基于網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的控制系統(tǒng)設(shè)計研究

將先進(jìn)的計算技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用以及與Intemet技術(shù)相結(jié)合己經(jīng)成為未來嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。這里以A19lRM9200微處理器為CPU，ATmegal28系列單片機，8 MB的Flash和32 MB的SDRAM存儲器，擴(kuò)展了以太網(wǎng)接口、串行接口等外圍通信設(shè)備以及輸入輸出接口，根據(jù)處理器和其他接口芯片的要求設(shè)計了外圍硬件電路及軟件。實現(xiàn)了用電機控制系統(tǒng)實時監(jiān)控多路電機的狀態(tài)，并且可以控制任一路電機的轉(zhuǎn)速與相位，解決了單片機與ARM系列處理器之間的通信。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1．1 主機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1)電源電路 AT9lRM9200需要1．8 V和3．3 V電源，另外，大部分外圍器件需要3．3 V電源，小部分外圍器件還需要5 V電源。此處選用了Sipex公司生產(chǎn)的SPXlll7M3-3．3型低壓差(LDO)穩(wěn)壓器和SPXlll7M3-1．8型低壓差(LDO)穩(wěn)壓器進(jìn)行DC-DC變換后為各個器件提供工作電壓。

2)晶振電路 如圖2所示，晶體振蕩電路用于向AT91RM9200和其他需要時鐘的外設(shè)電路提供工作時鐘。本系統(tǒng)使用無源晶體振蕩器X1(18. 432 MHz)和X2(32．768 kHz)作為系統(tǒng)的主振蕩器和慢時鐘振蕩器，其中32．768 kHz晶振為系統(tǒng)提供慢時鐘，18 MHz晶振通過倍頻為系統(tǒng)提供180 MHz的主機時鐘

3)AT91RM9200處理器 ATglRM9200是Atmel公司基于ARM920T核的高性能、低功耗16／32位RISC微處理器，其最高主頻為180 MHz，其雙向、32位外部數(shù)據(jù)總線支持8、16、32位數(shù)據(jù)寬度，26位地址總線可以對最大64 MB空間尋址。是系統(tǒng)的工作和控制中心。

4)存儲器 存儲器模塊包括Flash存儲器和SRAM存儲器2部分。Flash存儲器用于存放引導(dǎo)程序、嵌入式操作系統(tǒng)、用戶應(yīng)用程序及重要的數(shù)據(jù)等，即使掉電程序和數(shù)據(jù)都不會丟失。設(shè)計中采用Intel公司生產(chǎn)的28F640J3A，其存儲容量為64 Mb(8 MB)，工作電壓為2．7～3．6 V，采用48引腳TSOP封裝，16位數(shù)據(jù)寬度。

SDRAM存儲器是系統(tǒng)代碼的運行場所，存放系統(tǒng)運行時的程序和數(shù)據(jù)，但掉電后該部分程序和數(shù)據(jù)會丟失。設(shè)計中使用2片數(shù)據(jù)寬度為16位的SDRAM并行運行作為1個32位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM模塊，如圖3所示。

使用的SDRAM電路為Hynix公司的HY57V651620BTC，其工作電壓為3．3 V，單片存儲容量為4組x16 Mb，54引腳TSOP封裝，兼容LVTTL電平接口，支持自動刷新和自刷新。

5)網(wǎng)絡(luò)端口 采用DAVICOM公司的DM9161作為以太網(wǎng)的物理層接口。通過這個接口可以控制和配置很多物理層設(shè)備，得到狀態(tài)和錯誤信息，并且確定PHY設(shè)備的工作方式和功能。將DM9161的REF_CLK端接至50 MHz晶振的輸出端；DM9161的TXD1，TXD2，TXEN，RXD1，BXD2端接至AT9lRM9200的ETXO，ETXI，ETXEN，ERXO，ERXI；DM9161的EXESEN，COL，PWRDWN端分別通過10 kΩ電阻接高電平，BGRESG，BGRES之間接6．8 kΩ電阻；將DM9161的RXEXDV，RXER，RESET，MDC，MDIO端接至AT9lRM9200的ECRS，ERXER，NRST，EMDIO均連接發(fā)光二極管，DM9161的TX+，TX-，RX+，EMDC，F(xiàn)DX，SPEED，LINKRX連接網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器。

6)串行接口 用于AT9lRM9200系統(tǒng)短距離雙向串行通信。使用的電平轉(zhuǎn)換電路為Sipex公司雙產(chǎn)的SP3232E。本系統(tǒng)包含1個UART接口，它是兩線調(diào)試串口，用來連接到超級終端觀察AT91RM9200的啟動，完成與PC的通信調(diào)試。其原理圖如圖4所示。

1．2 從機硬件設(shè)計

1)ATmega128單片機 ATMEL公司的AVR單片機是增強型RISC內(nèi)載Flash的單片機，128 K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(在寫入過程中還具有讀取能力，即RWW)、4 K字節(jié)的EEPROM、4 K字節(jié)的SRAM、53個通用I／O口線、32個通用工作寄存器、實時時鐘RTC、4個靈活的具有比較模式和PWM功能的定時器／計數(shù)器(T／C)、2個USART、面向字節(jié)的兩線接口TWI、8通道10位ADC(具有可選的可編程增益)、具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器、SPI串行端口、與IEEEll49．1規(guī)范兼容的JTAG測試接口，以及6種可以通過軟件選擇的省電模式。

2)系統(tǒng)控制和復(fù)位 復(fù)位時所有的I／O寄存器都被設(shè)置為初始值，程序從復(fù)位向量處開始執(zhí)行。復(fù)位向量處的指令必須是絕對跳轉(zhuǎn)JMP指令，以使程序跳轉(zhuǎn)到復(fù)位處理例程。如果程序永遠(yuǎn)不會使能中斷，則中斷向量可以由一般的程序代碼所覆蓋。

圖5為復(fù)位邏輯的電路圖。復(fù)位源生效時I／O端口立即復(fù)位為初始值，不需要任何時鐘的輔助。當(dāng)所有的復(fù)位信號消失之后，延遲計數(shù)器被激活，從而延長了內(nèi)部復(fù)位，并使得在MCU正常工作之前電源達(dá)到穩(wěn)定的電平。延遲計數(shù)器的溢出時間通過熔絲位CKSEL由用戶設(shè)定。

3)I／O端口 作為通用數(shù)字I／O使用時，所有AVRI／O端口都具有真正的讀-修改-寫功能。輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動能力，可以輸出或吸收大電流，直接驅(qū)動LED。

4)SPI串行外設(shè)接口 串行外設(shè)接口SPI允許ATmegal28和外設(shè)之間進(jìn)行高速的同步數(shù)據(jù)傳輸。主機和從機之間的SPI連接如圖6所示。