物理位置选择正确，此硬件电路功能正常，完成硬件物理位置上硬件的自检；接下就通过数据总线发出查询模板的功能定义，接收应答确认数据后完成注册，释放片选信号CS，诊断和识别功能脚位电平重新由上拉电阻输出高电平，完成整个诊断和位置功能识别。
主控制器持续对输入的合成模拟信号进行AD采样转换，并周期性对转换的数据进行处理滤波，根据数据的每个bit位值是否有变化判断是否有功能模块板插入和拔出，并得到对应插槽位置，如果是拔出功能模板，则注销对应的功能模块与物理插槽位的对应关系，如果是新插入的功能模板，则启动查询过程，
本发明采用以上技术方案，将每个插槽的诊断识别脚位互不连接，而是通过缓存电路组合成一个数据，利用电阻分压网络综合成一个模拟信号，该模拟信号输出至对应主控制器模板读取的插槽脚位，主控制器通过AD转换成数据后计算判断得到相关插槽已插入了功能模块，再逐一发出对应底板插槽位置的片选信号，总线发出查询模块功能信息；这一过程完成一个模块位的查询诊断，多个模块以此类推进行多次查询。通过这种方法，大大减少插槽脚位，减少布线数量。本发明的识别电路减少底板连接器插槽的脚位及走线，减小底板及模板尺寸。

Claims (7)

1.分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路，其特征在于：其包括主控制器模板和底板，底板上设有至少两个插槽，主控制器模板通过插入插槽后，与其他插入插槽的功能模板电连接，每个插槽均设有片选编码脚位，片选编码脚位分别对应连接一译码器电路的输入端，译码器电路的每个输出口分别连接至一个插槽的片选信号端口，主控制器通过片选编码脚位输出编码地址以片选对应的插槽，每个插槽的诊断识别的脚位通过一缓冲电路连接至电阻分压网络，底板每个插槽的诊断识别的脚位分别连接至缓冲电路的一个输入口，缓冲电路的每个输出口分别连接至电阻分压网络的不同电压位以合成一个模拟信号；
插槽的诊断识别的脚位通过电平同步电路与该插槽对应的片选信号的端口连接，通过该电平同步电路使诊断识别脚位的电平与片选信号的电平同步变化；底板每个插槽均的诊断识别的脚位分别连接至一电阻分压网络的不同电位点，电阻分压网络将每个插槽的诊断识别的脚位的输出电平合成为一模拟信号，合成的模拟信号分别连接至各个插槽的对应插入模块的读取脚位，主控制器通过读取脚位获取合成模拟信号，并对模拟信号进行AD转换；电平同步电路包括PNP晶体管Q1和NPN晶体管Q2，片选信号端口通过电阻R1连接电源VDD，片选信号端口通过电阻R2连接PNP晶体管Q1的基极，PNP晶体管Q1的发射极连接电源VDD，PNP晶体管Q1的集电极通过电阻R3分别连接NPN晶体管Q2的基极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接NPN晶体管Q2的发射极，NPN晶体管Q2的发射极接地GND，NPN晶体管Q2的集电极分别连接插槽的诊断识别脚位和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接电源VDD。
2.根据权利要求1所述的分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路，其特征在于：缓冲电路包括两个以上缓冲器，每个缓冲器具有8个输入口和8个输出口。
3.根据权利要求2所述的分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路，其特征在于：合成的模拟信号通过一运算放大器再连接至各个插槽的对应插入模块的读取脚位。
4.根据权利要求1所述的分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别电路，其特征在于：每个插槽上分别设有总线脚位，每个插槽通过总线脚位连接数据总线，控制器模板可插入任意一个插槽，通过插槽接入数据总线。
5.分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤1，将每个插槽的片选编码脚位分别对应连接译码器电路的输入端，同时将译码器电路的每个输出口分别连接至一个插槽的片选信号端口，
步骤2，将底板每个插槽的诊断识别的脚位和同一插槽的片选信号端口连接，使得两者脚位上的电平同步变化；
步骤3，通过一个电阻分压网络将每个插槽的诊断识别的脚位的电平合成为一模拟信号并分别反馈至所有插槽的读取脚位，不同的插槽的模拟信号具有不同的峰值；
步骤4，主控制器对读取脚位获取的模拟信号进行AD采样转换，根据转换后数据每个bit位的数值确定有功能模块插入的插槽；
步骤5，主控制器分别对有功能模板插入的插槽进行模块功能查询并完成功能模块注册；主控制器查询模块功能的具体步骤为：
步骤5-1，主控制器通过片选编码脚逐一发出片选信号至有功能模板插入的插槽所对应的片选位，并通过连接至各个插槽的数据总线发出查询该片选的模块功能信息；
步骤5-2，片选的插槽的功能模板针返回应答信息至主控制器，应答信息包括该功能模块的功能码；
步骤5-3，主控制器保存该插槽的物理地址及其上功能模块功能码的对应关系，完成功能模块注册后释放该插槽片选，
步骤5-4，重复步骤5-1至步骤5-3，直至有功能模板插入的插槽全部查询完成。
6.根据权利要求5所述的分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别方法，其特征在于：步骤2中诊断识别的脚位通过一电平同步电路与同一插槽的片选信号端口连接。
7.根据权利要求5所述的分立板卡式控制器的功能模块在线诊断识别方法，其特征在于：步骤4中主控制器通过判断转换后数据每个bit位的数值是否为与片选信号的低电平对应的为低来判断是否该插槽有插入功能模块；当该插槽的片选信号端口为低电位且主控制器获取的转换数据对应的bit为低时，则判定该插槽有功能模块插入。
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