過程通道

在計算機控制系統中，為了實現計算機對生產過程的控制，必須在計算機和生產過程之間設定信息傳遞和變換的連線通道。這個通道稱之為過程通道。

基本介紹

• 中文名：過程通道
• 外文名：Channel
• 方式：輸入通道和輸出通道

基本概念

過程通道（Channel），包括前向通道（輸入通道）和後向通道（輸出通道），是計算機與生產過程之間信息傳遞和變換的途徑。
過程通道具有完善性（具有專用性、方向性，即有用信號順利通過、無用信號被阻隔）和完整性（覆蓋從工藝現場到計算機的信息、能量全過程，較一般微機接口所涉及的內容更為全面）等特點。

計算機控制中的過程通道

分類

根據信號相對於計算機的流向，可將過程通道分為前向通道和後向通道。

前向通道（輸入通道）

根據現場輸入信號類型（如模擬電壓大信號/小信號、數位訊號等）的不同，具體可能包括感測器（信息源頭）、信號放大電路、採樣保持器、信號調理電路、ADC，或開關量輸入、頻率測量接口等。

後向通道（輸出通道）

根據現場被控對象的具體要求，通常有DAC、開關量輸出、功率驅動接口等。

過程通道信號種類

從現場（生產過程）信號特點，以及對應的過程通道技術的角度分析，可進一步將過程通道信號（包括前向、後向通道）的信號分為模擬量、開關量、脈衝量和SOE（Sequence of Event，事件順序），其中後兩種分別是前兩種的特例。

過程通道的編址方式

背景

計算機能經某一通道與過程對象互動，而不與其它通道發生衝突，主要依賴於過程通道的編址和地址解碼技術。

方法

為了區別外設所包含的各種有關暫存器，系統為它們分別賦予連線埠地址，簡稱口地址。所有可能的連線埠地址集合構成系統I/O地址空間。
計算機通過適當解碼方式，象訪問存儲單元一樣按連線埠地址訪問相應暫存器，從而實現對各種外部設備、I/O操作的控制。

兩種編址方式

方式	過程通道與存儲器	計算機訪問通道的方法	實例
獨立編址	地址空間分開設定，互不影響	互不影響特定的訪問指令及相應的控制信號	80×86：訪問通道的指令為IN（輸入）、OUT（輸出），訪問存儲器的指令為MOV
統一編址/存儲器映像	I/O連線埠看作是存儲單元；在電路設計時要合理規劃地址資源的分配	與記憶體訪問相同	80C51：訪問指令都為MOVX

統一編址方式的優點

1.數據處理能力強。
2. 輸入輸出部分可以和存儲器部分共用解碼和控制電路。
3. CPU不需區分訪內操作及訪問輸入輸出操作的控制信號，可以相應減少引腳。
4. I/O連線埠數目不受限制。

統一編址方式的缺點

1.每個I/O操作需全字長地址解碼，整個指令執行時間較長。
2.程式中較難區分I/O操作。
3. I/O連線埠占用了存儲空間地址。

過程通道的地址解碼技術

過程通道地址解碼方法

1. 地址線直接選取法
2. 門電路解碼法
3. 解碼器解碼法
4. 比較器解碼法
5. GAL解碼法等

例GAL解碼法

GAL能夠完成一些簡單的邏輯轉換、簡單的計數器、鎖存器等功能
套用GAL完成解碼等功能，可以使整個電路簡潔、PCB實現容易，且可以線上改變功能。
CYPRESS公司出品的Flash可擦除CMOS型可程式PALCE16V8，具有10個輸入引腳，8個輸出引腳（也可以編程作為輸入引腳使用）。圖為PALCE16V8與MCU的14根地址線構成的地址解碼器，顯然所用連線非常少。

過程通道電路設計應考慮的典型問題

觸發方式

多個電路的開、關控制信號的一致性，例如都是電平觸發或都是沿觸發。

時序

多個電路的開、關控制信號的順序性，主要包括控制信號發生的時間順序和相互之間的時間差，以及與系統時鐘的關係。

器件的選擇

正確合理的器件選擇能夠保證電路的可靠運行，並使通道電路設計周期縮短。其中尤其注意正確的控制邏輯（這是電路正常工作的前提），以及晶片的性能指標與參數要留有適當裕量以便為系統擴展做準備。

通道的隔離

為防止通道前、後級之間以及通道之間的干擾，必要時應採取隔離措施。最常用的隔離器件是光電耦合器。總之，通道設計時要注意綜合套用軟、硬體技術，實現電路的安全可靠、性能與價格的統一。另外注意器件和通信標準的通用性，並為用戶的使用和二次開發提供方便。