***提供：PLC可编程控制系统，分散控制系统（DCS）安全仪表系统（SIS），ESD系统，振动监测系统，汽轮机控制 压缩机组控制系统（CCS）等各类工控系统部件

----分散控制系统（DCS） ABB：AC800M系列模块，工业机器人备件DSQC系列、Bailey INFI 90,800xA、Advant OCS with Master Software

----可编程序控制器（PLC）罗克韦尔AB）: SLC500：      1747/1746系列    MicroLogix：  1761/1763/1762/1766/1764系列         
CompactLogix：1769/1768系列Logix5000：   1756/1789/1794/1760/1788系列  PLC-5：       1771/1785 系列

IC693/IC695/IC697/IC698/IC200/IC660/IC670等CPU模块，通讯模块，模拟量数字量模块。EX2100,EX2000励磁系统卡件IS200系列，DS200系列。

----数据采集及监视控制系统（SCADA）VIBRO-METER（韦博）：振动传感器,加速传感器,涡流传感器，监测系统模块网关通讯模块。

----安全仪表系统（SIS）本特利bently 3500/25  3500/92  3500/33  3500/42M

----MOTOROLA MVME 工业用模组 Motorola（摩托罗拉）：VME 162、MVME 167、MVME1772、MVME177等系列。XYCOM：I/O 、VME板和处理器等。

----压缩机组控制系统（CCS）等各类工控系统部件

 

 

自从在1970年***明微控制器以来微控制器趋向于更多的专用衍生和更多的功能和较低的技术门槛。集成更多功能，更大存储器以及低功耗。

 

对于一个给出的应用，每个人都在寻找“***佳的工作状态”达到***低的成本，***小的空间和***小的功率消耗。为达到这些需求而采用一个新的单片机而辩论。***后的结果是微控制器的供电电压持续降低，在某些情况下内核工作电压低至0.8V，I/O接口电压低至+1.5V。

 

然而，在工业应用领域,大多数供电和逻辑电平依旧是+24V。使用+24V供电和逻辑电平适应工业应用领域的噪声和恶劣的工作环境。由于这个原因，***的电子抗干扰性需要接口耐受高电流尖脉冲、磁干扰、静电放电等等。大多情况下微控制器和工业界的电流或者电压是一个10倍的关系。然而，我们要解决的是安培级或者是伏特级的问题，而不是毫安级或者毫伏级的问题。这就为硬件设计者提出了一个挑战，在两个领域隔离和转换信号电平。这意味着从转换低至1.5V的单片机逻辑电平到+24V的电压摆率在输出或者其他方向的输入。

 

 

使用微控制器在嵌入式应用，例如，加工控制、机器人、自动化设备等等。意味着在某种程度上仔细地设计接口，那就是可靠和考虑到安全工作。也有许多标准适用于某些方面的功能安全，例如IEC 61580和EN 60204-1。

 

2)       有哪些设计挑战

 

就工业环境的本质，挑战每个设计的是下面的这些需求：

 

l          高电压摆率随着快速的dV/dt或者dI/dt转换引起的输入信号和输出信号的交叉干扰

l          接地回路由于系统的分布参数而改变接地电平

l          系统或者软件失效引起的激励端损坏（例如，功率输出级）

 

由于这些原因，在设计微控制器和+24V工业界之间的接口时下面的这几点需要考虑：

 

l         微控制器需要多高的电平转换给输出？

l         微控制器需要多高的电平适应于其输入？

l         针对硬件或者软件的故障如何保护输出级？

l         数字的和/或模拟的连接需要什么样的滤波？

l         工业I/O和微控制器之间需要强制的隔离？

l         多大的功率上升和下降行为需要被考虑？

l         哪些失效需要被监控以及如何监控？

l         哪些地方是高功率消耗引起的热斑（例如，高电流或者高频率）？

 

3)       电平转换器和驱动器输出信号安全

 

***初考虑的是着眼于微控制器的I/O端口逻辑电平，然后是明确输出需求的电流和电压。例如，驱动高电流阻性负载，像加热器或者执行机构，需要一个逻辑电平转换和功率三极管或者FET功率前置-驱动器。图1所示的例子是转换+1.8V供电的微控制器逻辑电平，通过前置-驱动器，控制一个高电流+24V FET。来自微控制器的逻辑电平，这个FET支持的切换负载电流大于10安培。图1所示的另一个选择是连接一个高边开关，例如，iC-DP，在36V供电时支持负载电流高达200毫安。

 

因为在上电时微控制器的I/O端口已经连接到输入，需要特别预防这里。为了避免在这个期间浮动的输入电平转换，如果下拉电阻没有集成到器件内部，需要连接附加的下拉电阻，例如iC-MFL。

 

另一个需要考虑的地方是输出端短路的失效-安全保护监测，监控VCC电压、地和芯片温度。在实际应用中，输出端失效将会引起损坏或者会伤害到使用者，或者损坏昂贵的设备，或许需要一个FMEA分析来满足安全标准（例如，IEC 61508）。

 

这需要在整个系统级、板级和芯片级做FMEA分析。对于此电平转换和前置-驱动器iC-MFL，FMEA安全电路已经集成到芯片级，而且包括第二个地连接和特殊的地监控。

 

对于iC-MFL，如果***个地连接丢失（***级失效），监控器清除所有的输出到一个定义好的低电平，关闭所有的输出功率级。或者微控制器通过一个低电平加到EN输入关闭这个电平转换器，同样的操作会执行，输入开路以及输出短路。

 

图1：电平转换和驱动功率输出

 

iC-MFL的输出级设计成***大输出电压为+18V。其他类型的驱动器，像iC-MFN，可用来处理不同的输出电平并且可以直接供电从+24V到高达+40V。在许多嵌入式系统一些数量的输入和输出由于不同的机器配置可以不同以及在I/O端口需要一些不同的组合。

 

1)       采用分立元件还是ASSP I/O 接口 ?

 

I/O模块化可以使用不同的方法。一个解决方案是板级方案，选择一个不同的I/O模块或者PCB，或者是在嵌入式电路板的芯片级方案。也可能是一个FPGA和分立元件组成的输入或输出级，或者使用专用的ASSP。这些特别的设计适用于灵活的和可编程的I/O配置。