基于ARM44B0x的信號發(fā)射機控制器設(shè)計與實現(xiàn)

1.前言

船舶上使用的信號發(fā)射機是連續(xù)工作的，所以需要一個控制器對發(fā)射機的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，常見的是用單片機作控制器的內(nèi)核，但由于32位微處理器具有更好的精度和可靠性且低成本低功耗，所以在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。采用嵌入式的32位微處理ARMS3C44B0x作為控制器的內(nèi)核，設(shè)計的控制器將比用單片機作內(nèi)核的處理器具有更全面的功能和更好的使用性能。

發(fā)射機控制器的主要功能是對多路模擬量和開關(guān)量的數(shù)據(jù)采集和處理監(jiān)控發(fā)射機的工作狀態(tài);控制器控制發(fā)射機同時控制器又受上位機的控制，它要能在任意時刻準(zhǔn)備好接收從上位機串口、網(wǎng)口發(fā)來的數(shù)據(jù)，它們之間的相對關(guān)系如圖：

圖1 控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

上位機向控制器發(fā)送數(shù)據(jù)從而實現(xiàn)對控制器的控制，首先上位機送出機號，再送命令字;控制器也要向上位機上傳數(shù)據(jù)完成通訊應(yīng)答，它首先解析機號是否與自己的機號一致，若一致則再解析命令字，根據(jù)命令字來送出上傳的數(shù)據(jù)完成應(yīng)答;若不一致則不再作進一步的數(shù)據(jù)解析。它們的通訊方式有串口通訊和以太網(wǎng)通訊兩種;控制器和發(fā)射機的數(shù)據(jù)傳輸主要有模擬量的采集和開關(guān)量的輸入輸出;另外，人機接口模塊實現(xiàn)發(fā)射機工作過程中的參數(shù)的實時顯示和參數(shù)修改和查詢。實時采集的數(shù)據(jù)是由AD采樣得到的，需要注意的是S3c44B0沒有采樣保持電路所以通道的切換頻率不能超過100Hz，在ADC開啟路時都需要一個延時，利用這段時間來對上一路進行濾波而提高程序的效率。整個采樣的過程可以描述為開啟當(dāng)前通道，然后濾波上次采樣的通道(中位值平均濾波法)。

2.開關(guān)機描述及軟件設(shè)計

圖2 傳口通訊流程圖

項目的開發(fā)首先要完成開關(guān)機功能、人機接口功能模塊、通訊模塊的程序設(shè)計和調(diào)試，先討論開關(guān)機的程序設(shè)計;用戶要求控制器上鍵的功能是能編輯的即每一個鍵的功能不固定，可以通過PC機修改;開機時要按優(yōu)先級順序由高到低輸出一系列的動作，每個動作都有可編輯的優(yōu)先級(通過PC機編輯)，一個動作輸出后可能會引起其它同一優(yōu)先級水平動作的發(fā)生，這就是動作的關(guān)聯(lián)。在開當(dāng)前優(yōu)先級動作時必須要檢測更高優(yōu)先級動作的狀態(tài)，遇到故障需要進行故障處理。針對上述的較復(fù)雜的需求設(shè)計如下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

圖3 開機流程

typedef struct{

char *pName;//動作名稱

char FunctionID; //動作(功能)編號

char Priority; //動作優(yōu)先級

short KeepTime1; //等待前一個輸出動 作穩(wěn)定需要的時間

short DelayTime1;//下一動作執(zhí)行前的延時

short DelayTime2;//當(dāng)檢測模擬量或開關(guān)量不正常時需要重復(fù)檢測的延時

short RepeatNum;//有故障重新檢測的次數(shù)

}OutputAction;

把所有的功能依次編號，把這個編號賦給某個鍵則該鍵就具備了該功能，功能的編輯通過修改OutputAction.FunctionID的值實現(xiàn);每個鍵最多有16個功能，最少沒有功能;在每一個鍵的所有功能都是輪循有效的，用一個循環(huán)鏈表來存放功能編號，始終是處于表頭位置編號對應(yīng)的功能有效，每個功能(動作)只能歸屬于一個鍵，在每次開機時首先由串口把已定義好的鍵功能送到控制器并燒寫到固定位置的ROM中;動作優(yōu)先級的編輯是通過修改結(jié)構(gòu)體中OutputAction.Priority的值實現(xiàn);開機時再從ROM中把這些數(shù)據(jù)讀出來，若上位機沒有進行鍵功能編輯就按默認形式進行，需要指出的是關(guān)機時，按和開機向反的順序依次關(guān)閉所有的輸出動作.

開機時根據(jù)固定位置ROM中的內(nèi)容或按默認的定義獲取動作的屬性，①首先搜索優(yōu)先級最高的動作編號，然后根據(jù)不同的延時把這些動作依次送出;②把優(yōu)先級降一級，檢測比當(dāng)前優(yōu)先級更高的所有的輸入、輸出的狀態(tài)是否正常如果正常則送出當(dāng)前優(yōu)先級的動作，再重復(fù)②的過程，否則進入故障處理程序，如果處理故障成功則繼續(xù)重復(fù)②的過程，否則關(guān)機并返回開機失敗信息。開機流程圖如圖3所示。

在軟件設(shè)計中的一個特色就是利用I/O端口來模擬IIC總線來讀取鍵值，其總體思路是用兩個端口一個模擬IIC的時鐘信號，另一個模擬IIC的數(shù)據(jù)線。需要注意的是在配制I/O端口時，時鐘線始對應(yīng)的端口終是輸出口而數(shù)據(jù)線端口是不確定的。通過給端口置位和清零結(jié)合延時來模擬IIC的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。在調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)，這種方法能很好的完成鍵值的獲取和對CPLD器件的訪問。

3.人機接口模塊設(shè)計

要監(jiān)控發(fā)射機工作狀態(tài)就必須具備良好的人機接口，需要給控制器選配合適的顯示設(shè)備，在本項目中選用7.8寸640×480象素STN型彩色液晶顯示屏(LCD)，采用8位數(shù)據(jù)單掃描方式，在實際應(yīng)用中顯示效果很好不僅成本低且美觀大方，STN型LCD屏與44B0x的接口比較簡單但需要注意的是第18引腳(Vcom)通過一個變阻器與電源相連，調(diào)整該引腳上的電壓就可以調(diào)整LCD屏的對比度。軟件設(shè)計中的關(guān)鍵是菜單的設(shè)計和按鍵響應(yīng)及處理，由于本項目中的界面較多且存在翻屏所以宜設(shè)計一個統(tǒng)一處理的算法，為此，把每個界面統(tǒng)一編號WndID，把按鍵作為一個消息處理MessageFun();每次按一個鍵就調(diào)用MessageFun()，找到需要顯示的界面并在LCD上顯示。LCD翻屏的方法是每次記錄顯示的內(nèi)容在整個菜單數(shù)組中的偏移，若當(dāng)前行超過偏移就需要翻屏否則不翻屏。對于菜單的設(shè)計作如下處理：用一個結(jié)構(gòu)體把一個菜單的屬性完整地封裝好，其屬性包括菜單名稱、坐標(biāo)、參數(shù)標(biāo)志、參數(shù)。