專利名稱：基于簡化繼電器矩陣的i/o端口映射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明適合計算機領(lǐng)域，屬于在需要I/O采集卡且有大量相同功能I/O端口的計 算機測量、控制領(lǐng)域，尤其是一種繼電器矩陣的I/O端口映射方法。
背景技術(shù)：
目前的數(shù)字化的測量、控制及仿真系統(tǒng)一般都以計算機為中心，將受控機上的測 試點接到計算機的I/O板卡上。計算機通過I/O板卡采集受控機上需要監(jiān)視的參數(shù)，然后 在計算機上經(jīng)過專業(yè)軟件的復雜運算后將控制信號通過I/O板卡送到受控機上，從而達到 對受控機測量、控制的目的。但是在一些復雜的應用中往往會涉及到數(shù)量巨大的I/O端口，比如汽車發(fā)動機控 制系統(tǒng)有著上百個端口，如果采用人工連線的方式不僅非常麻煩，而且可能會出現(xiàn)連線錯 誤從而導致系統(tǒng)失敗甚至可能損壞器件。可以使用矩陣開關(guān)來實現(xiàn)這樣的端口映射，但是 由于測控系統(tǒng)往往有很高的電壓和電流，所以不能使用一般的半導體矩陣開關(guān)，需要使用 繼電器矩陣開關(guān)。目前的繼電器矩陣采用了全映射的方式，假設有M個I/O端口需要映射到N個測 試點上，則需要構(gòu)造一個MXN的繼電器矩陣，利用每個節(jié)點上繼電器的開/合來選擇1/ 0端口和測試點的連接方式，采用這種方法繼電器的利用率不高。由于繼電器的體積比較 大，所以全映射的繼電器矩陣需要占用的空間比較大，要實現(xiàn)大規(guī)模的I/O端口映射存在 困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的繼電器矩陣的I/O端口全映射方法的繼電器利用率低、不能適應 于大規(guī)模場合的不足，本發(fā)明提供一種有效提高繼電器的利用率、適應于大規(guī)模場合、減小 繼電器矩陣體積的基于簡化繼電器矩陣的I/O端口映射方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于簡化繼電器矩陣的I/O端口映射方法，所述I/O端口映射方法包括如下 步驟A1.計算機總共有N個I/O端口，N為自然數(shù)，構(gòu)造一個NXN的矩陣，行和列之間 不相交；A2.選擇一個未配置的I/O端口，統(tǒng)計和當前I/O端口具有相同功能的I/O端口個 數(shù)，設數(shù)量為P，P為自然數(shù)，將它們歸為一組，將這組I/O端口連接到步驟1構(gòu)造的矩陣的 第C行至第(C+P)行，C為自然數(shù)，C為當前未連接I/O端口的最小行；A3.在第1行與第1，2，……(N-P+1)列的交叉點設置繼電器，同理在第X行與第 X，X+1，……(N-P+X)列的交叉點設置繼電器，重復該步驟直到所有P行都配置完畢，將這 P個端口標注為已配置；A4.如果有未配置的端口，重復步驟A2到A3，直到所有的端口都已經(jīng)配置，完成簡化繼電器矩陣的構(gòu)造；A5.當用戶要映射一個受控機時，計算機首先建立一張行信息表格，行信息表格含 有行編號、I/O端口類型、是否已經(jīng)使用和與該行有繼電器連接的所有列，計算機將矩陣 中的所有繼電器斷開，并將所有的行標記為未使用；A6.用戶把受控機上未連接的測試點連接到矩陣上沒有測試點連接的編號最小的 列z上；并且向計算機輸入該測試點需要的I/O端口類型F ；A7.計算機得到用戶的輸入后，查找由步驟A5創(chuàng)建的行信息表格，找到所有I/O端 口類型為F的行；A8.按照編號從小到大掃描由步驟A7選擇出來的行，如果當前行Y未被使用而且 和Z列之間有繼電器，則將矩陣中Y行Z列的繼電器連通，將Y行標記為已使用，進入步驟 A9 ；否則繼續(xù)掃描下一行。A9.如果還有測試點沒有連接，重復步驟A6到A8，直到所有測試點連接完畢。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為簡化的繼電器矩陣主要利用了在測量、控制系統(tǒng)中存在著 具有大量相同功能的I/O端口，比如在一般的通用I/O板卡中基本可以分為四類數(shù)字量 輸出Digital Output、數(shù)字量輸入Digital Input、模擬量輸出AnalogOutput、模擬量輸入 Analog Input，由于有大量端口具有相同功能，所以無需采用全映射的方式。有P個相同功 能的I/O端口要映射到N個測試點上去，只要有一種連接方式可以保證產(chǎn)生所有CNP種組合 即可。表1按照字典序?qū)53的所有組合都羅列出來，可以發(fā)現(xiàn)第X列的數(shù)據(jù)范圍是X到 5-3+X。考慮一般的情況，要羅列出所有C；的組合只要保證每一列的選擇范圍是X到N-P+X， 可以利用這個特性來簡化繼電器矩陣。 表 1本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、使用了簡化繼電器矩陣的I/O映射的方法，簡 化了配置大規(guī)模I/O端口的工作；2、采用了繼電器來進行線路連接，使得線路適用于高電 壓、高電流的應用場合，而且具有良好的阻抗特性；3、采用了簡化的繼電器矩陣，對于有P 個相同功能的I/O端口組而言需要PX (N-P+1)個繼電器，而全映射的繼電器矩陣需要PXN 個繼電器，本方法節(jié)省了 PX (P-1)個繼電器。當P值較大的時候所需要的繼電器數(shù)量可以 大大減少，從而減小了矩陣的密度，使得在相同面積電路板上可以容納更大規(guī)模的繼電器 矩陣。


圖1是I/O端口和測試點到NXN矩陣連接方法示意圖，其中，在矩陣行方向上，N 個I/O端口按照類型分組連接到矩陣的N行上，在矩陣列方向，M個測試點任意連接到矩陣 的M列上。圖2是簡化的繼電器矩陣的構(gòu)造方法示意圖，其中，在矩陣行方向，P個功能相同 的I/O端口，在矩陣列方向有N列。圖3是本發(fā)明所述方法實現(xiàn)的一個流程圖。圖4是本發(fā)明所述方法實現(xiàn)的一個具體例子示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。參照圖1 圖4，一種基于簡化繼電器矩陣的I/O端口映射方法，構(gòu)造一個矩陣， 將所有的計算機I/O端口按照功能進行分組，把每一組I/O端口連接到矩陣的行上。構(gòu)造 一個簡化的繼電器連接方案，使得相同功能組的I/O端口可以產(chǎn)生到列連接的所有組合方 式。用戶把受控機的測量點連接到矩陣的列上并且輸入測量點所需的I/O端口類型，計算 機根據(jù)簡化的繼電器矩陣把測量點映射到I/O端口上；主要包括如下步驟A1.假設總共有N個I/O端口，如圖1所示構(gòu)造一個NXN的矩陣，行和列之間不相 交，N為自然數(shù)；A2.選擇一個未配置的I/O端口，統(tǒng)計和當前I/O端口具有相同功能的I/O端口個 數(shù)，假設數(shù)量為P，P為自然數(shù)，將它們歸為一組，將這組I/O端口連接到步驟1構(gòu)造的矩陣 的第C行至第(C+P)行，C為自然數(shù)，C為當前未連接I/O端口的最小行；A3.按照如圖2所示的方法，在第1行與第1，2，……(N-P+1)列的交叉點設置繼 電器，同理在第X行與第X，X+1，……(N-P+X)列的交叉點設置繼電器，重復該步驟直到所 有P行都配置完畢，將這P個端口標注為已配置；A4.如果有未配置的端口，重復步驟A2到A3，如果所有的端口都已經(jīng)配置就完成 了簡化繼電器矩陣的構(gòu)造；A5.當用戶要映射一個受控機時，計算機首先建立一張表格，表格含有以下幾項 行編號；I/O端口類型；是否已經(jīng)使用；與該行有繼電器連接的所有列；計算機將矩陣中的 所有繼電器斷開，并將所有的行標記為未使用；
A6.用戶把受控機上未連接的測試點連接到矩陣上沒有測試點連接的編號最小的 列上(假設為Z)，并且向計算機輸入該測試點需要的I/O端口類型(假定為F)；A7.計算機得到用戶的輸入后，查找由步驟A5創(chuàng)建的表格，找到所有I/O端口類型 為F的行；A8.計算機按照編號從小到大掃描由步驟A7選擇出來的行，如果當前行Y未被使 用而且和Z列之間有繼電器，則將矩陣中Y行Z列的繼電器連通，將Y行標記為已使用，進 入步驟A9 ；否則繼續(xù)掃描下一行。A9.如果還有測試點沒有連接，重復步驟A6到A8，直到所有測試點連接完畢。這樣，只要在第一次使用的時候根據(jù)步驟A1到A4構(gòu)造一個簡化的繼電器矩陣，以 后用戶在更換受控機的時候，只要根據(jù)步驟A5到A9將受控機的測試點按照任意次序連接 到矩陣的列上，然后輸入每個測試點的類型，計算機就會為這些測試點自動映射I/O端口。參照圖4 一個計算機的測控系統(tǒng)，它有六個I/O端口，作用分別為4個數(shù)字信號 采集端口 Digital Input，簡稱DI ;2個數(shù)字信號輸出端口 Digital Output，簡稱DO。首先 構(gòu)造一個6X6的電路，行列之間不連通。先處理4個DI端口，把它們接到矩陣的1 4行 上，然后分別按照編號在第X行與第X列到第(6-4+X)列的交叉處設置繼電器。每行需要 設置繼電器的列分別為第1行第1、2、3列；第2行第2、3、4列；第3行第3、4、5列；第4行第4、5、 6列。這樣就完成了所有DI端口的繼電器設置，然后將兩個DO接到DI之后的5、6行上， 在第X行與第X列到第(6-2+X)列的交叉處配置繼電器，每行需要設置繼電器的列分別為第5 行第 1、2、3、4、5 列；第 6 行第 2、3、4、5、6 列。此時用戶需要連接受控機A，計算機首先建立如表2所示的一張表，表示行信息， 并且將所有的繼電器斷開。 表2受控機A有6個測試點，用戶首先將一個DO測試點連接到矩陣的第1列上，并向 計算機輸入第1列的類型為DO。計算機掃描表2，列出所有類型為D0的行，結(jié)果為5、6行。
6從小到大掃描5、6行，發(fā)現(xiàn)第5行未被使用而且和第1列有繼電器連接。計算機把第5行 與第1列交叉點的繼電器連通，把表2中的第5行標記為已使用。用戶繼續(xù)連接測試點，最 終結(jié)果如下測試點1D0到端口 5，測試點2DI到端口 1，測試點3DI到端口 2測試點4DI到端口 3，測試點5D0到端口 6，測試點6DI到端口 4如果用戶需要更換受控機，只要重復步驟5到步驟9就可以實現(xiàn)端口的自動映射。 可以驗證使用這種方式的矩陣可以產(chǎn)生所有測試點映射的方式，從而達到和全映射一樣的 效果。采用了簡化的繼電器矩陣共需要22個繼電器，而采用全映射的繼電器矩陣則需要36 個繼電器，簡化的方案少使用了 14個繼電器，可以節(jié)省38. 9%的空間。
權(quán)利要求
一種基于簡化繼電器矩陣的I/O端口映射方法，其特征在于所述I/O端口映射方法包括如下步驟A1.計算機總共有N個I/O端口，N為自然數(shù)，構(gòu)造一個N×N的矩陣，行和列之間不相交；A2.選擇一個未配置的I/O端口，統(tǒng)計和當前I/O端口具有相同功能的I/O端口個數(shù)，設數(shù)量為P，P為自然數(shù)，將它們歸為一組，將這組I/O端口連接到步驟1構(gòu)造的矩陣的第C行至第(C+P)行，C為自然數(shù)，C為當前未連接I/O端口的最小行；A3.在第1行與第1，2，……(N-P+1)列的交叉點設置繼電器，同理在第X行與第X，X+1，……(N-P+X)列的交叉點設置繼電器，重復該步驟直到所有P行都配置完畢，將這P個端口標注為已配置；A4.如果有未配置的端口，重復步驟A2到A3，直到所有的端口都已經(jīng)配置，完成簡化繼電器矩陣的構(gòu)造；A5.當用戶要映射一個受控機時，計算機首先建立一張行信息表格，行信息表格含有行編號、I/O端口類型、是否已經(jīng)使用和與該行有繼電器連接的所有列，計算機將矩陣中的所有繼電器斷開，并將所有的行標記為未使用；A6.用戶把受控機上未連接的測試點連接到矩陣上沒有測試點連接的編號最小的列Z上；并且向計算機輸入該測試點需要的I/O端口類型F；A7.計算機得到用戶的輸入后，查找由步驟A5創(chuàng)建的行信息表格，找到所有I/O端口類型為F的行；A8.按照編號從小到大掃描由步驟A7選擇出來的行，如果當前行Y未被使用而且和Z列之間有繼電器，則將矩陣中Y行Z列的繼電器連通，將Y行標記為已使用，進入步驟A9；否則繼續(xù)掃描下一行。A9.如果還有測試點沒有連接，重復步驟A6到A8，直到所有測試點連接完畢。
全文摘要
一種基于簡化繼電器矩陣的I/O端口映射方法，相同功能的I/O端口采用同一個繼電器開關(guān)；當用戶要映射一個受控機時，計算機首先建立一張行信息表格，用戶把受控機上未連接的測試點連接到矩陣上沒有測試點連接的編號最小的列Z上；并且向計算機輸入該測試點需要的I/O端口類型F；計算機得到用戶的輸入后，查找創(chuàng)建的行信息表格，找到所有I/O端口類型為F的行；按照編號從小到大掃描選擇出來的行，如果當前行Y未被使用而且和Z列之間有繼電器，則將矩陣中Y行Z列的繼電器連通，將Y行標記為已使用；否則繼續(xù)掃描下一行，直到所有測試點連接完畢。本發(fā)明有效提高繼電器的利用率、適應于大規(guī)模場合、減小繼電器矩陣體積。
文檔編號G05B19/042GK101866154SQ20101016878
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者呂攀, 吳鋒, 張翼, 李紅, 羅端, 胡琦, 鄧俊 申請人:浙江大學