CN1248079C - 可配置的电子控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种包括控制电路和输出接口电路的可配置的电子控制器，其特征在于利用上述电子控制器所包括的一个配置存储器中提供的配置数据将上述控制电路和上述输出接口电路分别设计成用于各种控制功能和各种接口的配置。上述可配置的电子控制器的进一步可选择地包括可配置的输入接口电路、可配置的用户接口电路、可配置的电源接口电路和网络接口电路。

Description

可配置的电子控制器
技术领域
本发明涉及到用于在各种各样的应用中执行控制功能的可配置的电子控制装置。其应用范围从控制家用电器到实现商业、工业和汽车领域中的控制功能。应用在家用电器领域的一些例子有电冰箱和洗衣机、住宅和商业环境中的HVAC(加热、通风和空调)和安全控制、以及汽车领域中乘客车厢的环境控制。控制器可以按照各种方式来配置，以低廉的成本为应用提供灵活和优化的控制。
背景技术
控制系统被用来以所需要的方式调节一个装置或系统的操作。在大多数情况下，它的作用包括控制诸如温度、压力、水平、流量、位置、速度等等的一或多个物理参数。为了执行这样一种功能，控制系统往往需要检测和测量物理参数值，将测量值与需要的值相比较，然后操作一或多个驱动装置(例如电动机，阀门，加热器)，将这些参数值自动调节到理想的水平。根据具体涉及到的物理参数，采用各种变换器/传感器将物理参数值转换成适合由控制系统处理的信号。在电气/电子控制系统中是转换成适当的电气参数，例如电压、电流、电阻，而在电-气动或机械系统中的转换往往是适当的机械特性、例如是压力，位移。为具体用途选择的变换器/传感器取决于需要测量的物理参数和需要转换成的信号类型。
在绝大多数应用中，电子控制具有超越其他类型控制的内在优点。因此，电子控制的越来越多的应用中取代了机电和电-气动控制。因此，本文的分析将仅限于电子控制器，而所有下文中提到的控制器和控制系统都是指电子控制器和控制系统。
各种变换器/传感器具有不同的接口要求，并且产生具有不同特性的输出信号。控制系统必须提供每一种变换器所需的必要接口条件以及对从变换器接收的信号的处理能力。这样就要求控制系统为不同类型的变换器/传感器提供不同的接口信号。
与此类似，为了对具有不同驱动要求的被测物理参数进行校正或是控制，控制系统需要驱动各种输出装置。例如，DC(直流)电动机和AC(交流)电动机具有不同的驱动要求。在采用AC负载的一些应用中需要简单的ON-OFF(通-断)控制，而其他设备可能需要相位角控制或者是积分-循环控制或积分半循环控制。同样，在控制DC负载时可以采用简单的ON-OFF控制，而其他设备可能需要脉宽调制输出。同样，不同类型的电源开关对操作有不同的要求。三端双向可控硅开关触发要求和开关继电器或接触器的要求是完全不同的。为了实现兼容，每一种情况都需要改变控制器的电子电路。
用户接口也存在各种各样的形式，对电子控制系统各自需要不同的接口。例如电位器这样的模拟装置接口不同于键盘一类数字装置的接口。同样，遥控装置需要的特殊接口也是随着所采用的遥控种类诸如射频、红外线、超声波等等而改变的。显示装置也有许多种类，例如LED、LCD、真空-荧光器件，它们各自需要不同的接口信号。
当今使用的许多电子控制系统是以微处理器/微控制器为基础的，使用软件/硬件来限定系统的操作。然而，上文所述的各种选择不能通过软件的改变来实现。因此，在现行的设计中是通过修改结构来满足要求，并且提供各种需要的电路。这就意味着为一种传感器/变换器设计和制作的控制系统不经过明显的硬件改动就不能用于其他的变换器/传感器。每一种接口对电子电路的要求是不同的。这样就需要有对每一种接口的特制的电路。这种需求是通过两种现有的设计方案实现的。比较廉价的设计是用于特定的一组接口的“硬接线方式”。每一种接口组合采用不同的“硬接线方式”方案。这样会导致许多仅仅是接口规则不同的“模型”或变化。另一方面，较昂贵的控制器是按照一种模块方式来设计的，其中将输入和输出接口设计成独立的模块。可用的模块有许多不同的种类，分别用于各种接口选择。按照需要去安装接口模块就可以配置成用于各种接口选择的控制器。这种配置还可以根据需要而改变。然而，模块结构仍然需要实际地改变模块才能从一种接口选择变换成另一种接口。这种方法往往成本很高，因而仅仅适用于比较昂贵的产品。
通常是围绕着用程序执行所需控制动作的微处理器/微控制器来设计的现有电子控制器的另外一个限制是微处理器/微控制器的接口是非常有限的。这种限制是由于这些器件的配置是按照计算来确定而不是按照控制来确定的。一种控制应用的实际环境往往涉及对大量信号和装置(例如传感器、开关、电动机等等)的处理，它们之中有一些是模拟性质的。因此，除了微控制器之外还需要有大量的电路，例如锁存器、译码器、驱动器、多路复用器、模-数转换器、数-模转换器、信号调控电路等等。当今的一些更加昂贵的微型控制器包括了诸如模-数转换器、PWM电路等等的一些附加电路。然而，这些器件在大多数应用中仍然需要有许多附加电路，因为其内部电路仍然是非常有限的，并且还需要折衷考虑其他功能的实现。其结果是，这些应用中没有充分利用电子技术的优势。美国专利US4158759，4367387，4399352，4406945，4431893，4481393，4504716，4533810，4367387和4504716是这种电子控制应用于各种家用电器的例子。
也有一些公知的可重新配置的电子控制器。美国专利US5306995，5412291，5619614和5647231提出了一些可重新配置的电子控制器。然而，这些专利包含的发明仅限于洗衣机和烘干机，并且实施的费用比较高，因为它们采用了高度密集计算的逻辑，在基于微处理器的硬件上利用模糊逻辑来实现。上述基于微处理器的实施方案的局限性也适用于这些发明。
有些通用的可重新配置硬件器件也是公知的，在此处统称为现场可编程的门阵列(Field programmable Gate Arrays(FPGA))，这些器件提供了门电路层次上的可配置的硬件。这些器件可以用来构筑具有不同功能的各种各样的硬件。现在也有一些混合(模拟和数字)可编程阵列器件可供使用。然而，这些器件中可用的模拟功能种类和数量是有限的。另外，FPGA和混合信号阵列器件是难以配置和使用的，因为其中的电路元件都是很基本的元件，为了实现所需的功能，元件之间需要大量的相互连接。在包含大量电路元件的这种器件中往往不可能实现所需的相互连接，而是必须采用更大和更加昂贵的器件。这些限制的存在是因为可编程阵列器件是按照极为通用的器件来设计的，而不是针对任何特定领域的应用来设计的。
因而就需要有一种为控制应用的特殊需求而设计的器件，这些需求包括采取各种不同方式的输入和输出器件接口，在结构中采用适当的一组电路元件配置成任何所需的功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制元件，它的作用对各种各样的控制功能是可以配置的，这其中包括根据需要以最小的物理变更和低廉的成本来配置模拟和数字输入、输出、用户以及电源接口。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电子控制器，它包括用来提供控制功能的控制电路，和用来提供控制一或多个负载装置的输出信号的输出接口电路，其特征在于，利用上述电子控制器中所包括的一个配置存储器所提供的配置数据，将上述控制电路和上述输出接口电路分别设计成可用于各种控制功能和各种接口的配置。
上述电子控制器包括连接到一或多个模拟或数字输入装置或开关的输入接口电路，以用于接收输入信号，其特征在于，利用上述配置存储器提供的配置数据来设计上述输入接口电路的配置。
上述电子控制器进一步包括连接到一或多个模拟或数字输入装置或开关的用户接口电路，以用于接收用户输入，以及还包括一或多个用来向用户提供反馈的显示或音频设备，其特征在于，利用上述配置存储器提供的配置数据来设计上述用户接口电路的配置。
上述电子控制器进一步包括连接到电源的电源接口电路，该电路监视电源状态并提供控制信号，其特征在于，利用上述配置存储器提供的配置数据来设计上述电源接口电路的配置。
上述电子控制器进一步包括用于与网络接口的网络接口电路，它提供与网络上的其它设备的单向或双向数据交换。
上述可配置控制电路和可配置输出接口电路是这样配置的，即在每个电路中提供：
-包含着多种已知电路元件种类的多个预定的电路元件，其中每个元件具有一种特定的功能，选择上述电路元件的数量和种类以满足每一种所希望的配置的功能性需求，
-用来以所需的限定方式互连上述电路元件的装置，其中利用上述配置存储器提供的配置数据使每个所述元件执行所希望的一组功能。
上述可配置输入接口电路是这样配置的，即提供：
-包含着多种已知电路元件种类的多个预定的电路元件，其中每个元件具有一种特定的功能，选择上述电路元件的数量和种类以满足每一种所希望的配置的功能性需求，
-用来以所需的限定方式互连上述电路元件的装置，其中利用上述配置存储器提供的配置数据使每个元件执行所希望的一组功能。
上述可配置用户接口电路是这样配置的，即提供：
-包含着多种已知电路元件种类的多个预定的电路元件，其中每个元件具有一种特定的功能，选择上述电路元件的数量和种类以满足每一种所希望的配置的功能性需求，
-用来以所需的限定方式互连上述电路元件的装置，其中利用上述配置存储器提供的配置数据使每个元件执行指定的一组功能。
上述可配置电源接口电路是这样配置的，即提供：
-包含着多种已知电路元件种类的多个预定的电路元件，其中每个元件具有一种特定的功能，选择上述电路元件的数量和种类以满足每一种所希望的配置的功能性需求，
-用来以所需的限定方式互连上述电路元件的装置，其中利用上述配置存储器提供的配置数据使每个元件执行所希望的一组功能。
上述控制电路的另一种实施方案是一个门电路阵列，该门电路阵列利用上述配置存储器提供的配置数据来配置所希望的功能。
上述控制电路的再一种实施方案是一个嵌入式微控制器，它所附带的程序存储器包含一组控制程序，其中可利用上述配置存储器提供的配置数据来为所希望的功能选择适当的程序子集。
上述控制电路的又一种实施方案是一个嵌入式数字信号处理器(DSP)，它所附带的程序存储器包含一组控制程序，其中可利用上述配置存储器提供的配置数据为所希望的功能选择适当分组的程序。
上述控制电路包括用来提供简单的ON-OFF控制动作的功能。
上述控制电路包括用来提供比例、积分、微分(PID)控制作用的功能。
上述控制电路包括一个用来根据实时事件提供控制功能的实时时钟(RTC)。
上述输出接口电路可配置成使得每一个输出能利用上述配置存储器提供的配置数据来提供用来控制负载的电平或脉冲输出信号。
上述输出接口电路可配置成使得每一个输出能利用上述配置存储器提供的配置数据来提供用来控制负载的三端双向可控硅开关驱动信号或继电器/接触器驱动信号或MOSFET/IGBT驱动信号或晶体管驱动信号。
上述输出接口电路可配置成使每一个输出能利用上述配置存储器提供的配置数据来提供一种用来控制负载的相位角控制信号或积分循环控制或积分半-循环控制信号。
上述输入接口电路可配置成使得每一个输入能利用上述配置存储器提供的配置数据来为外部信号源提供所希望的值的恒定电流偏置或平衡桥式接口或者AC偏置电源。
上述输入接口电路可配置成使得每一个输入能利用上述配置存储器提供的配置数据来为模拟性质的输入信号执行模-数转换或是对数字性质的输入信号执行不需要模-数转换的信号处理。
上述输入接口电路可配置成使得每一个输入能利用上述配置存储器提供的配置数据以便在从机械开关接收该输入信号的情况下执行去抖动。
上述输入接口电路可配置成使得每一个输入能利用上述配置存储器提供的配置数据以便在需要时包括一个用来处理该接收信号的滤波器。
上述输入接口电路可配置成使得每一个输入能利用上述配置存储器提供的配置数据以便在需要时包括一个用来处理输入信号的平均电路。
上述用户接口电路是可配置成使得每一个输入能利用上述配置存储器提供的配置数据以便应外部用户输入装置的需要而提供所需的恒定电流偏置。
上述用户接口电路可配置成可利用上述配置存储器提供的配置数据通过一个红外线/超声波/射频遥控输入装置来接收用户的输入。
上述用户接口电路可配置成可利用上述配置存储器提供的配置数据来提供输出信号，以用于驱动一个LED显示器或是真空萤光显示器或是一个LCD显示器。
上述用户接口电路可配置成可利用上述配置存储器提供的配置数据来提供输出信号，以用于驱动多数字7-段显示器或是一个条状-图形显示器。
上述用户接口电路包括用来产生单音并驱动一个音频变换器的装置。
上述用户接口电路包括用来产生合成语音输出信号并驱动一个音频变换器的装置。
上述电源接口电路可配置成可利用上述配置存储器提供的配置数据来监视输入AC电源电压，并且在上述AC电源电压小于或大于预定限度时提供一个信号。
上述电源接口电路可配置成可利用上述配置存储器提供的配置数据来监视输入DC电源电压，并且在上述DC电源电压小于或大于预定限度时提供一个信号。
上述电源接口电路可配置成可利用上述配置存储器提供的配置数据来监视输入AC电源电压，并且在输入AC电源的每一个电压过零点上提供一个信号。
上述网络接口电路提供一个对TCP/IP网络的接口。
上述网络接口电路提供一个对CAN总线网络的接口。
上述网络接口电路提供一个对BACNet网络的接口。
上述网络接口电路提供一个对蓝牙无线网络的接口。
上述配置存储器是一个非易失性存储器。
上述时钟发生器是一个振荡器，其最佳频率范围是32KHz到25MHz。
一种洗衣机电子控制器包括可配置的控制电路、输出接口电路、输入接口电路、用户接口电路、电源接口电路、网络接口电路和配置存储器，其中，把来自配置存储器的配置数据用于：
a)配置基于嵌入式微控制器的上述可配置的控制电路，以便使用选定的一组存储的控制程序来提供所希望的控制功能，
b)配置上述可配置的输出接口电路，以便为洗衣机电动机、充水、泄水和洗涤剂分配电磁阀提供三端双向可控硅开关控制的驱动，
c)配置上述可配置的输入接口电路，以便为水温传感器和水位传感器提供偏置驱动，并且为了启动模-数转换而为从这些传感器接收的模拟信号提供适当的灵敏度偏移和线性校正、噪声滤波和信号平均，
d)配置上述可配置的用户接口电路，以便与一个用于接收用户选择输入的控制器上的键盘进行接口，并且驱动一个数字LCD显示器和蜂鸣器以便为用户提供反馈，
e)配置上述可配置的电源接口，以便监视输入AC电压并且在电压超过预定限度时提供一个信号。
一种家用电冰箱电子控制器包括可配置的控制电路、输出接口电路、输入接口电路、用户接口电路、电源接口电路、网络接口电路和配置存储器，其中，把来自配置存储器的配置数据用于：
a)配置基于门电路阵列逻辑的上述可配置控制电路，以便使用选定的一组存储的控制程序来提供温度控制功能，
b)配置上述可配置的输出接口电路，以便为电冰箱压缩机、除霜加热器以及空气循环风机和调节闸提供三端双向可控硅开关控制的驱动，
c)配置上述可配置的输入接口电路，以便为温度传感器提供偏置驱动，并且为了启动模-数转换而为从这些传感器接收的模拟信号提供适当的灵敏度偏移和线性校正、噪声滤波和信号平均，
d)配置上述可配置的用户接口电路，以便与一个用于接收用户选择输入的控制面板和一个红外线遥控装置上的键盘进行接口，并且驱动一个数字LCD显示器和蜂鸣器以便为用户提供反馈，
e)配置上述可配置的电源接口，以便监视输入AC电压并且在电压超过预定限度时提供一个信号。
一种HVAC控制系统的电子控制器包括可配置的控制电路、输出接口电路、输入接口电路、用户接口电路、电源接口电路、网络接口电路和配置存储器，其中，把来自配置存储器的配置数据用于：
a)配置基于嵌入式微控制器的上述可配置控制电路，以便使用选定的一组存储的控制程序来提供气流控制和温度控制功能，
b)配置上述可配置的输出接口电路，以便为气流风机提供无刷-DC电动机的驱动，为空调压缩机电动机提供三端双向可控硅开关控制的驱动，并且为空调加热器提供积分循环控制的驱动，
c)配置上述可配置的输入接口电路，以便为温度传感器、气流传感器和湿度传感器提供偏置驱动，并且为了启动模-数转换而为从这些传感器接收的模拟信号提供适当的灵敏度偏移和线性校正、噪声滤波和信号平均，
d)配置上述可配置的用户接口电路，以便与一个用于接收用户选择输入的控制面板和一个红外线遥控装置上的键盘进行接口，并且驱动一个数字LCD显示器和蜂鸣器以便为用户提供反馈，
e)配置上述可配置的电源接口，以便监视输入AC电压并且在电压超过预定限度时提供一个信号。
以下要参照附图和实施例来解释本发明。
附图说明
图1表示按照本发明的可配置电子控制器的框图，它包括可配置控制电路、可配置输出接口电路和配置存储器。
图2表示按照本发明的可配置电子控制器的框图，进一步包括可配置输入接口电路。
图3表示按照本发明的可配置电子控制器的框图，进一步包括可配置用户接口电路。
图4表示按照本发明的可配置电子控制器的框图，进一步包括可配置电源接口电路。
图5表示按照本发明的可配置电子控制器的框图，它进一步包括网络接口电路。
图6表示采用门电路阵列、顺序控制电路以及计数器和定时器的可配置控制电路的一种可能的实施例。
图7表示采用附带有程序存储器、数据存储器、计数器和定时器及实时时钟的一个嵌入式微控制器的可配置控制电路的一种可能的
实施例。
图8表示可配置输出接口电路的一种可能的实施例。
图9表示可配置输出接口电路中的开关控制电路的一种可能的实施例。
图10表示可配置输入接口电路的一种可能的实施例。
图11表示可配置用户接口电路的一种可能的实施例。
图12表示电源接口电路的一种可能的实施例。
图13表示网络接口电路的一种可能的实施例。
图14表示这种可配置电子控制器在洗衣机中的应用。
图15表示这种可配置电子控制器在电冰箱中的应用。
图16表示这种可配置电子控制器在HVAC设备中的应用。
具体实施方式
参见图1，利用配置存储器(M)提供的配置数据(m)按照所希望的控制功能来配置控制电路(C)。类似地配置输出接口电路(O)，以用于：
a)每一个输出通道的起动/禁止，
b)每一个起动的输出通道的驱动功能，
c)每一个起动的通道的保护功能。(细节参见图8)
控制电路(C)在工作中利用选择控制信号(C1a)按顺序选择输出接口电路(O)的一个特定通道，同时提供驱动信号(C1b)来驱动选定的输出通道。输出状态信号(O2a)根据输出的状态为控制电路提供反馈。由复位电路(R)和时钟发生器(G)为控制电路(C)和输出接口电路(O)的内部操作提供复位信号(r)和时钟信号(g)。
参见图2，除了图1中所示的连接之外，在输入接口电路(I)的输入端接收来自诸如变换器/传感器等信号源和位于应用中各个点上的开关的信号(I1a)到(I1p)。按照配置存储器(M)提供的配置数据(m)来配置输入接口电路(I)，以便用于：
a)按照信号源的需要为一或多个这种信号源有选择地提供驱动信号。
b)将接收的模拟形式的信号转换成数字形式，并且执行灵敏度、偏移和线性校正。
c)为转换的数字值有选择地提供噪声滤波和/或信号平均。
d)为从开关上接收的信号有选择地提供去抖动。(细节参见图9)
控制电路(C)通过提供选择控制信号(C2a)而按顺序地选择一个输入通道。输入接口电路(I)提供输入信号(I2a)的当前值。由复位电路(R)和时钟发生器(G)为输入接口电路(I)的内部操作提供复位信号(r)和时钟信号(g)。
参见图3，除了图2中所示的连接之外，在用户接口电路(U)的输入端接收来自诸如电位器、开关、IR/射频/超声波遥控装置或语音输入装置等用户输入装置和从例如用于指纹识别的图像传感器等等生物学传感器输入的信号(U1a)到(U1g)。可以把按照工作存储器(M)提供的配置数据(m)来配置的用户接口电路(U)用于：
a)按照输入装置的需要为一或多个这种输入装置有选择地提供驱动信号。
b)将接收的模拟形式的信号转换成数字形式，并且执行灵敏度、偏移和线性校正。
c)为转换的数字值有选择地提供噪声滤波和/或信号平均。
d)为从开关上接收的信号有选择地提供去抖动。
e)对分别从语音输入和图像传感器装置接收的输入执行语音识别和/或图像识别。
f)按照需要执行语音合成并且驱动音频输出装置。(细节参见图10)
控制电路(C)通过提供选择控制信号(C3a)而按顺序地选择一个输入通道。用户接口电路(U)提供输入信号(U3a)的当前值。控制电路(C)同时提供信号(C3a)，根据该信号，用户接口电路(U)产生输出信号(U2a到U2p)，以用于显示信息和/或为用户提供音频输出。由复位电路(R)和时钟发生器(G)为用户接口电路(U)的内部操作提供复位信号(r)和时钟信号(g)。
在图4中，除了图3中所示的连接之外，电源接口电路(S)为控制电路(C)提供关于电源状态信息的信号(S1a)。由复位电路(R)和时钟发生器(G)为电源接口电路(S)的内部操作提供复位信号(r)和时钟信号(g)。
参见图5，除了图4中所示的连接之外，网络接口电路(N)与控制电路(C)进行接口，以便通过信号(N2a)为其提供从网络上的外部设备接收到的信息，并且接收包含一些数据的信号(C4a)，该数据需要发送给网络上的其它设备。由复位电路(R)和时钟发生器(G)为网络接口电路(N)的内部操作提供复位信号(r)和时钟信号(g)。
图6表示控制电路(C)的一种可能的实施例。利用配置存储器(M)提供的配置数据(m)来配置由门电路阵列组成的可配置逻辑电路(L)，它被用来提供所希望的控制功能。同样用配置存储器(M)提供的配置数据(m)来配置顺序控制电路(SQ)以及计数器和定时器块(CT)，它们分别利用信号(SQ1)和(CT1)来为可配置逻辑电路(L)提供支持功能。由复位电路(R)和时钟发生器(G)来为可配置逻辑电路(L)、顺序控制电路(SQ)以及计数器和定时器电路(CT)的内部操作提供复位信号(r)和时钟信号(g)。
图7表示控制电路(C)的另一个实施例，在其中采用一个嵌入式微型控制器(EM)来代替可配置逻辑电路。在微控制器所附带的程序存储器(PM)中包含一组控制程序。由配置存储器(M)提供的配置数据(m)按照所希望的的功能来选择这些控制程序中的一个子集。计数器和定时器电路(CT)支持嵌入式微控制器。存储单元(LM)和实时时钟电路(RTC)分别通过信号(LM1)、(L1)和(RC1)、(L2)提供附加的支持功能。由复位电路(R)和时钟发生器(G)为嵌入式微控制器(EM)、计数器和定时器电路(CT)、存储单元(LM)和实时时钟电路(RTC)的内部操作提供复位信号(r)和时钟信号(g)。
图8表示输出接口电路的一个实施例。由配置存储器(M)提供的配置数据(m)来配置开关控制电路(SCa到SCp)的功能。来自控制电路(C)的控制信号(C1a)和选择信号(C1b)通过锁存器(LTa到LTp)有选择地驱动每个开关控制器(SCa到SCp)的输入，这种选择是通过数字多路分解器(DD1)来控制的。每个开关控制输出提供一个用来驱动一个开关(SWa到SWp)的控制信号(O1a到O1p)，以用于控制去向外部负载装置的输出。电流检测电路(CSa到CSp)检测负载电流并且向开关控制电路反馈一个信号，而开关控制电路中包含着由配置数据所配置的保护控制逻辑，以用来提供所需的保护功能。开关控制电路(SWa到SWp)还根据负载的状态通过数字多路复用器(DM2)向控制电路(C)提供一个反馈信号(O2a)。由复位电路(R)和时钟发生器(G)为可配置输出接口电路(O)的内部操作提供复位信号(r)和时钟信号(g)。
图9表示可配置输出接口电路中的开关控制电路(SC)的一个实施例，它被配置成可以为输出负载提供相位控制驱动或积分循环控制。来自配置存储器(M)的配置数据(m)为多路复用器(M3)的输出有选择地提供信号，在积分循环控制中提供过零检测器(ZCD)信号，而在相位角控制中提供时钟信号。与此相应，可预置的计数器(PC)对输入电源周期或时钟周期进行计数。ON(通)-状态计数锁存器(OCL)和OFF(断)-状态锁存器(FCL)通过多路复用器(M4)向可预置的计数器(PC)提供来自配置存储器的预置值，该计数器(PC)的输出被存储在输出状态锁存器(OCL)中。同时，多路复用器(M5)在配置数据(m)的控制下有选择地将下述信号连接到它的输出，即在三端双向可控硅开关驱动时将TRIGGER CLOCK(触发器时钟)、在继电器/接触器驱动时将TRIGGER LEVEL(触发电平)连接到它的输出。用与门电路(A1)将来自多路复用器(M5)和输出状态锁存器(OCL)的信号与来自可配置控制电路(C)的ACTIVATE(驱动)输入以及来自配置存储器的ENABLE(使能)信号加以合成，以便从开关控制电路(SC)提供最终的输出。
图10表示输入接口电路的一个实施例。由配置存储器(M)提供的配置数据(m)来配置的功能有：
a)传感器驱动电路(SDa到SDp)。
b)具有灵敏度、偏移和线性校正的模-数转换器(AD1)。
c)噪声滤波器(NF1)。
d)平均电路(AC1)。
根据需要，外部信号源从传感器驱动电路(SDa到SDp)接收驱动信号(I1a到I1p)，并且向模拟多路复用器(AM1)的输入提供信号。来自可配置控制电路(C)的选择信号(C2a)控制多路复用器的控制器(MC)，以便从配置存储器选择适当的多路复用器控制信号，用来控制多路复用器(M1)从而将以下的信号之一作为输出信号(I2a)连接到可配置控制电路(C)：
a)具有内置的灵敏度、偏移和线性校正的模-数转换器的输出，
b)噪声滤波器的输出，
c)平均电路的输出，
d)输入模拟多路复用器的输出。
由复位电路(R)和时钟发生器(G)来为可配置输入接口电路(I)的内部操作提供复位信号(r)和时钟信号(g)。
图11表示用户接口电路的一个实施例。由配置存储器(M)提供的配置数据(m)来配置的功能有：
a)传感器驱动电路(SDq到SDx)。
b)具有灵敏度、偏移和线性校正的模-数转换器(AD2)。
c)噪声滤波器(NF2)。
d)平均电路(AC2)。
e)多路复用器(M2)。
根据需要，外部信号源从传感器驱动电路(SDq到SDx)接收驱动信号(U1a到U1p)，并且向模拟多路复用器(AM2)的输入提供信号。来自可配置控制电路(C)的选择信号(C3a)控制多路复用器的控制器(MC1)，以便从配置存储器(M)提供一个多路复用器控制信号，用来控制多路复用器(M2)的输入从而将以下的信号之一作为输出信号(U3a)有选择地连接到可配置控制电路(C)：
a)具有内置的灵敏度、偏移和线性校正的模-数转换器的输出，
b)噪声滤波器的输出，
c)平均电路的输出，
d)输入模拟多路复用器的输出。
与此类似，由来自可配置控制电路(C)的选择信号(C3a)和数据信号(C3b)通过锁存器(LAa到LAp)为用户有选择地提供显示和音频输出，并且，由显示和音频驱动器(DAD)产生信号(U2a到U2p)。由复位电路(R)和时钟发生器(G)为可配置用户接口电路(U)的内部操作提供复位信号(r)和时钟信号(g)。
图12表示电源接口电路的一个实施例的内部结构。由电源电压检测电路(VS)监视可配置控制电路的输入电源的电压，并且在其输出端提供一个相应的数字值。电源电压检测电路(VS)的输出被连接到两个数字比较器(DC1)和(DC2)各自的一个输入。每个数字比较器的另一个输入接收由配置存储器(M)提供的参考数据(m)。这些数字比较器的输出控制一个锁存器(LAq)从而为控制电路(C)提供一个信号(S1a)。由复位电路(R)和时钟发生器(G)为可配置电源接口电路(U)的内部操作提供复位信号(r)和时钟信号(g)。
图13表示网络接口电路(N)的一个实施例的内部结构。网络接口电路(N)连接到来自外部网络的信号线，在网络和可配置电子控制器之间提供兼容的电信号电平和定时以及双向传输的信号。网络协议解码器电路(NPD)接收从网络上所接收的信号，从接收的信号中提取有用的信息，并作为信号(N2a)提供给控制电路(C)。网络协议编码器(NPE)从控制电路(C)接收用于向网络传输的信号，附加上协议限定的信息，并且将该信号送到网络接口电路(NIC)以便传输到外部网络。由复位电路(R)和时钟发生器(G)为网络接口电路(N)的内部操作提供复位信号(r)和时钟信号(g)。
图14表示可配置电子控制器(CEC1)在洗衣机(WM)中的应用。可以使用来自可配置电子控制器内部的配置存储器的配置数据来配置：
a)可配置电子控制器内部的可配置控制电路，它被用来执行洗衣机的指定控制功能，
b)可配置电子控制器中的可配置输出电路，它用于提供接口信号以用于驱动洗衣机的充水电磁阀(WFV)、泄水电磁阀(WDV)、洗涤剂分配电磁阀(DDV)和加热器(HT)，
c)可配置输入电路，它用于与洗衣机中的水位传感器(WLS)、水温传感器(WTS)和开盖开关(CS)进行接口，
d)可配置用户接口电路，它用于与洗衣机控制面板中的用户输入装置和用户输出装置进行接口，
e)可配置电源接口电路，它用于监视提供给洗衣机的AC输入电源。
可配置电子控制器(CEC1)使用从水位传感器(WLS)、水温传感器(WTS)和开盖开关(CS)接收的信号和诸如洗衣种类的用户选择数据来控制洗衣电动机(WM)、充水阀(WFV)、洗涤剂分配阀(DDV)和泄水阀(WDV)以便按照所希望的方式自动地操作洗衣机。
图15表示可配置电子控制器(CEC1)在电冰箱(RF)中的应用。可以使用来自可配置电子控制器内部的配置存储器的配置数据来配置；
a)可配置电子控制器内部的可配置控制电路，它被用来执行电冰箱的所希望的控制功能，
b)可配置电子控制器中的可配置输出电路，由它所提供的接口信号用于驱动电冰箱的电冰箱压缩机(CM)、风机(BLO和BL1)以及除霜加热器(HTR)，
c)可配置输入电路，它被用于与电冰箱中的冷冻室温度计(FS)、主舱室温度传感器(MCS)、干燥室温度传感器(CTS)、除霜加热器温度传感器(DHS)，压缩机外壳温度传感器(CS)和开门开关(DS)进行接口，
d)可配置用户接口电路，它被用于与电冰箱控制面板(CP1)中的用户输入装置和用户输出装置进行接口，
e)可配置电源接口电路，它被用于监视提供给电冰箱的ac输入电源。
温度传感器(FS)、(MCS)、(CTS)和(HTS)分别检测电冰箱的冷冻室、主舱室、干燥器单元和除霜加热器的温度，并且将对应着检测值的信号提供给可配置电子控制器(ECR)的输入。另外，传感器(CS)的功能是一个连接到压缩机(CM)的外壳上的过热传感器，并且将一个对应于检测温度的信号提供给可配置电子控制器(ECR)的另一个输入。开关(DS)和控制面板(CP1)中的按键开关分别向可配置电子控制器(ECR)的其它输入提供门状态信息和用户选择数据。压缩机运行绕组(RW)、压缩机起动绕组(SW)、风机(BL0和BL1)以及加热器(HTR)由可配置电子控制器(CEC2)的输出来驱动，该输出还被用于在可配置电子控制器(ECR)的控制面板(CP1)中提供显示，以便为用户提供反馈。
图16表示可配置电子控制器(HVC)在一个HVAC控制装置(HVAC1)中的应用。可以使用来自可配置电子控制器内部的配置存储器的配置数据来配置：
a)可配置电子控制器内部的可配置控制电路，它被用来执行HVAC控制装置的指定控制功能，
b)可配置电子控制器中的可配置输出电路，由它所提供的接口信号用于驱动通风机(VBL)、空调压缩机(CM1)和空调加热器(HT1)，
c)可配置输入电路，它被用于与气流传感器(AFS)、温度传感器(TS)、湿度传感器(HS)、环境传感器(PS)、压缩机外壳温度传感器(CS1)进行接口，
d)可配置用户接口电路，它被用于与控制面板(CP2)中的用户输入装置和用户输出装置进行接口，
e)可配置电源接口电路，它被用于监视提供给HVAC控制器的ac输入电源。
温度传感器(TS)检测室内的温度，湿度传感器(HS)检测室内的湿度，气流传感器(AFS)检测室内的气流，而环境传感器检测室内居住者的状态。来自各个传感器的信号被传送到可配置电子控制器(HVC)的输入。另外，传感器(CS1)的功能是一个连接到压缩机(CM1)的外壳上的过热传感器，并且将一个对应于检测温度的信号提供给可配置电子控制器(HVC)的另一个输入。控制面板(CP2)中的按键开关向可配置电子控制器(HVC)的其它输入提供用户选择数据。压缩机运行绕组(RW1)、压缩机起动绕组(SW1)、风机(VBL)以及加热器(HT1)由可配置电子控制器(HVC)的输出来驱动，该输出还被用于在可配置电子控制器(HVC)的控制面板(CP2)中提供显示，以用于为用户提供反馈。

Claims (39)

1.一种电子控制器，包括：
用来提供控制功能的控制电路和用来提供控制一或多个负载装置的输出信号的输出接口电路，其特征在于，利用上述电子控制器中所包括的一个配置存储器所提供的配置数据，将上述控制电路和上述输出接口电路分别设计成可用于各种控制功能和各种接口的配置；
还包括连接到一或多个模拟或数字输入装置或开关以用于接收用户输入的用户接口电路，以及一或多个用来为用户提供反馈的显示或音频设备，其中利用上述配置存储器提供的配置数据来设计上述用户接口电路以便使它可用于各种接口的配置，以及
还包括连接到电源的电源接口电路，其中该电源接口电路监视电源状态并提供控制信号，利用上述配置存储器提供的配置数据来设计上述电源接口电路以便使它可用于各种接口的配置；
其中上述可配置控制电路和可配置输出接口电路是这样配置的，即在每个电路中提供：
包含着多种已知电路元件种类的多个预定的电路元件，其中每个电路元件具有一种特定的功能，选择上述电路元件的数量和种类以满足每一种所希望的配置的功能性需求，
用来以所需的限定方式互连上述电路元件的装置，其中利用上述配置存储器提供的配置数据使每个所述电路元件执行所希望的一组功能。
2.按照权利要求1的电子控制器，其特征是进一步包括连接到一或多个模拟或数字输入装置或开关的输入接口电路，以用于接收输入信号，利用上述配置存储器提供的配置数据来设计上述输入接口电路用于各种接口的配置。
3.按照权利要求1的电子控制器，其特征是进一步包括网络接口电路，该网络接口电路提供与诸如计算机的网络上的其他设备和其他电子控制器的单向或双向数据交换。
4.按照权利要求2的电子控制器，其特征是进一步包括网络接口电路，用于提供与诸如计算机的网络上的其它设备和其他电子控制器的单向或双向数据交换。
5.按照权利要求2的电子控制器，其特征是上述可配置输入接口电路是这样配置的，即提供：
-包含着多种已知电路元件种类的多个预定的电路元件，其中每个电子元件具有一种特定的功能，选择上述电路元件的数量和种类以满足每一种所希望的配置的功能性需求，
-用来以所需的限定方式互连上述电路元件的装置，其中利用上述配置存储器提供的配置数据使每个电路元件执行所希望的一组功能。
6.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置用户接口电路是这样配置的，即提供：
-包含着多种已知电路元件种类的多个预定的电路元件，其中每个电路元件具有一种特定的功能，选择上述电路元件的数量和种类以满足每一种所希望配置的功能性需求，
-用来以所需的限定方式互连上述电路元件的装置，其中利用上述配置存储器提供的配置数据使每个电路元件执行所希望的一组功能。
7.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置电源接口电路是这样配置的，即提供：
-包含多种已知电路元件种类的多个预定的电路元件，其中每个电路元件具有一种特定的功能，选择上述电路元件的数量和种类以满足每一种所希望的配置的功能性需求，
-用来以所需的限定方式互连上述电路元件的装置，其中利用上述配置存储器提供的配置数据使每个电路元件执行指定的一组功能。
8.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置控制电路是一个具有附带的顺序控制电路以及计数器和定时器的门电路阵列，该门电路阵列利用上述配置存储器提供的配置数据来配置所希望的功能。
9.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置控制电路是一个嵌入式微控制器，它具有附带的程序存储器、附带的数据存储器以及附带的计数器和定时器，在程序存储器中包含一组控制程序，利用上述配置存储器提供的配置数据从该程序中为所希望的功能选择适当的程序的子集。
10.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置控制电路是一个嵌入式数字信号处理器(DSP)，它具有附带的程序存储器、附带的数据存储器以及附带的计数器和定时器，在程序存储器中包含一组控制程序，利用上述配置存储器提供的配置数据从该程序中为指定的功能选择适当的程序的子集。
11.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置控制电路包括用来提供简单的ON-OFF控制动作的功能。
12.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置控制电路包括用来提供比例、积分、微分(PID)控制动作的功能。
13.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置控制电路包括一个用来根据实时事件提供控制功能的实时时钟(RTC)。
14.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置输出接口电路可以这样来配置，即可以利用上述配置存储器提供的配置数据来使每一个输出提供一种用来控制负载的电平或脉冲输出信号。
15.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置输出接口电路可以这样来配置，即可以利用上述配置存储器提供的配置数据来使每一个输出提供一种用来控制负载的三端双向可控硅开关驱动信号或继电器/接触器驱动信号或MOSFET/IGBT驱动信号或晶体管驱动信号。
16.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置输出接口电路可以这样来配置，即可利用上述配置存储器提供的配置数据来使每一个输出提供一种用来控制负载的相位角控制信号或积分循环控制信号或积分半-循环控制信号。
17.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置输入接口电路可以这样来配置，即可利用上述配置存储器提供的配置数据来使每一个输入为外部信号源提供一种所希望的值的恒定电流偏置或平衡桥式接口或一个AC偏置电源。
18.按照权利要求2的电子控制器，其特征是上述可配置输入接口电路可以这样来配置，即可利用上述配置存储器提供的配置数据来使每一个输入为模拟性质的输入信号执行模-数转换或者对数字性质的输入信号执行不需要模-数转换的信号处理。
19.按照权利要求2的电子控制器，其特征是上述可配置输入接口电路可以这样来配置，即可利用上述配置存储器提供的配置数据来使每一个输入为从机械开关接收的输入信号执行去抖动。
20.按照权利要求2的电子控制器，其特征是上述可配置输入接口电路可以这样来配置，即可利用上述配置存储器提供的配置数据来使每一个输入在需要时包括一个用来处理接收信号的滤波器。
21.按照权利要求2的电子控制器，其特征是上述可配置输入接口电路可以这样来配置，即可利用上述配置存储器提供的配置数据来使每一个输入在需要时包括一个用来处理输入信号的平均电路。
22.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置用户接口电路可以这样来配置，即可利用上述配置存储器提供的配置数据来使每一个输入应外部用户输入装置的需要而提供所希望的恒定电流偏置。
23.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置用户接口电路可以这样来配置，即可利用上述配置存储器提供的配置数据通过一个红外线/超声波/射频遥控输入装置来接收用户的输入。
24.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置用户接口电路可以这样来配置，即可利用上述配置存储器提供的配置数据来提供输出信号，以用于驱动一个LED显示器或是真空荧光显示器或是一个LCD显示器。
25.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置用户接口电路可以这样来配置，即可利用上述配置存储器提供的配置数据来提供输出信号，以用于驱动多数字7-段显示器或一个条状-图形显示器。
26.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置用户接口电路包括可利用上述配置存储器提供的配置数据来产生单音并驱动一个音频变换器的装置。
27.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置用户接口电路包括可利用上述配置存储器提供的配置数据来产生合成语音输出信号并驱动一个音频变换器的装置。
28.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置电源接口电路可以这样来配置，即可利用上述配置存储器提供的配置数据来监视输入AC电源电压，并且在上述AC电源电压小于或大于预定限度时提供一个信号。
29.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置电源接口电路可以这样来配置，即可利用上述配置存储器提供的配置数据来监视输入DC电源电压，并且在上述DC电源电压小于或大于预定限度时提供一个信号。
30.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述可配置电源接口电路可以这样来配置，即可利用上述配置存储器提供的配置数据来监视输入AC电源电压，并且在输入AC电源的每一个电压过零点上提供一个信号。
31.按照权利要求4的电子控制器，其特征是上述网络接口电路提供一个对TCP/IP网络的接口。
32.按照权利要求4的电子控制器，其特征是上述网络接口电路提供一个对CAN总线网络的接口。
33.按照权利要求4的电子控制器，其特征是上述网络接口电路提供一个对BACNet网络的接口。
34.按照权利要求4的电子控制器，其特征是上述网络接口电路提供一个对兰牙无线网络的接口。
35.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述配置存储器是一个非易失性存储器。
36.按照权利要求1的电子控制器，其特征是上述时钟发生器是一个振荡器，其频率范围是32KHz到25MHz。
37.一种洗衣机的电子控制器包括可配置的控制电路、输出接口电路、输入接口电路、用户接口电路、电源接口电路、网络接口电路和配置存储器，其特征是把来自配置存储器的配置数据用于：
a)配置基于嵌入式微控制器的上述可配置控制电路，以便使用选定的一组存储的控制程序来提供所希望的控制功能，
b)配置上述可配置的输出接口电路，以便为洗衣机电动机、充水、泄水和洗涤剂分配电磁阀提供三端双向可控硅开关控制的驱动，
c)配置上述可配置的输入接口电路，以便为水温传感器和水位传感器提供偏置驱动，并且为了启动模-数转换而为从这些传感器接收的模拟信号提供适当的灵敏度偏移和线性校正、噪声滤波和信号平均，
d)配置上述可配置的用户接口电路，以便与一个用于接收用户选择输入的控制器上的键盘进行接口，并且驱动一个数字LCD显示器和蜂鸣器以便为用户提供反馈，
e)配置上述可配置的电源接口，用来监视输入AC电压并且在电压超过预定限度时提供一个信号。
38.一种家用电冰箱的电子控制器包括可配置的控制电路、输出接口电路、输入接口电路、用户接口电路、电源接口电路、网络接口电路和配置存储器，其特征是把来自配置存储器的配置数据用于：
a)配置基于门电路阵列逻辑的上述可配置控制电路，以便使用选定的一组存储的控制程序提供温度控制功能，
b)配置上述可配置的输出接口电路，为电冰箱压缩机，除霜加热器以及空气循环风机和调节闸提供三端双向可控硅开关控制的驱动，
c)配置上述可配置的输入接口电路，以便为温度传感器提供偏置驱动，并且为了启动模-数转换而为从这些传感器接收的模拟信号提供适当的灵敏度偏移和线性校正、提供噪声滤波和信号平均，
d)配置上述可配置的用户接口电路，以便与一个用于接收用户选择输入的控制面板上的键盘和一个红外线遥控装置进行接口，并且驱动一个数字LCD显示器和蜂鸣器以便为用户提供反馈，
e)配置上述可配置的电源接口，以便监视输入AC电压并且在电压超过预定限度时提供一个信号。
39.一种HVAC控制系统的电子控制器包括可配置的控制电路、输出接口电路、输入接口电路、用户接口电路、电源接口电路、网络接口电路和配置存储器，其特征是把来自配置存储器的配置数据用于：
a)配置基于嵌入式微控制器的上述可配置控制电路，以便使用选定的一组存储的控制程序来提供气流控制和温度控制功能，
b)配置上述可配置的输出接口电路，以便为气流风机提供无刷-DC电动机的驱动，为空调压缩机电动机提供三端双向可控硅开关控制的驱动，并且为空调加热器提供积分循环控制的驱动，
c)配置上述可配置的输入接口电路，以便为温度传感器，气流传感器和湿度传感器提供偏置驱动，并且为了启动模-数转换器而为从这些传感器接收的模拟信号提供适当的灵敏度偏移和线性校正、噪声滤波和信号平均，
d)配置上述可配置的用户接口电路，以便与一个用于接收用户选择输入的控制面板上的键盘和一个红外线遥控装置进行接口，并且驱动一个数字LCD显示器和蜂鸣器以便为用户提供反馈，
e)配置上述可配置的电源接口，以便监视输入AC电压并且在电压超过预定限度时提供一个信号。
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