ＳＴＤ控制机用16位中央处理器模板制造技术

本实用新型专利技术属于工业标准微机总线控制机用的中央处理器模板结构设计。本模板包括１６位中央处理器，存贮器，时钟发生电路，控制逻辑电路，数据、地址分离及分时复用电路，内存保护电路等部分。本模板具有数据传送快，存贮量大，运算快捷、工作稳定可靠等优点。使用本模板的ＳＴＤ控制机，可提高性能，在过程控制中实现高级复杂的控制和进行系统辨识，使ＳＴＤ控制机有更高的使用价值和更广泛的应用领域。（*该技术在2003年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术属于工业自动化
涉及用于工业标准微机总线控制机的中央处理器模板的结构设计。工业标准微机总线控制机（简称STD控制机）是采用1978年美国Pro－Log公司推出的工业标准微机总线，它定义了56条总线（BUS），规定了模板的尺寸。STD控制机通常由中央处理器模板、模拟量输入、输出模板，开关量输入、输出模板以及实现其它规定功能的专用模板等组成。其工作原理是：STD控制机在中央处理器模板的控制下，各种功能模板通过STD总线与中央处理器模板交换数据；中央处理器模板进行数据的采集，处理或控制策略的运算，中央处理器模板通过输入模板采集和处理现场数据，经过运算，通过输出模板向现场发出控制信号，从而实现生产过程的数据采集、处理、控制、显示、打印、报警等功能。组成STD控制机的中央处理器模板及其他各类功能模板均可独立设计，独立制作，灵活搭配，组合使用。中央处理器模板是各种STD控制机必不可缺的核心模板，其他功能模板的数量多少或有无，则是根据具体测控系统的功能要求，规模大小选择确定。组成STD控制机的各种模板均可安装在STD控制机机箱内，方便地插拔，STD控制机能为适应不同测控系统的不同功能要求，可方便地增减或更换各种模板，便于系统的扩展和升级。STD控制机可广泛用于热工、化工、电力、机械、轻工等行业和机器人的测量和控制，进行温度、压力、流量、液面、位置、转速、角度等的测量和控制。STD控制机的中央处理器模板通常由中央处理器，存贮器，时钟发生电路、控制逻辑电路等部分组成。其中中央处理器是模板的核心部件，它按照编制的程序，依照一定的节拍进行数据的处理和运算，有条-->不紊地控制模板上各部份协调地工作，也控制和协调STD控制机中各功能模板的正常工作，现在国内多数STD控制机的中央处理器模板采用的8位中央处理器（如Z80CPU，8085CPU，6800CPU，或对外数据总线仍是8位的准16位的8088CPU）的数据总线只有8条，传送16位数需要分二次进行，而且对16位数据的运算需要编制专门的运算子程序。另外，8位中央处理器只有16条地址线，寻址范围只有64KByte，由于8位中央处理器存在着数据运算能力差，数据传送比较慢，寻址范围小，存贮容量有限等不足之处，因而STD控制机的整体功能及应用范围受到影响和限制。本技术的目的在于为克服上述中央处理器模板的不足之处，设计出一种16位中央处理器模板，使其具有快速传送数据和高速运算的功能，较大的存贮容量等特点，提高了STD控制机的测量和控制的功能，使其能更广泛地应用于各种工业控制领域。本技术设计的16位中央处理器模板，包括对数据进行处理和运算的16位中央处理器，对数据进行存贮的存贮器，对中央处理器提供一定时序的时钟发生电路，保证各种信号正确时序的控制逻辑电路，对数据、地址总线进行分离和分时复用的数据、地址分离、分时复用电路以及使存贮器中数据不丢失的内存保护电路等各部分。本技术设计的数据、地址总线的分离和分时复用电路是设计、构造16位中央处理器模板的关键技术，已有的8位中央处理器模板无需采用分离分、时复用技术。数据、地址总线分离和分时复用技术是利用8086CPU的HLDA，ALE，DEN，DT／R＊，M／IO＊等信号经过控制逻辑电路控制三态的缓冲器和锁存器使得数据总线和地址总线实现分离和分时复用。本技术所说的数据、地址分离和分时复用电路是在所说的16位中央处理器的数据地址总线与STD总线之间设置多个三态锁存器和缓冲器，三态锁存器把16位中央处理器地址、数据总线AD0～AD15分离成-->地址总线A0～A15和数据总线D0～D15，把地址状态线A16／S3～A19／S6分离成地址总线A16～A19和状态线S3～S6。分离出的地址总线A0～A19一方面作模板上存贮器的寻址，另外也通过三态缓冲器作为STD总线的地址总线（三态，输出）；分离出的数据总线D0～D15，一方面对模板上的存贮器进行读写操作，另一方面通过三态缓冲器构成STD总线的数据总线（三态，输入或输出）。本技术所述的中央处理器模板的16位中央处理器CPU有16条数据线，20条地址线，利用对数据，地址总线的分时复用技术，一次可读写16位数据，因此数据传送比较快，寻址范围可达到1MByte，    存贮器容量较8位CPU的存贮器容量大数十倍。另外16位CPU有    现成的16位运算指令，具有数据运算快捷的特点。设置内存保护电路，进一步保证了控制机的可靠性。采用本技术的STD控制机提高了在过程控制中进行高级复杂的控制策略和进行系统辨识的能力，如能实现最优控制，自适应控制等，使STD控制机有了更广泛的应用领域。附图简要说明：图1为本实用的最佳实施例电路图。本技术设计出一种16位中央处理器模板的最佳实施例，其整体电路如图1所示。由中央处理器Intel  8086CPU，存贮器，时钟发生电路，数据，地址分离、分时复用电路，内存保护电路，控制逻辑电路等部分组成。结合附图对各部分电路进行详细描述如下：1、中央处理器（Intel  8086  CPU）本实施例采用40蕊集成电路，其中数据和地址总线共20条，数据总线16位，地址总线20位，寻址范围1M（220）字节，在输入输出（I／O）存取时寻址范围64K（216）字节。AD0～AD15是16位数据和低16位地址总线分时复用的。A16／S3～A19／S6是4位地址总线与4条状态线的分时复用。Intel  8086CPU工作的时钟频率有5MHz，8MHz和10MHz等几种。-->中央处理器按字节（8位）进行地址分配，也可以按字节为单位进行读和写。Intel  8086中央处理器可以工作在最大模式或最小模式。最小模式是指STD控制机系统中只有一个处理器，该系统中的所有总线控制信号都由8086（或8088）直接产生，所以系统中的控制逻辑电路相对来说比较精练。最大模式的STD控制机系统中包含两个或两个以上处理器，其中一个主处理器是8086或8088，其它处理器称为协处理器，如数值运算协处理器8087，输入输出协处理器8089。协处理器是协助主处理器工作。本实施例工作在最小模式。2、存贮器电路模板上的静态随机存贮器RAM  62C256二片，共64K字节，RAM存贮器的地址是最低64K字节00056H～OFFFFH，可擦除只读存贮器EPROM  27C512二片，共128K字节或EPROM  27C256二片共64K字节，EPROM的地址是最高128K字节，EOOOOH～FFFFFH或FOOOOH～FFFFFH。3、时钟发生电路由时钟发生器，晶体振荡器，电阻和电容等组成。晶体振荡器产生14.318MHz的信号，经过三分频以后，生成低：高＝2：1（占空比1／3）的时钟信号，供给8086CPU。时钟发生器还产生并向8086CPU提供复位（RST）信号和就绪（RDY）信号。4、数据、地址总线分离和分时复用电路在模板设计中，利用CPU信号的时序关系，正确选择芯片和信号的合理搭配是实现数据总线与地址总线分时复用的技术关键。对于8086CPU，它有16条数据总线和20条地址总线，AD0～AD15是A0～A15与D0～D15的分时复用，A16～A19／S3～S6是A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用１６位中央处理器模板的ＳＴＤ控制机，包括对数据进行处理和运算的中央处理器，对数据进行存贮的存贮器，使存贮器中的数据不丢失的内存保护电路。对所说的中央处理器提供一定时序的时钟发生电路，保证各种信号正确时序的控制逻辑电路，其特征在于所说的中央处理器为１６位中央处理器，还包括数据、地址总线进行分离分、时复用的数据、地址的分离和分时复用电路。

【技术特征摘要】
1、一种使用16位中央处理器模板的STD控制机，包括对数据进行处理和运算的中央处理器，对数据进行存贮的存贮器，使存贮器中的数据不丢失的内存保护电路。对所说的中央处理器提供一定时序的时钟发生电路，保证各种信号正确时序的控制逻辑电路，其特征在于所说的中央处理器为16位中央处理器，还包括数据、地址总线进行分离分、时复用的数据、地址的分离和分时复用电路。2、如权利要求1所述的中央处理器模板，其特征在于所说的中央处理器为Intel  8086CPU，所说的数据，地址分离和分时复用电路是在所说的16位中央处理器数据，地址总线与STD总线之间设置多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：何克忠，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]