基于單片機(jī)的智能開發(fā)平臺(tái)解決方案介紹

一、單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)的意義

　　單片機(jī)是最初的大型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，主要用于：工業(yè)自動(dòng)化控制、智能儀器、儀表、航海、航天、智能家電等領(lǐng)域。單片機(jī)作為一種嵌入式產(chǎn)品應(yīng)用的主流控制芯片，應(yīng)用十分廣泛，而支持它的開發(fā)手段國內(nèi)還比較落后，目前我國單片機(jī)嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)行業(yè)中，仍實(shí)行隨意性個(gè)體的自然經(jīng)濟(jì)的落后方式，即便技術(shù)力量較強(qiáng)的公司，也仍在實(shí)行“板凳模式”的產(chǎn)品開發(fā)方法，大量低水平的重復(fù)勞動(dòng)形成了頑癥。采用平臺(tái)開發(fā)模式實(shí)行“階梯模式”的開發(fā)方式從根本上解決了“板凳模式”的弊端。

二、單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)簡介

　　單片機(jī)應(yīng)用智能開發(fā)平臺(tái)是為單片機(jī)的應(yīng)用開發(fā)提供的一套解決方案，包括有中文開發(fā)平臺(tái)操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)平臺(tái)、擴(kuò)展功能函數(shù)庫、仿真調(diào)試等功能。開發(fā)平臺(tái)部分為用戶提供了一個(gè)簡易方便的開發(fā)環(huán)境，使用戶可對(duì)單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目進(jìn)行可視化開發(fā)。基礎(chǔ)平臺(tái)部分提供了一個(gè)MCU與基本外部擴(kuò)展模塊結(jié)合的硬件環(huán)境，其具有良好的通用性，最大化的內(nèi)涵度以及非介入性的應(yīng)用特點(diǎn)，主模塊的整體構(gòu)架經(jīng)過優(yōu)化、篩選、實(shí)行嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)范化設(shè)計(jì)，最終要形成平臺(tái)的硬件資源庫。擴(kuò)展功能函數(shù)庫部分對(duì)于基礎(chǔ)平臺(tái)的擴(kuò)展部分提供了詳細(xì)的使用函數(shù)庫，用戶在平臺(tái)的支持下通過對(duì)函數(shù)的簡單調(diào)用便可實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)展部分的使用。仿真調(diào)試部分可通過平臺(tái)對(duì)開發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行仿真調(diào)試。內(nèi)嵌式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，可使對(duì)多任務(wù)編程變得十分簡單。利用本系統(tǒng)開發(fā)單片機(jī)嵌入式應(yīng)用項(xiàng)目，會(huì)大量節(jié)省研發(fā)費(fèi)用，縮短研發(fā)周期，提高系統(tǒng)可靠性，達(dá)到事半功倍的效果。

三、基礎(chǔ)平臺(tái)及I/O模塊

（一）基礎(chǔ)模塊

　　按照目前單片機(jī)應(yīng)用功能和通信接口的現(xiàn)狀與未來發(fā)展，我們?cè)O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)模塊應(yīng)具備以下的功能：

（1）8051兼容內(nèi)核：

額定工作頻率12MHz（最大16MHz）；

3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；

32條可編程的I/O線（部分功能需復(fù)用）；

9個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)（可擴(kuò)展）。

（2）前向數(shù)據(jù)采集通道：

8通道高精度12位ADC（片內(nèi)電壓基準(zhǔn)、高轉(zhuǎn)換速率可達(dá)5μs、DMA方式可選）；

兩個(gè)12位電壓輸出DAC；

擴(kuò)展八路頻率輸入接口；

片內(nèi)溫度傳感器。

（3）存儲(chǔ)器：

64KB Flash/EE 程序存儲(chǔ)器；

2MB   Flash 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；

256B    RAM；

16MB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址空間。

（4）人機(jī)對(duì)話通道接口：

LCD顯示接口（字符/圖形）；

4×4鍵盤；

語音接口；

標(biāo)準(zhǔn)打印機(jī)接口（可選）。

（5）數(shù)據(jù)通訊接口：

標(biāo)準(zhǔn)UART串口（RS232/422）；

IrDA紅外數(shù)據(jù)交換接口；

無線通信接口（藍(lán)牙技術(shù)）；

電話線（內(nèi)置調(diào)制解調(diào)器）。

（6）外圍設(shè)備：

看門狗定時(shí)器；

時(shí)鐘電路；

電源監(jiān)視器；

擴(kuò)展4路I2C總線輸出；

擴(kuò)展8路電流驅(qū)動(dòng)口。

（7）電源：

用3V和5V電壓工作（正常、空閑和掉電工作模式）。

基礎(chǔ)模塊大致功能接口如圖2所示。

其中可選項(xiàng)是用戶自己可按照我們規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行配備的硬件模塊，同時(shí)用戶也可用我們自己的配套功能模塊。

（二）用戶資源設(shè)計(jì)

這一部件是為了讓一部分用戶可在已有的資源不夠用或者不能滿足他的特殊要求時(shí)而設(shè)計(jì)的，如開關(guān)量的測量與輸出、多種優(yōu)先級(jí)方式的中斷系統(tǒng)、其他特殊的IIC總線器件、多機(jī)通訊、與上位機(jī)通訊、其他通訊設(shè)備的連接、更大的程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的擴(kuò)展等等。所以需要擴(kuò)展足夠多的地址線和一定的I/O口線和其他接口。

（三）硬件框圖

鑒于用戶資源和該通用測控系統(tǒng)在同一MCU控制下，考慮整個(gè)系統(tǒng)的功能要求和構(gòu)件的靈活性，以及當(dāng)今硬件發(fā)展的潮流，選用一片F(xiàn)PGA來完成所有的擴(kuò)展。基礎(chǔ)模塊的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。

四、虛擬儀表

　　虛擬儀器是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測量技術(shù)發(fā)展起來的新型高科技產(chǎn)品，代表著當(dāng)今儀器發(fā)展的新方向。它既有普通儀器的基本功能，又有其獨(dú)特的功能。虛擬儀器給用戶一個(gè)充分發(fā)揮才能和想象力的空間，用戶可以根據(jù)自己的需求設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，滿足各種各樣的應(yīng)用要求。在平臺(tái)中，為了給用戶調(diào)試帶來方便，設(shè)計(jì)了虛擬儀表功能，主要包括了數(shù)字電壓表、邏輯分析儀、波形發(fā)生器。

（一）邏輯分析儀

邏輯分析儀是仿真系統(tǒng)的一部分，它是對(duì)用戶系統(tǒng)進(jìn)行外部監(jiān)視，使用戶能夠直觀地了解到自身系統(tǒng)的狀態(tài)?？蔀橛脩籼峁┳陨硐到y(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，了解用戶系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

總體設(shè)計(jì)框圖:

實(shí)現(xiàn)目標(biāo):

（1）為軟件提供8路采集信號(hào)

（2）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集深度為32K

（3）實(shí)現(xiàn)高頻率的采集<20M>

（4）實(shí)現(xiàn)不同頻率的采集<20M,10M,100K,1K>

（5）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的壓縮

（6）采用RS-232通訊