嵌入式多功能控制器0P7200及應(yīng)用

近年來(lái)，電子裝備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)入了以小型化、智能化、綜合化、信息化為發(fā)展方向的新時(shí)期，同時(shí)兼顧實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)等要求。0P7200是一款新型嵌入式多功能控制器，它具有可靠性高、體積小、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，滿足便攜式測(cè)試系統(tǒng)的要求，同時(shí)具有以太網(wǎng)接口，便于組建大型分布式測(cè)控系統(tǒng)。以0P7200在應(yīng)答機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用為例，詳細(xì)介紹了0P7200的接口應(yīng)用和軟件開(kāi)發(fā)。該系統(tǒng)利用0P7200豐富的接口簡(jiǎn)化了總體設(shè)計(jì)，并且通過(guò)使用觸摸屏簡(jiǎn)化了測(cè)試操作，提高了測(cè)試效率。

1 0P7200多功能控制器簡(jiǎn)介

1.1 外觀

0P7200具有9個(gè)薄膜按鍵，1/4 VGA(320×240像素)帶程控開(kāi)關(guān)的白色背光LCD和4 096×4 096模擬量觸摸屏，如圖1所示。0P7200外形尺寸為144 mm×112 mm×43 mm，已通過(guò)CE認(rèn)證，可在惡劣的工作環(huán)境中穩(wěn)定工作。

1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

0P7200多功能控制器的內(nèi)核是Rabbit 2000微處理器，它以CPLD作為譯碼單元，同時(shí)擴(kuò)充片外Flash存儲(chǔ)器和SRAM存儲(chǔ)器。在接口方面，微處理器Rabbit 2000直接控制RS485、RS232、以太網(wǎng)等接口，同時(shí)利用CPLD可實(shí)現(xiàn)對(duì)其他接口的控制，如數(shù)字輸入/輸出接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換控制接口，LCD顯示控制接口、鍵盤(pán)控制接口、觸摸屏控制接口等。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 引腳功能描述

0P7200的引腳配置如圖3所示，各引腳功能描述如下：1)19路開(kāi)關(guān)量輸入通道，輸入電壓范同為±36 V且?guī)в羞^(guò)壓保護(hù)功能;2)8路開(kāi)關(guān)量輸出通道，每路可以用軟件進(jìn)行單獨(dú)配置，且每個(gè)通道在有源時(shí)最大可輸出電壓40V、電流350 mA，無(wú)源時(shí)最大可輸出電壓40 V、電流250 mA，三態(tài)時(shí)最大輸出電壓40 V;3)模擬量采集通道，單端輸入時(shí)提供8路11位分辨率的模擬輸入通道，差分輸入時(shí)提供4路12位分辨率的模擬輸入通道，且輸入信號(hào)可用軟件設(shè)定增益，單端輸入時(shí)在0～20.0 V范圍內(nèi)有8種選擇，差分輸入時(shí)在0～±20.0 V范圍內(nèi)也有8種選擇;4)10Base T以太網(wǎng)接口，帶RJ-45接口;5)3個(gè)串口，其中包括1個(gè)RS485接口，2個(gè)3線的RS232接口;6)復(fù)位引腳，低電平有效;7)2個(gè)外部電源接口，可使用9～40 V的直流電源或24 V的交流電源，且內(nèi)部具有穩(wěn)壓電路。同時(shí)，OP7200內(nèi)部有可更換的3 V硬幣型鋰電池，用于保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘和SRAM。

1.4 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

OP7200的編程使用Z-World工業(yè)級(jí)的Dynamic C(或動(dòng)態(tài)C)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它是一套用于編寫(xiě)嵌入式應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，專為Z-World控制器和基于Rabbit微處理器的控制器而設(shè)計(jì)的。

Dynamic C開(kāi)發(fā)平臺(tái)集成了編輯、編譯、鏈接、裝載和調(diào)試等功能，還帶有許多函數(shù)庫(kù)，用來(lái)支持實(shí)時(shí)編程、芯片級(jí)I/O，支持國(guó)際字符、位圖圖像以及圓、線、矩形等圖形結(jié)構(gòu)的顯示。它還具有以下功能：1)函數(shù)串，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)C特有的概念，它允許在一個(gè)或多個(gè)函數(shù)中包含特殊的代碼塊。當(dāng)程序執(zhí)行到指定的函數(shù)串時(shí)，將執(zhí)行該串中所有的代碼塊。函數(shù)串支持軟件初始化、數(shù)據(jù)恢復(fù)以及其他多種任務(wù)的請(qǐng)求;2)互聯(lián)語(yǔ)句，它可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)程序中模擬多個(gè)并發(fā)事件;3)公有函數(shù)，允許在一個(gè)程序中模擬協(xié)作事件;4)部分聲明支持單個(gè)程序中的搶先事件;5)中斷關(guān)鍵字允許程序員使用標(biāo)準(zhǔn)C來(lái)編寫(xiě)中斷服務(wù)程序;6)共享和保護(hù)關(guān)鍵字，主要用于實(shí)現(xiàn)受保護(hù)的數(shù)據(jù)在不同區(qū)域的實(shí)現(xiàn)共享或?qū)⑵浯鎯?chǔ)在電池供電的存儲(chǔ)器中;7)動(dòng)態(tài)C的特征之一，允許程序員最大限度地使用擴(kuò)展內(nèi)存。

Dynamic C還支持協(xié)作多任務(wù)處理和搶先多任務(wù)處理。協(xié)作多任務(wù)處理是一種同時(shí)執(zhí)行多種不同任務(wù)的方法，當(dāng)不需執(zhí)行任何立即任務(wù)時(shí)，每一個(gè)單獨(dú)任務(wù)都會(huì)自動(dòng)遵守其運(yùn)行時(shí)間。搶先多任務(wù)處理是一種優(yōu)先處理優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)，一般程序通過(guò)中斷，強(qiáng)制執(zhí)行優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)。

2 0P7200在應(yīng)答機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用

空中交通管制機(jī)載應(yīng)答機(jī)(簡(jiǎn)稱應(yīng)答機(jī))是一種重要機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備，它配合地面二次雷達(dá)工作，為空中交通管制系統(tǒng)提供應(yīng)答機(jī)載機(jī)平臺(tái)的各種信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的管理和監(jiān)督，維護(hù)空中交通秩序。針對(duì)某型應(yīng)答機(jī)的測(cè)試要求，采用OP7200構(gòu)建應(yīng)答機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

2.1 OP7200接口應(yīng)用

OP7200作為應(yīng)答機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的控制和顯示單元，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試任務(wù)的調(diào)度，數(shù)據(jù)處理、接口控制、結(jié)果顯示等多種任務(wù)，其接口如圖4所示。它完成的任務(wù)包括以下幾種：1)界面顯示，由LCD顯示屏完成;2)界面切換、工作模式選擇與控制、參數(shù)輸入等，由觸摸屏完成;3)測(cè)試界面的切換，由9個(gè)按鍵 (其功能可被觸摸屏代替)完成;4)繼電器開(kāi)關(guān)電路中的通道選擇，由8路數(shù)字輸出完成;5)測(cè)量檢波器輸出的電壓，判斷收發(fā)機(jī)是否工作，由1路A/D轉(zhuǎn)換完成;6)收發(fā)機(jī)檢測(cè)電路的通信和射頻模塊控制電路的通信，分別由2個(gè)3線RS232接口完成;7)控制盒模擬電路的通信，由RS485接口完成;8)信息交互由以太網(wǎng)接口完成。同時(shí)，0P7200采用27 V直流供電。

2.2 OP7200的軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化操作;設(shè)置背光燈開(kāi)，增加LCD顯示屏亮度;進(jìn)行LCD的對(duì)比度設(shè)置，使顯示界面更為清晰;進(jìn)行鍵盤(pán)初始化;進(jìn)行字體大小初始化;創(chuàng)建觸摸屏鍵盤(pán);進(jìn)行串口初始化，設(shè)置RS232和RS485的波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位等;進(jìn)行輸出口和以太網(wǎng)設(shè)置。然后對(duì)全局變量初始化，完成全局變量的定義;接著進(jìn)入測(cè)試任務(wù)選擇界面，判斷是否進(jìn)行測(cè)試，若選擇整機(jī)聯(lián)機(jī)測(cè)試或收發(fā)機(jī)測(cè)試，則都在測(cè)試任務(wù)完成后返回初始界面，否則一直在初始界面程序中循環(huán)。軟件流程如圖5所示。

在程序設(shè)計(jì)時(shí)，采用了協(xié)作多任務(wù)處理的方式。當(dāng)不需執(zhí)行立即任務(wù)時(shí)，每一個(gè)單獨(dú)任務(wù)都會(huì)自動(dòng)遵守其運(yùn)行時(shí)間，通過(guò)互聯(lián)語(yǔ)句const和公有函數(shù)，各變量可以在無(wú)嚴(yán)密防范的情況下在不同的任務(wù)之間實(shí)現(xiàn)共享。以收發(fā)機(jī)測(cè)試程序?yàn)槔瞻l(fā)機(jī)界面顯示、接收數(shù)據(jù)處理和觸摸屏控制等操作需要實(shí)現(xiàn)，通過(guò)采用協(xié)作多任務(wù)處理，可以很好的完成測(cè)試任務(wù)。

2.3 使用時(shí)注意的問(wèn)題

使用OP7200時(shí)，應(yīng)注意以下問(wèn)題：數(shù)字輸出端口有2種漏極輸出和源極輸出模式，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇;模擬輸入通道有單端輸入和差分輸入2種模式，并且各有多種輸入范圍，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的輸入范圍;使用鍵盤(pán)或觸摸屏調(diào)用數(shù)據(jù)輸入函數(shù)時(shí)，鍵盤(pán)和觸摸屏各有函數(shù)，此時(shí)不能同時(shí)使用鍵盤(pán)和觸摸屏，應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)要求，調(diào)用鍵盤(pán)函數(shù)或者觸摸屏函數(shù);軟件設(shè)計(jì)盡量避免使用浮點(diǎn)運(yùn)算，否則容易造成截?cái)啵绊憯?shù)據(jù)精度。[!--empirenews.page--]

2.4 效果分析

OP7200體積小，重量輕，滿足便攜式測(cè)試系統(tǒng)的要求;接口豐富，不必像PCI04或工控機(jī)需要另外添購(gòu)板卡和輸入輸出設(shè)備，節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本;Dynamic C軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)是基于標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言的改進(jìn)，與標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言的編程規(guī)則基本通用，并且提供了專門(mén)的庫(kù)函數(shù)，例如觸摸屏數(shù)字輸入庫(kù)函數(shù)，可以方便輸入整數(shù)、小數(shù)等，不但使設(shè)計(jì)富于人性化，而且方便了編程，提高了軟件開(kāi)發(fā)效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于OP7200的應(yīng)答機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)較好地完成了測(cè)試任務(wù)，性能可靠，通過(guò)觸摸屏操作方便，有效地提高了應(yīng)答機(jī)的維修保障能力。實(shí)踐表明，OP7200是一款接口豐富，功能相對(duì)齊全的顯示控制終端，在便攜式測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)有較高的性價(jià)比，具有很好的應(yīng)用前景。